Nel presente lavoro di tesi vengono studiate le inclusioni fluide e vetrose presenti in xenoliti quarzosi rinvenuti nei prodotti vulcanici delle Isole Eolie, allo scopo di determinarne le composizioni e di comprendere le condizioni chimico-fisiche di intrappolamento. Particolare attenzione è dedicata all’isola di Vulcano, anche se dati vengono anche forniti per altre isole (Salina, Filicudi, Alicudi) a scopo comparativo.
Nelle prodotti vulcanici delle isole eoliane sono presenti numerosi tipi di xenoliti di natura magmatica metamorfica e sedimentaria. Gli xenoliti di quarzo, generalmente indicati come quarziti, sono molto diffusi e contengono abbondanti inclusioni fluide e vetrose che li rendono particolarmente adatti agli scopi del presente studio.
Gli xenoliti di quarzo si trovano specialmente nelle lave poco evolute dei vari cicli magmatici e sono costituiti tipicamente da cristalli arrotondati di quarzo, ridotte quantità di feldspati e fasi accessorie, quali titanite, zircone e apatite. Spesso i cristalli di quarzo sono separati da una pellicola di materiale vetroso con composizione chimica simile a quella di una riolite alta in potassio.
I granuli di quarzo costituenti gli xenoliti hanno caratteristiche morfologiche diverse e contengono variabili quantità di inclusioni fluide e vetrose. Il fluido presente nelle inclusioni è dato da CO2 pura che è stata intrappolata contemporaneamente ad un fuso riolitico alto in potassio nei singoli granuli di quarzo. In molti xenoliti provenienti da vari livelli stratigrafici di Vulcano, sono state trovate due generazioni di inclusioni fluide: una generazione precoce di CO2 ad alta densità (0.52 - 0.89 g/cm3) ed una generazione tardiva di CO2 a bassa densità (0.18 - 0.42 g/cm3).
Questi valori denotano condizioni bariche di intrappolamento differenti per i cicli magmatici esaminati. Le inclusioni più dense sono quelle presenti negli xenoliti delle lave basiche di Sponda Lena (120 ka) e nelle piroclastiti di Spiaggia Lunga (24 ka) che sono state intrappolate in camere magmatiche poste a 16 e 18 km di profondità. Quelle degli xenoliti nelle lave riolitiche di Lentia-Mastro Minico (24 - 15 ka) sono state intrappolate a profondità di 13 - 8 km. Infine, le inclusioni fluide negli xenoliti delle lave tefritiche di Vulcanello si sono formate tra 18 e 21 km di profondità, in prossimità della Moho.
Sembra quindi che la variazione della profondità delle camere magmatiche o delle zone di accumulo dei magmi abbia una relazione con le il grado di evoluzione dei magmi. A queste profondità esistono evidentemente le condizioni ideali per lo stazionamento dei magmi e per l’intrappolamento di questi fluidi a CO2.
Le inclusioni fluide a bassa densità forniscono dei valori di pressione di intrappolamento costantemente attorno a 5 km per tutti i cicli vulcanici, indicando la presenza in profondità di una discontinuità geologica o di un orizzonte fratturato in grado di permettere la sosta del magma in risalita. Le inclusioni fluide indicano anche che nelle camere magmatiche superficiali il magma non deve avere sostato a lungo, data la mancata riequilibrazione delle densità delle inclusioni precoci nei grani di quarzo negli stessi xenoliti. L’anidride carbonica è probabilmente il prodotto della decarbonatazione di minerali carbonatici presenti nelle rocce metamorfiche del basamento profondo sotto l’arcipelago eoliano, o alternativamente, il prodotto dell’ossidazione di livelli grafitosi in condizioni di alta fugacità di ossigeno e alta temperatura. Questi livelli si trovano in alcune formazioni metamorfiche dell’Arco Calabro-Peloritano.
Lo studio delle inclusioni fluide, pertanto, ha consentito di elaborare un modello della struttura interna di Vulcano che prevede la presenza di numerose camere magmatiche poste a varie profondità.
Le inclusioni vetrose intrappolate assieme all’anidride carbonica hanno composizione chimica costantemente simile a quella di una riolite alta in potassio. La presenza di queste inclusioni siliciche negli xenoliti di quarzo è una caratteristica regionale comune a tutte le isole eoliane.
La temperatura di omogenizzazione di questi fusi silicati è elevata (1060 - 1120°C), indicando un intimo legame genetico con il magma ospite. È improbabile, tuttavia, che le inclusioni vetrose siano porzioni di magma ospite intrappolato nei cristalli di quarzo, dato che la gran parte degli xenoliti è stata campionata in lave basiche. Queste inclusioni, invece, sono il prodotto di processi di anatessi crostale, per effetto del calore fornito dal magma in risalita, di rocce metamorfiche ricche in quarzo del basamento Calabro-Peloritano. L’assenza di minerali figli esclude che le composizioni siliciche siano il prodotto di processi di frazionamento a partire da un fuso parentale meno evoluto. In generale, la composizione chimica fondamentale delle inclusioni vetrose è spiegabile con la fusione di quarzo, plagioclasio, K-feldspato, miche e variabili quantità di minerali accessori (apatite, zircone, allanite, titanite). La distribuzione degli elementi in traccia indica che il processo è avvenuto in condizioni di fusione selettiva progressiva e che le fasi mineralogiche sono entrate nel fuso in fasi diverse del processo anatettico.
L’arricchimento in terre rare ed altri elementi in tracce nelle inclusioni vetrose è parallelo a un impoverimento degli stessi elementi nello xenolite di quarzo ospite. Il processo di fusione parziale è quindi ipotizzabile come una progressiva estrazione di fusi mano a mano che le varie componenti mineralogiche entravano nella fase liquida. L’estrazione delle varie componenti mineralogiche ha lasciato una restite di quarzo, che costituisce gli xenoliti studiati.
Un gran numero di studi sul magmatismo eoliano hanno dimostrato che molti se non tutti i magmi eoliani, anche i più primitivi, hanno subito vari gradi di assimilazione crostale. Le inclusioni vetrose analizzate nella presente tesi possono essere considerate come rappresentative dei fusi anatettici che hanno interagito con i magmi mantellici. I dati riportati in questa tesi serviranno, pertanto, ad elaborare modelli più circostanziati sugli effetti della contaminazione crostale alle Isole Eolie.