9799482 - FISICA DEL VULCANISMO

Fornire conoscenze ed abilità nel campo della vulcanologia con particolare riferimento ai processi fisici che avvengono in ambiente vulcanico, includendo la genesi dei magmi, la loro risalita e le dinamiche eruttive. Tali informazioni sono fondamentali per la valutazione della pericolosità vulcanica e quindi la mitigazione del rischio.    

Conoscenza e capacità di comprensione:

- basi teoriche sulla fisica dei processi di genesi dei magmi e loro risalita;

- basi teoriche sulla fisica dei processi eruttivi;

- basi teoriche riguardanti i principali metodi di monitoraggio e di valutazione della pericolosità vulcanica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:

- capacità di analisi dei processi pre-eruttivi e sin-eruttivi;

- capacità di analisi dei sistemi di monitoraggio vulcanico e di integrazione dei dati multiparametrici acquisiti da tali sistemi.

Autonomia di giudizio

- capacità di valutare criticamente dati e modelli dei sistemi vulcanici, formulando giudizi autonomi sulla dinamica eruttiva e sulla pericolosità vulcanica, grazie alle esercitazioni e alle attività seminariali.

Capacità di apprendere

- capacità consultare autonomamente letteratura scientifica, banche dati e fonti tecnico-scientifiche di riferimento, aggiornando periodicamente le proprie conoscenze sui processi vulcanici e sui metodi di monitoraggio, grazie alle esercitazioni e alle attività seminariali.

L’insegnamento si svolge mediante lezioni frontali, esercitazioni guidate, analisi e discussione di casi di studio, attività seminariali e momenti di confronto con gli studenti. Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Per una proficua comprensione degli argomenti trattati nell’insegnamento è importante possedere conoscenze di base di matematica, fisica generale, geologia e vulcanologia, con particolare riferimento ai principali processi geologici e vulcanici, alle grandezze fisiche fondamentali e alla lettura di grafici, dati e semplici relazioni quantitative. Tali conoscenze sono da intendersi come prerequisiti culturali utili, e non come propedeuticità formali.

1. Modulo di Riallineamento: Richiamo dei concetti di base essenziali per una proficua comprensione dei processi fisici in ambiente vulcanico. Ripasso delle grandezze fisiche fondamentali (pressione, temperatura, densità, viscosità) e principi di base di termodinamica. Richiami sui principali processi geologici: struttura interna della Terra e dinamiche litosferiche. Metodologia scientifica: lettura e interpretazione di grafici e semplici relazioni quantitative.
2. Origine dei magmi: Struttura della Terra, processi di fusione del mantello, migrazione dei fusi magmatici.
3. Camere magmatiche: evidenze di zone di stoccaggio di magma nella crosta, processi di cristallizzazione dei magmi, trasferimento di calore e intrusioni magmatiche, stress crostali e camere magmatiche, processi di convezione nelle camere magmatiche, sistemi magmatici e mush.
4. Migrazione del magma: proprietà termodinamiche e di trasporto dei fusi silicatici, modello di flusso poroso, permeabilità, proprietà meccaniche della matrice, fusi e flusso, velocità di risalita dei magmi e stoccaggio, trasporto dei magmi nei dicchi, dinamica di risalita dei magmi nei condotti.
5. Flussi di lava: origine dei flussi di lava, dinamica dei flussi di lava, bilancio termico e raffreddamento del flusso di lava, modellazione dei flussi di lava.
6. Eruzioni stromboliane: formazione degli slug di gas, risalita degli slug di gas, esplosione degli slug di gas.
7. Eruzioni vulcaniane: inizio dell’eruzione, condizioni del cratere, shock waves, fase piroclastica.
8. Attività esplosiva sostenuta: processi fisici, modellizzazione quantitativa di colonne eruttive, dinamiche atmosferiche, sistemi basaltici e fontane di lava.
9. Modellizzazione dei depositi di tefra da plume vulcanici: dinamica dei plume e depositi di tefra, modelli empirici e analitici utilizzati per la caratterizzazione dei depositi di tefra, modelli basati sull'equazione Avvezione-Diffusione-Sedimentazione (ADS), limitazioni dei parametri di input e delle parametrizzazioni adottate dai modelli ADS, casi studio.
10. Pyroclastic density currents: PDCs generati da diversi meccanismi, informazioni dalle eruzioni recenti, concentrazione di particelle, buoyancy reversal, evoluzione temporale della concentrazione delle particelle, erosione, anatomia di un PDC.
11. Sismologia vulcanica: classificazione, modelli di occorrenza dei segnali sismo-vulcanici, sismologia vulcanica in laboratorio, infrasuono, monitoraggio sismo-vulcanico, sismologia vulcanica al Mt. Etna.

1.     Parfitt and Wilson (2008). Fundamentals of Physical Volcanology. Blackwell.

2.     Sigurdsson et al. (2015). The Encyclopedia of Volcanoes, 2nd Edition. Academic Press.

3.     Fagents et al. (2013). Modeling Volcanic Processes. Cambridge University Press.

4.     Dispense.

L’esame consiste in una prova orale della durata indicativa di circa 30 minuti, finalizzata ad accertare la conoscenza degli argomenti teorici e metodologici del corso e la capacità di collegare i principali processi fisici che avvengono nei sistemi vulcanici. Gli studenti potranno iniziare l’esame con l’esposizione di un argomento a loro scelta.

La valutazione terrà conto della correttezza e completezza delle risposte, della capacità di analisi e collegamento tra gli argomenti, dell’uso appropriato del linguaggio tecnico-scientifico e della capacità di interpretare processi, dati e modelli relativi alla dinamica vulcanica e alla pericolosità.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Quali sono i principali meccanismi di formazione dei magmi?

Parla dei processi di trasferimento di calore nelle camere magmatiche?

Quali sono le principali proprietà termodinamiche e di trasporto dei fusi silicatici?

Come avviene il trasporto dei magmi nei dicchi?

Parla della modellazione dei flussi di lava?

Cos’è uno slug di gas e come avvengono i processi di formazione e di risalita degli slug?

Cosa sono le shock waves?

Parla dei processi fisici alla base dell’attività esplosiva sostenuta.

Parla dei pyroclastic density currents e della loro “anatomia”.

Quali sono i principali segnali sismici che si registrano in ambiente vulcanico?