CRYSTALKIN

Crystalkin Quantifying micro- and nano-CRYSTALlization KINetics of magmas: from laboraory and real-time in situ observations to implications on magma fragmentation – CRYSTALKIN

Responsabile: Danilo Di Genova
Personale coinvolto: Serena Dominijanni
Data di inizio: 01/02/2024
Durata: 24 mesi
Finanziamento totale: 278.100 €
Bando: PIANO NAZIONALE DI RIPRESA E RESILIENZA (PNRR) Missione 4 “Istruzione e Ricerca” – Componente C2 Investimento 1.1, “Fondo per il Programma Nazionale di Ricerca e Progetti di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN)” PRIN 2022 – D.D. 104 del 02/02/2022
Ruolo CNR-ISSMC: Partner
Coordinatore: Prof. Fabio Arzilli (Università di Camerino)
Consorzio: Università di Camerino (Fabio Arzilli), ISSMC-CNR (Dr. Danilo Di Genova)

Le eruzioni vulcaniche sono tra i fenomeni più potenti sulla Terra, con il potenziale di avere impatti catastrofici sulla società e sull’ambiente. La frattura fragile del magma è un elemento centrale per l’innesco delle eruzioni esplosive, ma la sua manifestazione rimane ancora difficile da comprendere. La comprensione meccanicistica della dinamica magmatica, combinata con le attività di monitoraggio, costituisce la base per la previsione delle eruzioni su base probabilistica. Questo è essenziale per modellare l’impatto delle eruzioni vulcaniche e determinare i potenziali scenari di rischio nelle aree popolate e lungo le rotte aeree. Una mancanza di comprensione del fenomeno di frattura del magma ostacola la nostra capacità di studiare l’impatto del vulcanismo.

La cristallizzazione di microscopici cristalli (microliti) è stata considerata un processo chiave durante la risalita del magma, con il potenziale di indurre un brusco aumento della viscosità che porta alla frammentazione del magma. Tuttavia, solo negli ultimi anni i cristalli di dimensioni nanometriche (nanoliti) sono stati identificati nei prodotti delle eruzioni esplosive. Esperimenti pionieristici e osservazioni in situ della dinamica magmatica dimostrano che la formazione di nanoliti e microliti può avvenire in pochi secondi e ha il potenziale di creare le condizioni per la frammentazione fragile del magma. Tuttavia, le relazioni tra le condizioni sin-eruttive, la cristallizzazione, la vesicolazione durante la risalita del magma e lo stile eruttivo rimangono ancora poco chiare, a causa delle difficoltà nell’osservare in tempo reale la cristallizzazione e la vesicolazione del magma su scala nanometrica e micrometrica.

Questo progetto mira a investigare la relazione tra le condizioni fisico-chimiche sin-eruttive del magma e l’evoluzione temporale della formazione di nanoliti, microliti e bolle, svelando così il loro ruolo nel controllo dello stile eruttivo. A tal fine, il progetto propone di creare una descrizione quantitativa empiricamente vincolata della cristallizzazione e della degassazione del magma in condizioni eruttive. Verranno utilizzati esperimenti all’avanguardia per simulare le condizioni dei condotti vulcanici e osservare in situ l’evoluzione dei processi nel tempo. Questo permetterà di affrontare questioni vulcanologiche chiave, come il controllo dei processi fisico-chimici che portano alla frammentazione del magma in condizioni di non equilibrio, tipiche dei condotti vulcanici.

Il progetto è altamente interdisciplinare, combinando le scienze della Terra, le scienze dei materiali e le tecniche di sincrotrone. Gli innovativi esperimenti in situ ad alta pressione e alta temperatura apriranno nuove prospettive nella petrologia sperimentale e nella vulcanologia, testando nuove infrastrutture e metodologie. Oltre alla vulcanologia, il progetto fornirà una comprensione fondamentale della formazione dei nanocristalli nei vetri, con implicazioni rilevanti per l’industria dei vetroceramici.