GNGTS - 27° Convegno Nazionale

Trieste 6-8 ottobre 2008

Analisi degli intertempi applicata a vulcani con attività stromboliana

E. De Lauro1, S. De Martino1, M. Falanga2, M. Palo1, J. Ibanez3, M. Mora4

1Dip. Matematica e Informatica, Università di Salerno2Dip. Fisica “E.R. Caianiello”, Università di Salerno

3Istituto Andaluz de Geofisica, Universidad de Granada4Escuela de Geología, Universidad de Costa Rica

Analisi statistica dei tempi di attesa tra eventi esplosivi successivi

• Stromboli

• Erebus (Antartide)

• Arenal (Costa Rica)

Si riportano tre casi:

I casi analizzati presentano attività prevalente di tipo stromboliano.

Nei periodi analizzati l’attività vulcanica è non parossistica.

Stromboli

1. Frequenza degli eventi esplosivi: 10-20 eventi per ora

2. Tremore vulcanico persistente

Eventi discriminati sulla base dei corrispondenti segnali sismici introducendo una soglia in ampiezza

Intertempi - Stromboli

Valore medio degli intertempi: 2.8-4 minuti ( )

0.89 0.931q

qd

q

1

1

1 1( , )

1

qn

i ji j i

C l q l t tn n

0.80 0.86tVC

t

Processo di Poisson

Erebus1. Frequenza delle esplosioni: pochi

eventi al giorno

2. Non si registra tremore vulcanico persistente

3. Quasi tutta l’attività esplosiva è localizzata al lago di lava

Intertempi - Erebus

Valore medio degli intertempi: 5.5 ore

L’esistenza di un processo di Poisson (definito da λ) che regola i tempi di accadimento delle esplosioni di tipo stromboliano può essere considerata una peculiarità di questo tipo di eventi.

Nei casi considerati, la fase conclusiva delle esplosioni è prodotta dallo scoppio delle grandi bolle di gas visibili in superficie. Un modello per la formazioni di questi aggregati consente di connettere la scala dei tempi con quella delle lunghezze e stimare la dimensioni delle grandi bolle.

( ) ctcf t e

Tempo caratteristico proc. Poisson lunghezza caratteristica

2x D t 0

0

1; 1

LD

D L d

2

0 0c

Lt

D L

2

00

( 1)

2 c

N N Lt

D L

21

0 0

( ) ( 2)

1

( 1) / 2

ALf L A L e

AL D N N

Modello di Chandrasekar – Landau per la coalescenza

Diffusione particelle gassose

Coalescenza a coppie

Condizione: esistenza di degassamento

F(L) per Stromboli e Erebus.

I picchi indicano le lunghezza macroscopiche caratteristiche (dimensione aggregati)

Arenal- Frequenza delle esplosioni: dell’ordine di un evento per ora.

- Esiste tremore vulcanico armonico quasi continuo

- Alcune esplosioni sono accompagnate da tremore armonico

Intertempi - Arenal

Tempi eventi definiti da catalogo

-Variabilità degli intertempi

- Cluster

Arenal (II)

Intertempi delle esplosioni senza tremore

Intertempi delle esplosioni accompagnate da tremore

Entrambe le classi di eventi si addensano agli stessi tempi

Arenal – Intertempi (III)

Distribuzione degli intertempi

<Δt>~ 1 h

Arenal – Cv e AMI

Andamento del coefficiente di variabilità in funzione di una soglia superiore della serie degli intertempi

Andamento della Mutua Informazione Media (AMI)

Arenal – Densità di eventiDensità degli eventi in funzione del tempo

30-60 ore

- Funzione fortemente oscillante - clusterizzazione

- Larghezza dei picchi indica lunghezza cluster (qualche giorno)

- Valore dei picchi sempre circa 1 (come valore medio del processo di Poisson)

- Possibile esistenza di cluster più piccoli

Arenal – Densità di eventi

Densità eventi esplosivi

120-160 ore

Estremo superiore lunghezza cluster

5-25 ore

Possibili cluster più piccoli

Prospettive

• Analisi degli intertempi con soglia in ampiezza • Cv in funzione della soglia• Analisi multifrattale• Data-set più lungo

Conclusioni

• I processi stocastici con le caratteristiche di un processo di Poisson ben descrivono la ripetitività dei fenomeni esplosivi stromboliani

• Il processo di Poisson e il modello di coalescenza riproducono fenomenologicamente l’evoluzione su scala macroscopica di un sistema vulcanico durante l‘attività stromboliana

• Meccanismi esplosivi più complessi (Arenal) possono coinvolgere processi fisici che avvengono su scale di tempo (spazio) molteplici (convezione?)

Bibliografia

M. Bottiglieri, S. De Martino, M. Falanga, C. Godano and M. Palo: Statistics of inter-time of Strombolian explosion-quakes, Europhys. Lett., 72 (3), pp. 493-498 (2005) DOI: 10.1209/epl/i2005-10258-0. Research highlights Nature Physics 1, 134, (01 Dec 2005), doi:10.1038/nphys185.

E. De Lauro, S. De Martino, M. Falanga, M. Palo: Strombolian explosions at Erebus volcano: analysis and simple modelling, submitted to Journal of Geophysical Research, 2008.