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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.