Coinvolgimento di fluidi magmatico-idrotermali in eruzioni freatiche: indicazioni dallo studio dei prodotti di La Fossa (Isola di Vulcano, Eolie)

Le eruzioni vulcaniche sono spesso il risultato della combinazione tra dinamiche profonde di risalita del magma e processi che si verificano nelle parti sub-superficiali dell’apparato vulcanico. Nel caso dei vulcani caratterizzati da attività fumarolica e diffusa alterazione idrotermale superficiale, alcune eruzioni possono produrre depositi ricchi di frammenti litici idrotermalizzati e subordinato o assente materiale juvenile. In questi eventi possono essere inoltre direttamente coinvolti fluidi idrotermali aventi contenuti elevati di elementi di origine magmatica da questi trasportati (Cu, Au, As, Sb, Zn, Pb, etc.). I prodotti di queste eruzioni possono quindi conservare testimonianze della presenza di elementi presenti nei fluidi magmatico-idrotermali, utili per avere informazioni sul sistema magmatico in degassamento ma anche per le potenziali implicazioni per la comprensione dei processi mineralizzanti intorno a corpi magmatici poco profondi. L’obiettivo principale di questo lavoro è stato quello di investigare la presenza di elementi di origine magmatica e potenzialmente trasportati da fluidi idrotermali in eruzioni freatiche (Breccia de Fiore, 1873-1876 d.C.; Breccia di Commenda, circa XIII secolo) avvenute nel vulcano La Fossa (Isola di Vulcano) che abbiano coinvolto il sistema idrotermale. A titolo di confronto, sono stati analizzati anche alcuni campioni di depositi di breccia ricchi in componenti litici del vulcano Santa Ana (Salvador). Lo studio si è avvalso di analisi vulcanologiche di terreno per la caratterizzazione e l’interpretazione dei depositi dei prodotti e di tipo geochimico e petrografico per la raccolta e interpretazione dei dati di concentrazione degli elementi che sono tipicamente trasportati dai fluidi idrotermali. I depositi dell’unità della Breccia de Fiore, caratterizzata per la prima volta in questo lavoro di tesi, affiorano principalmente all’interno di canali di erosione sul versante nord-ovest del cono de La Fossa e occupano una posizione stratigrafica tra le sequenze esplosive di Upper Pietre Cotte e i depositi del 1888-1890. Hanno struttura massiva, clasto-sostenuta con basso contenuto in matrice fine, spessori massimi di 40-50 cm, basso grado di selezione granulometrica e contengono abbondanti lapilli e blocchi idrotermalizzati. Le analisi dei componenti e petrografiche hanno rivelato che i campioni sono costituiti principalmente da clasti di lava di composizione intermedia tra trachitica e riolitica moderatamente alterati, da densi a scarsamente vescicolati, contenenti fenocristalli principalmente di plagioclasio e clinopirosseno presenti anche come microliti in una pasta di fondo parzialmente vetrosa. I clasti presentano alterazione moderata, per lo più incipiente e limitata ad alcune porzioni esterne dei clasti. I depositi della Breccia di Commenda hanno una dispersione maggiore rispetto a quelli della Breccia de Fiore e mostrano spessori elevati (fino a 3 metri), aspetto da massivo a gradato inversamente per i litici, grado di selezione granulometrico basso, pipes di degassamento verticali e blocchi fino a 50 cm in diametro immersi in abbondante matrice cineritica. I componenti della Breccia di Commenda si differenziano da quelli della Breccia de Fiore per un’alterazione più spinta e più pervasiva dei clasti, spesso associata a patine di ossidazione che rendono difficile il riconoscimento delle strutture originarie. Le analisi chimiche degli elementi maggiori sono state svolte con tecnica ICP-OES presso i laboratori Actlabs (Canada), mentre gli elementi in tracce sono stati determinati in ICP-MS utilizzando uno spettrometro Perkin-Elmer NexION 300× (presso DST-UNIPI). Il mercurio è stato analizzato mediante uno strumento Milestone DMA-80 (Direct Mercury Analyzer) sempre presso DST-UNIPI. Le analisi chimiche degli elementi maggiori condotte sulle frazioni granulometriche <63 micron mostrano composizioni più evolute per i campioni della Breccia de Fiore (latite-trachite) rispetto a quelli della Breccia di Commenda (latite). Il confronto dei pattern delle REE della frazione fine dei depositi di breccia con i dati di letteratura sulle rocce vulcaniche non alterate e sulle facies di alterazione idrotermale ha permesso di fare delle ipotesi sul tipo e intensità dell’alterazione al momento degli eventi eruttivi studiati. I fattori di arricchimento calcolati rispetto a rocce fresche equivalenti di La Fossa prese dalla letteratura descrivono per entrambe le brecce arricchimenti in Pb, Mo, Tl, Bi, Ni, Zn, Cu, As, Ag, Se, Mo e REE. Le analisi dei contenuti di mercurio indicano che Hg risulta più arricchito nella matrice fine della Breccia di Commenda (fino a 49 ppb) rispetto ai campioni della Breccia de Fiore (massimo 11 ppb). I risultati di questo lavoro hanno dimostrato che nei vulcani in degassamento passivo, come quello di La Fossa di Vulcano, l’impronta geochimica del trasporto di elementi da parte dei fluidi magmatico-idrotermali può essere riconosciuta sia nella parte “attiva” del sistema (fluidi idrotermali, fumarole, etc.), ma anche indirettamente dallo studio dei prodotti di alcune eruzioni esplosive di tipo freatico-idrotermale che avvengono in questi ambienti. Volcanic eruptions are often the result of the combination of deep dynamics of magma ascenting and processes found in the sub-superficial part of the volcanic apparatus. In the case of volcanoes characterized by fumarolic activity and widespread superficial hydrothermal alteration, some eruptions may produce deposits rich in hydrothermalized lithic fragments and subordinate or absent juvenile material. Furthermore, hydrothermal fluids with high contents of elements of magmatic origin transported by them (Cu, Au, As, Sb, Zn, Pb, etc.) can be directly involved in these events. The products of these eruptions can therefore preserve evidence of the presence of elements present in magmatic-hydrothermal fluids, useful for obtaining information on the magmatic system in degassing but also for the potential implications for the understanding of mineralizing processes around shallow magmatic bodies. The main objective of this work was to investigate the presence of elements of magmatic origin and potentials transported by hydrothermal fluids in phreatic eruptions (Breccia de Fiore, 1873-1876 DC; Breccia di Commenda, about XIII century) that occurred in the volcano La Fossa (Vulcano Island) which involved the hydrothermal system. By way of comparison, samples of breccia deposits rich in lithic components of the Santa Ana volcano (Salvador) were also analyzed. The study made use of volcanological field analysis for the characterization and interpretation of product deposits and geochemical and petrographic analysis for the collection and interpretation of the concentration data of the elements that are typically transported by hydrothermal fluids. The deposits of the Breccia de Fiore unit, characterized for the first time in this thesis work, emerge mainly within erosion channels on the north-west slope of the La Fossa cone and occupy a stratigraphic position among the explosive sequences of Upper Pietre Cotte and the deposits of 1888-1890. They have a massive, clasto-sustained structure with a low content of fine matrix, a maximum thickness of 40-50 cm, a low degree of granulometric selection and contain abundant lapilli and hydrothermalized blocks. Component and petrographic analyzes revealed that the samples consisted mainly of moderately altered, dense to poorly vesiculated lava clasts of intermediate composition between trachyte and rhyolite, containing mainly plagioclase and clinopyroxene phenocrysts also present as microliths in a partially glassy groundmass. The clasts present moderate alteration, mostly incipient and limited to some external portions of the clasts. The deposits of the Breccia di Commenda have a greater dispersion than those of the Breccia de Fiore and show high thicknesses (up to 3 meters), from massive to inversely graded for lithics, low degree of granulometric selection, vertical degassing pipes and blocks up to 50 cm in diameter immersed in abundant ash matrix. The components of the Breccia di Commenda differ from those of the Breccia de Fiore for a more intense and more pervasive alteration of the clasts, often associated with oxidation patinas that make it difficult to recognize the original structures. The chemical analyses of the major elements were carried out with the ICP-OES technique at the Actlabs laboratories (Canada), while the trace elements were determined in ICP-MS using a Perkin-Elmer NexION 300 × spectrometer (at DST-UNIPI). Mercury was analysed using a Milestone DMA-80 (Direct Mercury Analyzer) instrument also at DST-UNIPI. The chemical analyses of the major elements carried out on particle size fractions <63 microns show more advanced compositions for the samples of Breccia de Fiore (latite-trachyte) than those of Breccia di Commenda (latite). The comparison of the patterns of the REEs of the fine fraction of the breccia deposits with the literature data on unaltered volcanic rocks and on the hydrothermal alteration facies allowed us to make hypotheses on the type and intensity of the alteration at the time of the eruptive events studied. The enrichment factors calculated with respect to equivalent fresh La Fossa rocks taken from the literature describe enrichments in Pb, Mo, Tl, Bi, Ni, Zn, Cu, As, Ag, Se, Mo and REE for both breccias. The analyses of the mercury contents indicate that Hg is more enriched in the fine matrix of the Breccia di Commenda (up to 49 ppb) than the samples of the Breccia de Fiore (maximum 11 ppb). The results of this work have shown that in passive degassing volcanoes, such as that of La Fossa di Vulcano, the geochemical imprint of the transport of elements by magmatic-hydrothermal fluids can be recognized both in the "active" part of the system (fluids hydrothermal, fumaroles, etc.), but also indirectly from the study of the products of some explosive eruptions of the phreatic-hydrothermal type that occur in these environments.

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