Indagini petrografiche e geochimiche sui prodotti piroclastici di Pietre Cotte (Vulcano, Isole Eolie). Considerazioni sulla genesi delle rioliti e degli inclusi magmatici mafici

RIASSUNTO Le isole Eolie costituiscono la parte emersa di un arco vulcanico caratterizzato da una grande variabilità nel chimismo dei prodotti emessi. A partire da 42 ka, il settore centrale dell’arco è stato caratterizzato da un peculiare magmatismo riolitico, i cui prodotti sono stati eruttati a Salina, Lipari e Vulcano sotto forma di duomi, colate laviche e depositi piroclastici. I prodotti in molti casi mostrano evidenze di mescolamento con magmi meno evoluti. A Vulcano, durante l’attività da latitica a riolitica, che ha costruito il Cono de La Fossa, sono stati emessi contemporaneamente magmi basaltici shoshonitico-latitici dal vicino centro eruttivo di Vulcanello. Questa tesi si focalizza sui prodotti piroclastici della formazione di Pietre Cotte, emessi in uno dei periodi di attività più recenti (XVIII secolo d.C.) de La Fossa di Vulcano; l’obiettivo principale è stato quello di contribuire, attraverso indagini petrografiche e geochimiche dei prodotti, a migliorare la comprensione del sistema di alimentazione recente dell’isola. I campioni studiati provengono dal bordo meridionale del cratere attuale e sono costituiti da pomici riolitiche contenenti inclusi magmatici meno evoluti e da bandate nero-bianche. Sui campioni sono state effettuate le determinazioni degli elementi in tracce e dei rapporti isotopici di Sr, Nd e Pb su separati delle frazioni vetrose attraverso ICP-MS. I cristalli delle pomici sono stati analizzati attraverso LA-ICP-MS per determinare il loro contenuto di elementi in tracce e attraverso analisi EDS ed EPMA per gli elementi maggiori. Gli inclusi magmatici, i minerali in essi presenti e le frazioni vetrose di tutti i campioni sono stati analizzati attraverso analisi EDS. Lo studio ha comparato inoltre le rioliti de La Fossa (Pietre Cotte, Palizzi XIII sec d.C.) con quelle che sono state eruttate a Lipari nello stesso intervallo temporale, attraverso un confronto con la colata riolitica di Rocche Rosse (1220 d.C.). I risultati mostrano che le frazioni vetrose prelevate dalle porzioni bianche delle pomici bandate sono compatibili con un mixing tra le pomici bianche di composizione riolitica e le porzioni nere di quelle bandate, di composizione trachitica. Tutti i cristalli presenti sono in disequilibrio con la riolite stessa ma sono compatibili con la composizione di un magma meno evoluto. I cristalli di plagioclasio, in particolare per i loro alti contenuti in Sr e Ba, sono in disequilibrio sia con la composizione del magma che ha dato origine agli inclusi sia con i prodotti latitici emessi precedentemente le rioliti studiate. Questo suggerisce che, nella petrogenesi degli inclusi, sia avvenuta la partecipazione di magmi più ricchi in questi elementi, che nella storia de La Fossa sono simili alle trachiti eruttate durante il ciclo di Palizzi. I cristalli di clinopirosseno mostrano una banda con Mg/Fe più alto immediatamente prima del bordo che testimonia un evento avvenuto poco prima del mescolamento con la riolite. Questo evento può segnalare una ricarica mafica oppure testimoniare l’aumento di temperatura durante la cristallizzazione per decompressione della latite. I rapporti isotopici, gli elementi maggiori e in tracce confermano che la riolite di Pietre Cotte si è formata a seguito di processi AFC con moderata assimilazione crostale a partire da composizioni latitiche, e suggeriscono che i processi di cristallizzazione che hanno generato le rioliti abbiano prodotto un “mush” trachitico costituito principalmente da sanidino e biotite. Alla luce delle osservazioni fatte si ipotizza un modello che spiega le caratteristiche petrografiche e geochimiche dei prodotti studiati. ABSTRACT The Aeolian islands represent the emerged part of a continental volcanic arc characterized by a considerable variability in the chemistry of the erupted products. Over the last 42 ka, the central part of the arc was characterized by a peculiar rhyolitic activity, whose products were erupted at Salina, Lipari and Vulcano islands in the form of domes, lava flows and pyroclastic deposits. In many cases the products show evidences of mixing with less evolved magmas. At Vulcano, shoshonitic to latitic basaltic magmas were emitted from the close eruptive center of Vulcanello, simultaneously the lati-rhyolitic activity that built up the Fossa Cone. This study focuses on the pyroclastic products of the Pietre Cotte formation, erupted in one of the more recent periods of activity of the La Fossa Cone (XVIII century AD). The main aim is to investigate the products from the petrographic and geochemical point of view to improve the knowledge of the recent plumbing system of the island. The studied samples came from the southern edge of the current crater. These are made by white rhyolitic pumices containing less evolved magmatic enclaves and by black-white banded pumices. The determinations of traces elements and the isotopic ratios of Sr, Nd and Pb have been carried out on separate glass fractions of the pumices through ICP-MS. The phenocrystals of the pumices have been analyzed by LA-ICP-MS to determine their traces elements content and through EDS and EPMA analyses for the major elements. The magmatic enclaves, their minerals and the glass fractions of all the samples have been analyzed through EDS analyses. The study has compared the rhyolites of La Fossa (Pietre Cotte, Palizzi XIII century AD) with those erupted at Lipari in the same span of time. In detail, the products of rhyolitic Rocche Rosse lava flow (1220 AD) has been compared. The result show that the glass fractions of the white parts of the banded pumices are compatible with a mixing between the white rhyolitic pumices and the black portions of the banded ones, trachytic in composition. All the phenocrystals are in disequilibrium with the rhyolite but they are compatible with the composition of less evolved magmas. The crystals of plagiolcase, especially for their high contents in Sr and Ba, are in disequilibrium both with the composition of the magma that originated the enclaves both with the latitic products erupted previously the studied rhyolites. This suggests that, in the petrogenesis of the enclaves were involved magmas richer in these elements, that in the history of La Fossa Cone are similar to the trachytes erupted during the Palizzi cycle. The clinopyroxene crystals show a band with higher Mg/Fe immediately before the rim that testifies an event happened just before the mixing with the rhyolite. This event could be related to a recharge of a mafic magma or testifies the heating by decompression-driven crystallization of the latitic magma. The isotopic ratios, the major and trace elements contents confirm that the Pietre Cotte rhyolite has been generated by AFC processes with low assimilation rate of crustal material from latitic compositions, and suggest that the processes that generated the rhyolites produced a crystal mush made up by sanidine and biotite. According to these observations, a model explaining the petrographic and geochemical characteristics of the studied products, can be hypothesized