Analizzando i minerali presenti nelle rocce eruttate dallo Stromboli durante i parossismi del 2019, i ricercatori hanno scoperto una corrispondenza temporale tra le modificazioni avvenute nel sistema di alimentazione magmatico e i cambiamenti nello stato di attività del vulcano registrati dalle reti di monitoraggio nei mesi precedenti le eruzioni
L’analisi dei cristalli rinvenuti all’interno dei prodotti eruttati dallo Stromboli durante i parossismi del 2019 ha evidenziato un ringiovanimento del sistema magmatico ed una significativa coerenza tra le modificazioni chimiche delle rocce avvenute nel mese precedente alle eruzioni e i dati registrati nello stesso intervallo di tempo dalle reti di monitoraggio.
Sono questi i principali risultati dello studio “Magma recharge and mush rejuvenation drive paroxysmal activity at Stromboli volcano”, appena pubblicato sulla rivista scientifica ‘Nature Communications e svolto nell'ambito del progetto strategico dipartimentale ‘UNO’ dell’INGV. La ricerca è stata condotta da un team internazionale di ricercatori che ha coinvolto l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), il Museo di Storia Naturale di Londra (NHM - UK), l’Istituto di Geochimica e Petrologia del Politecnico Federale di Zurigo (ETH - CH) e i Dipartimenti di Scienze della Terra dell’Università di Keele (UK), dell’Università dell’Iowa (USA), dell’Università Sapienza di Roma, dell’Università di Pisa (UniPI) e dell’Università di Ferrara (UniFE).
“L'obiettivo del nostro studio è stato approfondire le dinamiche magmatiche del sistema Stromboli e i cambiamenti avvenuti negli ultimi venti anni, dando particolare attenzione ai due parossismi dell’estate 2019”, spiega Piergiorgio Scarlato, vulcanologo dell’INGV. “Tra i risultati più significativi che abbiamo ottenuto c’è sicuramente l’evidenza che il sistema di alimentazione profondo dello Stromboli è stato ri-alimentato dall’ingresso di nuovo magma profondo, più caldo e ricco di volatili. I modelli di diffusione applicati alle composizioni chimiche misurate su 65 cristalli di clinopirosseno (minerale sempre presente nelle rocce magmatiche eruttate dallo Stromboli) hanno evidenziato che più del 70% degli eventi di ‘’ricarica’’ del sistema vulcanico, registrati nel periodo di analisi, sono iniziati circa un mese prima dell’eruzione del 3 luglio (il primo parossismo del 2019), coerentemente con l'aumento dell’attività eruttiva osservata”.
Confrontando i prodotti degli ultimi vent’anni, i ricercatori hanno potuto constatare che le marcate differenze composizionali e tessiturali tra i cristalli di clinopirosseno del 2019 e quelli dell’attività eruttiva degli anni precedenti (2003-2017) mostrano che il sistema di alimentazione del vulcano è ‘ringiovanito’ nel tempo, attraverso un processo di erosione delle pareti della camera magmatica e di dissoluzione dei cristalli preesistenti, avvenuta all’interno di un corpo altamente cristallino denominato ‘mush’. A partire dal parossismo del 5 aprile 2003, l’abbondanza di questo mush si è via via ridotta nei prodotti eruttati, fino quasi a scomparire del tutto nei prodotti dell'estate 2019.
“I cristalli di clinopirosseno presenti nei prodotti eruttivi del 28 agosto 2019 - il secondo parossismo del 2019 - restituiscono tempi di ricarica non superiori a un mese per effetto dell’erosione del mush e, quindi, diversi da quelli del 3 luglio. Questo conferma che il parossismo del 28 agosto è stato alimentato da una seconda iniezione di magma, distinta dal magma che ha alimentato l’eruzione del 3 luglio, avvalorando l’ipotesi di un ‘ringiovanimento’ del sistema”, aggiunge Scarlato. "Questi cambiamenti nel sistema di alimentazione magmatico del vulcano sono probabilmente tra le cause alla base dei fenomeni eruttivi che si stanno ripetendo a Stromboli a partire dall'estate del 2019".
“Un ulteriore importante risultato di questo lavoro è la ‘corrispondenza’ riscontrata tra le modificazioni cristallochimiche del clinopirosseno e i dati registrati dalle telecamere di sorveglianza, dalle stazioni geochimiche sul vulcano e dalle reti per il monitoraggio del tremore sismico e della deformazione del suolo. Questa coerenza tra i parametri ha confermato come le variazioni chimico-fisiche del sistema magmatico profondo siano in grado di produrre degli effetti osservabili con largo anticipo, in particolar modo rispetto agli eventi parossistici”, aggiunge Elisabetta Del Bello, vulcanologa dell’INGV.
“Questi risultati” evidenzia Piergiorgio Scarlato, “forniscono nuovi elementi di basilare rilevanza per comprendere i meccanismi di generazione dei parossismi a Stromboli e, conseguentemente, per lo sviluppo di sistemi di monitoraggio dell’attività eruttiva”
Il monitoraggio continuo dei prodotti eruttati da vulcani come lo Stromboli si conferma, dunque, un elemento fondamentale per comprendere i cambiamenti dei sistemi di alimentazione dei vulcani e per ricostruire la loro scala temporale, con l’obiettivo ultimo di aumentare gli strumenti utili alla definizione di strategie per la valutazione e la mitigazione dei rischi naturali.
La ricerca pubblicata ha una valenza essenzialmente scientifica, priva al momento di immediate implicazioni in merito agli aspetti di protezione civile.
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STROMBOLI | The rejuvenation of the volcano discovered by analyzing the erupted products
By analyzing the minerals characteristics of the rocks erupted by Stromboli during the paroxysms of 2019, the researchers discovered a temporal correspondence between the modifications that occurred in the magmatic feeding system and the changes in the state of activity of the volcano recorded by the monitoring networks in the months preceding the eruptions
The analysis of the crystals found within the eruptive products of the Stromboli 2019 paroxysms highlighted a rejuvenation of the magmatic system and a significant consistency between the chemical modifications of the rocks that occurred in the month preceding the eruptions and the data recorded in the same time interval from monitoring networks.
These are the main results of the study "Magma recharge and mush rejuvenation drive paroxysmal activity at Stromboli volcano", just published in the scientific journal 'Nature Communications’ and carried out as part of the INGV departmental strategic project 'UNO'. The research was conducted by an international team of researchers which involved the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), the Natural History Museum of London (NHM - UK), the Institute of Geochemistry and Petrology of the Federal Polytechnic of Zurich (ETH - CH) and the Departments of Earth Sciences of the University of Keele (UK), the University of Iowa (USA), the Sapienza University of Rome, the University of Pisa (UniPI) and the University of Ferrara (UniFE).
"The objective of our study was to investigate the magmatic dynamics of the Stromboli system and the changes that have occurred over the last twenty years, paying particular attention to the two paroxysmal eruptions of the 2019 summer", explains Piergiorgio Scarlato, INGV volcanologist. “One of the most significant results obtained is the evidence that, before the proximal events, the deep feeding system of Stromboli has been replenished with new magma, hotter and rich in volatiles. Diffusion modeling on 65 clinopyroxene crystals (a mineral always present in magmatic rocks erupted from Stromboli) showed that more than 70% of the ''recharge'' events of the volcanic system, started about a month before the July 3 eruption (the first paroxysm of 2019), consistent with the observed increase in eruptive activity”.
By comparing the products of the last twenty years, the authors were able to ascertain that the marked compositional and textural differences between the 2019 clinopyroxene crystals and those of the 2003-2017 eruptive activity) is a result of the volcano's feeding system 'rejuvenation' over time, due to erosion of the magma chamber walls and dissolution of the pre-existing crystalline body called 'mush'. Starting from the paroxysm of April 5, 2003, the abundance of this mush gradually decreased in the erupted products, until almost completely disappearing in the products of summer 2019.
“The August 28 eruptive products (the second paroxysm of 2019) - display recharge times of no more than one month due to musherosion and, therefore, different from those of July 3. This confirms that the paroxysm of August 28 was fueled by a second injection of magma, distinct from the one driving the eruption of July 3, confirming the hypothesis of a 'rejuvenation' of the system", adds Scarlato. "These changes in the volcano's magma feeding system are probably amongst the underlying causes of the eruptive phenomena that have been repeating on Stromboli since the summer of 2019."
“A further important result of this work is the 'correspondence' found between the crystal-chemical modifications of clinopyroxene and the data recorded by surveillance cameras, geochemical stations on the volcano and the seismic tremor and ground deformation monitoring networks. This coherence between the parameters confirmed how the physico-chemical variations of the deep magmatic system are able to produce effects that can be observed well in advance, especially with respect to paroxysmal events", adds Elisabetta Del Bello, volcanologist at INGV.
"These results" highlights Piergiorgio Scarlato, "provide new insights on the mechanisms triggering paroxysmal eruptions at Stromboli and, consequently, improving the monitoring of the eruptive actvitiy"
The continuous petrological monitoring of the products erupted by perstently active volcanoes such as Stromboli is therefore confirmed as a fundamental element for understanding the changes in the magmatic feeding systems of volcanoes and for reconstructing their timescales, with the ultimate aim of implementing the tools useful for defining strategies for assessing and mitigating natural risks.
The published research has an essentially scientific value, without immediate implications regarding the aspects of civil protection at the moment.
Link:
Foto 1 - Campionamento dei prodotti e selezione di frammenti pomicei eruttati durante il parossismo del 28 agosto 2019 sui fianchi del vulcano. Foto P. Scarlato.
Ph.1 - Products sampling and selection of pumice fragments erupted during the 28 August 2019 paroxysm on the slopes of the volcano. Photo P. Scarlato.
Foto 2 - etriche cadute sopra l’elipista situata presso l’area sommitale durante il parossismo del 3 luglio 2019. Foto E. Del Bello.
Ph 2 - Decimeter- to meter-sized bombs dropped on top of the helipad located near the summit area of Stromboli during the 3 July 2019 paroxysm. Photo E. Del Bello.
Foto 3 - ;Operazioni di campionamento del deposito di pomici e ceneri del 3 luglio sui tetti delle case di Ginostra. Foto E. Del Bello.
Ph 3 - Sampling operations of the lapilli and ash deposit of the 3 July paroxysm on the roofs of the houses in Ginostra village. Photo E. Del Bello.
Immagine - Cristallo di clinopirosseno rappresentativo dei parossismi del 2019 visto al Microscopio Elettronico (a sinistra). La zonazione composizionale si osserva come un cambiamento di tonalità di grigio verso il margine esterno del cristallo, corrispondente ad un incremento di magnesio, cromo e nichel (questi due elementi visibili nelle mappe chimiche a destra, cromo in alto e nichel in basso), dovuto all'ingresso di nuovo magma, piú caldo e primitivo, nel sistema di alimentazione dello Stromboli. Immagine C.M.Petrone.
Image -Scanning electron microscope image (on the left side) of a clinopyroxene crystal representative of the 2019 paroxysms. The compositional zoning determines a change in grayscale towards the outer edge of the crystal, which corresponds to an increase in magnesium, chromium and nickel (the last two elements represented in trace elements maps, respectively on the top and bottom right), due to the entry of new, hotter and more primitive magma into the Stromboli feeding system. Image by C.M. Petrone.
Foto 4 - La colonna eruttiva formatasi sopra Stromboli durante il parossismo del 3 luglio 2019. Foto di G. De Astis.
Ph. 4 - The eruption column that formed above Stromboli during the 3 July 2019 paroxysm. Photo by G. De Astis.