Multi-parametric study of the 2020-2022 paroxysmal activity at mt. Etna: the role of fluids in the trigger mechanisms, durations and energy of the eruptive phenomena [Studio multi-parametrico dell’attività parossistica del 2020-21 al Mt. Etna: ruolo dei fluidi sui meccanismi di innesco, durata ed energia dei fenomeni eruttivi]

The paroxysmal sequence at Mt. Etna between December 2020 and February 2022 has provided significant insights into the evolution of the volcano's plumbing system and the underlying volcanic processes. A comprehensive petrological and geophysical investigation was conducted to better understand the dynamics of magma storage, transfer, and eruption at the South East Crater during this intense period of activity. Petrological analysis focused on the magmas involved in the eruptions, particularly highlighting the presence of the most mafic magma encountered in the last decade at Mt. Etna. Thermodynamic modeling, combined with micro-analytical data from volcanic crystals and glasses, revealed that the first phase of the 2020–22 sequence (December 13, 2020 – April 1, 2021) was marked by the rapid migration of mafic magma from the deepest levels of the plumbing system to intermediate and shallow levels, similar to the behavior observed during the 2015–16 paroxysmal eruptions at the Voragine Crater. This fast migration facilitated more frequent eruptions, driven by efficient drainage at shallow levels, with patterns reminiscent of the 2011–13 sequence. At the same time, geophysical data, particularly tilt deformations, volcanic tremor amplitudes and gravimetry, were analyzed to characterize the eruptions and their preparatory phases. The study identified three distinct periods based on deflation amplitudes associated with lava fountains and other key parameters such as inflation and deflation velocities, and volcanic tremor amplitudes. Period I, that overlaps the first phase, was characterized by higher values of these parameters, indicating the transfer of large volumes of volatile-rich magma towards the surface. Nonetheless, gravity shows no significant variations in this period pointing out to a gravity balance determined by a continuous influx of new magma from the deep portion of the plumbing system, in agreement with petrological data. The second phase (May 19, 2021 – February 21, 2022) showed slower magma transfer timescales, primarily involving the intermediate and shallow levels of the volcano's feeding system. Geophysical data highlight two different periods within this second phase: Period II (19 May - 28 June 2021) and Period III (28 June - 23 October 2021). Period II showed lower values, suggesting a lack of significant new magma injections from depth. Period III, however, exhibited a general increasing trend, possibly linked to gas flushing from magma in deeper parts of the plumbing system. Notably, gravity decrease observed during the second phase indicates an imbalance between the quantities of incoming and outgoing magma. Also, detailed analysis of tilt signals revealed short-lived inflations during the early stages of lava fountains in Period II, underscoring the critical role of gas in driving the inflation-deflation cycles associated with 2 these eruptions. The study emphasized that the influx of volatile-rich magmas from the deepest parts of the plumbing system has been a recurring trend at Mt. Etna over the past decade, influencing whether volcanic activity at the surface is effusive or explosive depending on the volume and degassing capacity of the ascending magma. The multi-parametric approach provides a comprehensive understanding of the complex interplay between magmatic processes and surface volcanic activity at Mt. Etna, illustrating how variations in magma composition, storage, and transfer rates influence the eruptive behavior of the volcano over time.

La sequenza parossistica avvenuta sull'Etna tra dicembre 2020 e febbraio 2022 ha fornito importanti approfondimenti sull'evoluzione del sistema di alimentazione del vulcano e sui processi vulcanici sottostanti. È stata condotta un'ampia indagine petrologica e geofisica per comprendere meglio le dinamiche di immagazzinamento, trasferimento ed eruzione del magma al Cratere di Sud-Est durante questo intenso periodo di attività. L'analisi petrologica si è concentrata sui magmi coinvolti nelle eruzioni, evidenziando in particolare la presenza del magma più mafico rilevato sull'Etna nell'ultimo decennio. La modellizzazione termodinamica, combinata con dati microanalitici provenienti da cristalli e vetri vulcanici, ha rivelato che la prima fase della sequenza 2020-2022 (13 dicembre 2020 – 1 aprile 2021) è stata caratterizzata da una rapida migrazione di magma mafico dai livelli più profondi del sistema di alimentazione a quelli intermedi e superficiali, simile al comportamento osservato durante le eruzioni parossistiche del 2015-16 al Cratere Voragine. Questa veloce migrazione ha facilitato eruzioni più frequenti, favorite da un efficiente drenaggio a livelli superficiali, con schemi che ricordano la sequenza del 2011-13. Contestualmente, i dati geofisici, in particolare le deformazioni di tilt, le ampiezze del tremore vulcanico e la gravimetria, sono stati analizzati per caratterizzare le eruzioni e le loro fasi preparatorie. Lo studio ha identificato tre periodi, distinti sulla base delle ampiezze di deflazione associate alle fontane di lava e ad altri parametri chiave come le velocità di inflazione e deflazione e le ampiezze del tremore vulcanico. Il Periodo I, che si sovrappone alla prima fase, è stato caratterizzato da valori più elevati di questi parametri, indicando il trasferimento di grandi volumi di magma ricchi in volatili verso la superficie. Tuttavia, la gravità non mostra variazioni significative in questo periodo, suggerendo un equilibrio gravitazionale determinato da un continuo afflusso di nuovo magma dalla parte più profonda del sistema di alimentazione, in accordo con i dati petrologici. La seconda fase (19 maggio 2021 – 21 febbraio 2022) ha mostrato tempi di trasferimento del magma più lenti, coinvolgendo principalmente i livelli intermedi e superficiali del sistema di alimentazione del vulcano. I dati geofisici evidenziano due periodi distinti all'interno di questa seconda fase: il Periodo II (19 maggio - 28 giugno 2021) e il Periodo III (28 giugno - 23 ottobre 2021). Il Periodo II ha mostrato valori più bassi, 4 suggerendo una mancanza di significative nuove iniezioni di magma dalle profondità. Il Periodo III, invece, ha mostrato una tendenza generale all'aumento, probabilmente legata al flusso di gas proveniente dal magma residente nelle parti più profonde del sistema di alimentazione. Notevole è il calo della gravità osservato durante la seconda fase, che indica uno squilibrio tra le quantità di magma in entrata e in uscita. Inoltre, un'analisi dettagliata dei segnali di tilt ha rivelato inflazioni di breve durata durante le fasi iniziali delle fontane di lava nel Periodo II, sottolineando il ruolo critico del gas nel guidare i cicli di inflazione-deflazione associati a queste eruzioni. Lo studio ha evidenziato che l'afflusso di magmi ricchi in volatili dalle parti più profonde del sistema di alimentazione è stato un trend ricorrente sull'Etna nell'ultimo decennio, influenzando sia l'attività vulcanica in superficie sia effusiva o esplosiva a seconda del volume e della capacità di degassamento del magma in risalita. L'approccio multiparametrico fornisce una comprensione completa della complessa interazione tra i processi magmatici e l'attività vulcanica superficiale dell’Etna, illustrando come le variazioni della composizione del magma, del suo immagazzinamento e delle velocità di trasferimento influenzino il comportamento eruttivo del vulcano nel tempo.