Eruzione Etna 2004 Analisi petrografiche e composizionali preliminari

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1 Prot. int. n UFVG2004/104 Eruzione Etna 2004 Analisi petrografiche e composizionali preliminari Rosa Anna Corsaro - Lucia Miraglia Il campionamento dei prodotti emessi nel corso dell eruzione etnea del 2004 è stato effettuato dal personale dell'ingv di Catania e Napoli (Osservatorio Vesuviano), coadiuvato dal personale del Soccorso Alpino della Guardia di Finanza di Nicolosi, dell'ente Parco dell'etna, delle Guide Alpine e da C. Riviere. L elenco dei campioni aggiornato al 22 settembre 2004 è riportato nella Tabella 1. TABELLA 1 SIGLA FESSURA m s.l.m. ATTIVITA' A 2950 effusiva B 2950 effusiva C 2950 effusiva D 2950 effusiva E 2950 effusiva F 2950 effusiva G 2950 effusiva H 2950 effusiva I 2950 effusiva A 2620 esplosiva B 2620 effusiva C 2620 effusiva A 2620 effusiva B 2620 effusiva effusiva A 2620 effusiva B 2820 esplosiva C 2820 esplosiva A 2620 esplosiva B 2340 effusiva A 2620 effusiva B 2620 esplosiva C 2620 esplosiva D 2340 effusiva E 2620 esplosiva F 2620 effusiva effusiva effusiva effusiva A 2340 effusiva D 2620 effusiva

2 La campionatura ha avuto una cadenza giornaliera, interrotta dal maltempo dei giorni 18, 19 e 20 settembre. Sono stati prelevati i prodotti emessi dalle fessure eruttive di quota rispettivamente 2950, 2820, 2620 e 2340 m s.l.m. I campioni delle colate sono stati raccolti nelle immediate vicinanze delle bocche eruttive e, nella quasi totalità dei casi, raffreddati con acqua. Sono stati anche raccolti campioni di attività di spattering all hornito formatosi immediatamente a monte della bocca di quota 2620 m s.l.m. Dalla fessura di quota 2820 m sono stati campionati lapilli scoriacei e bombe emesse esclusivamente giorno 13 settembre. Dei campioni elencati in Tabella 1 ne è stato selezionato un numero sufficiente a monitorare con rapidità l evoluzione temporale dell attività eruttiva alle differenti fessure. Questi campioni rappresentativi sono stati: 1. spediti in un laboratorio esterno per preparare le sezioni sottili utili alla caratterizzazione mineralogica e tessiturale al microscopio ottico; 2. polverizzati al fine di effettuare analisi della composizione degli elementi maggiori ed in tracce; 3. preparati (taglio e lucidatura) per le osservazioni al microscopio elettronico a scansione equipaggiato con microanalisi (SEM-EDS) disponibile presso la sede INGV-CT. Di seguito vengono riassunti i risultati delle analisi effettuate. Questi vanno considerati preliminari in quanto i campioni analizzati, anche se rappresentativi, sono ovviamente un numero limitato; a giorni si attendono i risultati della composizione degli elementi maggiori ed in tracce. LITOLOGIA La litologia dei campioni raccolti è differente a seconda delle modalità di messa in posto. I campioni di colata (Fig.1 A) sono di colore grigio chiaro, hanno contenuto di vescicole variabile ed un evidente struttura porfirica: prevalgono i fenocristalli di plagioclasio di forma regolare e dimensioni millimetriche. Si osservano in minore abbondanza cristalli di pirosseno e olivina. Nella pasta di fondo si osservano gli stessi minerali. I campioni dell attività di spattering (Fig.1 B) sono di colore grigio-nero, hanno lucentezza vitrea e sono fortemente vescicolati. La struttura è porfirica, ma le caratteristiche del campione rendono più difficile l osservazione dei fenocristalli. Non si sono osservati inclusi di materiale sedimentario inglobati nelle lave, come verificatosi nel corso delle due ultime eruzioni etnee del 2001 e del

3 Fig. 1A - Campione della colata del 7 settembre Fig. 1B Attività di spattering del 10 settembre PETROGRAFIA I caratteri mineralogici e tessiturali dei campioni (Fig.2 A e B) emessi dalle diverse fessure eruttive si mantengono complessivamente omogenei: la tessitura è porfirica con valori dell I.P intorno a 25-30% vol. Il plagioclasio è il fenocristallo più abbondante, ha forma regolare, dimensioni variabili che superano anche il millimetro, è idiomorfo e presenta delle vistose zonature composizionali e numerose inclusioni di materiale criptocristallino concentrate prevalentemente al nucleo. Il pirosseno è prevalentemente idiomorfo, regolare con evidenze di zonature composionali. L olivina ha dimensioni max = 0.5 mm, è sub-arrotondata e non si osservano zonature composizionali. Sono presenti ossidi opachi di dimensioni sino a 0.5 mm. Si osservano glomeroporfiri di dimensioni millimetriche costitutiti prevalentemente da fasi femiche (pirosseno, olivina ed ossidi opachi) e subordinato plagioclasio. Gli stessi minerali descritti come fenocristalli costituiscono i microliti della pasta di fondo che ha tessitura variabile da microcristallina a vetrosa. A breve si procederà alla misura della composizione delle fasi minerali precedentemente descritte.

4 Ol Pl Ox Cpx Fig. 2A Immagine al microscopio (XN) di un campione della colata emessa giorno 7 settembre dalla fessura eruttiva di quota 2950 m. Figura 2B Immagine al SEM (elettroni retrodiffusi) di un campione della colata emessa giorno 7 settembre dalla fessura eruttiva di quota 2950 m. COMPOSIZIONE DEL VETRO La composizione del vetro (Fig.3 A e B) è stata misurata nei campioni dell attività di spattering e nelle colate raffreddate con acqua, in modo che venisse congelata una composizione il più rappresentativa possibile di quella del magma al momento del suo arrivo in superficie. Cpx Ol vetro Ox Pl Figura 3A Immagine al microscopio (//N) del campione della colata emessa giorno 7 settembre. La pasta di fondo è vetrosa. Figura 3B Immagine al SEM (elettroni retrodiffusi) del campione della colata emessa giorno 10 settembre dalla fessura eruttiva di quota 2620 m. La composizione del vetro viene misurata su una finestra quadrata di 10 µm di lato.

5 Per ciascun campione sono state effettuate un numero di misure variabile da 10 a 20. Le composizioni medie (±1σ) di ciascun campione sono state rappresentate nel diagramma CaO/Al 2 O 3 vs. FeO tot /MgO (Fig.4). Nella stessa figura sono stati riportati per confronto i dati relativi a: 1) attività sommitale nel periodo compreso tra il 1995 e il 2004 (area delimitata dalla curva di colore rosso); 2) eruzione del 2001 (UV: fessure eruttive a quota> 2600 m s.l.m); 3) eruzione del (NE: fessure eruttive del rift di NE) sept m: (2620 sept m) eruzione NE sept m: fr2340 sept sept m: ( sept m) sept m: 0413 fr2820 sept FeOtot/MgO eruzione 2001 UV 2.5 Attività sommitale cpx ol pl CaO/Al 2 O 3 Figura 4 Valori medi (±σ) dei rapporti CaO/Al 2 O 3 vs. FeO tot /MgO misurati nei vetri dei prodotti emessi dalle differenti fessure eruttive. Barra in basso, a sinistra: errore analitico. Simboli vuoti: prodotti emessi durante attività di spattering; simboli pieni: colate. I dati evidenziano che: le composizioni medie dei vetri definiscono un trend di correlazione inversa che è stato interpretato (Corsaro e Pompilio, 2004) come il risultato di processi di cristallizzazione a bassa pressione di clinopirosseno, plagioclasio ed olivina (vedi i vettori indicati nella figura). Lungo questo stesso trend si allineano anche i vetri misurati nei prodotti delle eruzioni del I prodotti dell attività sommitale recente ( ) e dell eruzione complessivamente si distribuiscono secondo la stessa direzione, ma leggermente traslati: questo potrebbe imputarsi a differenti caratteristiche composizionali del magma di partenza e/o a differenti storie evolutive. i campioni emessi dalle fessure di quota 2340 e 2820 m risultano nel complesso leggermente più evoluti di quelli emessi dalla fessure di quota 2620 e 2950 m; complessivamente la composizione dei vetri misurati nei prodotti emessi dalla fessura eruttiva di quota 2620 m è più omogenea di quella misurata nei prodotti della fessura a quota 2820 m.

6 La variazione del rapporto CaO/Al 2 O 3 nel tempo (Fig.5) per i prodotti emessi dalle differenti fratture suggerisce che: il magma che ha alimentato l attività effusiva di quota 2950 m (giorno 7) ha composizione confrontabile con quello che è stato emesso dalla fessura di quota 2620 m durante i primi giorni di attività della stessa. Il valore del rapporto CaO/Al 2 O 3 mostra un leggero incremento a partire da giorno 11 settembre fino al 17, ma questa osservazione non ha ritrovato alcun riscontro con le osservazioni vulcanologiche e/o sismologiche; il magma emesso dalla fessura eruttiva di quota 2340 è inizialmente (giorno 14) differente e più evoluto di quello fuoriuscito a quota 2620 m; con il passare dei giorni si osserva un incremento del rapporto CaO/Al 2 O 3 la cui composizione risulta alla fine (giorno 22) confrontabile con quella dei prodotti di quota 2620 m /9/04 7/9/04 8/9/04 9/9/04 10/9/04 11/9/04 12/9/04 13/9/04 14/9/04 15/9/04 16/9/04 17/9/04 18/9/04 19/9/04 20/9/04 21/9/04 22/9/04 23/9/04 CaO/Al2O m 2340 m 2900 m 2820 m Figura 5 - Variazione temporale della media (±σ) del rapporto CaO/Al 2 O 3 nei vetri dei prodotti emessi dalle differenti fessure eruttive. Barra in basso, a sinistra: errore analitico. Simboli vuoti: prodotti emessi durante attività di spattering; simboli pieni: colate. Le temperature eruttive sono state stimate sulla base del geotermometro sperimentale di Pompilio et al. (1998) calibrato sui magmi etnei. I valori ottenuti per i prodotti emessi dalle diverse fessure vengono riassunti nella Tabella 2 e rappresentati in Fig. 6. TABELLA 2 Fessura m s.l.m. Temperatura ( C)

7 m 2340 m 2900 m 2820 m /9/04 7/9/04 8/9/04 9/9/04 10/9/04 11/9/04 12/9/04 13/9/04 14/9/04 15/9/04 16/9/04 17/9/04 18/9/04 19/9/04 20/9/04 21/9/04 22/9/04 23/9/04 MgO (%) 1079 T ( C) Figura 6 Variazione temporale della media (±σ) del contenuto di MgO nei vetri dei prodotti emessi dalle differenti fessure eruttive. La griglia orizzontale definisce le temperature eruttive stimate sulla base del geotermometro di Pompilio et al. (1998). Barra in basso, a sinistra: errore analitico. Simboli vuoti: prodotti emessi durante attività di spattering; simboli pieni: colate. Le temperature eruttive del magma emesso dalle fessure di quota 2950, 2620 e 2340 m variano da 1072 a 1085 C e ricadono nell intervallo misurato per i prodotti dell attività sommitale emessi dal 1995 ed il 2004 ( C da Corsaro e Pompilio, 2004), differiscono invece per essere significativamente più fredde le lave misurate alle fessure di quota 2820 m s.l.m. CONCLUSIONI I dati petrografici e composizionali (vetri) integrati con le osservazioni vulcanologiche suggeriscono che l eruzione etnea del settembre 2004 è iniziata con l emissione di un magma da tempo residente nel sistema di alimentazione superficiale del vulcano e quindi già degassato, cristallizzato e relativamente freddo. Il magma che ha alimentato le fessure eruttive di quota 2950 (giorno 7) e 2620 (a partire da giorno 10) ha la medesima composizione. Questo stesso magma a partire da giorno 15 alimenta anche la fessura di quota 2340 m. Significativamente diverso e più evoluto è invece il magma emesso dalla fessura di quota 2820 m; quest ultima comunque si distingue dalle altre perché ha emesso quasi esclusivamente gas ad alta pressione e, solo sporadicamente, bombe e lapilli, ma mai colate. I dati in corso di acquisizione (composizione dei minerali presenti come fenocristalli/microliti e misura del contenuto degli elementi maggiori e in tracce) contribuiranno a chiarire se le variazioni composizionali osservate, che comunque si mantengono contenute, possano essere interpretate con limitati processi di frazionamento dei minerali presenti come fenocristalli.