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INCLUSIONI FLUIDE (IF) E MAGMATICHE (MI) NEI MINERALI

 

I ricercatori strutturati afferenti a questa tematica di ricerca: Proff. Benedetto De Vivo, Annamaria Lima, Stefano Albanese
 
Il gruppo che si occupa di questa tematica di ricerca si è finora  dedicato maggiormente allo studio dell’evoluzione dei fluidi in ambienti petrogenetici, magmatologici, vulcanologici e idrotermali. Le IF e le MI nei cristalli conservano traccia sia dei fluidi acquosi sia dei fusi silicatici con i quali il cristallo interagisce durante la sua crescita o in momenti successivi. Numerosi studi dimostrano come lo studio delle MI forniscano preziose informazioni per la  ricostruzione dell’evoluzione del magma, dalla sorgente fino alla risalita in superficie, e del suo contenuto in volatili, di fondamentale importanza per la comprensione delle dinamiche eruttive, in particolare di quelle esplosive. Attualmente per ottenere importanti informazioni per la mitigazione del rischio vulcanico, si sta portando avanti un progetto per implementare, attraverso lo studio dei profili di diffusione relazionati alle MI,  un metodo per il calcolo dei tempi di residenza dei cristalli nelle camere magmatiche prima di essere eruttati.
 
Cosa sono le inclusioni fluide (IF)?
- sono cavità isolate di dimensioni per lo più micrometriche, riempite di fluido(i) ± solidi, intrappolate nei minerali;
 - si formano in seguito ai meccanismi di accrescimento, precipitazione e/o dissoluzione dei minerali;
- sono l'unica testimonianza diretta dei fluidi che, in epoche geologiche più o meno recenti, sono entrati in contatto ed hanno reagito con le rocce.
 
Quali sono i campi applicativi delle FI?
Lo studio delle inclusioni fluide, dopo il lavoro pioneristico di Sorby (1858) ha visto un notevole sviluppo nella seconda metà del secolo passato per le informazioni che si possono ottenere nell'ottica che:“La geologia è una scienza il cui obiettivo è ricostruire gli eventi”. In particolare:
- Contribuiscono alla comprensione di sistemi diagenetici;
- alla comprensione dell’evoluzione sotterranea dei fluidi;
-  allo studio della formazione dei giacimenti minerari;
- allo studio della migrazione del petrolio;
- alla ricostruzione dell’evoluzione termica, tettonica e stratigrafica  di un sistema subvulcanico;
 
 
 
 
 
In particolare nello studio dell'ambiente di deposizione delle mineralizzazioni è stata evidenziata l'importanza delle IF quale strumento di esplorazione, in quanto fornendo informazioni su parametri quali temperatura, pressione, densità e composizione chimica dei fluidi mineralizzanti, ci consentono di capire come un certo tipo di giacimento si é formato e dove cercarne di nuovi.
 
Cosa sono le inclusioni magmatiche (MI)?
Differiscono dalle IF in quanto le cavità che si formano nei cristalli sono riempite da un fuso magmatico o silicatico.
 
 
 
 
 
 
Quali sono i campi applicativi delle MI?
Le goccioline di magma che vengono intrappolate nei cristalli che si formano durante il raffreddamento possono fornire preziose informazioni per studi petrogenetici, magmatologici, vulcanologici e idrotermali. Recentemente, grazie alle tecniche analitiche di nuova generazione (microsonda ionica, Laser Ablation accoppiata alla ICP-MS), che consentono la determinazione di elementi in traccia, degli isotopi stabili e degli isotopi radiogenici, anche su porzioni di materia infinitamente piccole, lo studio delle MI ha conosciuto un notevole progresso. Dal momento che le MI non degassano durante le eruzioni e rappresentano un sistema chiuso, in ricerche vulcanologiche vengono utilizzate come valido strumento per la determinazione delle concentrazioni dei volatili nei magmi in condizioni pre-eruttive. La conoscenza delle concentrazioni di H2O, CO2, Cl, F e S  ricopre un'importanza primaria per il calcolo delle profondità delle camere magmatiche, dei meccanismi delle eruzioni esplosive, dell'emissione di gas dai vulcani attivi e per il contributo che i magmi stessi forniscono alla formazione dei depositi minerari idrotermali.
 
 
Il Prof. De Vivo e la Prof.ssa Lima sono stati i primi ricercatori italiani ad allestire (1978)  un laboratorio per lo studio delle IF e delle MI (http://www.fluidenv.unina.it). Da allora sono stati pubblicati i risultati di numerose ricerche che hanno riguardato lo studio delle IF e delle MI, nel campo della vulcanologia, petrologia, della geotermia e della giacimentologia.
Applicazioni del metodo delle IF e MI alla vulcanologiahanno riguardato: il sistema vulcanico del Somma Vesuvio, dei Campi Flegrei, delle Hawaii, degli Iblei, delle Eolie, dell Etna, di Pantelleria e delle Isole Pontine.  In particolare per i Campi Flegrei  è stato messo appunto un modello per spiegare il fenomeno del bradisismo.
Applicazioni del metodo delle IF allo studio dei campi geotermicisono stati condotti: sul campo geotermico di Larderello-Travale, sui Campi Flegrei , nei Sabatini, a Vulcano, nei Colli Albani e nell'area geotermica di Sengan, Giappone.
Applicazioni del metodo delle IF alla giacimentologiahanno riguardato: il deposito di barite della Fiumarella (Catanzaro), mineralizzazioni a fluorite del Sarrabus, Sardegna, mineralizzazioni a solfuri della Maremma Toscana, mineralizzazioni a fluorite di Camissinone, Val Brembana, Alpi Bergamasche, la miniera di Masua, mineralizzazioni a fluorite in Sicilia nord-occidentale, mineralizzazioni legate ai granitoidi dell'arco calabro-peloritano associate aricerche geochimico-petrografiche in particolare sui granitoidi della Sila e delle Serre in Calabria.
Per ulteriori approfondimenti, anche sulle pubblicazioni scientifiche su questa tematica di ricerca, collegarsi al sito del Laboratorio Inclusioni Fluide: http://www.fluidenv.unina.it
Collaborazioni:
  • Prof. M. L. Frezzotti, Università di Milano Bicocca, Italia.
  • Prof. A. Peccerillo, Università di Perugia, Italia.
  • Dott. Rosario Esposito, Earth, Planetary and Space Sciences, UCLA, Los Angeles, CA USA
  • ·Dr H. E. Belkin, Dr R. A. Ayuso, Dr I. M. Chou, Dr N. Foley, U. S. Geological Survey, Reston, VA, USA.
  • ·Prof. R. A. Bodnar, Prof. R. Tracy, Prof. E. Gazel, Virginia Polytechnic Institute & State University (Virginia Tech), Blacksburg, VA, USA.
  • ·Prof. F. J. Spera, University of California at Santa Barbara, Santa Barbara, CA, USA.
  •  Prof. W. A. Bohrson, North Western University, Ellensburg, WA, USA.
  •  Prof. L. V. Danyushevsky, Prof. D. Kamenetsky, University of Tasmania, Hobart, Australia.
  •  Dr J. D. Webster, American Museum Natural History at NewYork, USA.
  •  Prof. C. Szabo, Dr K. Torok, Eotvos University, Budapest, Ungheria.
  • Prof. W. Lu, University of Geosciences at Wuhan, Cina
  • Prof. H.S. Pandalai, Indian Institute of Technology Bombay, India
 
 
Pubblicazioni scientifiche selezionate ordinate dalle più recenti:
 
·         LIMA A., ESPOSITO R. and  DE VIVO B. (in stampa). Fluid and melt inclusions from subvolcanic to surface environment in the Campi Flegrei (Napoli, Italy) active volcanic system. J. Geol Soc. India.
·         ESPOSITO, R., BADESCU, K., STEELE-MACINNIS, M.J., CANNATELLI, C., DE VIVO, B., LIMA, A., BODNAR, R.J. AND MANNING, C.E., In stampa. Evolution of major and trace elements and volatile contents of magmas in the Campi Flegrei and Procida volcanic fields, Italy, during the past 18 ka. Earth-Science Reviews.
·         ESPOSITO, R., LAMADRID, H.M., REDI, D., STEELE-MACINNIS, M., BODNAR, R.J., MANNING, C.E., DE VIVO, B., CANNATELLI, C. AND LIMA, A., 2016. Detection of liquid H2O in vapor bubbles in reheated melt inclusions: Implications for magmatic fluid composition and volatile budgets of magmas? American Mineralogist, 101(7): 1691-1695.
·         CANNATELLI, C., DOHERTY, A., ESPOSITO, R., LIMA, A., AND DE VIVO, B. (2016) Understanding a volcano through a droplet: A melt inclusion approach. J. Geoch. Explor. 171, 4-19.
·          KLEBESZ R., ESPOSITO R., DE VIVO B. and BODNAR R. J., 2015. Further constraints on the origin of nodules from the Sarno (Pomici di Base) eruption of Mt. Somma-Vesuvius (Italy) based on reheated silicate-melt inclusions and clinopyroxene composition. Amer. Mineral., 100, http://dx.doi.org/10.2138/am-2015-4958
·          WEBSTER J. D., GOLDOFF B., SINTONI M. F., SHIMIZU N. and DE VIVO B., 2014. C-O-H-S-Cl-F volatile solubilities, partitioning, and mixing properties in phonolitic-trachytic melts and aqueous-carbonic vapor ± saline liquid at 200 MPa. J. Petrol., 55 (11), 2217-2248. Doi: 10.1093/petrology/egu055.
·         Esposito, R., Hunter, J., Schiffbauer, J., Shimizu, N. and Bodnar, R.J., 2014. An assessment of the reliability of melt inclusions as recorders of the pre-eruptive volatile content of magmas. American Mineralogist.
·          De Vivo B. and Rolandi G., 2013. Vesuvius: volcanic hazard and Civil Defense. Rend. Fis. Acc. Lincei, 24, 39-45. Doi: 10.1007/s12210-012-0212-2.
·          DOHERTY A. L., BODNAR R. J., DE VIVO B., BOHRSON W. A., BELKIN H. E., MESSINA A. and TRACY R. J., 2012. Bulk rock composition and geochemistry of olivine-hosted melt inclusions in the Grey Porri Tuff and selected lavas of the Monte Porri volcano, Salina, Aeolian Islands, southern Italy. Centr. Eur. J. Geosciences, 4(2), 338-355. Doi: 10.2478/s 13533-011-0066-7.
·          KLÉBESZ R., BODNAR R. J., DE VIVO B., TÖRÖK, K., LIMA A. and PETROSINO, P., 2012. Composition and origin of nodules from the ~ 20 ka Pomici di Base (PB)-Sarno eruption of Mt. Somma - Vesuvius, Italy. Centr. Eur. J. Geosciences, 4(2), 324-337. Doi: 10.2478/s13633-011-0059-6.
·          ESPOSITO R., BODNAR R. J, DANYUSHEVSKY L. V., DE VIVO B., FEDELE L.,HUNTER J., LIMA A. AND  SHIMIZU. N., 2011. Volatiles evolution of magma associated with the Solchiaro eruption in the Phlegrean Volcanic District (Italy). J. Petrol., 52 (12), 2431-2460. Doi: 10.1093/petrology/egr051.
·          LIMA A., DE VIVO B., SPERA F. J., BODNAR R. J., MILIA A., NUNZIATA C., BELKIN H. E. and CANNATELLI C., 2009. Thermodynamic model for the uplift and deflation episodes (bradyseism) associated with magmatic-hydrothermal activity at the Campi Flegrei active volcanic center (Italy). Earth Science Review, 97, 44-58. Doi: 10.1016/j.earscirev.2009.10.001.
·          WEBSTER J. D., SINTONI M. F. and DE VIVO B., 2009. The partitioning behavior of Cl, S, and H2O in aqueous vapor- ± hypersaline-liquid saturated phonolitic and trachytic melts at 200 Mpa. Chemical Geology, 263, 19-36. Doi:10.1016/j.chemgeo.2008.10.017.
·          BODNAR R. J., CANNATELLI C., DE VIVO B., LIMA A., BELKIN H. E. and MILIA A., 2007 Quantitative model for magma degassing and ground deformation (bradeyseism) at Campi Flegrei, Italy: implications for future eruptions. GEOLOGY,35(9): 791-794. Doi: 10.1130/G23653A.1.
·          FOWLER S. J., SPERA F. J., BOHRSON W. A., BELKIN H. E. and DE VIVO B., 2007. Phase equilibria constraints on the chemical and physical evolution of the Campania Ignimbrite. Journal of Petrology, 48 (3): 459-493. Doi: 10.1093/petrology/eg1068.
·          CANNATELLI C., LIMA A., BODNAR R. J.,  DE VIVO B., WEBSTER J. D. and  FEDELE L., 2007. Geochemistry of melt inclusions from the Fondo Riccio and Monopoli 1 eruptions at Campi Flegrei (Italy). Chemical Geology, 237: 418-432. Doi: 10.1016/j.chemgeo.2006.07.012.
·          LIMA A., DE VIVO B., FEDELE L., SINTONI M. F. and MILIA A., 2007. Geochemical variations between the 79 AD and 1944 AD Somma-Vesuvius volcanic products: constraints on the evolution of the hydrothermal system based on fluid and melt inclusions. Chemical Geology, 237: 401-417. Doi: 10.1016/j.chemgeo.2006.07.011.
·          MORGAN D. J., BLAKE S., ROGERS N.W., DE VIVO B., ROLANDI G. and DAVIDSON J.  P., 2006. Magma chamber recharge at Vesuvius in the century prior to the eruption of A.D. 79. Geology, 34 (10): 845-848.
·          DE VIVO B. and LIMA A., 2006. A hydrothermal model for ground movements (bradyseism) at Campi Flegrei, Italy. In: Volcanism in the Campania Plain: Vesuvius, Campi Flegrei and Ignimbrites (De Vivo B., Edt). Developments in Volcanology 9, Elsevier, p. 289-317.
·          BOHRSON W. A., SPERA F. J., FOWLER S. J., BELKIN H. E., DE VIVO B. and ROLANDI G., 2006. Petrogenesis of the Campanian Ignimbrite: Implications for Crystal-Melt Separation and Open-System Processes from Major and Trace Elements and Th Isotopic Data. In: Volcanism in the Campania Plain: Vesuvius, Campi Flegrei and Ignimbrites (De Vivo B., Edt). Developments in Volcanology 9, Elsevier, p. 249-288.
·          LIMA A., DE VIVO B., FEDELE L. and SINTONI M. F., 2006. Influence of hydrothermal processes on geochemical variations between 79 AD and 1944 AD Vesuvius eruptions. In: Volcanism in the Campania Plain: Vesuvius, Campi Flegrei and Ignimbrites (De Vivo B., Edt). Developments in Volcanology 9, Elsevier, p. 235-247.
·          WEBSTER J. D., SINTONI M. F. and DE VIVO B., 2006. The role of sulfur in promoting magmatic degassing and volcanic eruption at Mt. Somma-Vesuvius. In: Volcanism in the Campania Plain: Vesuvius, Campi Flegrei and Ignimbrites (De Vivo B., Edt). Developments in Volcanology 9, Elsevier, p. 219-233.
·          PIOCHI M., DE VIVO B. and AYUSO R. A., 2006.The magma feeding system of Somma-Vesuvius (Italy) strato-volcano: new inferences from a review of geochemical and Sr, Nd, Pb and O isotope data.  In: Volcanism in the Campania Plain: Vesuvius, Campi Flegrei and Ignimbrites (De Vivo B., Edt). Developments in Volcanology 9, Elsevier, p. 181-202.
·          FEDELE L.,TARZIA M., BELKIN H. E., DE VIVOB., LIMAA. and LOWENSTERN J. B., 2006. Magmatic-hydrothermal fluid interaction and mineralization in alkali‑syenite nodules from the Breccia Museo pyroclastic deposit, Naples, Italy. In: Volcanism in the Campania Plain: Vesuvius, Campi Flegrei and Ignimbrites (De Vivo B., Edt). Developments in Volcanology 9, Elsevier., p. 125-161.
·          DE VIVO B., 2006. Preface to Volcanism in the Campania Plain: Vesuvius, Campi Flegrei and Ignimbrites. In: Volcanism in the Campania Plain: Vesuvius, Campi Flegrei and Ignimbrites (De Vivo B., Edt). Developments in Volcanology 9, Elsevier, p. vii-xii.
·          DE VIVO B., LIMA A., KAMENETSKY V.S. and DANYUSHEVSKY L. V., 2006. Fluid and melt inclusions in the sub-volcanic environments from volcanic systems: examples from the Neapolitan area and Pontine islands (Italy). In: Melt inclusions in plutonic rocks (Webster J. D., Edt), Mineralogical Association of Canada Short Course 36, Montreal, Quebec, 211 - 237. ISBN: 0-921294-36-0.
·          PIOCHI M., AYUSO R. A., DE VIVO B. and SOMMA R., 2006. Crustal contamination and crystal entrapment during polybaric magma evolution at Mt. Somma-Vesuvius volcano, Italy: geochemical and Sr isotope evidence. Lithos, 86: 303-329. doi:10.1016/j.lithos.2005.05.009.
·          DE VIVO B., LIMA A. and WEBSTER J. D., 2005. Volatiles in magmatic-volcanic systems. Elements, 1: 19-24. http://www.elementsmagazine.org/elementsonline.htm
·          MORGAN D. J., BLAKE S., ROGERS N. W., DE VIVO B., ROLANDI G., MACDONALD R. and HAWKESWORTH C. J., 2004. Time scales of crystal residence and magma chamber volume from modelling of diffusion profiles in phenocrysts: Vesuvius 1944. Earth Planetary Science Letters, 222: 933-943.