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 Salerno
2Dip. Fisica “E.R. Caianiello”, Università di Salerno
3Istituto Andaluz de Geofisica, Universidad de Granada
4Escuela de Geología, Universidad de Costa Rica
Analisi statistica dei tempi di attesa tra eventi
esplosivi successivi
Si riportano tre casi:
• Stromboli
• Erebus (Antartide)
• Arenal (Costa Rica)
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
CV 
 t
t
C (l , q) 
dq 
 0.80  0.86
 1

1

l


t


t
 
i
j 
n i 1  n  1 j i

 (q)
q 1
n

  0.89  0.93

q 1
Valore medio degli
intertempi: 2.8-4 minuti
Processo di Poisson
Erebus
1. 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.
f (tc )   e
  tc
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.
Tempo caratteristico proc. Poisson
lunghezza caratteristica
Modello di Chandrasekar – Landau per la coalescenza
Diffusione particelle gassose
Coalescenza a coppie
Condizione: esistenza di degassamento

x  D t
D  L0 
1

 ;  1 
D0  L 
d
L  2
tc 
D0 L0
N ( N  1)
L  2
tc 
2
D0 L0
2
f ( L)   A(  2) L e
1
A 
L0 D0 N ( N  1) / 2
 1
  AL 2
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)
<Δt>~ 1 h
Distribuzione degli intertempi
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 eventi
Densità 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.