Università di Pisa - Valutazione della didattica e iscrizione agli esami

Scheda programma d'esame

GEOCHIMICA APPLICATA ALLA VULCANOLOGIA

PAOLA MARIANELLI

Anno accademico2023/24
CdSSCIENZE E TECNOLOGIE GEOLOGICHE
Codice043DD
CFU6
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano

Moduli

Settore/i

Tipo

Ore

Docente/i

GEOCHIMICA APPLICATA ALLA VULCANOLOGIA

GEO/08

LEZIONI

PAOLA MARIANELLI unimap

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Obiettivi di apprendimento

Learning outcomes

Conoscenze

Approfondimento della conoscenza dei sistemi di alimentazione dei vulcani attivi. Relazioni tra funzionamento dei sistemi di alimentazione, dinamiche delle eruzioni e caratteristiche dei depositi vulcanici. Acquisizione e pratica in laboratorio delle principali tecniche di studio (in particolare tecniche di base e avanzate per lo studio delle inclusioni fluide e silicatiche), elaborazione risultati e utilizzo di dati per la ricostruzione di modelli di funzionamento dei vulcani finalizzato anche alla mitigazione della pericolosità vulcanica.

Knowledge

Applied Geochemistry for Volcanologists

Advanced knowledge of feeding systems of active volcanoes, of links between working mode of feeding systems, eruption dynamics and characteristics of volcanic deposits. Fundamentals and practice in the laboratory about the main analytical tools (in particular modern approaches for melt and fluid inclusions studies), data processing for the reconstruction of the feeding systems of active volcanoes, aimed to the mitigation of volcanic hazard.

Modalità di verifica delle conoscenze

Le conoscenze saranno verificate mediante esame orale con voto, con presentazione di un articolo scientifico concordato in precedenza con il docente.

Assessment criteria of knowledge

Final oral exam with oral presentation.

Capacità

Lo studente avrà acquisito le conoscenze per campionare e analizzare depositi vulcanici, per interpretare e valutare criticamente i dati; lo studente sarà in grado di comprendere le relazioni tra processi pre- e sin-eruttivi nei sistemi di alimentazione e dinamiche delle eruzioni.

Skills

The student who successfully completes the course will: be able to sampling and analyzing volcanic deposits, be able to critically interpret data, be able to associate pre- and syn-eruption processes in volcano feeding systems to the eruption dynamics.

Modalità di verifica delle capacità

Le capacità saranno verificate principalmente in sede di esame orale. Lo studente dovrà discutere i risultati argomento della presentazione mettendoli in relazione alle capacità acquisite durante le lezioni frontali e la pratica in laboratorio

Assessment criteria of skills

Skills will be tested primarily during the oral examination. The student will be assessed by his/her ability to give an oral report, with critical awareness, of a scientific paper dealing with a topic of his/her choice among those presented during the course.

Comportamenti

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di individuare e interpretare le principali caratteristiche del funzionamento di un sistema vulcanico basato sulle metodologie oggetto del corso. Lo studente potrà acquisire capacità di valutare criticamente le informazioni di letteratura in relazione alle caratteristiche dei sistemi di alimentazione dei vulcani attivi. Lo studente potrà acquisire capacità di svolgere attività analitica e di elaborazione e interpretazione dati.

Behaviors

At the end of the course the student will be able to recognize and interpret the main characteristics of
the functioning of a volcanic system based on the methodologies covered by the course. Students will acquire and/or develop an awareness of scientific literature on active volcano feeding systems. Students will acquire analythical skill and capabilty in elaboration and interpretation of data.

Modalità di verifica dei comportamenti

Durante le esercitazioni in laboratorio verrà valutata la procedura e l'accuratezza con cui
verranno effettuate le varie attività. Inoltre, sarà oggetto di valutazione il grado di
partecipazione alle attività, l'autonomia nell'uso degli strumenti di misura e dei software di
elaborazione dei dati.

Assessment criteria of behaviors

During the laboratory exercises, the procedure and accuracy with which the various activities will be
accomplished, as well as the degree of participation in the activities, independence in the use of measuring instruments and of data processing.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

conoscenze di base in vulcanologia, geochimica, petrografia

Prerequisites

Basic knowledge of volcanology, geochemistry, petrography

Corequisiti

Per poter consolidare ed ampliare le conoscenze richieste dal corso di insegnamento si consiglia di
frequentare Fisica del Vulcanismo

Co-requisites

In order to consolidate and broaden the knowledge required by the teaching course, it is recommended to attend Phisical volcanology

Prerequisiti per studi successivi

La frequentazione del presente corso aiuta lo studente per i successivi corsi delle discipline vulcanologiche, petrologiche, geochimiche e finalizzate alla mitigazione del rischio vulcanico.

La frequenza al corso è fortemente consigliata anche se non obbligatoria

Prerequisites for further study

Attendance of this course helps the student for subsequent courses of the volcanological, petrological geochemical and volcanic hazard disciplines

The course attendance is strongly recommended but not compulsory

Indicazioni metodologiche

Le lezioni sono erogate in presenza con l’ausilio della proiezione di diapositive e attività pratica in laboratorio. Gran parte del materiale didattico presentato a lezione e materiale integrativo è messo a
disposizione sulla pagina di Teams (o e-learning) dedicata al corso di insegnamento

Teaching methods

Lessons are delivered face-to-face with the aid of slide projections. Much of the teaching material presented in class and supplementary material is made available on the Teams page (or e-learning) dedicated to the teaching course.

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Partendo dai principi di base, vengono forniti agli studenti competenze teoriche, metodologiche,
sperimentali ed applicative nelle aree fondamentali della vulcanologia e dei sistemi di alimentazione di vulcani attivi. In particolare, gli argomenti includeranno:

Concetti di camera magmatica, mush column, sistemi superficiali e profondi. Processi chimico-fisici in camere magmatiche, processi di differenziazione, convezione, diffusione, stratificazione, zonature composizionali e termiche. Evoluzione di serbatoi magmatici in sistema chiuso e processi a sistema aperto: rialimentazioni, degassamento e interazioni con le rocce incassanti, processi di mescolamento.

Mescolamento fisico vs. ibridizzazione. Ruolo del mescolamento tra magmi nell’evoluzione termica e composizionale delle camere magmatiche e nell’innesco e nella dinamica delle eruzioni. Dinamica delle camere magmatiche, processi di cristallizzazione alla parete, formazione e migrazione del fronte di solidificazione, comportamento dei volatili nella camera magmatica ed all’interfaccia con l’incassante, rocce di parete e informazioni da loro derivanti.

Processi e modalità di estrazione e di risalita di magmi. Modelli di estrazione. I volatili nei magmi: comportamento delle specie volatili nei vari processi evolutivi; essoluzione e separazione di una fase fluida (modalità, ruolo della fase fluida essolta nei processi di degassamento in sistema aperto, nell’innesco delle eruzioni e nei meccanismi eruttivi, negli scambi con l’incassante).

Ricostruzione del ruolo dei sistemi di alimentazione nei fenomeni precursori, di innesco ed eruttivi di vulcani attivi finalizzato alla mitigazione della pericolosità vulcanica.

Velocità di risalita dei magmi. Relazioni tra dinamica delle eruzioni e processi nei sistemi di alimentazione (esempi e case history). I sistemi di alimentazione dei vulcani attivi ( Mt. S.Helens, Montserrat, Pinatubo, Vesuvio, Campi Flegrei, Stromboli, Etna, etc..).

Trattamento dati e utilizzo della geochimica nella ricostruzione di processi nel sistema di alimentazione, e ruolo di questi processi nell'innesco e nella dinamica delle eruzioni, con particolare riferimento all'attività esplosiva. Applicazioni alla mitigazione della pericolosità vulcanica.

Applicazioni dei dati geochimici alla tefrostratigrafia.

Principali tecniche di studio dei prodotti vulcanici. Utilizzo della tecnica SEM-EDS in vulcanologia: analisi morfoscopiche su rocce piroclastiche e microanalisi su minerali, inclusioni e vetri vulcanici. Tecniche analitiche per lo studio delle inclusioni silicatiche: preparazione dei campioni, microanalisi EDS e WDS, microspettrometria a infrarosso (Fourier Transform Infrared FT-IR) su inclusioni e vetri vulcanici, microsonda Raman, microtermometria ottica, caratteristiche delle piattaforme riscaldanti, strategie di impiego e di indagine. Metodologie di studio dei sistemi di alimentazione: conoscenze derivanti dallo studio di frazioni juvenili, litici “cognate”, litici, petrologia sperimentale, inclusioni silicatiche e fluide. Le inclusioni silicatiche e fluide e lo studio delle camere magmatiche: stime delle temperature di cristallizzazione dei magmi, stima delle pressioni di cristallizzazione dei magmi, percorso evolutivo dei fusi magmatici, evoluzione delle fasi volatili, modelli di solubilità, formazione e evoluzione della fase fluida.

Interpretazione dei dati in funzione della ricostruzione dei processi di evoluzione dei magmi nel sistema di alimentazione e delle condizioni PTX in camera magmatica pre-eruttive e sineruttive.

Esercitazioni: esercitazioni pratiche nel Laboratorio Inclusioni del DST(preparazione e selezioni campioni, microtermometria ottica e microspettroscopia vibrazionale)

Syllabus

Starting from the basic principles, students are provided with theoretical, methodological, experimental, and applicative skills in the fundamental areas of volcanology and on feeding systems of active volcanoes. In particular, the topics will include:

magma chamber, mush column, shallow and feeding systems, chemico-physical processes, thermal and chemical zoning of magma chambers.

Processes in magmatic systems in open and closed conditions: refilling, mixing, degassing and magma chamber-wall rock interaction,mixing processes in compositional and thermal evolution of magma chambers and in triggering and eruption dynamics, dynamics of magma chambers, sidewall crystallization, solidification front, volatile behaviour in magma chamber and at the magma chamber-wall rocks, volatiles in magmas exsolution of fluid phases,link between eruption dynamics and feeding systems.

Relationship between eruption dynamics and processes in the magmatic feeding systems (case histories). magmatic systems of active volcanoes (Mt. S.Helens, Montserrat, Pinatubo, Vesuvio, Campi Flegrei, Stromboli, Etna, etc..).

Data processing and role of geochemistry in the reconstruction of processes in magmatic systems and in erutpion dynamics, also aimed to mitigation of volcanic hazard.

Geochemical data and tephrostratigraphy

The second part of the course focuses on the main analythical techniques (SEM-EDS, FT-IR,...) used for the investigation of volcanic products and of the melt inclusions.

Laboratory activities: different approaches for study of volcanic deposits will be shown and students could perform samples preparation and analyses in DST Labs. Data processing, aimed to pre-eruptive PTX conditions of magmatic systems, will be done

Bibliografia e materiale didattico

Materiale didattico (pdf) e pubblicazioni scientifiche verrano forniti durante il corso

I libri di testo sono disponibili nelle biblioteche universitarie e in formato elettronico. Nessuno dei testi elencati è obbligatorio. Lo studente può scegliere diversi argomenti da ognuno di essi

- Sigurdsson, H. (Editor in Chief) (2000): Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press. San Diego. 1417 pp.

- Wholetz K, Heiken G. (1992): Volcanology and geothermal energy. University of California Press. 432 pp.

- Carroll and Holloway (1994): Volatiles in magmas. Reviews in Mineralogy vol. 30. 517 pp.

- Roedder (1984): Fluid inclusions. Reviews in Mineralogy vol. 12. 646 pp.

- De Vivo, Bodnar (2003): Melt inclusions in volcanic systems: Developments in Volcanology vol. 5. 258 pp.

- Putirka and Tepley III (2008): Minerals, inclusions and volcanic processes. Reviews in Mineralogy vol. 69. 674 pp.

- Roedder (1984): Fluid inclusions. Reviews in Mineralogy vol. 12. 646 pp.

- Elisabeth A. Parfitt and Lionel Wilson (2008) Fundamentals of Physical Volcanology, Blackwell 230 pp.

Bibliography

Teaching material related to the topics of the lessons (i.e., slide presentations in a PDF format) is
provided to the students by the teacher.

Textbooks are widely available in university libraries and as PDF. None of the text listed below is mandatory, the student may select topics from either of them.