Transcript
Page 1: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

IL METAMORFISMOIL METAMORFISMO

►metamorfismo ▪ trasformazione allo stato solido

▪ mineralogica

▪strutturale

► protoliti →rocce originarie-ignee-sedimentarie-metamorfiche

▪ orto-▪ para-▪ poli-

► variabilitàdelle rocce

metamorfiche

▪ protolite▪ distribuzione dei componenti chim. nel protolite▪ condizioni T▪ condizioni P▪ disponibilità e composizione fase fluida▪ storia deformativa▪ tempo

Page 2: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

TIPI COMPOSITIVI DI RIFERIMENTO

▪ Rocce pelitiche (argillose)

▪ Rocce psammopelitiche (sabbie argillose)

▪ Rocce carbonatiche (pure e impure)

▪ Rocce acide

▪ Rocce basiche

▪ Rocce ultrabasiche

Page 3: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Carattere isochimico del metamorfismo(con eccezione della fase fluida)

Page 4: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

DISTRIBUZIONE DEI MATERIALI CHIMICII due protoliti sotto riportati,

pur avendo uguale composizione globale, danno origine a rocce metamorfiche completamente diverse.

Page 5: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

LIMITI DEL METAMORFISMOLIMITI DEL METAMORFISMO

Page 6: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

I processi metamorfici si sviluppano a temperature ►superiori a quelle della diagenesi,

► inferiori a quelle dei processi magmatici.

♣ La curva a circa 650 -700° C segna l'inizio di fusionenel sistema granitico saturo di H2O

Page 7: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

SCOPI DELLO STUDIO DI ROCCE METAMORFICHESCOPI DELLO STUDIO DI ROCCE METAMORFICHE

►Ricostruzione dell'evoluzione metamorfica e ► definizione dell'ambiente geodinamico

Approcci metodologici

▪ Studio degli equilibri di fase▪ Geotermometria▪ Geobarometria▪ Analisi microstrutturale✵ [Geocronologia radiometrica]

Page 8: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

FATTORI DEL METAMORFISMOFATTORI DEL METAMORFISMO

1) Temperatura2) Pressione 3) Fase fluida 4) Deformazione5) Tempo

Page 9: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

1) TEMPERATURA: il calore è il fattore più importante .

•aumenta l’oscillazione degli atomi attorno alle loro posizioni fisse nel reticolo cristallino

• aumenta ΔG (le assoc. diventanomeno stabili)

↓↓

• è possibile oltrepassare le barriere cinetiche

• possono avvenire reazioni fra minerali (= rocce metamorfiche) e quindi ΔGdiminuisce

• aumenta la grana dei cristalli neo- o ri-cristallizzati

• diminuisce ΔG (le associaz. diventano più stabili)

► aumento ► della T

Page 10: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

→ regionali → metamorfismo regionale

→ locali

Tipi principali→ metamorfismo di

contatto→ metamorfismo di

dislocazione ometamofismo delle zone di shear

► Il Metamorfismo è strettamente associato a

perturbazioni termiche

QUANTITÁ DELVOLUME DI ROCCE RISCALDATEE TIPI DI METAMORFISMO

Page 11: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

FLUSSO DI CALORE TERRESTRE

►È la quantità di calore emanata dalla superficie terrestre nel tempo

Si misura in HFU oppure cal . cm-2 . sec-1 oppure in Wm-2

1HFU = 1 . 10-6 cal . cm-2 . sec-1 = 0.0418 Wm-2

► 1HFU è il flusso di calore nelle zone cratoniche (stabili);corrisponde ad un gradiente termico di 13°C/km.

► Il flusso di calore varia notevolmente nel tempo e nello spazioin funzione delle situazioni geodinamiche.

Page 12: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

►la linea rossa indicata per riferimento il valore di 1HFU

a) Valori del flusso di calore superficiale nelle varie situazioni geodinamiche (Wm-2)

b) Situazioni geodinamiche corrispondenti.

Page 13: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Geoterma →variazione della temperatura con la profondità in un specifico momento temporale

Page 14: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Gradiente termico → gradiente misurato normalmente alle isoterme (= superfici di uguale T)

→ ♣ per conduzione (nella litosfera)Trasferimento del calore oppure

→ ♣ per convezione (nel mantello)

Fonti di calore► Calore primordiale, ► decadimento radioattivo, ► frizione

♦SITUAZIONI GEOTERMICHE ANOMALE ♦

Page 15: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

2) PRESSIONE

ρ = densità media della colonna litostatica

g = accelerazione gravitazionale

z = altezza colonna litostatica

ΔP/ΔZPl aumenta 1 Kbar ogni 3.7 km se la densità media è 2.7 g cm-3

Gradiente geobarico

PressioneLitostatica

Pl = ρ gz

Page 16: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Pressione della fase fluida negli interstizi → Pf

Pf ≅ PH2O in rocce silicatichePf = PH2O + PCO2 +…….

Pf ≅ PCO2 in rocce carbonatiche

a regime Pf ≅ Pl, perché le rocce non sopportano grandi sforzi differenziali

se Pf < Pl → riduzione della porosità → aumento di Pfse Pf > Pl → microfratture → diminuzione di Pf

Page 17: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

►Pressione idrostatica → σ1 = σ2 = σ3►Sforzo (stress) differenziale → σ1 ≠ σ3 → deformazione

►Effetti sulle associazioni metamorfiche

► Effetti sulla struttura della roccia

P

Page 18: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

3) FASE FLUIDA

Ossidrili in alcune fasi mineralogicheInclusioni fluideReazioni di devolatilizzazioneEfficacia di alcuni meccanismi altrimenti non possibili

Presenza

5%•Stima dalla idrataz. di rocce anidre

0%And/Ky + H2O

5%Pyph + H2O

9%Kaol + Qtz

•Stima dalle reazioni di deidratazione in rocce contenenti fasi idrate

Quantità

Page 19: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Considerazioni geochimiche generali

H2O, CO2

Ricerche sperimentali C-O-H-S

Calcoli termodinamici Metano se c'ègrafite

Studio di inclusioni fluide CH4, N2,

Composizionedella fase fluid.

T > Tc (Tc = 374.15° C)Stato fisico → fluido supercriticoP > Pc (Pc = 221.13 bar)

Page 20: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 21: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Localizzazione della fase fluida: lungo le interfacce, nei vacuoli, nelle microfratture.

Page 22: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

spesso:

Porosità originaria < Porosità metamorfica

Volfasi reagenti > Volfasi prodotte

Esempio: CaCO3 + Qtz → Wo + CO2 crea porosità ≈ 35%

Pf > Pl → MicrofrattureSe la pressione del fluido liberatosi

durante una reazione di devolatilizzazione èsuperiore alla pressione litostatica,

la roccia si microfrattura

Page 23: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

SISTEMA APERTO

Molte fratture aperte e alto rapporto fluido/roccia

La migrazione per flusso è efficace

Velocitàflusso > Velocitàreazione

La reazione non controlla il chimismo del fluido

LA FASE FLUIDA É CONTROLLATA DALL'ESTERNO

Page 24: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

La freccia tratteggiata indica la variazione di XCO2 all’aumentare di Tquando il sistema è aperto

SISTEMA APERTO

Page 25: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

SISTEMA CHIUSO

Poche fratture aperte e basso rapporto fluido/roccia

Migrazione per flusso non operante

Velocitàflusso << Velocitàreazione

La reazione controlla la composizione della fase fluida

FASE FLUIDA CONTROLLATA DALL'INTERNO

Page 26: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

SISTEMA CHIUSO

La spezzata tratteggiata indica la variazione di XCO2 all’aumentare di Tquando il sistema è chiuso

Page 27: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

4) TEMPO

► cinetica delle reazioni;

► pone limiti nell'estrapolazione di dati sperimentali;

► frequentemente (e fortunatamente) non è sufficiente:

→ quindi rimangono relitti di situazioni precedenti l’ultimo stadio metamorfico registrato.

Page 28: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

5) DEFORMAZIONE

Influisce, contribuisce e/o controlla:

►La cinetica delle reazioni • energia di deformazione

►La permeabilità della roccia • microfratture, anisotropie planari

► I siti di nucleazione • crescita di porfiroblasti

► L'assetto strutturale ♣ (ri)cristallizz. statica o dinamica

Page 29: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

MECCANISMI DEL METAMORFISMOMECCANISMI DEL METAMORFISMOIl metamorfismo comporta una sequenza di processi chimico-

fisici attraverso i quali:La mineralogia

La strutturadel protolite si trasforma in una

nuova mineralogia

nuova struttura

1) ATTIVAZIONE

2) MIGRAZIONE

3) NUCLEAZIONE

4) CRESCITA DEI CRISTALLIQuesta è una sequenza fenomenologica consequenziale,

ma sono possibili sovrapposizioni cronologiche.

Page 30: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

1) ATTIVAZIONE

Soglia di attivazione: soglia di energia (di attivazione) che il sistema deve superare perché la formazione dell'associazione mineralogica in equilibrio con le nuove condizioni P-T-X possa

avvenire → stato attivato

Soglia di attivazione: può essere alta o bassa

Energia di attivazione: energia termica + energia di deformazione

Page 31: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

VARIAZIONE DI ENERGIA LIBERADURANTE UNA REAZIONE

Page 32: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

2) MIGRAZIONE Flusso → → → →>>mm

di volume attraverso il reticolo crist →micron

lungo i limiti granulari →micron

nel fluido intergranulare →mmIntergran.Diffusio

ne

Meccanismi

ΔTΔPΔε

ΔX

Diffusione: movimento di materia (atomi, ioni, molecole) nella direzione di massimo gradiente di potenziale chimico

Flusso:aumenta col

gradiente

Mobilità relativa degli elementi (in ordine crescente) :Ti, Al, P, Si, Mg, Fe, O, Ca, F, Na, Cl, S, CO2, H2O

Page 33: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

3) NUCLEAZIONELa formazione di un nucleo

(della dimensione di poche centinaia di atomi)è il primo passo della cristallizzazione

di una nuova fase mineralogica stabile.

nel pre-nucleo è prossima a quella del neo-cristallo

nel nucleo è quella del neo-cristalloConfigurazione

degli atomi

La stabilizzazione dei nuclei, in competizione fra loro, é legata alle dimensioni (raggio critico)

Energia di nucleazione

Diversa per ogni fase mineralog.

Bassa →Alta →

Tanti nuclei→Pochi nuclei→

Matrice Porfiroblasti

Page 34: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

4) CRESCITA DEI CRISTALLIInteressa solo i nuclei stabili

Dendritica Anisotropa Apofisi arborescenti

Anisotropa XX aciculari, tabulari

Isotropa cristalliequidimensionali

Strato su strato

Velocitàdi

crescita

Accrezione di nuovi atomi

Page 35: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

GRADUALITGRADUALITÀÀDEI PROCESSI METAMORFICIDEI PROCESSI METAMORFICI

►Grado metamorfico (basso, medio, alto): generale indicazione di temperature crescenti durante il metamorfismo,

senza specificare le relazioni che intercorrono fra temperatura e pressione.

►Geoterma: variazione della T con la profonditàin uno specifico istante.

♣ Regimi geodinamici diversi sono caratterizzati da geotermediverse: zone di subduzione, zone di collisione, zone di

estensione.

→ Quindi, la T non varia uniformemente con la profondità

Page 36: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

INDICATORI DELLA GRADUALITÁ DEI P. M.

♠ Concetto di zone di profondità:

Barrow (1883) - Highlands of Scotland – in metapelitiClorite Biotite Granato Staurolite Cianite Sillimanite (γ)

⇒ Aumento di grana ⇒

⇒ Aumento di T ⇒

Catazona

Mesozona► Ipotizza un

costante aumento della T con la profondità

EpizonaBecke (1903)Grubenmann (1904)

♠ Concetto di minerali indice:

Page 37: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 38: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

♠ Concetto di facies metamorfica:

Eskola (1915) formulò il concetto di facies metamorfica:

“In qualsiasi roccia metamorfica che abbia raggiunto l’equilibrio chimico durante il metamorfismo,

a T e P costanti la composizione mineralogica sarà controllata dalla composizione della roccia”.

Page 39: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Definizione di Verhoogen et al. (1970):

“Una facies metamorfica è un insieme di associazioni mineralogiche associate nello spazio e nel tempo. Esiste perciò una costante e prevedibile relazione

fra composizione chimica della roccia e sua mineralogia, a date condizioni ambientali (T-P)”.

Quindi ► non un singolo

minerale► non una

singola associazione

►Ma un insieme di associazioni che sono collegate ad

uno specifico campo P-T

Page 40: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

♣ Eskola (1920) propose 5 facies,tutte basate sui suoi studi su metabasiti.

Questo collegamento a rocce basiche spiega il nome che egli diede alle facies

(ad es. facies degli scisti verdi, facies anfibolitica). Alle 5 facies di Eskola (1920, 1939) ne sono state aggiunte

delle altre, e oggi si distinguono le seguenti facies:

Page 41: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

O2HP

1: facies delle zeoliti;

2: facies lawsonite-albite;3: facies lawsonite-giadeite + quarzo;4: facies lawsonite—glaucofane.

5: facies delle cornubianiti ad albite + epidoto;6: facies delle cornubianiti ad orneblenda; 7: facies delle cornubianiti a cordierite + K feldspato. Pf = PTOT

8: facies degli scisti verdi; 9: facies degli scisti verdi glaucofanitici; 10: facies delle anfiboliti ad almandino; 11: facies delle anfiboliti a cordierite.

12: facies delle granuliti. P <<

12: facies delle eclogiti. P <<

LA NUMERAZIONE NON HA ALCUN SIGNIFICATO SE NON SOLO PER CONSENTIRE IL RIFERIMENTO ALLA FIGURA SUCCESSIVA

O2HP

Page 42: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Non sono riportate nella figura la facies granulitica e la facies eclogitica, perché il diagramma rappresentato è basato sulla

condizione PH2O = Ptot, non valida per dette due facies.

Page 43: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

♠ Concetto di zoneografia metamorfica:

Successione in campagna di zone mineralogiche caratterizzate dalla comparsa di minerali indice

o di particolari associazioni mineralogiche

• Separa zone attigue con diverso grado metamorfico.

• Segna la comparsa di una nuova fase mineral. (es. Bt-in);•

Segna la scomparsa di una fase mineralogica (es. St-out);Superficie in 3DLinea netta in campagna

Univariante

DivarianteFetta di corpo roccioso in 3DStretta fascia in campagna

Coincide con reazioni metamorfica

• Nessun vincolo geometrico prestabilito con banchi rocciosi (può essere ad essi trasversale)

Isograda

Page 44: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 45: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 46: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

ASSOCIAZIONE MINERALOGICA, PARAGENESI, COMPOSIZIONE MINERALOGICA,COMPATIBILITÀ MINERALOGICA

Definizione restrittiva

Minerali singenetici in contatto reciproco

Definizione usuale

Minerali realmente coesitenti

Regola delle fasi

Le fasi (F) delsistema definito da C

ParagenesiAssociazionemineralogica

• Non è un’associazione• Non è una paragenesi

elenco di tutti le fasi mineralogiche presenti in una roccia

Composizionemineralogica

Ricostruzione chemografica→

Studio di riconoscimento delle fasi mineralogiche realmente coesistenti

Compatibilitàmineralogica

Page 47: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

LA REGOLA MINERALOGICA DELLE FASILA REGOLA MINERALOGICA DELLE FASIGoldschmidt (1911), applicando la regola delle fasi di Gibbs,

riconobbe l’esistenza di una relazione fra composizione chimica della roccia e numero delle fasi mineralogiche rilevabili:

V = C – f + vV (varianza) = numero dei gradi di libertà;C (componenti) = Specie chimiche indipendenti necessarie per definire il dato sistema;f (fasi) = Parti chimicamente omogenee e fisicamente separabili;v = numero delle variabili fisiche, comunemente =2 (T e P).

Nelle rocce metamorfiche gli equilibri sono generalmente almeno divarianti o a varianza superiore.

Infatti, la persistenza di associazioni mineralogiche in volumi di roccia relativamente grandi indica la loro stabilità in un intervallo di

P e T. Ne consegue che, durante il metamorfismo, in genere f < C

Quindi il numero delle fasi è piccolo.

Page 48: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

ASSOCIAZIONI LIMITANTI E NON-LIMITANTI

associazione limitante: f = C

associazione non limitante: f < C

◄▬▬▬▬▬ ♦ ▬▬▬▬▬►

ASSOCIAZIONI LIMITANTIAssociazione mineralogica divariante (V = 2)

con minerali soluzione solida (sostituzioni isomorfe):precisate T e P, l’equilibrio sarà totalmente definito,

in quanto nessuna altra variazione del sistema sarà possibile→ le fasi soluzione solida avranno composizione fissa

indipendentemente dalle variazioni compositive della roccia

Page 49: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

◄▬▬▬▬▬ ♦ ▬▬▬▬▬►

Le associazioni R e S sono limitanti,mentre M, N, O, O’ sono non limitanti

Page 50: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

ASSOCIAZIONI NON LIMITANTI

Associazione mineralogica trivariante (V = 3)con minerali soluzione solida (sostituzioni isomorfe):

anche se T e P sono fissate rimane un grado di libertà

→ la composizione delle fasi soluzione solida potrà variare;

→ infatti la composizione delle fasi soluzione solida dipende dalla composizione chimica della roccia,

e le associazioni non pongono alcun limite alla variabilità di composizione delle fasi soluzioni solide

Page 51: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

AUSILI GRAFICIAUSILI GRAFICIUtili per visualizzare le interrelazioni fra

chimismo dei minerali, chimismo delle rocce e compatibilità mineral.

diagrammi di composizione o diagrammi chemografici o chemografie:

(a 3 o a 4 vertici)

Consentono di rappresentare:► minerali e rocce appartenenti ad un dato sistema chimico;

► situazioni di compatibilità e incompatibilità fra fasi mineralogiche;► la composizione delle fasi soluzione solida;

► consentono inoltre di intravedere le reazioni metamorfiche possibili.

Scelta del diagramma: in base del chimismo della r. e delle fasi osservate

Significato chimico di ogni vertice: a seconda delle necessità

Page 52: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

In questo grafico: lettere maiuscole = fasi mineral.; minuscole = compon. chimici

Page 53: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 54: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

I diagrammi triangolari non si riferiscono necessariamente a sistemi a 3 componenti,

ma si possono riferire a sistemi più complessi, per i quali i componenti non rappresentati sono considerati in eccesso, e di conseguenza le fasi corrispondenti sono sempre presenti nelle

associazioni mineralogiche.

Page 55: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

DIAGRAMMI ACF e A’KF

VANTAGGI:

►sistema chimico a 7 componenti:ACF → SiO2-Al2O3-FeO-MgO-MnO-CaO-H2OA’KF → SiO2-Al2O3-FeO-MgO-MnO-K2O-H2O

• SiO2 e H2O sono in eccesso → quarzo (e H2O) devono sempre essere presenti nelle associazioni mineralogiche;

• i componenti femici sono rappresentati come somma FeO+MgO+MnO;

• complessivamente rappresenta abbastanza bene molti tipi di rocce (carbonatiche impure, basiche, pelitiche).

Page 56: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

LIMITI:

► sovrapposizione di minerali di Fe e di Mg;

• implicano la presenza di quarzo in tutte le associazioni;

• impossibilità di rappresentare fasi a Na;

• in rocce carbonatiche impure, la presenza di una fase fluida composta solo da H2O (mentre la presenza di CO2 è importante).

Page 57: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Dopo aver calcolato le proporzioni molecolari (= wt%/mol.wt):

A = (Al2O3 + Fe2O3) – (Na2O + K2O) (sottraendo Al2O3 dei feldspati alcalini)

C = CaO – 3.33 P2O5 (sottraendo CaO in apatite)

F = FeO + MgO + MnO

(A + C + F = 100)

A’ = (Al2O3 + Fe2O3) – (Na2O + K2O + CaO) (sottraendo Al2O3dei feldspati)

K = K2O

F = FeO + MgO + MnO

(A’ + K + F = 100)

Page 58: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 59: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 60: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

DIAGRAMMA AFM

VANTAGGI:

►sistema chimico a 6 componenti

→ SiO2-Al2O3-FeO-MgO-K2O-H2O;

• SiO2 e H2O sono in eccesso: quarzo (e H2O) sempre presenti;

• sistema rappresentato dal tetraedro: Al2O3-FeO-MgO-K2O;

• il campo compositivo delle peliti cade all’interno di questo tetraedro.

Page 61: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 62: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

► minerali non contenenti K2O: → cadono sulla faccia Al2O3-FeO-MgO(Prl, Ky, And, Sil, St, Cld, Crd, Grt, Chl);

► minerali aventi tutti i 4 componenti:→ cadono all’interno del volume del tetraedro;

► allumo-silicati di K2O privi di FeO e MgO: → cadono lungo lo spigolo Al2O3-K2O (Ms, Kfs)

Page 63: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Poiché la muscovite è sempre presente nelle metapeliti: ►proiezione dal punto di vista della muscovite ideale

Page 64: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

♠ MA IN PRATICA SI OPERA COME IN UN DIAGRAMMA BINARIO

Page 65: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

J.B. Thompson’s A(K)FM DiagramBiotite (from Ms):

KMg2FeSi3AlO10(OH)2

A = 0.5 - 3 (0.5) = - 1F = 1 M = 2

To normalize we multiply each by 1.0/(2 + 1 - 1) = 1.0/2 = 0.5

Thus A = -0.5F = 0.5M = 1

Page 66: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

LIMITI:

• implica la presenza di quarzo in tutte le associazioni;• implica la presenza di muscovite in tutte le associazioni;• è impossibile rappresentare fasi contenenti Na;

►Dopo aver calcolato le proporzioni molecolari (= wt%/mol. wt):

A = Al2O3 – 3 K2O (per ottenere la proiezione sul piano AFM dal punto di vista della muscovite)

F = FeO (= FeO –TiO2, in presenza di ilmenite)M = MgO

CI SONO ALTRI TIPI DI RAPPRESENTAZ. TETRAEDRICHE

Page 67: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

LINEE DI CONGIUNZIONELINEE DI CONGIUNZIONEConsiderando per semplicità diagrammi triangolari,

Linee di congiunzione: • sono segmenti che uniscono punti rappresentativi di fasi

coesistenti;• possono suddividere il triangolo in subtriangoli;• la disposizione varia al variare delle condizioni ambientali (P - T);

► reazione continua → progressiva migrazione della linea all’interno del diagramma;

► reazione discontinua → cambio brusco della disposizione della linea, per sopraggiunta instabilità della associazione tra due fasi prima coesistenti, per scomparsa o comparsa di una fase;

Page 68: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 69: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

T = 500° CP = 6 Kb

Page 70: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

LE REAZIONI REAZIONI METAMORFICHEMETAMORFICHE

♠ Inoltre, le reazioni possono essere classificate in.discontinue e continue

1) Solido ⇒ solido• Deidratazione

2) Solido ⇒ solido + fluido • Decarbonatazione• Devolatilizzazione

3) Ossidoriduzione

♣ Reaz. di scambio ionico

Reazioni metamorfiche

Page 71: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

1) REAZIONI SOLIDO ⇒ SOLIDO.

► non producono né consumano fase fluida.►quindi sono indipendenti da PH2O, PCO2, ecc..

a) trasformazioni polimorfe (Al2SiO5; SiO2, C, CaCO3).b) ordine – disordine (pirosseno, feldspati).c) soluzione solida (granato, plagioclasio, mica).d) reazioni fra più fasi (Jd + Qtz = Ab).

In generale:► alti valori di P rendono stabili fasi cristalline più dense (basso

volume molare), ► alti valori di T favoriscono fasi a più alta entropia (e più alto

volume molare).

Page 72: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

CAMPO DI STABILITÁ DEI POLIMORFI DI Al2SiO5

Page 73: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

2) REAZIONI SOLIDO ⇒ SOLIDO + FLUIDO

► coinvolgono una fase fluida, frequentemente come prodotto.

► quindi sono controllati da PH2O, PCO2, ecc..

Si distinguono:a) reazioni di deidratazione (libera H2O);b) reazione di decarbonatazione (libera CO2);c) reazioni di devolatilizzazione (libera un fluido

multicomponente, cioè con H2O + CO2 +……).

Page 74: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

a) reazioni di deidratazione: all’aumentare della T associazioni a minor grado di idratazione sostituiscono quelle a grado di idratazione maggiore mediante reazioni che liberano H2O:

A ⇒ B + H2OA ⇒ B + C + H2O

A + B ⇒ C + D + H2O

Lws ⇒ An + H2OPrl ⇒ Al2SiO5 + 3 Qtz + H2O

23 Ctd + 8 Qtz ⇒ 2 St + 5 Alm + 19H2O

Esempi

Tipo

Il decorso delle reazioni di deidratazione è influenzato dalla pressione parziale dell’acqua nel fluido: PH2O bassa le favorisce; PH2O alta le inibisce, spostandole a T maggiori.

Page 75: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

b) reazione di decarbonatazione: liberano CO2 dai carbonati a causa di T crescenti

A ⇒ B + C + CO2

A + B ⇒ C + CO2

Dol ⇒ Cc + Per + CO2

Cc + Qtz ⇒ Wo + CO2Esempi

Tipo

Il decorso delle reazione di decarbonatazione è ovviamente influenzato dalla pressione parziale della CO2 nel fluido: PCO2 bassa le favorisce; PCO2 alta le inibisce, spostandole a T maggiori.

La fase A essendo un carbonato ↓

Page 76: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Esempio: Cc + Qtz ⇒ Wo + CO2

Page 77: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

c) reazioni di devolatilizzazione:. esistono anche reazioni che liberano dalle fasi cristalline coinvolte

un fluido multicomponente,costituito da H2O + CO2

IInoltre, a basso grado metamorfico le reazioni di

devolatilizzazione possono liberare, in aggiunta a H2O e CO2, anche CH4 e più raramente anche N2, H2, ecc...

Ovviamente, anche in questo caso le condizioni alle quali queste reazioni avvengono non dipendono solo da T e P,ma anche dalle pressioni parziali dei componenti il fluido.

Il controllo prevalente è esercitato dalle PH2O e PCO2,dato che comunemente H2O e CO2 sono più abbondanti

Page 78: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

3) REAZIONI DI OSSIDORIDUZIONE

►Reazioni che tamponano (stabilizzano) la PO2 nel fluido delle rocce metamorfiche.► Coinvolgono minerali contenenti elementi a valenza variabile(Fe, Mn, Cu).► Le più comuni coinvolgono minerali di Fe (Fe2+, Fe3+), ed avvengono per adeguare il rapporto fra Fe2+e Fe3+ al variare del grado di ossidazione dell’ambiente

Magnetite Ematite4Fe3O4 + O2 6Fe2O3

⇒Esempio:

fO2 = fugacità di ossigeno ⇒ pressione parziale di O2 nel fluido ⇒espressa in numeri logaritmici negativi perché è vicina a zero.

Page 79: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Reazioni tampone nel sistema Fe-Si-O.Per ossidazione crescente:QFI ⇒ QFM ⇒ HM in cui:I = ironQ = quarzo,F = fayalite,M = magnetite,H = ematite.

Page 80: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

♣ REAZIONI DI SCAMBIO IONICO► Reazioni che non possono essere bilanciate solo in termini di componenti solido e fluido ma richiedono la partecipazione di specie ioniche disciolte nel fluido intergranulare.

3Ky +6Qtz +2 K+ +9H2O ⇒ 2 Ms + 2 H+ + 3 Si(OH)4

4 Ky + 3 Si(OH)4 + 2 K+ ⇒ 2 Ms + 1 Sil + 2 H+ + 3 H2O2 Ms + 2 H+ ⇒ 3 Sil + 3 Qtz + 2 H+ + 3 H2O

(K+, H+, e Si(OH)4 sono componenti disciolti nel fluido)

Esempi:

ad Al costante (bassa solubilità)

a volume costantevengono scritte

Page 81: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

3Ky +6Qtz +2 K+ +9H2O

2 Ms + 2 H+ + 3 Si(OH)4⇒

4 Ky + 3 Si(OH)4 + 2 K+

2 Ms + 1 Sil + 2 H+ + 3 H2O

2 Ms + 2 H+

3 Sil + 3 Qtz + 2 H+ + 3 H2O

Page 82: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

♠REAZIONI DISCONTINUE E R. CONTINUE

F = C + 1

C - F + 2 = V

V = 1

Curva nel campo P T

Reazione discontinua ⇒ univariante ⇒

Grt + Ms + Chl ⇒ St + Bt + Qtz+ H2OF = 7 ⇒ V = 1 (univariante)

Esempio con C = 6 (KFMASH)

Ky = Sil; And = Ky; And = SilF = 2 ⇒ V = 1 (univariante)

Esempio con C = 1 (Al2SiO5)

(K = K, F = Fe, M = Mg, A = Al, S = Si, H = H2O)

Page 83: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Lungo una reazione discontinua o univariante:

► una delle fasi reagenti deve scomparire ad una precisa T in funzione della P

► cambia la moda delle fasi mineralogiche, e, per le fasi soluzioni solide, anche la loro composizione.

Page 84: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

C ≥ FC - F + 2 = VV ≥ 2

Area nel campo P T

Reazione continua ⇒

di- o multivariante ⇒

Chl + Ms ⇒ Bt + Qtz +H2OF = 5 ⇒ V = 3 (trivariante)

Chl + Ms ⇒ Grt + Bt + Qtz +H2OF = 6 ⇒ V = 2 (divariante)

Esempio con C = 6 (KFMASH)

Page 85: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

• Le reazioni continue si svolgono con continuità in un intervallo T-P nel quale reagenti e prodotti coesistono (area almeno divariante).

• Diversamente da una reazione discontinua, per una reazione continua nessuna delle fasi reagenti scompare ad una

precisa T in funzione di P.

• Nel campo P-T, l'estensione del volume roccioso entro il quale avviene una reazione continua è funzione della composizione totale del sistema:

⇒ detto volume ha quindi estensione variabile.

• In questo volume cambia la moda delle fasi mineralogiche e, per le fasi soluzioni solide, anche la loro composizione.

• Con lo scomparire di una fase si entra in un volume roccioso a varianza maggiore.

Page 86: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

MICROSTRUTTURE METAMORFICHEMICROSTRUTTURE METAMORFICHE

Che cosa sono?Sono elementi geometrici riconducibili ai diversi processi

operanti durante il metamorfismo, e sono costituiti dalle forme,dalle distribuzioni, dagli aspetti e dai rapporti reciproci dei

minerali contenuti nelle rocce metamorfiche.

Quale è la scala delle osservazioni?Quella della sezione sottile, compresa tra quella del sub-micron

fino a quella centimetrica.

Come possono essere studiate?Non solo ramite il microscopio petrografico,

Ma anche la microsonda elettronica, il microscopio elettronico a scansione (SEM), la catodoluminescenza, la microtomografiaa raggi X, la microsonda protonica (mPIXE), ed entro certi limiti

la microscopia a trasmissione elettronica (TEM).

Page 87: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

In quali categorie principali si possono dividere le microstrutture?

In categorie più generali:

A) Intracristalline: riguardano le caratteristiche dei singoli cristalli.

B) Intercristalline: riguarda le caratteristiche che intercorrono tra più cristalli (di diversa specie o anche della stessa specie).

Oppure in categorie più specifiche:

1) microstrutture di reazione2) microstrutture di sostituzione

3) microstrutture di crescita4) microstrutture di deformazione e ricristallizzazione

5) microstrutture di orientazione preferenziale

Page 88: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Le microstrutture intracristalline:sulla base di quali caratteristiche si possono classificare?

porfiroblastimatrice

• Inclusioni orientate ⇒ scie d'inclusioni

possono fornire indicazioni sulla sequenza di cristallizzazione

rispetto ad una fase deformativa di riferimento

⇒Pre-, sin-, o postcinematiche.

• Fasi espulse ⇒ smistamentidi crescitadi diffusione

• Estinzione ondulata ⇒ deformazione• Subgranuli ⇒ recupero

per deformazioneper stress normale

• Dissoluzione

• Zonature chimiche

•Dimensione dei cristalli

Page 89: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Differenza di grana tra porfiroblasto e matrice

Page 90: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Scie di inclusioni in porfiroblasto di granato che marcano vecchie foliazioni

Page 91: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Inclusioni in porfiroblasto di andalusite che marcano settori di crescita

Page 92: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Le microstrutture intercristalline:sulla base di quali caratteristiche si possono dividere?

equigranulare

inequigranulare

seriale

poligonali

lobati

serrati

casuale

di formapreferenziale

cristallografica

orientazione dei cristalli

• geometria dei limiti granulari

• distribuzione di grana

Page 93: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 94: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Le microstrutture più specifiche possono essere distinte nel seguente modo:

1) microstrutture di reazione: formazione di una o più nuove fasi mineralogiche all'interfaccia di specifici minerali preesistenti. La reazione può coinvolgere anche una fase fluida (reazioni di scambio ionico)

monomineralicobordo di reazione

polimineralico

Page 95: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

3Ky +6Qtz +2 K+ +9H2O

2 Ms + 2 H+ + 3 Si(OH)4⇒

4 Ky + 3 Si(OH)4 + 2 K+

2 Ms + 1 Sil + 2 H+ + 3 H2O

2 Ms + 2 H+

3 Sil + 3 Qtz + 2 H+ + 3 H2O

Page 96: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

monomineralica

polimineralica

controllata dalla reazione

doppia

singola

⇒ polimineralicacontrollata dalla diffusione

corona

Page 97: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 98: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Simplettite ⇒ concrescimento lamellare e vermicolare di due o più fasi mineralogiche

lungo bordi di reazionein coronein fasi soluzione solida soprassature in un componente ⇒Smistamenti

Simplettitisi formano

- velocità di reazione notevole

- limitata diffusione per mancanza di un fluido intergranulare

Simplettitipossono suggerire

Page 99: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Simplettiti di plagioclasio ortopirosseno e orneblenda tra granato e clinopirosseno

Page 100: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

2) microstrutture di sostituzione:

prograde

pseudomorfosi ⇒

sostituzione ampia o totale di una fase mineralogica da parte di un aggregato di cristalli (o un cristallo) di un'altra fase o piùaltre fasi mineralogiche. L'aggregato è confinato nei contorni del cristallo sostituito.

retrograde

Page 101: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 102: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Pseudomorfosi di una simplettite di plagioclasio e ortopirossenosu granato

Page 103: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Pseudomorfosi di muscovite su un porfiroblasto di staurolite

Page 104: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

3) microstrutture di crescita:

Mimesi ⇒cristallizzazione controllata dalla disposizione di granuli preesistenti

Epitassia

nucleazione e crescita di un nuovo minerale secondo una o più direzioni cristallografiche preferenziali del reticolo cristallino di un minerale preesistente

di crescitadiffusione dei cationi molto limitata

⇒ridisegna la crescita progressiva di un cristallo (granato)

di diffusione diffusione dei cationi facilitata

⇒modifica la zonatura di crescita

Zonature

Page 105: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 106: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Zonatura di crescita in un porfiroblasto di granato. Le linee uniscono punti di eguale XMg (Mg/Mg + Fe).

Page 107: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

4) microstrutture di deformazione e ricristallizzazione

rigidi ⇒pongono resistenza

duttili ⇒cambiano forma

T> ricristallizzazione

=riorganizzazione in piccoli cristalli

Stress differenziale

⇒ minerali si deformano

Page 108: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Aplite non deformata (Kfs, Ab, Qtz, Ms)

Page 109: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Aplite deformata: Qtz, deformato in nastri, e Ab ricristallizza in minuti granuli. Il Kfs, più competente, forma occhi con estinzione

ondulata

Page 110: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

5) microstrutture di orientazione preferenziale

In un campo di stress differenziale

Anisotropia di formaCrescita

Deformazione ⇒ Rotazionerigida

Orientazione preferenziale

cristallografica⇒ Deformazione ⇒ Movimento di

dislocazioni

Orientazione preferenziale

di formaDue tipi

Page 111: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Per quali scopi si studiano le microstrutture?

► 1) decifrare i meccanismi dei processi metamorfici.

► 2) decifrare i fattori che controllano la cinetica delle reazioni metamorfiche.

► 3) definire il grado di deviazione dallo stato di equilibrio.

► 4) decifrare la storia evolutiva di volumi di roccia metamorfica.

È importante essere consapevoli che:Microstrutture non preservano spiegazioni da sé, ma richiedono una interpretazione. È quindi necessario

confrontarle con previsioni teoriche e risultati sperimentali. Ciò richiede una conoscenza delle più comuni caratteristiche

termodinamiche e/o petrofisiche. E molta cautela!!!

Page 112: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

TIPI DI METAMORFISMOTIPI DI METAMORFISMO

Il metamorfismo può svilupparsi

♣ regionale ► a varia scala:

♣ locale

► in differenti ambienti della crosta

♣ REGIONALE ♣ LOCALE

♦ R1 orogenico ♦ L1 di contatto♦ R2 di seppellimento ♦ L2 di dislocazione♦ R3 di fondo oceanico ♦ L3 idrotermale

♦ L4 di impatto, ecc.

Page 113: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

MetamorfismoMetamorfismo regionale:

► è legato a perturbazioni termiche di scala regionale; quindi dà origine ad aree metamorfiche molto estese

► è associato a processi tettonici di grande scala, quali collisioni di placche (m. orogenico), espansione dei fondi oceanici (m. di fondo oceanico); subsidenza di bacini profondi (m. di seppellimento)

►la perturbazione termica non è strettamente associata alla messa in posto di corpi magmatici, anche se questi contribuiscono al bilancio calorico;

(R1) Metamorfismo orogenico

►é collegato allo sviluppo delle fasce orogeniche (catene montuose)► é invariabilmente associato a deformazioni→→(sviluppo ed evoluzione di scistosità e di altre anisotropie).

Page 114: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

(R2) Metamorfismo di seppellimento:

► è un tipo di metamorfismo regionale che insorge quando una sequenza sedimentaria o vulcano-sedimentaria viene depositata

in un bacino sottoposto a forte subsidenza;

► non è accompagnato da deformazione significative, né da magmatismo.

(R3) Metamorfismo di fondo oceanico:

► si sviluppa nelle zone di dorsali medio-oceaniche,e dipende dai forti gradienti geotermici tipici di queste zone;

► è il più diffuso tipo di metamorfismo idrotermale.

Page 115: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

(L3) Metamorfismo idrotermale:

► è il risultato della circolazione di fluidi ricchi di acqua caldalungo fratture e fessure in un corpo roccioso;

► è un importante processo nei campi geotermici; • comporta una modifica del sistema chimico (metasomatismo);

(L1) Metamorfismo di contatto:

► è localizzato nelle rocce incassanti di corpi ignei, a contatto con il corpo ’intruso che è stata la causa della perturbazione termica; ► è più frequente come aureole attorno a plutoni granitoididella crosta alta e media.

(L2) Metamorfismo di dislocazione:

► è collegato al calore di frizione in zone di forte deformazione(shear zones).

Page 116: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

EVENTO METAMORFICO

►Un singolo evento metamorfico si riferisce ad una sequenza continua di condizioni metamorfiche (T, P, deformazione) sotto le quali la cristallizzazione metamorfica comincia, continua e finisce.

► Un complesso roccioso può registrare glie effetti di un singolo evento metamorfico o di più eventi metamorfici

♠ monometamorfismo♠ polimetamorfismo

► Esso tipicamente corrisponde ad un ciclo di riscaldamento e raffreddamento, durante il quale, nel caso di m. orogenico, si verificano variazioni di pressione e di attività e modalità deformativa.

►Un evento m. può comprendere uno (m. monostadiale) o più stadi (o fasi) metamorfici (m. pluristadiale)

Page 117: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

PERCORSO P-T-t

► Con i soli dati petrologici è difficile distinguere un evento pluristadiale da un polimetamorfismo: necessità di dati radiometrici

Page 118: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

PRINCIPALI TIPI DI METAMORFISMOPRINCIPALI TIPI DI METAMORFISMO►Descriveremo solo i tipi geologicamente rilevanti

1: facies delle zeoliti;

2: lawsonite-albite;3: lawsonite-giadeite + quarzo;4: lawsonite—glaucofane.

5: cornubianiti ad albite + epidoto;6: cornubianiti ad orneblenda; 7: cornubianiti a cordierite + Kfs.

8: scisti verdi; 9: scisti verdi glaucofanitici; 10: anfiboliti ad almandino; 11: anfiboliti a cordierite.

Page 119: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

IL CONCETTO DI SERIE DI FACIESIL CONCETTO DI SERIE DI FACIESMiyhashiro (1961) ha evidenziato che la successione di

associazioni mineralogiche può sostanzialmente variare in diverse regioni metamorfiche. Questa variazione punta a

diversi regimi di flusso di calore, quindi a diversi gradienti termici, nella crosta durante il metamorfismo. Miyhashiro

distinse tre successioni specifiche, dette “serie di facies”, che caratterizzavano tre tipi di metamorfismo

a carattere barico diverso (oppure a gradiente termico) diverso:

1) m. di basso gradiente termico (alta pressione) ⇒Sanbagawa o meglio Franciscan

2) m. di gradiente termico intermedio (pressione media)⇒Barroviano

3) m. di alto gradiente termico (bassa pressione)⇒ Buchan, Abukuma, Bosost

Page 120: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 121: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Le 3 frecce disegnate sono indicative delle 3 serie di facies, ma nella realtà ciascuna di esse rappresenta un fascio di gradienti che producono analoghe sequenze mineralogiche.

Page 122: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

METAMORFISMO REGIONALE IN CONDIZIONI METAMORFISMO REGIONALE IN CONDIZIONI DI PDI PH2OH2O = P= PLL

1) Metamorfismo di basso gradiente termico1) Metamorfismo di basso gradiente termicoo di alta pressione e bassa T.o di alta pressione e bassa T.

Serie di facies

⇒ lungo un gradiente TP molto ripido (= alto P/T) ⇒

f. delle zeoliti ⇒f. lawsonite-albite ⇒

f. lawsonite- glaucofane ⇒f. lawsonite- giadeite+quarzo

+ prehnite e pumpellyite

Page 123: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 124: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

FACIES DELLE ZEOLITIFACIES DELLE ZEOLITI

SINONIMI:

ANCHIMETAMORFISMOANCHIMETAMORFISMOvery-low grade, subgreenschist facies

metamorfismo incipiente (intervallo di T fra 200 e 350°C).

Solo nelle rocce basiche (in presenza di H2O) avvengono significative trasformazioni mineralogiche, bene inquadrabili dal

punto di vista P-T.

Nelle rocce pelitiche all’aumentare di T:• aumenta la cristallinità dell’illite (misurabile solo in diffraz. RX);

• aumenta la riflettanza della vitrinite (sostanza carboniosa);• la clorite si forma a spese di minerali argillosi instabili.

Page 125: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

• infer. Anl + Qtz ⇒ Ab + H2O

• super. Wrk ⇒ An + H2O► limite termico

Ab = albite = NaAlSi3O8An = anortite = CaAl2Si2O8 Anl = analcime = NaAlSi2O6.H2OLmt = laumontite = CaAl2Si4O12⋅4H2OWrk = wairakite = CaAl2Si2O8. 2H2O

• I minerali della facies zeolitica compaiano caratteristicamente in vene e plaghe• Già bassissimi valori di XCO2 nel fluido destabilizzano le zeoliti

► limite barico: laumontite e wairakite LawsoniteCaAl2Si2O7(OH)2.H2O

Page 126: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 127: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Il metamorfismo di alta pressione associato a zone di subduzione è caratterizzato

dalla presenza di lawsonite e dalla comparsa, a PT adatte, del glaucofane che, per il suo colore blu,

conferisce alla facies anche il nome (facies degli scisti blu).

La stabilizzazione della lawsonite avviene a partire dalle pressioni superiori a quelle della facies zeolitica (circa 3 Kb).

La lawsonite prima è in associazione con l’albite, poi con il glaucofane,

e per la sopraggiunta instabilità dell’albite dovuta HP, con giadeite+quarzo

NaAlSi3O8 ⇒ NaAlSi2O6 + SiO2

Page 128: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Campo di stabilitàdella lawsonite

Page 129: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Campo di stabilitàdi glaucofane e digiadeite + quarzo

f. Scistiverdi gl.

Page 130: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Campo di stabilitàdi glaucofane

Page 131: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Campi di stabilità di prehnite e di pumpellyite

Page 132: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

2) Metamorfismo di alto gradiente termico oppure di bassa 2) Metamorfismo di alto gradiente termico oppure di bassa pressionepressione

(località di riferimento: Abukuma, Bosost, Buchan)

Page 133: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 134: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

2) Metamorfismo di alto gradiente termico oppure 2) Metamorfismo di alto gradiente termico oppure di bassa pressionedi bassa pressione

(località di riferimento: Abukuma, Bosost, Buchan)

⇒ T ⇒

Clorite Biotite Andalusite Sillimanite

Zoneografia fitta

And Grt

Crd KyAssenza diPresenza di

Page 135: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Stabilità Al2SiO5

Cianite Andalusite Sillimanite

Volume molare 44,69 cm3/mol 52,29 cm3/mol 50,23 cm3/molEntropia 236,0 J/K 245,1 J/K 246,9 J/K

Problematica collocazione del punto triplo

Holdaway (1971)3.76 kbar 501°C

Richardson et al. (1968)

6 kbar 620 °C

Greenwood (1976)4.7 kbar 570°C

Solo piccole variazioni di ΔG associate alle reazioni univarianti ⇒

⇒ grandi incertezze

Page 136: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Stabilità della cordierite (Fe,Mg Crd)

Mg/(Fe+Mg) = cost

T = cost

Page 137: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Limite di separazionefra la facies degli scisti verdi e la facies delle anfiboliti

a cordierite.

Page 138: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Limite di separazionefra la facies degli scisti verdi e la facies delle anfiboliti

a cordierite.

Metapeliti ricche in Al

Metapeliti comuni Metabasiti

Facies scisti verdi Ctd Ab + Ep Act + Chl + Ab

Facies delle anfiboliti St, (Ctd out) Pl, Crd Hb + Pl, (Chl out)

Page 139: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Metabasiti (importanza del tamponamento di fO2)

Page 140: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Reazioni importanti per T crescenti:

Metapeliti

Page 141: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

3) Metamorfismo di gradiente termico intermedio 3) Metamorfismo di gradiente termico intermedio (Metamorfismo (Metamorfismo BarrovianoBarroviano)

Area classica di riferimento: Scottish Highlands studiati da Barrow

Page 142: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

⇒ T – P ⇒

Clorite Biotite Granato Staurolite Cianite Sillimanite

Zone metamorfiche esteseesempio:St-in 550°C⇒St-out 700°C⇒Gradiente T =25°⇒zonaSt =6 km

Isoterme ampiamente spaziate

Metabasiti ⇒ assenza di glaucofane e lawsonite

Metapeliti ⇒ assenza di andalusite e cordierite

Page 143: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Limite di separazione fra la facies degli scisti verdi e la facies delle anfiboliti

a granato.

Metapeliti ricche in Al

Metapeliti comuni Metabasiti

Facies scisti verdi

Ctd Ab + Epd Act + Chl + Ab

Facies delle anfiboliti

St, (Ctd out) Pl Hb + Pl, (Chl out)

Page 144: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Campo di stabilitàdella staurolite

Page 145: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

metabasiti:

(importanza del tamponamento di fO2)

Page 146: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

METAMORFISMO REGIONALE IN CONDIZIONI DI METAMORFISMO REGIONALE IN CONDIZIONI DI PPH2OH2O<<P<<PLL

GRANULITI ed ECLOGITI

Facies granulitica:insieme di associazioni mineralogiche formatesi da qualunque

roccia sotto condizioni di alta T e PH2O << Ptot.

Roccia granulitica:roccia silicatica di composizione varia senza muscovite, con

abbondante plagioclasio e pirosseno.

Page 147: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Carattere diagnostico di una roccia metamorfosata in facies granulitica:

coesistenza di Opx (iperstene) + Cpx + Pl⇒ uno solo dei due Px,

pur essendo compatibile, non è diagnostico.

Rocce granulitiche caratteristicamente affiorano negli scudi pre-cambrici.

Page 148: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Si suppone che il metamorfismo granulitico si verifichi nella crosta continentale inferiore fortemente disidrata.

In queste condizioni:

- metabasiti: l’anfibolo si decompone e compare il pirosseno;

- metapeliti: si destabilizza l’associazione Bt + Sill + Qtz e compare Crd + Grt + Kfs + L.

Deidratazione per dissoluzione di acqua in fusi anattetici.

Ipotesi che CO2 infiltrata dal mantello fortemente diluisca H2O nei fluidi non è confermata da studi isotopici

⇒ forte disequilibrio isotopico.

Page 149: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Limiti T: geotermometri indicano intervallo fra 700 e 1000°CLimite P: plagioclasio stabile ⇒ 5 – 15 Kbar

⇒ a pressioni maggiori si entra nel campo della facies eclogitica

Campo P-T della facies granulitica:la HT è importante, la P no.

Page 150: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Variazione delle compatibilità miner. all’aumento di P in metabasiti1+2+3+4 = campo compositivo delle roce basiche

Per una data composiz. chimica le associazioni diagnostichecambiano in funzione di P

Page 151: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

FACIES ECLOGITICA

Condizioni di formazione: P alta e ambiente prevalentemente anidro

Eclogite:roccia silicatica di composizione basaltica costituita da

OMFACITE + GRANATO e priva di plagioclasio.

Omph = (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)Si2O6 Grt ricco in piropo(Mg)

reazione di eclogitizzazioneplagioclasio + pirosseno (+ olivina) ⇒ omphacite + granato (+ quarzo)

basalto eclogite

Altre possibili fasi in eclogiti: Qtz, Ky, Amph (sodico), Phe, Zo, Rut

Page 152: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 153: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

scisti blu tipicamente associati ad eclogiti ⇒ transizionali con la facies eclogitica

Gruppo A Bimineraliche, con granato ≈ 55 moli % Prpxenoliti in kimberliti e basalti

Gruppo B Con orneblenda(in bande e lenti in gneiss migmatitici)

Gruppo C Con glaucofane(come bande e lenti in scisti blu)

inoltre:scisti eclogitici(white schists)

⇒ Tlc + Ky + Grt + Phe+ Qtz

VARI TIPI DI ECLOGITI

Page 154: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Si possono formare eclogiti anche per cristallizzazione magmatica ad alte pressioni

Campo PT di formazione delle eclogiti tipo A:Curve di trasformazione gabbro ⇒ eclogite

Page 155: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

reazione di de-eclogitizzazioneomphacite + granato ⇒ plagioclasio + pirosseno

simplettiti Omp ⇒ Cpx + Pl Phe + Qtz ⇒ Bt + Pl

relitti “armati”

Omfacite in granato

Coesite in granato (spesso trasformata in aggregato

di Qtz microcristallino)

idratazione Cpx ⇒ Hbl (in presenza di un fluido ricco in H2O)

EVOLUZIONE DELLE ECLOGITI tipo A⇒ decompressione⇒ idratazione ⇒ decompressione + dratazione

Page 156: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Simplettite: aggregato microgranulare, comunemente di diopside + plagioclasio

Esempio: simplettite di plagioclasio e ortopirosseno su granato

Page 157: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Relitto di omphacitein orneblenda.

Sotto, simplettite di Cpx + Pla spese di omphacitenon protetta.

Page 158: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Stabilità dell’anfibolo nelle rocce metamorfiche di composizione basaltica (Ernst & Liu, 1998, American Mineralogist).

Page 159: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

METAMORFISMO DI CONTATTOMETAMORFISMO DI CONTATTO

Aureola di contatto

• Intrusione in regioni crostali più fredde → perturba lo stato termico delle

rocce incassanti• Significative quantità di

calore trasmesso → aumento di T all’immediato contatto

• Aumento di calore sufficiente per innescare reazioni

metamorfiche→

aureola metamorfica di contatto

Page 160: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

in planimetria ⇒

in sezione ⇒

Page 161: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

►T più alta al contatto, piùbassa lontano →

zoneografia metamorficarelativamente regolare, concentrica rispetto al plutone

MASSIMA TEMPERATURA E SPESSOREdipendono da vari fattori

► MAGMA: forma, volume, temperatura, quantità di calore e di sostanze volatili;

► ROCCE INCASSANTI: T iniziale, fratturazione, permeabilità, contenuto in volatili;

► MECCANISMO DI TRASPORTO DEL CALORE: pura conduzione vs. convezione;►PROFONDITÁ DELL’INTRUSIONE, cioè grado di isolamentptermico.

Page 162: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

MASSIMA TEMPERATURA:

basico► all’immediato contatto, dipende prevalentemente dalla temperatura del magma acido

≈ ½ TMAGMA quando c’è solo conduzioneTmax ≈ TMAGMA quando c’è circolazione convettiva

nel magma

In ogni caso, la Tmax sarà►maggiore al contatto con plutoni basici►minore al contatto con plutoni acidi

Page 163: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

DURATA DEL RISCALDAMENTO: → importante per lo sviluppo delle reazioni metamorfiche

Nel caso di conduzione → t = 0.01 D2

(D = spessore in metri di un corpo stratiforme)Se D = 1 m → 3 giorni Se D =10 m → 1 anno

Se D = 100 m → 100 anni Se D =1000 m →10.000 anni Se D = 10000 m →1 milione di anni

Page 164: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

EFFETTI METAMORFICI PRINCIPALI

Facies metamorfiche

1) facies delle cornubianiti ad albite + epidoto;2) facies delle cornubianiti ad orneblenda;3) facies delle cornubianiti a cordierite + K-feldspato;

Cornubianite: roccia a grana minuta, a struttura granoblastica, in genere di composizione pelitica o semipelitica (tipica del metamorfismo di contatto).

Page 165: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 166: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

FACIES DELLE CORNUBIANITI A:albite + epidoto orneblenda cordierite + K-feldspato

NELLE ROCCE METAPELITICHE

Page 167: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

facies delle facies delle cornubianiti a:

Zeoliti albite + epidoto ↓

Orneblenda↓

cordierite + K-feldspato ↓

300-350 C° 500-550 C° 580-600° C°wairakite → anortite +

quarzo

pumpellyite + clorite + quarzo →

epidoto + attinolitealbite + epidoto

→ plagioclasio plagioclasio

tremolite-attinolite

→ orneblenda orneblenda (→ Opx)

caolinite + quarzo

→ pirofillite → andalusite + quarzo

andalusite →sillimanite

staurolite-in staurolite-out

cordierite-in cordieritemuscovite + quarzo

→K-feldspato + andalusite

800-900° C

↓fusioneparziale

↓f.buchiti

sanidino→ f.

sanidiniti

Page 168: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

METAMORFISMO METAMORFISMO DI FONDO OCEANICODI FONDO OCEANICO

Page 169: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Modelli di circolazione termoconvettiva dell’acquanelle rocce dei fondi oceanici

Page 170: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Circolazione dei materiali chimici legati alla circolazione termoconvettiva

Page 171: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Zoneografia metamorfica possibilenel metamorfismo di fondo oceanico

Page 172: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

GEOTERMOMETRIA E GEOTERMOMETRIA E GEOBAROMETRIAGEOBAROMETRIA

Un insieme di reazioni discontinue→ reticolato o griglia petrogenetica (petrogenetic grid)

Campo T-P diviso in un numero di settori abbastanza piccoli → efficace per stime T e P

⇒ due vie

1) Griglie petrogeneticheVia basata su

2) Reazioni di scambio cationico

Page 173: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Variazioni della composizione di fasi s.s.→ sono controllate dalla T e dalla P, e nelle

associazioni non limitanti anche dal chimismo della roccia

► Ad esempio, con l’aumento della temperatura:• plagioclasio → aumenta il contenuto in Ca;• granato in metapeliti → aumenta (Fe + Mg), diminuisce (Mn + Ca) (→ zonatura);• staurolite → aumenta Zn;• muscovite → Na aumenta e poi dimin.; Fe e Mg diminuiscono;• biotite → aumenta il Ti, diminuisce Fe/Mg (per poi aumentare rapidamente);• clorite → aumenta Mg/Fe;

► Ad esempio, con l’aumento della pressione:• cordierite → aumenta Mg/(Mg + Fe);• muscovite → aumenta (Fe + Mg);

Page 174: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Variazioni compositive della muscovite in funzione della T

Page 175: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Variazioni compositive del granato in funzione della T.Problema: i granati sono comunemente zonati

Page 176: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

GEOTERMO-BAROMETRIA BASATASU REAZIONI DI SCAMBIO CATIONICO

Consente un migliore inquadramento termodinamico e collegamento con la petrologia sperimentale.

Il risultato di una stima basata su queste reazioni è un valore puntuale con un errore noto,

e non un intervallo di T e/o come nel caso delle griglie petrogenetiche

Page 177: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Per ottenere informazioni geotermo-barometrichequantitative:

;)(B

AelD X

XK = ;11)( ⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛ −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=B

B

A

AelD X

XX

XK ;lnRT

PVKDΔΔ

= ;lnRT

STKDΔΔ

=

disponibilità di materiale chimico →

presenza di una fase che satura il sistema in quel componente

Es.: Ca (e Al) in Pl: presenza di Clinozoisite; Na in Ms: presenza di Pg

associazioni limitanti →composizione delle fasis.s. in funzione delle sole variabili intensive

ripartizione di componenti chimici tra due fasis.s. associate → coefficiente di ripartizione

Page 178: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

ESEMPIO DI UN GEOTERMOMETRO BASATO SU UNA REAZIONE DI SCAMBIO

Geotermometro biotite-granato

Basato sulla reazione continua di scambio cationico di Fe e Mg tra biotite e granato:

Fe3Al2Si3O12 + KMg3AlSi3O10(OH)2 = KFe3AlSi3O10(OH)2 + Mg3Al2Si3O12almandino flogopite annite piropo

KD = (Mg/Fe)granato/(Mg/Fe)biotite

Page 179: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 180: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 181: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Calibrazione sperimentale di Ferry & Spear (1978)

Limiti di applicazione:- intervallo termico 550-800° C- granato: (Ca + Mn)/(Ca + Mn + Fe + Mg) ≤ 0.2- biotite: (AlVI + Ti)/(AlVI + Ti + Fe + Mg) ≤ 0.15Equazioni alternative → effetto del Ti e Al nella biotite (Indares & Martignole, 1985)

Page 182: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 183: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 184: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

TwoTwo--Pyroxene Pyroxene ThermometeryThermometeryNot in detail->

CMS-solvus at high-P (Lindsley & Dixon, 1976

(4) CaMgSi2O6 (en) = CaMgSi2O6 (diop)(5) Mg2Si2O6 (en) = Mg2Si2O6 (diop)

CMFS-quadrilateral (Nakamura & Kushiro, 1970)

(6) K =aMg2Si2O6

Diopside

aMg2Si2O6

Enstatite

⎝ ⎜ ⎜

⎠ ⎟ ⎟

(7) aMg2Si2O6

Diopside = xMg2Si2O6

Diopside ⋅ γMg2Si2O6

Diopside

Page 185: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Ternary Feldspar SystemsTernary Feldspar SystemsApplications: Natural feldspar composition from Applications: Natural feldspar composition from

volcanicsvolcanics

Composition of Composition of coexstingcoexsting fledsparsfledspars is temperature (and is temperature (and pressure) dependant => pressure) dependant => GeothermometerGeothermometer

Page 186: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Griglie petrogenetichecalcolate con THERMOCALC

Page 187: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

METAMORFISMO METAMORFISMO ED EVOLUZIONE CROSTALEED EVOLUZIONE CROSTALE

Stretta relazione fra:⇒⇒⇒

ambiente geodinamicoregime di flusso termico nella crosta evoluzione delle serie di facies metamorfiche

studio delle rocce metamorfiche ⇒ ricostruzione l’evoluzione geodinamica.

Collocamento dei tipi di metamorfismo

⇒ diverso flusso di calore in ambienti geodinamici diversi

Page 188: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Studi petrologici per fare ipotesi:

Definire l’evoluzione T e P a differenti livelli crostali col passare del tempo.

⇒ ricostruire le specifiche traiettorie P-T-t, diagnostiche per ambienti geodinamici diversi

Page 189: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 190: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica
Page 191: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Tre traiettorie P-T-t con forma e significato radicalmente diversi:

⇒ traiettorie orarie⇒ traiettorie antiorarie⇒ traiettorie con riscaldamento isobarico

Le traiettorie orarie⇒ progressiva diminuzione di P con simultaneo aumento di

T, e successivo raffreddamento⇒ ispessimento crostale associato a sovrascorrimenti e/o

collisione⇒ gradienti di temperatura intermedia

⇒ metamorfismo Barroviano⇒ le Alpi Orientali

Page 192: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

Le traiettorie antiorarie

⇒ aumento di T contemporaneamente all’aumento di P e successivo raffreddamento

⇒ crosta di normale spessore interessata da un apporto addizionale di calore dal mantello

⇒ ingenti quantità di magmi acidi nella crosta intermedia in risposta ad un underplating

⇒ alti gradienti di T

⇒ metamorfismo HT/LP

⇒ nella crosta profonda si colloca il metamorfismo in facies granulitica

Page 193: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

CONCLUSIONI:CONCLUSIONI:

⇒ Decifrare le traiettorie P-T-t è un reale potenziale della petrologia per la ricostruzione dei diversi ambienti geodinamici.

⇒ Non è oggi possibile fare delle moderna geologia senza studiare adeguatamente e rigorosamente le rocce metamorfiche

Page 194: IL METAMORFISMO - Dipartimento di Geoscienzegeo.geoscienze.unipd.it/sites/default/files/METAMORFISMO 2011-12.pdf · IL METAMORFISMO metamorfismo trasformazione allo stato solido mineralogica

DOMANDE RICORRENTI SUL METAMORFISMO

• Metamorfismo: definizione ed inquadramento generale.• La fase fluida: sua composizione e mobilità, sistemi aperti e sistemi chiusi.• I fattori del metamorfismo.• I meccanismi del metamorfismo.• Le reazioni metamorfiche.• Cenni sulle strutture metamorfiche principali.• I tipi di metamorfismo.• Gradualità del metamorfismo: minerali indice, facies metamorfiche, isograde.• Metamorfismo di contatto.• Metamorfismo regionale di alto gradiente termico.• Metamorfismo regionale di gradiente termico intermedio.• Metamorfismo di basso gradiente termico• Metamorfismi a PH2O<<Ptot: granuliti, eclogiti.• Geotermobarometria.• Metamorfismo ed evoluzione crostale.


Top Related