L ATTIVITA VULCANICA IN CAMPANIA: CONTESTO GEODINAMICO, VALUTAZIONE DELLA PERICOLOSITA E TECNICHE DI SORVEGLIANZA

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1 Natura e ambiente tra Vesuvio e i Lattari Corso nazionale di formazione per docenti aprile 2010, Bomerano di Agerola (NA) L ATTIVITA VULCANICA IN CAMPANIA: CONTESTO GEODINAMICO, VALUTAZIONE DELLA PERICOLOSITA E TECNICHE DI SORVEGLIANZA Sandro de Vita Vulcanologo Osservatorio Vesuviano Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia

2 CHE COS E UN VULCANO? Un vulcano può essere definito come una fenditura nella crosta terrestre, in corrispondenza della quale il magma viene a giorno nel corso di una eruzione.

3 CHE COS E IL MAGMA? Il magma è una sostanza naturale che deriva dalla fusione parziale o completa di materiale roccioso. Questa sostanza è costituita da una fase liquida, una fase solida e una fase gassosa. In un magma la fase liquida è costituita da una miscela a composizione silicatica, cioè a base di silice (SiO2); la fase solida è costituita dai cristalli che si formano nel corso del raffreddamento del magma e da frammenti estranei al magma, strappati dalle pareti della camera magmatica o del condotto vulcanico; la fase gassosa è costituita prevalentemente da acqua e anidride carbonica (CO2), e subordinatamente da composti dell idrogeno, dello zolfo e dell ossigeno, e da elementi rari.

4 Quando un magma si viene a trovare in condizioni tali da raggiungere la superficie esterna del pianeta, si ha una eruzione vulcanica

5 Comunemente i materiali eruttati tendono ad accumularsi attorno al centro di emissione, dando luogo ad edifici vulcanici di forma e dimensioni variabili a seconda della dinamica eruttiva, del tipo e della quantità di materiali emessi, e della durata nel tempo dell attività vulcanica connessa con quel determinato centro eruttivo.

6 Tuttavia, ad esempio a seguito di eruzioni esplosive di tipo particolare, può accadere che non si abbia accumulo di materiali attorno alla bocca eruttiva: in questo caso, non si formerà un edificio vulcanico ma si avrà semplicemente la formazione di un cratere.

7 DOVE E PERCHE NASCE UN VULCANO?

8 La struttura interna della Terra Schematicamente, la Terra è costituita da involucri concentrici che sono il prodotto del lento raffreddamento del pianeta, cominciato dal momento della sua formazione, circa 4 miliardi di anni fa. Durante il raffreddamento gli elementi più pesanti si sono concentrati verso il centro della Terra, dove tuttora si conservano le temperature più elevate, mentre gli elementi più leggeri sono andati migrando verso la superficie esterna, formando un involucro di roccia solida. Gli involucri sono a diversa composizione chimica e stato fisico variabile in funzione delle condizioni di pressione e temperatura in cui ciascuno di essi si trova.

9 Crosta spessore: da 0 a 30 km Mantello superiore spessore: 650 km Mantello inferiore spessore: 2300 km Nucleo interno diametro: 2400 km Nucleo esterno spessore: 2300 km La struttura interna della Terra

10 La struttura interna della Terra solido (mesosfera) L involucro più esterno, solido, che comprende la crosta e la parte alta del mantello superiore, è detto litosfera e galleggia su un substrato prossimo allo stato di fusione, detto astenosfera (parte bassa del mantello superiore).

11 Il motore della Terra Il calore viene disperso attraverso l attivazione di celle convettive che, nel loro moto, trascinano il materiale che costituisce i diversi strati di cui la Terra è composta L involucro più esterno, la litosfera (costituita dalla crosta e dalla parte più superficiale del mantello), viene solo parzialmente coinvolto nel moto convettivo e reagisce in maniera fragile alle sollecitazioni che ne derivano, frammentandosi in una serie di zolle che, galleggiando sullo strato sottostante, si spostano andando alla deriva

12 La litosfera del pianeta è divisa in circa sedici zolle

13 La maggior parte dei fenomeni sismici e vulcanici si concentra lungo i margini delle zolle, anche se è possibile che tali attività abbiano luogo al loro interno, anche a grande distanza dai margini che le delimitano

14 I margini delle zolle margini convergenti (o margini distruttivi), lungo cui le zolle si scontrano determinando i processi di subduzione che portano alla consunzione di parti della crosta margini divergenti (o margini costruttivi), lungo cui due placche si allontanano e si genera nuova crosta margini passivi in corrispondenza dei quali le zolle scorrono l'una accanto all'altra senza che vi sia nè produzione nè distruzione di crosta.

15 Ambienti geodinamici a) zone di espansione (dorsale medio-oceanica e di retro-arco) b) zone di subduzione c) zone intraplacca oceaniche, in cui si generano isole oceaniche e "seamounts" (vulcani sommersi) d) zone intraplacca continentali (rift valleys)

16 Un eruzione può verificarsi tramite l'espulsione di magma sotto forma di un liquido che scorre lungo la superficie...

17 ...Oppure tramite la violenta espulsione di miscele di gas e materiale solido o parzialmente fuso

18 Nel primo caso l'eruzione viene detta effusiva, e il suo prodotto è una colata lavica

19 Nel secondo caso l'eruzione viene detta esplosiva e determinerà la deposizione di una grande varietà di prodotti piroclastici Lapilli Blocchi o bombe Cenere

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21 Le colate di lava

22 Colate tipo pahoehoe

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24 Colate tipo aa

25 Cupole o duomi lavici

26 Le eruzioni esplosive

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28 Dalle eruzioni Hawaiiane

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31 Alle eruzioni Stromboliane

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36 Eruzioni Sub-Pliniane, Pliniane e Ultrapliniane

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40 I depositi da caduta

41 Eruzioni Freatomagmatiche e Surtseyane

42 Il collasso della colonna eruttiva e le correnti piroclastiche

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51 I vulcani dell area napoletana

52 Le Alpi e gli Appennini sono il prodotto della collisione tra il margine continentale africano e quello europeo. La crosta è spessa circa 40 km ed è costituita da una pila di rocce sedimentarie formatesi tra il Triassico e il Pliocene che si sovrappongono ad un basamento cristallino metamorfico. Dal Miocene al Pliocene, diverse fasi tettoniche compressive hanno deformato sia i sedimenti che il basamento. Il contesto geodinamico Africa Ischia Eurasia

53 Il vulcanismo del bordo tirrenico

54 La vasta depressione della Piana Campana si è formata a seguito del sollevamento della parte centrale della catena, avvenuto a partire dal Pliocene superiore, e dello smembramento del suo margine occidentale, dovuto alle intense fasi tettoniche a carattere distensivo connesse con l apertura del Mar Tirreno. Nella Piana Campana si possono distinguere due aree vulcaniche attive principali: Ischia 1302 (eruzione dell'arso) Campi Flegrei 1538 (eruzione di Monte Nuovo) Somma-Vesuvio Eruzione del 1944

55 Il complesso vulcanico del Somma-Vesuvio

56 Il complesso vulcanico del Somma-Vesuvio

57 Il Vesuvio antico (tra e anni fa)

58 La storia eruttiva Del Somma-Vesuvio

59 Pomici di Base Età anni Bracigliano

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61 Pomici di Mercato Età anni Visciano Traianello

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63 Neolitico

64 Pomici di Avellino Età anni Somma Vesuviana L eruzione pliniana delle Pomici di Avellino è stata la più violenta della storia eruttiva del Vesuvio ed ha determinato la messa in posto di spessi depositi di pomici da caduta dispersi verso E e di depositi da flusso e surge piroclastico, dispersi fino a oltre 20 km dal centro di emissione in direzione NW.

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66 Eruzione di Pompei 79 d. C. Oplonti

67 A.D. 79 Prima e dopo

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76 La Caldera dei Campi Flegrei CUMA CAMALDOLI IL GAURO ASTRONI NAPOLI AVERNO AGNANO M.NUOVO POZZUOLI SOLFATARA POSILLIPO POSILLIPO CAPO MISENO

77 I Campi Flegrei sono un campo vulcanico all interno del quale, negli ultimi anni, sono stati attivi più di 70 centri eruttivi differenti. La depressione dei Campi Flegrei viene generalmente interpretata come una struttura calderica.

78 Questa struttura calderica deriva dalla sovrapposizione di due episodi di sprofondamento connessi con: l eruzione dell Ignimbrite Campana ( anni fa) l eruzione del Tufo Giallo Napoletano ( anni fa)

79 Cronogramma dell attività eruttiva e delle deformazioni nei Campi Flegrei

80 Vulcanismo più antico di anni Le rocce più antiche dell'ignimbrite Campana sono esposte solo lungo le scarpate che bordano i Campi Flegrei e comprendono i duomi lavici di Punta Marmolite (47 ka) e di Cuma (36,8 ka), i depositi piroclastici dei Tufi di Torre Franco (>42 ka) ed il relitto del cono di tufi di Monte Grillo. cava ubicata lungo il versante che delimita a nord-est la piana di Quarto dove sono ben esposti i depositi piroclastici, intercalati da paleosuoli, di almeno dieci diverse eruzioni, di cui il più antico è datato a 60 ka

81 L'Ignimbrite Campana ( anni) L'Ignimbrite Campana è il prodotto della maggiore eruzione esplosiva avvenuta nell'area campana. Durante tale eruzione furono emessi, da un centro ubicato nei Campi Flegrei, circa 150 km 3 di magma che ricoprirono un'area di circa km E 50 N Kostenki 50 N Don Volga Dnjeper Gei enkløsterle Fumane Bohunice Kremes Willendorf Szeleta Vindija 2 Korolevo Ripiceni-Izvor Danube Phlegrean Fields CI-PS Paglicci Serino KET 8218 KET 8022 LGM CT 85-5 Castelcivita KET 8004 KET 8011 Cavallo-Uluzzo 10 KET Bacho Kiro Temnata Franchthi Üçagizli 2 0 Km E

82 Veduta della collina dei Camaldoli, bordo settentrionale della caldera dell Ignimbrite Campana Depositi dell Ignimbrite Campana

83 L Uomo di Neanderthal è stato presente in Europa tra e anni fa. Circa anni fa, qualcosa determinò un cambiamento ambientale tale che, in poche migliaia di anni, l Uomo di Neanderthal scomparve del tutto e venne rimpiazzato dall Homo Sapiens. Tra le varie teorie oggi si pensa che l eruzione dell Ignimbrite Campana possa essere stata una delle cause della sua scomparsa.

84 Vulcanismo compreso tra e anni Le rocce eruttate nel periodo di tempo compreso tra l'eruzione dell'ignimbrite Campana e quella del Tufo Giallo Napoletano, sono esposte lungo il bordo della caldera dell'ignimbrite Campana, all'interno della città di Napoli e lungo i versanti nord-occidentale e sud-occidentale della collina di Posillipo. La maggior parte delle rocce esposte rappresenta il prodotto di eruzioni esplosive a carattere generalmente idromagmatico. La collina di San Martino è una cupola lavica ricoperta da prodotti piroclastici più recenti

85 Il Tufo Giallo Napoletano ( anni)

86 Vulcanismo degli ultimi anni Il vulcanismo più recente del Tufo Giallo Napoletano è concentrato in tre epoche di intensa attività, alternate con periodi di quiescenza Nella parte centrale ed in quella meridionale della caldera, dove è attualmente situata la baia di Pozzuoli, non si è avuta attività vulcanica negli ultimi 15 ka.

87 Vulcanismo degli ultimi anni I epoca Durante questa epoca hanno avuto luogo 34 eruzioni, con una media di una eruzione ogni 70 anni. Tutte le eruzioni della prima epoca furono esplosive, con centri eruttivi ubicati essenzialmente lungo le faglie che delimitano la caldera del Tufo Giallo Napoletano.

88 Vulcanismo degli ultimi anni II epoca La seconda epoca iniziò 8.6 ka con l'eruzione di Fondi di Baia e terminò 8.2 ka con l'eruzione di S. Martino. Nel corso di questa epoca si sono verificate 6 eruzioni esplosive, con una media di una eruzione ogni 65 anni. I centri eruttivi della seconda epoca sono allineati lungo il margine nordorientale della caldera del Tufo Giallo Napoletano ad eccezione del centro dell'eruzione di Fondi di Baia che è situato nel settore occidentale della caldera. Il periodo compreso tra 8.2 ka e 4.8 ka fu segnato da quiescenza nell'attività vulcanica e da una ingressione marina sulle aree attualmente occupate dal terrazzo La Starza e dalle piane di Fuorigrotta, Agnano, San Vito e Toiano. Uno spesso e maturo paleosuolo si sviluppò nelle aree emerse della caldera

89 Vulcanismo degli ultimi anni III epoca La terza epoca ha inzio a 4.8 ka con la risorgenza del blocco della Starza seguita dall'eruzione di Agnano 1 e termina a 3.8 ka. Tale epoca è stata caratterizzata da 16 eruzioni esplosive e 4 eruzioni effusive, che si sono succedute con una frequenza media di una eruzione ogni 50 anni. I centri eruttivi della terza epoca sono concentrati all interno del settore nord-orientale della caldera del Tufo Giallo Napoletano. Le eruzioni più significative sono state: Astroni Averno Agnano-Monte Spina

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91 Carta strutturale schematica dei Campi Flegrei Dopo ogni principale collasso (IC e TGN), il vulcanismo si è concentrato all interno delle caldere. Negli ultimi anni, invece, si sono avute molte eruzioni esplosive con vents localizzati quasi tutti nel settore orientale del terrazzo marino de La Starza (Pozzuoli). Questa distribuzione non casuale è dovuta al sollevamento della parte centrale della caldera, cominciato circa anni fa e tuttora in corso. Il sollevamento del fondo della caldera, che è stato dell ordine di circa 90 m in anni, è noto come fenomeno di risorgenza calderica (deformazione a lungo termine) e, nel caso specifico dei Campi Flegrei, si è realizzato attraverso un meccanismo, detto di taglio semplice

92 Nei periodi di tempo compresi tra il ed il gli abitanti dell area flegrea, e di Pozzuoli in particolare, sono stati testimoni e vittime di un fenomeno di sollevamento del suolo che, in pochi mesi, ha portato quest ultimo ad un livello, complessivamente, di circa 3.5 m più alto (max sollevamento negli anni = 170 cm; max sollevamento negli anni = 180). Questo fenomeno è noto con il nome di bradisismo (letteralmente movimento lento del suolo, in contrapposizione con il movimento veloce che si realizza nel corso di un terremoto) Tempio di Serapide (Pozzuoli) Il bradisismo è stato di recente interpretato come parte di un fenomeno più complesso che ha determinato un sollevamento del suolo, nell area puteolana, di circa 90 m negli ultimi 10 ka.

93 La freccia rossa indica l antico molo, prima degli episodi bradisismici del La freccia gialla indica il molo attuale. Dalla fine del 1984 è ripresa una generale lenta subsidenza interrotta solo da sporadici episodi di sollevamento di scarsa entità, di cui l ultimo è tuttora in corso.

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95 L isola d Ischia

96 L isola d Ischia rappresenta la porzione sommitale di un apparato vulcanico che si erge per circa 1000 m dal fondo del mare nella parte nord-occidentale del Golfo di Napoli.

97 Essa copre un area di circa 46 km 2 e raggiunge un altezza massima sul livello del mare di 787 m, in corrispondenza del M. Epomeo, situato nella parte centrale dell isola.

98 L isola è costituita da rocce vulcaniche, da depositi di frane e, subordinatamente, da rocce sedimentarie terrigene L età di inizio dell attività vulcanica sull isola non è precisamente noto, infatti le rocce più antiche datate, che non sono le più antiche in affioramento, hanno un età di 150 ka ed appartengono ad un complesso vulcanico attualmente in parte eroso e ricoperto dai prodotti dell attività più recente. I resti di quest apparato si rinvengono nel settore sud-orientale dell'isola.

99 Periodo ka I prodotti dell'attività successiva alla formazione di questo complesso sono costituiti da piccoli duomi e colate laviche, situati lungo le coste dell'isola e di età compresa tra 150 e 74 ka. Lave di Monte Cotto (147 ka ± 3 ka *) Duomo di Castello d'ischia (132 ka ± 3 ka *) Duomo di Monte Vico (75 ka ± 1,7 ka *) Duomo di S. Angelo (100 ka ± 6 ka*) Lave di Punta Imperatore (117 ka ± 3 ka*)

100 Periodo ka Il periodo seguente di attività vulcanica, compreso tra e anni, fu caratterizzato da numerose eruzioni esplosive di energia variabile, separate nel tempo da periodi di quiescenza di diversa durata, e culminò con l'eruzione del Tufo Verde del M. Epomeo avvenuta 55 ka BP. Affioramenti di Tufo Verde sul versante occidentale del M. Epomeo

101 Periodo ka Dopo l eruzione del Tufo Verdel attività vulcanica proseguì con una serie di eruzioni esplosive magmatiche, ed idromagmatiche, fino a circa 33 ka b.p. Le rocce originate nel corso di queste eruzioni sono esposte lungo le falesie tra Sant Angelo e Punta Imperatore, a Citara ed al M. Vico. Formazione di Citara ( ka ± 5 ka*) Formazione di S. Costanzo vista da P. della Signora (38.4 ka ± 4.5 ka *)

102 A partire da almeno anni è iniziato il sollevamento della parte centrale della caldera. L area risorgente è costituita da blocchi variamente dislocati il cui sollevamento massimo è alla cima del Monte Epomeo e diminuisce verso SE I centri eruttivi dell ultimo periodo di attività si sono concentrati prevalentemente nel settore orientale dell isola, tranne quelli nella zona di Zaro e uno nel settore sud-occidentale Questa distribuzione è stata fortemente influenzata dalla dinamica della risorgenza O E

103 Periodo ka Il secondo periodo di attività iniziò con le lave di Grotta di Terra, lungo la costa sud-orientale dell isola. Successivamente l attività vulcanica è continuata sporadicamente fino a 18 ka b.p., con eruzioni effusive ed esplosive (magmatiche e freatomagmatiche) e la messa in posto di colate laviche, depositi da caduta con costruzione di tuff ring e tuff cone. Lave di Grotta del Mavone Lave di S.Anna (22.6 ka ± 3 ka) Lave di Grotta di Terra (29 ka ± 2 ka) Lave di Schiappa e Pomicione (24 ka ± 1 ka) Formazione Faro di Punta Imperatore (19 ka ± 3 ka *)

104 Periodo 10 ka 1302 AD Il terzo periodo di attività è cominciato circa 10 ka b.p. dopo un periodo di stasi relativamente lungo, fino all ultima eruzione in epoca storica: l eruzione de L Arso che ha prodotto un estesa colata lavica nel 1302 d.c. Questo periodo è stato caratterizzato da eruzioni sia effusive, che hanno generato colate e duomi lavici, sia esplosive (magmatiche e freatomagmatiche) che hanno generato piccoli tuff ring e depositi piroclastici da caduta. L attività più intensa è negli ultimi anni in cui si sono avute ben 36 eruzioni.

105 Periodo 10 ka 1302 AD Esempio di depositi da caduta di eruzioni esplosive Piroclastiti di Cava Bianca (IV sec. d.c.) Piroclastiti di Cretaio (1.860 d.c.) Piroclastiti di Fiaiano (890 A.D.)

106 Periodo 10 ka 1302 AD Esempio di depositi da corrente piroclastica Piroclastiti di Maisto (> anni) Piroclastiti di Bosco della Maddalena (ca AD) Piroclastiti di Piano Liguori Tephra (ca anni)

107 Periodo 10 ka 1302 AD Lave di Zaro (6 ± 1 ka) Lave di Punta La Scofa (III sec. d.c.) Centro di Cafieri (VIII sec. a.c.)

108 Periodo 10 ka 1302 AD Porto d'ischia (466 a.c.)

109 Periodo 10 ka 1302 AD Colata de L Arso (1302 AD)

110 Distribuzione delle bocche eruttive

111 Distribuzione delle colate laviche e dei duomi lavici

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114 E possibile prevedere le eruzioni vulcaniche?

115 Il mestiere del vulcanologo

116 Il vulcanologo è un ricercatore che cerca di capire le modalità di funzionamento dei vulcani, attraverso lo studio delle eruzioni passate e di quelle in corso allo scopo di prevederne il comportamento futuro

117 La previsione a lungo termine Si basa sull assunzione che fenomeni eruttivi verificatisi passato, si possano ripetere in futuro con modalità simili e interessando le stesse aree (in assenza di eventi che abbiano modificato sostanzialmente l assetto e il sistema di alimentazione del vulcano). Scopo è quello di definire una legge di comportamento del vulcano in base alla ricostruzione del suo comportamento passato. Se si è in grado di definire la legge di comportamento che un vulcano ha seguito nel passato, allora si può formulare un ipotesi sul probabile comportamento futuro e sulle fenomenologie attese.

118 La previsione a breve termine L evoluzione di un sistema vulcanico da uno stato di quiescenza fino al momento dell eruzione comporta delle modificazioni di parametri fisico-chimci sia nel magma che nelle rocce circostanti. Le variazioni di questi parametri misurati in superficie costituiscono i fenomeni precursori di un eruzione, e la loro evoluzione nel tempo è alla base della previsione a breve temine.

119 la sismicità vulcanica, legata alla fatturazione delle rocce sotto la spinta del magma o dei gas vulcanici in risalita le variazioni nella forma degli edifici vulcanici, causate da spostamenti di masse magmatiche in profondità, a variazioni di pressione o al flusso di fluidi nel sistema geotermale connesso con il vulcano le variazioni del campo gravitazionale ed elettro-magnetico, legate alla risalita di masse a diversa densità e temperatura le variazioni geochimiche, cioè modificazioni del chimismo e della temperatura del sistema fumarolico e del sistema idrico superficiale, legate all arrivo di una fase gassosa emanata dal magma e/o all'arrivo di sostanze emesse dalle rocce riscaldate dal magma stesso I fenomeni precursori delle eruzioni

120 La Sorveglianza delle aree vulcaniche Sorveglianza vulcanica

121 La Sorveglianza delle aree vulcaniche Sorveglianza sismica

122 La Sorveglianza delle aree vulcaniche Sorveglianza geochimica

123 La Sorveglianza delle aree vulcaniche Sorveglianza geodetica

124 La Sorveglianza delle aree vulcaniche Sorveglianza di altri parametri geofisici