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Pyroxenite veining is widely preserved in peridotite massifs, and used to derive information on the origin and evolution of upper mantle domains. These lithospheric mantle sections can be isolated from the convecting mantle for >1 Ga or more, suffering a long history of melting and/or melt-rock reaction processes, which modify their original chemical and isotopic compositions. Here, we show the effect of ancient process of melt-rock reaction in the chemistry of garnet pyroxenites from Lanzo North Massif, an iconic lithospheric mantle section exhumed during the opening of the Jurassic Alpine Tethys. Selected pyroxenites are more than 10 cm thick, and embedded within peridotites that have textures and chemical compositions indicative of a complex history of interaction with migrating melts. Whole rock and clinopymxene Nd-Hf isotopes of the pyroxenites consistently indicate that the first melt-rock reaction event occurred at similar to 400 Ma, likely in combination with exhumation from the garnet to the spinel-facies mantle conditions. Two samples still retain textural relicts and chemical evidence of precursor garnet and have high epsilon(Nd) (similar to 12) for comparatively low EHf (similar to 10), when recalculated at 400 Ma, which suggest that they were less affected by this ancient percolation process. The chemical evidence of such a long history of melt-rock reactions was preserved from 400 Ma until present. Finally, two pyroxenites located within plagioclase peridotites show evidence for an event of re-equilibration at plagioclase-facies conditions, likely triggered by infiltration of melt in the host rock. These samples reveal the coexistence of two internal Sm-Nd isochrones at 152 +/- 30 Ma and 149 +/- 13 Ma, thereby providing temporal constraints to the event of melt impregnation of the host peridotites as consequence of the opening of the Ligurian Tethys ocean.

Mantle xenoliths collected from Fuerteventura, one of the easternmost Canary Islands, exhibit a complex evolutionary history comprising events of depletion, serpentinization, dehydration and melt metasomatism. Each of these events left imprints on both the texture and chemistry of the xenoliths. Extensive partial melting is shown by complete lack of primary clinopyroxene, the ultra-refractory trace element composition of orthopyroxene porphyroclasts, and low heavy rare earth element contents as compared with abyssal peridotites sampled along mid-ocean ridges and oceanic fracture zones, in the xenoliths least affected by later metasomatism. In many xenoliths the original orthopyroxene porphyroclasts and some olivines are replaced by fibrous aggregates of orthopyroxene and/or large, deformed olivine porphyroclasts with mottled rims with stringy glass and fluid inclusions. Such features are very rare in ocean island xenoliths. Unusually high H2O and Cl concentrations, together with very high H2O/Ce and Cl/K ratios in interstitial glasses, suggest that the fibrous orthopyroxene formed by local serpentinization by hot seawater. The volume increase accompanying the serpentinization caused extensive fracturing of adjacent olivine porphyroclasts. The most likely scenario for local mantle invasion by hydrous fluids is along deep faults and fractures caused by tectonic movements along the continent-ocean transition during the early phases of the opening of the Atlantic Ocean. The peridotites were later (probably during the Canary Islands magmatism) dehydrated, causing the serpentine minerals to be replaced by porous domains of fibrous orthopyroxene. Hydrous fluids released by the deserpentinization escaped into neighbouring and overlying rocks leaving trails of fluid inclusions along fractures and grain boundaries causing mottled rims and zones in olivine porphyroclasts. During the Canary Islands magmatism the upper mantle beneath Fuerteventura was also infiltrated by enriched silicate magmas that caused different degrees of Fe-Ti-metasomatism. A higher degree of melt metasomatism in rocks with fibrous orthopyroxene and mottled olivine than in the massive harzburgites strongly suggests that the sublithospheric Canarian magmas reused serpentinized extensional faults during their rise to the surface. The strongest degree of melt metasomatism appears to have resulted in the formation of lherzolites, wehrlites, and dunites.

Questo capitolo presenta la sintesi di uno studio a carattere multidisciplinare, condotto dai membri di numerose unità operative afferenti al progetto “GEOBASI” su campioni di suolo del sito “pilota” di Muravera, ai fini di cogliere le dinamiche interne del suolo e quelle a scala territoriale, e fornire un contributo all’individuazione di appropriati strumenti di indagine e di intervento. I risultati, di seguito riportati, sono scaturiti dalle varie analisi di laboratorio, condotte con un approccio metodologico integrato e multiscala su campioni appartenenti a ciascuno dei diversi orizzonti genetici di cui si compone ogni profilo pedologico ed, ove possibile, anche del substrato roccioso. In tal modo si è cercato di garantire, a partire dal campionamento, un rigore di metodi in grado di tenere in dovuto conto la specificità delle proprietà e dei meccanismi di cui il suolo è sede. La caratterizzazione della composizione chimica degli elementi totali, sia maggiori sia in tracce, tramite spettrometria di fluorescenza ai raggi X è stata curata dalla UO di Siena (Protano G., Nannoni F., Pizzetti E., Riccobono F., Rossi S.), con un contributo specifico dell’UO afferente all’ENEA per quanto riguarda l’arsenico. I risultati ottenuti mediante XRF sono stati messi in relazione con i principali litotipi presenti nell’area di studio e con i diversi orizzonti pedologici. Sono stati inoltre confrontati con quelli derivanti dall’estrazione degli elementi pseudototali in acqua regia da parte dell’UO di Pavia (Sacchi E., Garzetti F., Fornelli Genot S., Vannucci R.), che discute la validità di applicabilità dei due diversi metodi, mettendo altresì in luce le difficoltà di applicazione della normativa vigente in materia di determinazione delle soglie di contaminazione di diverse matrici ambientali. I contributi successivi del presente capitolo analizzano attraverso molteplici sfaccettature ed approcci analitici il variegato tema della mobilità degli elementi nel sistema suolo. Si passa dall’analisi della frazione biodisponibile dei metalli tramite estrazione in EDTA al confronto con i tenori pseudototali (Sacchi E., Fornelli Genot S., Garzetti F., Vannucci R. dell’UO di Pavia) ed allo studio dei processi di mobilità, frazionamento e speciazione attraverso le estrazioni sequenziali (UO dell’ENEA: Angelone M., Armiento G., Caci E., Carucci V., Cremisini C., Crovato C.), attraverso procedure sempre applicate ancora al campione totale. Attraverso tecniche d’indagine micromorfologica e microanalitica in microscopia ottica ed elettronica e l’ausilio di analisi spettrometriche con l’utilizzo di sorgente laser si evidenziano alcuni meccanismi di ritenzione o mobilizzazione degli elementi con carattere “puntuale” all’interno di determinati profili e/o orizzonti pedologici (Scarciglia F., De Rosa R., Barca D., Apollaro C., Caruso A.M., Vecchio G. dell’UO di Cosenza e Vacca A. dell’unità di Cagliari). Vengono poi proposti un’analisi della distribuzione spaziale di alcuni isotopi radioattivi nonché l’applicazione di un metodo per stimare i tassi di erosione o accumulo sulla base dell’attività del 137Cs (UO di Roma Tre: Tuccimei P., Salzano R., Soligo M., Primavera P., Delitala M.C., Taddeucci A.) ed uno studio di dettaglio sul rapporto isotopico del ferro con la proposta di una metodologia innovativa (Castorina F., Masi U., Voltaggio M. dell’UO di Roma “La Sapienza”). Questo lavoro mette in luce le difficoltà di applicazione della normativa vigente, qualora si proceda alla misura ed alla discussione delle concentrazioni e distribuzioni degli elementi nei suoli dell’area rappresentata nel Foglio 549 Muravera della Carta Geologica d’Italia a scala 1:50.000. L’approccio multidisciplinare adottato mostra in modo chiaro i limiti dei metodi d’indagine sinora proposti dalla legislazione ambientale ed applicati dagli operatori del territorio: i limiti, cioè, sia di un campionamento del solo orizzonte di superficie, senza tener conto invece dei differenti orizzonti genetici (ovvero prodotti da specifici processi di pedogenesi) di cui consta un profilo di suolo, sia della sola analisi degli elementi totali, a scapito della valutazione dei contributi offerti dalle diverse sub-“matrici” costituenti ogni singolo orizzonte (scheletro minerale, matrice pedogenetica s.s., pellicole di argilla illuviale, sostanza organica, segregazioni di ossidi di ferro, ecc.).

The Campi Flegrei (CF) caldera is one of the most dangerous quiescent volcanic systems in the world. Its activity mostly resulted in low-magnitude explosive eruptions, such as that of the Monte Nuovo tuff cone that represents the last eruptive event within the caldera (A.D. 1538). However, there have been more energetic Plinian events, e.g., the Agnano Monte Spina eruption (4.1 ka), and very highly explosive, caldera-forming eruptions, e.g., the Campanian Ignimbrite eruption (39 ka). Here, we integrate new and literature data on the groundmass texture and composition of pyroclastic products from the three above eruptions with the aim of unraveling how volatiles content, degassing mechanisms, and crystallization processes influence magma explosivity and eruption dynamics at CF. Previous studies indicate that the investigated rocks share similar major element bulk and phenocryst chemistry; also similar is the water content of their trapped melt inclusions. These observations suggest that the magmas feeding these eruptions had comparable physicochemical properties during storage in the shallow crust. However, our investigations indicate that the studied rocks differ in texture and composition of the groundmass and viscosity of the related magmas. We ascribe such differences to the variable style of volatile exsolution and outgassing from the melt, primarily in response to changes of the rate of magma ascent to the surface. We conclude that the magma ascent rate was the key parameter in driving explosive eruptions at CF, and we suggest that this parameter may be influenced by magma-water interaction and/or magma chamber geometry and replenishment.

Questo capitolo presenta la sintesi di uno studio a carattere multidisciplinare, condotto dai membri di numerose unità operative afferenti al progetto “GEOBASI” su campioni di suolo del sito “pilota” di Muravera, ai fini di cogliere le dinamiche interne del suolo e quelle a scala territoriale, e fornire un contributo all’individuazione di appropriati strumenti di indagine e di intervento. I risultati, di seguito riportati, sono scaturiti dalle varie analisi di laboratorio, condotte con un approccio metodologico integrato e multiscala su campioni appartenenti a ciascuno dei diversi orizzonti genetici di cui si compone ogni profilo pedologico ed, ove possibile, anche del substrato roccioso. In tal modo si è cercato di garantire, a partire dal campionamento, un rigore di metodi in grado di tenere in dovuto conto la specificità delle proprietà e dei meccanismi di cui il suolo è sede. La caratterizzazione della composizione chimica degli elementi totali, sia maggiori sia in tracce, tramite spettrometria di fluorescenza ai raggi X è stata curata dalla UO di Siena (Protano G., Nannoni F., Pizzetti E., Riccobono F., Rossi S.), con un contributo specifico dell’UO afferente all’ENEA per quanto riguarda l’arsenico. I risultati ottenuti mediante XRF sono stati messi in relazione con i principali litotipi presenti nell’area di studio e con i diversi orizzonti pedologici. Sono stati inoltre confrontati con quelli derivanti dall’estrazione degli elementi pseudototali in acqua regia da parte dell’UO di Pavia (Sacchi E., Garzetti F., Fornelli Genot S., Vannucci R.), che discute la validità di applicabilità dei due diversi metodi, mettendo altresì in luce le difficoltà di applicazione della normativa vigente in materia di determinazione delle soglie di contaminazione di diverse matrici ambientali. I contributi successivi del presente capitolo analizzano attraverso molteplici sfaccettature ed approcci analitici il variegato tema della mobilità degli elementi nel sistema suolo. Si passa dall’analisi della frazione biodisponibile dei metalli tramite estrazione in EDTA al confronto con i tenori pseudototali (Sacchi E., Fornelli Genot S., Garzetti F., Vannucci R. dell’UO di Pavia) ed allo studio dei processi di mobilità, frazionamento e speciazione attraverso le estrazioni sequenziali (UO dell’ENEA: Angelone M., Armiento G., Caci E., Carucci V., Cremisini C., Crovato C.), attraverso procedure sempre applicate ancora al campione totale. Attraverso tecniche d’indagine micromorfologica e microanalitica in microscopia ottica ed elettronica e l’ausilio di analisi spettrometriche con l’utilizzo di sorgente laser si evidenziano alcuni meccanismi di ritenzione o mobilizzazione degli elementi con carattere “puntuale” all’interno di determinati profili e/o orizzonti pedologici (Scarciglia F., De Rosa R., Barca D., Apollaro C., Caruso A.M., Vecchio G. dell’UO di Cosenza e Vacca A. dell’unità di Cagliari). Vengono poi proposti un’analisi della distribuzione spaziale di alcuni isotopi radioattivi nonché l’applicazione di un metodo per stimare i tassi di erosione o accumulo sulla base dell’attività del 137Cs (UO di Roma Tre: Tuccimei P., Salzano R., Soligo M., Primavera P., Delitala M.C., Taddeucci A.) ed uno studio di dettaglio sul rapporto isotopico del ferro con la proposta di una metodologia innovativa (Castorina F., Masi U., Voltaggio M. dell’UO di Roma “La Sapienza”). Questo lavoro mette in luce le difficoltà di applicazione della normativa vigente, qualora si proceda alla misura ed alla discussione delle concentrazioni e distribuzioni degli elementi nei suoli dell’area rappresentata nel Foglio 549 Muravera della Carta Geologica d’Italia a scala 1:50.000. L’approccio multidisciplinare adottato mostra in modo chiaro i limiti dei metodi d’indagine sinora proposti dalla legislazione ambientale ed applicati dagli operatori del territorio: i limiti, cioè, sia di un campionamento del solo orizzonte di superficie, senza tener conto invece dei differenti orizzonti genetici (ovvero prodotti da specifici processi di pedogenesi) di cui consta un profilo di suolo, sia della sola analisi degli elementi totali, a scapito della valutazione dei contributi offerti dalle diverse sub-“matrici” costituenti ogni singolo orizzonte (scheletro minerale, matrice pedogenetica s.s., pellicole di argilla illuviale, sostanza organica, segregazioni di ossidi di ferro, ecc.).