Metamorfismo e Deformazione: Evoluzione della Crosta Parte II PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche •Il nome di una roccia metamorfica in genere si basa sul quello che la roccia era prima di essere metamorfosata (ossia sul protolito). •Il nome della roccia si basa anche sul grado o l’intensità intensità del metamorfismo, metamorfismo, chiamato grado metamorfico. •Il grado metamorfico è fondamentalmente funzione della temperatura. temperatura. •Rocce ad elevato grado metamorfico tendono ad avere una grana più più grossa rispetto alle rocce di basso grado metamorfico. metamorfico. •Tuttavia, Tuttavia, la dimensione dei grani di una roccia metamorfica può dipendere anche dalla grana della roccia di partenza (protolito) protolito) e dall’ dall’intensità intensità delle sollecitazioni. sollecitazioni. Minerali che crescono in condizioni di elevate sollecitazioni tenderanno di essere di piccole dimensioni, dimensioni, anche in condizioni di grado metamorfico elevato. elevato. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 1 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Come visto per le rocce sedimentarie clastiche, clastiche, anche per le rocce metamorfiche la composizione del materiale di partenza è estremamente importante. importante. Più Più è a grana fine il protolito minore è la stabilità stabilità dei singoli costituenti (elevato rapporto superficie/volume) superficie/volume)  reazioni metamorfiche facilitate. Un protolito a grana grossa mostrerà mostrerà sempre “relitti” relitti” degli originali minerali non trasformati dal processo metamorfico. metamorfico. Fondamentalmente il metamorfismo è un processo ISOCHIMICO (il protolito e la roccia metamorfica hanno la stessa composizione chimica). chimica). Il sistema (almeno in teoria) teoria) è chiuso (scambio di temperatura ma non di materia). materia). PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi da ricordare: ricordare: relativamente pochi. pochi. Non esiste un unico principio classificativo usato per la descrizione delle rocce metamorfiche (a differenza delle rocce ignee e più più o meno simile a quanto visto per le rocce sedimentarie). sedimentarie). I criteri più più importanti sono: sono: composizione mineralogica e struttura mesoscopica (oltre alla natura del protolito). protolito). I nomi delle rocce metamorfiche consistono in una base ed in una serie di prefissi e suffissi. suffissi. Il nome di base può essere un nome speciale (es. es. Anfibolite) Anfibolite) o un nome che descrive la struttura (es. es. Gneiss). Il nome di base indica la paragenesi più più importante (es. es. anfibolo+plagioclasio o feldspati+quarzo) feldspati+quarzo) PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 2 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA SCISTO: roccia metamorfica con scistosità scistosità ben definita da orientazione preferenziale di granuli di minerali non isodiametrici. isodiametrici. Per le rocce ricche in fillosilicati questo termine è da usare solo per le varietà varietà a grana media. Es.: scisto verde, verde, micascisto, micascisto, cloritoscisto, cloritoscisto, calcescisto, calcescisto, etc. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA GNEISS: roccia metamorfica a grana mediomedio-grossa con struttura scistosa più più o meno deformata. deformata. Roccia con abbondante feldspato (in genere >20%) con varie percentuali di quarzo e fillosilicati. fillosilicati. Es.: Gneiss a granatogranato-biotite, gneiss granitico, granitico, ortoorto-gneiss, gneiss migmatitico, migmatitico, gneiss a bande, bande, gneiss femico, femico, etc. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 3 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA ARDESIA: roccia metamorfica a grana molto fine di grado metamorfico molto basso con clivaggio e foliazione ben sviluppati. sviluppati. Praticamente è uno scisto a grana molto fine. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA FILLADE: roccia metamorfica a grana fine di grado basso con scistosità scistosità perfetta. perfetta. Le superfici di foliazioni mostrano una caratteristica lucentezza. lucentezza. Praticamente è intermedia tra un’ un’ardesia (grado molto basso) ed uno scisto (grado mediomedio-alto) PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 4 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA HORNFELS (o GRANOFELS): roccia metamorfica senza scistosità scistosità, struttura gneissica e lineazioni. lineazioni. Macroscopicamente possono essere facili da confondere con tante altre rocce quali basalti, basalti, rioliti afiriche, afiriche, calcari neri. neri. Ovviamente la distinzione è facile con lo studio in sezione sottile. sottile. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi per rocce molto deformate Milonite: Milonite: roccia metamorfica prodotta in seguito a riduzione meccanica della granulometria, granulometria, come conseguenza di deformazione non cataclastica in zone localizzate (zone di faglia e di taglio). taglio). Foliazione a scala fine, spesso associata con lineazione di minerali. minerali. Ultramilonite: Ultramilonite: roccia metamorfica caratterizzata dalla quasi totale assenza di megacristalli (>90% della roccia è composta da matrice a grana fine). PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 5 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi per rocce molto deformate Cataclasite: Cataclasite: roccia metamorfica che ha subito il fenomeno di cataclasi (deformazione di rocce in seguito a frantumazione e stiramento). stiramento). Cataclasi PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi per rocce molto deformate Breccia di faglia: faglia: cataclasite con truttura tipo breccia formata in una zona di faglia. faglia. Breccia di faglia PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 6 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi per rocce molto deformate Pseudotachilite: (sembra Pseudotachilite: roccia metamorfica a grana molto fine (sembra vetrosa) vetrosa) in piccole vene. vene. Pseudotachilite PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Nomi legati all’ all’origine del protolito Questo tipo di classificazione si basa sulla natura del materiale originario che è stato poi metemorfosato. metemorfosato. Es: metagranito, metagranito, metapelite, metapelite, metabasite, metabasite, metabasalto, metabasalto, metapsammite, metapsammite, metagabbro, metagabbro, metamarna, metamarna, etc. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 7 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Termini speciali Minerali femici: ferrofemici: termine collettivo per indicare minerali ferromagnesiaci. magnesiaci. minerali felsici: quarzo, feldspati e felsici: termine collettivo per indicare quarzo, feldspatoidi. feldspatoidi. Roccia femica: femica: roccia costituita da almeno il 50% di minerali femici (ma questa definizione non è tanto precisa). precisa). Roccia felsica: felsici. felsica: roccia costituita soprattutto da minerali felsici. Metaes. MetaMetaMeta-: prefisso per indicare una roccia metamorfica (es. gabbro, gabbro, metameta-pelite, pelite, metameta-sedimento, sedimento, etc.). OrtoOrto- e ParaPara-: prefisso che indica la derivazione di una roccia metamorfica rispettivamente da un protolito igneo o sedimentario. sedimentario. Es. Ortogneiss (gneiss con protolito igneo, igneo, es. es. granito o riolite); riolite); Paragneiss (gneiss con protolito sedimentario, sedimentario, es. es. Arenaria o argilla). argilla). Acido, Acido, Intermedio, Intermedio, Basico ed Ultrabasico: Ultrabasico: come le rocce ignee. ignee. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Termini speciali Scisto verde: verde: roccia scistosa il cui colore verde è dovuto alla presenza di minerali quali clorite, clorite, actinolite (un tipo di anfibolo), anfibolo), epidoti ed altri minerali metamorfici PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 8 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Termini speciali Scisto blu: blu: roccia scistosa il cui colore blu è legato alla presenza di un particolare tipo di anfibolo (glaucofane). verità il colore blu glaucofane). (a dir la verità si vede bene solo in sezione sottile) sottile) PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Termini speciali Anfibolite: più del 50% Anfibolite: roccia femica composta essenzialmente da più di anfibolo verde (orneblenda) orneblenda) e plagioclasio. plagioclasio. La somma anfibolo + plagioclasio in genere è >75% in volume. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 9 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Termini speciali Granulite: Granulite: roccia metamorfica costituita essenzialmente da ortopirosseno e senza muscovite. I minerali anidri sono più più abbondanti di quelli idrati. idrati. Composizioni estremamente variabili. variabili. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Termini speciali Eclogite: Eclogite: roccia metamorfica senza plagioclasio con granato e un particolare tipo di clinopirosseno (onfacite). onfacite). Diamante da 3 mm di lato in eclogite PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 10 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Termini speciali Marmo: Marmo: roccia metamorfica composta essenzialmente da carbonati (calcite e/o dolomite). PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Classificazione delle Rocce Metamorfiche Termini speciali Roccia calccalc-silicatica: silicatica: roccia con 00-50% carbonati e composta da silicati di calcio (epidoti, epidoti, diopside, diopside, granato, granato, wollastonite, wollastonite, anortite, anortite, anfiboli calcici, calcici, etc.). Quarzite: Quarzite: roccia metamorfica composta da più più dell’ dell’80% da quarzo. quarzo. Hornfels: Hornfels: roccia metamorfica non scistosa a grana molto fine, composta soprattutto da silicati e ossidi vari, vari, legata a metamorfismo di contatto. contatto. Migmatite: Migmatite: roccia silicatica eterogenea a scala macroscopica, macroscopica, composta da una parte restitica (detta paleosoma o melanosoma; melanosoma; roccia metamorfica vera a propria) propria) e una parte più più chiara (neosoma o leucosoma; leucosoma; in teoria sarebbe una roccia ignea) ignea) formata per cristallizzazione di un fuso parziale della roccia originaria. originaria. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 11 Protoliti Sedimentari PROTOLITO EQUIVALENTE METAMORFICO Conglomerato Metaconglomerato (o breccia) ----------------------------------------Arenaria Quarzite (di tutti i tipi) ----------------------------------------Argilla Ardesia  Fillade  Scisto  Gneiss grado: grado: basso . . . . . medio. medio. . . . elevato ----------------------------------------Calcare Marmo PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Progressivo Metamorfismo di una argilla argilla ardesia cosa succede ad un’ un’argilla quando pressione e temperatura aumentano? aumentano? scisto PACE fillade Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 12 Transizione da Argilla ad Ardesia Entrambe le rocce mostrano una grana molto fine. Il metamorfismo e la deforazione provocano la ricristallizzazione dei minerali argillosi in miche e provocano il riri-orientamento in tessiture fortemente planari, planari, dando alla roccia un perfetto Clivaggio. io gg va cl i di ni Pia argilla 1 mm PACE ardesia 1 mm Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Transizione da Argilla ad Ardesia Ardesie Possono essere chiamate anche ARGILLOSCISTI a grana estremamente minuta composti da minerali argillosi con subordinati quarzo, quarzo, miche e feldspati e contenenti sostanze carboniose o bituminose che conferiscono a queste rocce il tipico colore grigiogrigio-nerastro. nerastro. Metamorfismo di bassobasso-bassissimo grado PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 13 Clivaggio Clivaggio orizzontale, parallelo ai piani di deposizione vertical cleavage i di Pian sizione depo ggio a (Cliv ale) in g ori Piani di clivaggio PACE Si, il clivaggio è una proprietà dei minerali, ma questo termine si applica anche per spiegare come si rompono le ardesie. Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Transizione da Ardesia a Fillade Le miche continuano a ricristallizzare e crescono sempre di più più (anche se non sono ancora visibili ad occhio nudo). nudo). La tessitura della roccia diventameno perfettamente planare. planare. Le filladi in campioni macroscopici appaiono luccicanti. luccicanti. Il luccichio è dato dai cristalli di mica che riflettono bene la luce ardesia fillade 1 mm PACE Notate che con il termine planare si possono indicare 1 mm anche tessiture ondulate come quelle in questa microfoto Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 14 Transizione da Fillade a Scisto Le reazioni di ricristallizzazione portano alla formazione di cristalli di mica, quarzo e feldspati abbastanza grandi da essere visti ad occhio nudo. nudo. La roccia può perdere la sua foliazione (nonostante l’abbondanza delle miche) miche) e comunemente è caratterizzata da porfiroblasti di minerali come granato e silicati di Al. (minerali (minerali sinsin-cinematici) cinematici) fillade scisto 1 mm PACE 1 mm Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Transizione da Scisto a Gneiss A più più elevate temperature e pressioni, pressioni, le miche iniziano a collassare e sputano fuori l’acqua (o, meglio, meglio, il gruppo OH) dal loro reticolo, reticolo, formando minerali anidri come granati, granati, feldspati e silicati di Al. Queste reazioni, reazioni, associate alla differenza meccanica tra miche e quarzo+feldspati producono la caratteristica struttura a bande degli gneiss. scisto PACE 1 mm Gneiss (campione (campione macroscopico) macroscopico) 1 cm Sia gli gneiss che gli scisti hanno grani visibili, visibili, ma gli scisti sono dominati da miche, miche, mentre gli gneiss sono caratterizzati da un contenuto in feldspati > 20% e mostrano una tipica alternanza di colori. colori. Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 15 Corindone Gneiss di alto grado formatisi da un protolito molto ricco in Al (sedimentario, sedimentario, quindi un paragneiss) paragneiss) possono contenere il minerale corindone (Al2O3). La variante rossa di questo minerale è chiamato Rubino; se blu viene chiamato Zaffiro. Se non utilizzabile come gemma, gemma, questo minerale viene usato come abrasivo. abrasivo. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Migmatite Alcuni gneiss possono trasformarsi in migmatiti. Le migmatiti sono rocce particolari con componenti metamorfiche ed ignee (fuse). Le migmatiti si rinvengono generalmente in aree caratterizzate da metamorfismo di grado molto elevato. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 16 Migmatite I due tipi di strati hanno nome diverso: diverso: Gli strati più più scuri sono detti Paleosoma (o melanosoma) melanosoma) e rappresentano la porzione più più restitica del protolito, protolito, mentre la parte più leucosoma) e più chiara è detta Neosoma (o leucosoma) rappresenta il prodotto della fusione parziale del protolito In genere il neosoma ha una composizione granitica (ricca in SiO2) mentre il paleosoma è più più basico Paleosoma Neosoma PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Metamorfismo progressivo AUMENTO DELL’INTENSITA’ DEL METAMORFISMO Scisto (protolith) Protolito Basalto Minerali micacei abbondanti Argilla o altro Scistosità Gneiss Massivo Stratificato Aumento della grandezza dei cristalli Minor contenuto in minerali micacei Debole clivaggio Banding Aumento dello spessore della foliazione Notate che avvengono fondamentalmente le stesse modifiche tessiturali sia se il protolito è un sedimento argilloso o una roccia ignea a grana fine. Le caratteristiche di un protolito igneo, igneo, tuttavia, tuttavia, sono differenti... differenti... PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 17 Protolito Igneo A bassi gradi, gradi, il vetro e minerali come i feldspati nelle rocce ignee vulcaniche in genere ricristallizzano per formare un minerale con la struttura che ricorda le miche chiamato clorite e rocce a grana mediomedio-fine. Questo tipo di metamorfismo viene quindi chiamato facies a scisti verdi. In condizioni di metamorfismo di grado medio ed elevato, elevato, le rocce femiche (effusive ed intrusive) producono una roccia a grana più più grossa chiamata anfibolite, che può essere definita come uno gneiss con contenuto in anfibolo molto elevato. elevato. A gradi elevati, elevati, le anfiboliti possono contenere un altro minerale come il granato e perdere del tutto l’originale contenuto in plagioclasio, plagioclasio, formando le eclogiti. Rocce intrusive a chimismo intermedio ed acido ricristallizzaranno per formare gneiss, con tessiture identiche ai prodotti di elevato grado delle argille. argille. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Scisti Verdi Gli scisti verdi sono verdi perché perché la paragenesi originale è ricristallizzata formando minerali metamorfici verdi. verdi. Questa sezione sottile mostra: mostra: (p) plagioclasio (originariamente ricco in Ca ma poi ricristallizzato in un tipo più più sodico) sodico) in una matrice (m), composta fondamentalmente di un minerale a grana fine di colore verde: verde: la clorite. clorite. N.B. La clorite non si chiama così così perché perché contiene cloro. cloro. Il suo nome deriva dal greco e vuol dire verde. verde. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 18 Anfibolite Gli scisti verdi metamorfosati a gradi più più elevati si trasformano in rocce a grana grossa chiamate anfiboliti. Queste possono essere rocce massive con grossi cristalli di granato, granato, come visto nella foto a sinistra (Gore Mountain nelle Montagne di Adirondack NY, USA), o... Qualcosa che assomiglia molto di più più ad uno gneiss (foto (foto a destra). destra). Diversamente dagli gneiss derivati da protolito sedimentario, sedimentario, le anfiboliti sono composte soprattutto di anfibolo e non di mica. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Conservazione delle strutture del protolito metameta-argilla (scisto) scisto) metameta-arenaria Questo scisto era un tempo composto da una alternanza di argille ed arenarie. arenarie. Il metamorfismo ha prodotto una serie di nuovi minerali stabili alle nuove condizioni di temperatura e pressione, pressione, ma le strutture stratificate del sedimento sono rimaste pressochè pressochè intatte. intatte. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 19 Metaconglomerato Differenti tipi di rocce rispondono in modo differente alle sollecitazioni. sollecitazioni. Molti clasti granitici restano arrotondati, arrotondati, mentre il sedimento a grana fine e i clasti vulcanici sono fortemente deformati. deformati. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Metaconglomerato In condizioni di elevate sollecitazioni sotto pressioni orientate, tutti i materiali finiscono per deformarsi. deformarsi. I clasti in questa roccia erano probabilmente arrotondati. arrotondati. Questa deformazione molto elevata può produrre una roccia a grana molto fine, dal momento che i minerali ricristallizzano in dimensioni sempre più più piccole. piccole. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 20 Foliato o non foliato? Rocce metamorfiche veramente non foliate sono rare. Solo il metamorfismo di contatto (che si verifica quando le rocce vengono riscaldate ma non deformate) deformate) ed il metamorfismo di seppellimento possono dare rocce non deformate. deformate. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Calcare e Marmo Perché molti calcari sono opachi e a volte scuri, mentre molti marmi sono bianco brillante? Il colore scuro dei calcari deriva in parte dal materiale clastico incorporato (argille) argille) e dalla materia organica a volte presente. . presente I processi metamorfici fanno scomparire le tracce organiche volatili (soprattutto C) rendendo il colore più più chiaro, chiaro, e quando le argille ricristallizzano durante la deformazione si trasformano in miche. miche. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 21 Calcare e Marmo Ovviamente esiste tutta una serie di rocce a tessitura intermedia da calcari a marmi (es. es. Calcari cristallini) cristallini) Quindi la sola differenza tra calcare e marmo sta nella tessitura. tessitura. Un calcare (es. es. calcilutite) calcilutite) ed un marmo non possono essere distinti su base chimica. chimica. In genere i marmi mostrano cristalli di calcite a granulometria maggiore. maggiore. Attenzione: Attenzione: in termini commerciali Marmo = qualsiasi pietra dura lucidabile (es. es. granito, granito, tonalite, tonalite, anortosite, anortosite, etc.) PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Arenarie e quarziti Perché le quarziti sono molto più dure delle arenarie? arenaria: arenaria: grani uniti da cemento quarzite: quarzite: nessun cemento I grani nelle rocce clastiche sedimentarie sono cementati tra di loro e il cemento in genere è relativamente debole. debole. Quando queste rocce vengono metamorfosate, metamorfosate, la prima cosa che cambia è il cemento. cemento. I grani sono letteralmente “fusi” fusi” insieme, insieme, producendo un insieme di grani densamente interdigitato. interdigitato. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 22 P-T in zone di subduzione (P-T) 200 0 400 600 Metamorfismo di contatto 5 40oC/km... Arco zona di PACE 5000 35 subduzione Non visto in natura 25 10 °C/km… C/km… 30 più più attiva Metamorfismo regionale 10000 Crosta non Pressione (atm) continentale 25oC/km… C/km… 800 0 vulcanico o Temperatura (°C) 20 15 10 depth (km) 60oC/km… C/km… Arco Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Protolito igneo in zone di subduzione Le zone di subduzione sono le uniche zone dove si verifica un metamorfismo di (relativamente) relativamente) bassa temperatura ed elevata pressione. pressione. La crosta oceanica (basalto) basalto) in queste condizioni si trasforma prima in un assemblaggio chiamato scisti blu, ed infine in eclogite, eclogite, una roccia a grana grossa composta da clinopirosseno (jadeite) e granato. granato. Scisto blu: blu: bassa T ma elevata P PACE eclogite: elevata T molto elevata P Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 23 TIPI di REAZIONI METAMORFICHE Nei sistemi metamorfici, le reazioni sono, fondamentalmente, di tre tipi: 1. solido  solido 2. solido  (solido + fluido) 3. Ossido-riduzione PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 1- reazioni solido-solido Comprendono i processi di collasso di alcune fasi e crescita di altre senza l'intervento di fluidi altro che come agenti catalitici [= che favoriscono la reazione senza prenderne parte]. Queste reazioni includono: ·Transizioni polimorfe; ·Reazioni destabilizzanti (discontinue); ·Processi di essoluzione (smiscelamenti di soluzioni solide). PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 24 Transizioni polimorfe Offrono indicazioni definitive sulle temperature e pressioni alle alle quali si realizzano. Infatti, non sussistendo un coinvolgimento di altre sostanze, non sono condizionate né né dal chimismo globale dell’ dell’insieme solido né né da quello dei fluidi presenti nella roccia. Tra le più più interessanti figurano quelle che coinvolgono gli equilibri di fase degli allumosilicati [=andalusite, sillimanite e cianite] nel sistema Al2SiO5 e dei carbonati di calcio [=calcite ed aragonite] nel sistema CaCO3 nonché nonché delle varie fasi della silice nel sistema SiO2. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Termobarometria: silicati di Al temperatura (°C) andalusite cianite sillimanite Polimorfi di Al2SiO5 PACE 0 800 5 600 25 20 15 10 Profondità (km) 400 30 200 35 0 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 25 Reazioni destabilizzanti La maggior parte dei minerali delle rocce sottoposte a metamorfismo progrado è stabile solo entro un certo intorno termobarico. Superati per eccesso certi valori di temperatura e/o e/o di pressione si innescano reazioni che destabilizzano alcune fasi a favore di altre. Temperatura °C la presenza di altre fasi agisce da catalizzatore delle reazioni 400 al 1,0 1,5 gi a 2,0 2,5 PACE 600 de alb ite ite + qu ar z 800 1000 1200 it e on o s t rz lla ua wo + q e + ria t it la or su a n ros g In generale, l’l’aumento di T favorisce le fasi con più più elevato volume molare; l’l’aumento di P, quelle con minor volume molare. Pressione GPa 200 bi te gi + ne ad f e eit lin e a o gr os su la a ria nor + q t it e ua rz o + cia n it e Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Processi di essoluzione Sono processi che si verificano in minerali formati da soluzioni solide di più più termini (es. olivine, pirosseni). A particolari condizioni di T e P un componente di un endend-member in una soluzione solida si può smescolare e dare origine ad un nuovo ed indipendente minerale In questo caso il Ca presente in un ortopirosseno (pirosseno in teoria senza Ca) Ca) viene letteralmente “sputato fuori dal reticolo” reticolo” e costretto a formare un nuovo minerale (clinopirosseno ). (clinopirosseno). Il risultato finale è che da un ortopirosseno con un po’ po’ di Ca si origina un ortopirosseno senza Ca (quindi un vero orthopirosseno) orthopirosseno) e un po’ po’ di clinopirosseno. clinopirosseno. La composizione chimica totale resta invariata. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 26 Sintesi sulle reazioni solido-solido •Le temperature elevate stabilizzano le fasi con elevati volumi molari; le alte pressioni favoriscono le fasi con minor volume molare. •Le transizioni tra polimorfi, non essendo affette da inquinamenti chimici dell'ambiente circostante in quanto non possono accettare modifiche composizionali, rappresentano importanti indicatori di P e di T. •Nelle reazioni destabilizzanti, la stabilità stabilità di una fase ha un campo ridotto se ne esiste un'altra con cui può reagire. •Anche i processi di essoluzione possono fornire informazioni sulla P e T di equilibrio di un certo assemblaggio mineralogico. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 2- Reazioni solido-(solido + fluido) La tipica reazione solido -> solido + fluido è esprimibile più più correttamente tramite la forma: Et+A = B + fluido. A e B sono le fasi solide o insiemi di fasi solide ed Et rappresenta l’l’energia termica. Le sequenze in cui il fluido liberato è rappresentato essenzialmente da H2O prevedono transizioni del tipo: · minerali argillosi argillosiÂcloriti cloritiÂmiche micheÂanfiboli anfiboliÂsilicati anidri. anidri. · silicati calcicocalcico-alluminiferi idrati idratiÂplagioclasi. plagioclasi. Le reazioni in cui il fluido liberato è rappresentato essenzialmente da CO2 prevedono transizioni del tipo: carbonati + quarzo  silicati di Ca e Mg + CO2 PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 27 Curve di 0,3 X CO2 CaCO3 + SiO2 = Calcite + Quarzo = PACE =1 800 GP a 1,0 X CO2 = 0,5 600 = 0,1 0,6 calcite + quarzo + fluidi 400 wollastonite + fluidi P fluidi 0,2 200 X CO2 0,2 decarbonatazione XCO2 = 0,13 0,1 calcite + quarzo + fluidi PCO2 = 1 atm Pfluidi GPa (PCO2 + PH2O) Temperatura °C wollastonite + fluidi 1000 in funzione della composizione dei fluidi che controllano la pressione totale. L'aumento della frazione molare di CO2, a parità parità di pressione totale, fa aumentare la temperatura di trasformazione perché perché la CO2 prodotta dalla reazione tende a soprasaturare l’l’ambiente CaSiO3 Wollastonite Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 3- Reazioni di ossido-riduzione Si tratta di reazioni che stabilizzano minerali con ferro trivalente [=forma ossidata] a spese del bivalente se l’l’ambiente è ossidante o l’l’opposto nel caso di ambienti riducenti. Altri elementi, la cui valenza può variare, sono, ad esempio, Mn, Cu, Eu. Eu. Le rocce hanno la possibilità possibilità di mantenere costante la pressione parziale dell’ dell’ossigeno se esistono insiemi di minerali che possono reagire tra loro stabilizzando fasi contenenti ferro bivalente, nel caso di bassa PO2, o ferro trivalente, nel caso in cui la PO2 tende ad aumentare. Tali insiemi sono definiti tamponi al pari delle coppie acido – base che stabilizzano il pH delle soluzioni. PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 28 3- Reazioni di ossido-riduzione ESEMPIO di TAMPONI stabili a bassa fO2 stabili ad alta fO2 acronimo fayalite Quarzo + Magnetite QFM + Ossigeno 3Fe2SiO4 + PACE O2 3SiO2 + 2Fe3O4 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Curve che descrivono la variazione della fO2 rispetto alla temperatura per alcuni tamponi. Trattandosi del logaritmo negativo, a valori più bassi corrispondono fugacità più elevate. HM NNO QFM MW 10 -Log10 fO2 (bars) Una volta determinata la temperatura alla quale è avvenuta una certa reazione, sulla base della presenza di alcuni minerali è possibile individuare la fO2 presente 5 15 20 25 30 PACE 500 700 900 Temperatura °C 1100 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 29 FACIES METAMORFICA Per facies metamorfica s’intende un ambiente P-T in cui si sviluppano determinate associazioni di minerali in funzione oltre che delle variabili intensive anche del chimismo dei vari protoliti. Due rocce che hanno chimismo identico ed appartengono alla stessa facies debbono possedere identiche paragenesi Due rocce con chimismo differente, appartenenti alla stessa facies, hanno paragenesi diverse PACE I campi non sono a contatto a causa delle incertezze sulla composizione dei fluidi che può far variare i valori di P e T Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 FACIES METAMORFICHE Queste sono le facies metamorfiche a partire da un protolite femico (basaltico s.l.). s.l.). Ovviamente se il protolite di partenza è un granito o un calcare ci saranno altri minerali stabili PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 30 Concetti base da non dimenticare mai: - Grado Metamorfico: Intensità del processo metamorfico. Dipende fondamentalmente dalla temperatura (elevato grado = elevata temperatura) - Zona Metamorfica: Porzione di corpo roccioso caratterizzato da un certo grado metamorfico. Insieme di rocce che, se di composizione chimica analoga, presentano le stesse associazioni di minerali - Facies Metamorfica: Particolare assemblaggio di minerali in perfetto equilibrio gli uni con gli altri (quindi formati alle stesse condizioni metamorfiche di pressione, temperatura e contenuto di volatili). Ambiente P-T in cui si sviluppano determinate associazioni di minerali. Esistono 7-10 facies. - Serie di Facies Metamorfica: Sequenza di particolari facies metamorfiche sviluppatesi in un particolare campo di P/T (es. Basso, Medio Alto P/T) PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 Credits Alcune figure e schemi da: da: L. Morbidelli - Le rocce ed i loro costituenti J. Winter - Lezioni per il corso di Igneous Petrology K. Bucher, M. Frey – Petrogenesis of metamorphic rocks A. Tomasack - Lezioni per il corso di Geologia G. Negretti – Fondamenti di petrografia GS Solar (SUNY College at Buffalo) Plummer, McGeary and Carlson, Carlson, Physical Geology WG Minarik (Univ. of Maryland) Hamblin and Christiansen, Christiansen, Earth’ Earth’s Dynamic Systems Geology magazine; Amethyst Galleries, Inc. Ball State University PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 31 GRAZIE PER L’ATTENZIONE E BUONO STUDIO PACE Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2006/2007 32
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