Scopo del corso è quello di offrire una conoscenze approfondita dei processi fisico-chimici che governano l’attività vulcanica e di acquisire gli strumenti analitici e la conoscenza delle metodologie sperimentali di indagine necessarie per la comprensione della dinamica eruttiva.
scheda docente
materiale didattico
Attività teorica
Chimico-fisica dei magmi. Struttura dei fusi silicatici; significato della polimerizzazione e sua determinazione su base teorica. Effetto della temperatura, della pressione e della composizione sulla struttura dei fusi. Temperatura di transizione vetrosa e rilassamento strutturale.
Proprietà fisiche e termodinamiche dei magmi. Densità, viscosità, solubilità dei volatili, diffusività, compressibilità e conducibilità elettrica. Proprietà termodinamiche dei magmi: entalpia, entropia e capacità termica. Variazioni di densità e viscosità in funzione della composizione, della pressione e della temperatura. Influenza del regime deformativo, della cristallizzazione e della vescicolazione sulla reologia dei magmi.
Influenza delle proprietà fisico-chimiche dei magmi sulla risalita del magma e sugli stili eruttivi. Il processo di risalita dei magmi. Formazione, accrescimento ed evoluzione delle bolle. Cinetica di nucleazione e crescita delle bolle e dei cristalli. Frammentazione ed esplosività dei magmi. Evoluzione dei principali parametri fisici e della reologia del magma durante la risalita verso la superficie.
Il processo effusivo. Principali tipi di colate laviche e morfologie superficiali in funzione del tasso eruttivo e delle proprietà reologiche. Effetto della topografia del versante sulla velocità e sulla distanza percorribile dalle colate.
Il processo esplosivo. Parametri fisici che controllano gli stili eruttivi. Eruzioni esplosive sostenute: formazione delle colonne eruttive; colonne sostenute e ricaduta di tefra; collasso della colonna e genesi delle correnti piroclastiche. Eruzioni esplosive transienti.
Il corso prevede ed esercizi numerici finalizzati alla determinazione quantitativa dei parametri tessiturali delle prodotti eruttivi (cristallinità vescicolarità e distribuzione delle taglie) e alla simulazione dei processi vulcanologici.
Attività di laboratorio
Le attività di laboratorio prevedono l’esecuzione diretta da parte degli studenti di misure sperimentali e l’elaborazione e interpretazione autonoma dei dati ottenuti, finalizzate alla determinazione delle proprietà fisico-chimiche dei materiali silicatici e alla comprensione delle loro relazioni con i processi magmatici ed eruttivi.
Sono previste attività sperimentali ad alta temperatura e l’utilizzo di differenti metodologie per la caratterizzazione dei materiali silicatici, comprendenti:
• determinazione della densità di vetri e magmi mediante dilatometria;
• determinazione della viscosità mediante micropenetrometria, viscosimetria a cilindri concentrici e pressa uniassiale;
• determinazione della transizione vetrosa, della viscosità e delle proprietà termiche mediante calorimetria a scansione differenziale (DSC) e calorimetria flash;
• determinazione del contenuto in volatili mediante analisi termogravimetrica (TGA) e titolazione Karl Fischer;
• determinazione del contenuto in H₂O e CO₂ e caratterizzazione della struttura dei materiali silicatici mediante spettroscopia Raman, anche ad alta temperatura.
I dati acquisiti durante le attività sperimentali vengono elaborati quantitativamente e interpretati dagli studenti attraverso l’applicazione delle conoscenze e dei metodi acquisiti durante il corso.
Sigurdsson, H., Houghton, B., McNutt, S.R., Rymer, H. & Stix, J. (Eds.) (2000). Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press.
In particolare:
• Wallace, P.J. & Anderson, A.T. Jr. (2000). Volatiles in Magmas.
• Spera, F.J. (2000). Physical Properties of Magmas.
Seconda parte – Dinamica dei magmi e processi eruttivi
Parfitt, E., Wilson, L. & Kerber, L. (2025). Fundamentals of Physical Volcanology, 2nd ed. Wiley.
Sigurdsson, H., Houghton, B., McNutt, S.R., Rymer, H. & Stix, J. (Eds.) (2000). Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press.
In particolare, i capitoli relativi all’explosive volcanism.
Materiale didattico integrativo fornito dal docente.
BIBLIOGRAFIA DI RIFERIMENTO
Gonnermann, H.M. & Manga, M. (2007). The Fluid Mechanics Inside a Volcano. Annual Review of Fluid Mechanics, 39, 321–356.
Fagents, S.A., Gregg, T.K.P. & Lopes, R.M.C. (Eds.) (2013). Modeling Volcanic Processes: The Physics and Mathematics of Volcanism. Cambridge University Press.
In particolare:
• Gonnermann, H.M. & Manga, M. (2013). Dynamics of Magma Ascent in the Volcanic Conduit, Chapter 4, pp. 55–84.
• James, M.R., Lane, S.J. & Houghton, B.F. (2013). Unsteady Explosive Activity: Strombolian Eruptions, Chapter 6, pp. 107–128.
• Clarke, A.B. (2013). Unsteady Explosive Activity: Vulcanian Eruptions, Chapter 7, pp. 129–152.
• Woods, A.W. (2013). Sustained Explosive Activity: Volcanic Eruption Columns and Hawaiian Fountains, Chapter 8, pp. 153–172.
Programma
Chimico-fisica dei magmi: struttura dei fusi silicatici; significato della polimerizzazione e sua determinazione su base teorica. Effetto della Temperatura, pressione e composizione sulla struttura dei fusi. La temperatura di transizione vetrosa e il rilassamento strutturale.Attività teorica
Chimico-fisica dei magmi. Struttura dei fusi silicatici; significato della polimerizzazione e sua determinazione su base teorica. Effetto della temperatura, della pressione e della composizione sulla struttura dei fusi. Temperatura di transizione vetrosa e rilassamento strutturale.
Proprietà fisiche e termodinamiche dei magmi. Densità, viscosità, solubilità dei volatili, diffusività, compressibilità e conducibilità elettrica. Proprietà termodinamiche dei magmi: entalpia, entropia e capacità termica. Variazioni di densità e viscosità in funzione della composizione, della pressione e della temperatura. Influenza del regime deformativo, della cristallizzazione e della vescicolazione sulla reologia dei magmi.
Influenza delle proprietà fisico-chimiche dei magmi sulla risalita del magma e sugli stili eruttivi. Il processo di risalita dei magmi. Formazione, accrescimento ed evoluzione delle bolle. Cinetica di nucleazione e crescita delle bolle e dei cristalli. Frammentazione ed esplosività dei magmi. Evoluzione dei principali parametri fisici e della reologia del magma durante la risalita verso la superficie.
Il processo effusivo. Principali tipi di colate laviche e morfologie superficiali in funzione del tasso eruttivo e delle proprietà reologiche. Effetto della topografia del versante sulla velocità e sulla distanza percorribile dalle colate.
Il processo esplosivo. Parametri fisici che controllano gli stili eruttivi. Eruzioni esplosive sostenute: formazione delle colonne eruttive; colonne sostenute e ricaduta di tefra; collasso della colonna e genesi delle correnti piroclastiche. Eruzioni esplosive transienti.
Il corso prevede ed esercizi numerici finalizzati alla determinazione quantitativa dei parametri tessiturali delle prodotti eruttivi (cristallinità vescicolarità e distribuzione delle taglie) e alla simulazione dei processi vulcanologici.
Attività di laboratorio
Le attività di laboratorio prevedono l’esecuzione diretta da parte degli studenti di misure sperimentali e l’elaborazione e interpretazione autonoma dei dati ottenuti, finalizzate alla determinazione delle proprietà fisico-chimiche dei materiali silicatici e alla comprensione delle loro relazioni con i processi magmatici ed eruttivi.
Sono previste attività sperimentali ad alta temperatura e l’utilizzo di differenti metodologie per la caratterizzazione dei materiali silicatici, comprendenti:
• determinazione della densità di vetri e magmi mediante dilatometria;
• determinazione della viscosità mediante micropenetrometria, viscosimetria a cilindri concentrici e pressa uniassiale;
• determinazione della transizione vetrosa, della viscosità e delle proprietà termiche mediante calorimetria a scansione differenziale (DSC) e calorimetria flash;
• determinazione del contenuto in volatili mediante analisi termogravimetrica (TGA) e titolazione Karl Fischer;
• determinazione del contenuto in H₂O e CO₂ e caratterizzazione della struttura dei materiali silicatici mediante spettroscopia Raman, anche ad alta temperatura.
I dati acquisiti durante le attività sperimentali vengono elaborati quantitativamente e interpretati dagli studenti attraverso l’applicazione delle conoscenze e dei metodi acquisiti durante il corso.
Testi Adottati
Prima parte – Proprietà fisico-chimiche dei magmiSigurdsson, H., Houghton, B., McNutt, S.R., Rymer, H. & Stix, J. (Eds.) (2000). Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press.
In particolare:
• Wallace, P.J. & Anderson, A.T. Jr. (2000). Volatiles in Magmas.
• Spera, F.J. (2000). Physical Properties of Magmas.
Seconda parte – Dinamica dei magmi e processi eruttivi
Parfitt, E., Wilson, L. & Kerber, L. (2025). Fundamentals of Physical Volcanology, 2nd ed. Wiley.
Sigurdsson, H., Houghton, B., McNutt, S.R., Rymer, H. & Stix, J. (Eds.) (2000). Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press.
In particolare, i capitoli relativi all’explosive volcanism.
Materiale didattico integrativo fornito dal docente.
BIBLIOGRAFIA DI RIFERIMENTO
Gonnermann, H.M. & Manga, M. (2007). The Fluid Mechanics Inside a Volcano. Annual Review of Fluid Mechanics, 39, 321–356.
Fagents, S.A., Gregg, T.K.P. & Lopes, R.M.C. (Eds.) (2013). Modeling Volcanic Processes: The Physics and Mathematics of Volcanism. Cambridge University Press.
In particolare:
• Gonnermann, H.M. & Manga, M. (2013). Dynamics of Magma Ascent in the Volcanic Conduit, Chapter 4, pp. 55–84.
• James, M.R., Lane, S.J. & Houghton, B.F. (2013). Unsteady Explosive Activity: Strombolian Eruptions, Chapter 6, pp. 107–128.
• Clarke, A.B. (2013). Unsteady Explosive Activity: Vulcanian Eruptions, Chapter 7, pp. 129–152.
• Woods, A.W. (2013). Sustained Explosive Activity: Volcanic Eruption Columns and Hawaiian Fountains, Chapter 8, pp. 153–172.
Bibliografia Di Riferimento
FUNDAMENTAL OF PHYSICAL VOLCANOLOGY. ELISABETH A. PARFITT AND LIONEL WILSON. BLACKWELL PUBLISHING Materiale fornito dal docenteModalità Erogazione
Il corso prevede lezioni frontali e esercitazioni pratiche nel laboratorio di experimental volcanology and petrology (EVPlab).Modalità Frequenza
La frequenza delle lezioni frontali e delle esercitazioni pratiche presso il laboratorio di Experimental Volcanology and Petrology (EVPlab) è disciplinata secondo quanto previsto dal Regolamento didattico del Corso di Studio, cui si rimanda per le percentuali minime di frequenza richieste e per le eventuali disposizioni specifiche previste per particolari categorie di studenti.Modalità Valutazione
L’esame consiste in una prova orale individuale, della durata orientativa di circa 40 minuti, che verte sull’intero programma dell’insegnamento. Il colloquio prende avvio da una domanda relativa a uno degli argomenti affrontati durante il corso e si sviluppa attraverso domande successive, finalizzate a verificare la capacità dello studente di collegare differenti aspetti della disciplina e di mettere in relazione le conoscenze teoriche con le proprietà fisico-chimiche dei magmi, i dati sperimentali e la dinamica dei processi eruttivi. Nel corso del colloquio viene sempre proposta una domanda relativa alla componente sperimentale dell’insegnamento, nella quale lo studente è chiamato a descrivere il principio di funzionamento e le modalità di applicazione di una delle strumentazioni o metodologie sperimentali utilizzate durante le esercitazioni, discutendone il ruolo nella determinazione delle proprietà fisico-chimiche dei materiali silicatici. Nel corso dell’esame può inoltre essere richiesto allo studente di interpretare dati sperimentali, grafici e diagrammi, riprodurre e discutere l’andamento di grafici significativi affrontati durante il corso e richiamare e utilizzare le principali relazioni quantitative ed equazioni rilevanti per la descrizione dei processi studiati. Tali elementi vengono utilizzati anche per verificare la capacità dello studente di applicare le conoscenze e i metodi acquisiti all’interpretazione di problemi o dati non precedentemente esaminati. La valutazione tiene conto della conoscenza e comprensione dei contenuti dell’insegnamento, della capacità di applicare le conoscenze acquisite all’interpretazione dei processi magmatici ed eruttivi e dei dati sperimentali, della comprensione dei principi di funzionamento e delle applicazioni delle metodologie sperimentali, della capacità di analizzare criticamente i dati e formulare interpretazioni motivate, nonché della chiarezza dell’esposizione, della capacità di argomentazione e dell’uso appropriato della terminologia scientifica. Nel loro insieme, le modalità di verifica consentono di valutare le competenze riconducibili ai cinque Descrittori di Dublino: la discussione dei contenuti teorici verifica principalmente la conoscenza e capacità di comprensione; la discussione delle metodologie sperimentali e l’interpretazione di dati, grafici, diagrammi e relazioni quantitative verificano la capacità di applicare conoscenza e comprensione e l’autonomia di giudizio; l’applicazione autonoma delle conoscenze e dei metodi acquisiti a problemi o dati non precedentemente esaminati consente di verificare la capacità di apprendimento; l’intero colloquio consente infine di valutare le abilità comunicative, attraverso la chiarezza dell’esposizione, la capacità di argomentare le proprie interpretazioni e l’appropriatezza del linguaggio scientifico.
scheda docente
materiale didattico
Encyclopedia of Volcanoes Haraldur Sigurdsson - Academic Press
Origin and Transport of Magma - Volatiles in Magmas (Paul Wallace and Alfred T. Anderson, Jr.)
Physical Properties of Magmas (Frank J. Spera)
Seconda parte (dinamiche eruttive e di trasporto dei magmi)
Fundamental of Physical Volcanology Elisabeth A. Parfitt and Lionel Wilson - Blackwell publishing
Encyclopedia of Volcanoes Haraldur Sigurdsson - Academic Press
Explosive Volcanism
Programma
Attività di laboratorio che verrà svolta durante l’intero arco temporale delle lezioni. Il corso prevede attività di laboratorio per la determinazione sperimentale delle proprietà fisico-chimiche dei magmi (esperimenti di alta temperatura e misure spettroscopiche) ed esercizi numerici finalizzati alla determinazione quantitativa dei parametri tessiturali delle prodotti eruttivi (cristallinità vescicolarità e distribuzione delle taglie) e alla simulazione dei processi vulcanologici.Testi Adottati
Prima parte (Proprietà fisico chimiche dei magmi)Encyclopedia of Volcanoes Haraldur Sigurdsson - Academic Press
Origin and Transport of Magma - Volatiles in Magmas (Paul Wallace and Alfred T. Anderson, Jr.)
Physical Properties of Magmas (Frank J. Spera)
Seconda parte (dinamiche eruttive e di trasporto dei magmi)
Fundamental of Physical Volcanology Elisabeth A. Parfitt and Lionel Wilson - Blackwell publishing
Encyclopedia of Volcanoes Haraldur Sigurdsson - Academic Press
Explosive Volcanism
Bibliografia Di Riferimento
Annual review of fluid mechanics “The Fluid Mechanics Inside a Volcano” (Helge M. Gonnermann and Michael Manga) Modeling volcanic processes “The Physics and Mathematics of Volcanism” edited by Sarah Fagents Tracy GreggRosaly Lopes - Cambridge publishing Chapter 4 Dynamics of magma ascent in the volcanic conduit (Helge M. Gonnermann and Michael Manga) Chapter 6 Unsteady explosive activity: strombolian eruptions (Mike R. James, Steve J. Lane, and Bruce F. Houghton) Chapter 7 Unsteady explosive activity: vulcanian eruptions (Amanda B. Clarke) Chapter 8 Sustained explosive activity: volcanic eruption columns and hawaiian fountains (Andrew W. Woods) Articoli tematici Speciazione dell’acqua nei magmi Sowerby and Keppler, 1999 Ruolo strutturale dell’acqua nei magmi attraverso studi spettroscopici Xue and Kanzaki, 2008 Viscosità di magmi anidri e idrati Giordano et al., 2009 Effetto dei cristalli e bolle nella viscosità dei magmi Mader et al., 2013 Tessiture Shea et al., 2010Modalità Erogazione
Al fine di conseguire i risultati di apprendimento attesi, il corso è organizzato in lezioni frontali e esercitazioni pratiche che si svolgeranno nel laboratorio di Vulcanologia e Petrologia Sperimentale (EVPlab).Modalità Frequenza
Le lezioni frontali e esercitazioni pratiche nel laboratorio di experimental volcanology and petrology (EVPlab) sono obbligatorie.Modalità Valutazione
L'esame prevede una prova orale che verte sull’intero programma dell’insegnamento.