magmatismo e ambienti tettonici

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MAGMATISMO E AMBIENTI TETTONICI I minerali si distinguono principalmente in due categorie: sialici; femici. I minerali femici (Mg, Fe), contenenti anche calcio, sono pirosseni ed anfiboli, mentre la biotite, invece, è un minerale femico contenente potassio. Gli anfiboli , normalmente, sono fasi tardive nella cristallizzazione, quindi non assumono il proprio abito cristallino. L'acmite normativa è fatta da sodio, ferro e silice. Il diopside, invece, può avere anche poco sodio. La pigeonite e l'Opx sono pirosseni bassi in calcio. Entrambi si possono trovare nei basalti subalcalini. Quindi, se all'interno di un basalto si trovano Opx e pigeonite allora appartiene sicuramente ad una serie subalcalina. Un basalto subalcalino, per definizione, contiene l'iperstene nella norma, ma nella paragenesi ci sono Opx e pigeonite (la pigeonite è il Cpx subcalcico tipico delle serie tholeiitiche). In alcuni casi i minerali tipo Opx delle serie subalcaline durante il processo di evoluzione non frazionano. Di seguito viene riportata la composizione di un Opx di mantello: Appunti di magmatismo e ambienti tettonici – Ranaldo Mirko

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Page 1: MAGMATISMO E AMBIENTI TETTONICI

MAGMATISMO E AMBIENTI TETTONICII minerali si distinguono principalmente in due categorie:

sialici; femici.

I minerali femici (Mg, Fe), contenenti anche calcio, sono pirosseni ed anfiboli, mentre labiotite, invece, è un minerale femico contenente potassio.

Gli anfiboli, normalmente, sono fasi tardive nella cristallizzazione, quindi non assumono il proprioabito cristallino.

L'acmite normativa è fatta da sodio, ferro e silice. Il diopside, invece, può avere anche poco sodio.

La pigeonite e l'Opx sono pirosseni bassi in calcio. Entrambi si possono trovare nei basaltisubalcalini. Quindi, se all'interno di un basalto si trovano Opx e pigeonite allora appartienesicuramente ad una serie subalcalina.

Un basalto subalcalino, per definizione, contiene l'iperstene nella norma, ma nella paragenesici sono Opx e pigeonite (la pigeonite è il Cpx subcalcico tipico delle serie tholeiitiche). In alcunicasi i minerali tipo Opx delle serie subalcaline durante il processo di evoluzione non frazionano.

Di seguito viene riportata la composizione di un Opx di mantello:

Appunti di magmatismo e ambienti tettonici – Ranaldo Mirko

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Sia per i pirosseni che per le olivine di mantello si nota un forte arricchimento di Mg. Ipirosseni di mantello si presentano tutti allotriomorfi, così come la flogopite che, essendo unminerale interstiziale, non può essere idiomorfa.

Basalto tholeiitico → Ol + Pl (± calcici) + Cpx

Basalto calcoalcalino → Ol + Pl + Cpx (augite)

Basalto alcalino → Ol + Pl + Cpx (diopside)

I pirosseni di un basalto tholeiitico e di uno calcoalcalino sono meno calcici rispetto aquelli del basalto alcalino.

Nelle serie tholeiitiche i pirosseni sono augite e pigeonite (i membri della serie aegirina-augitesono pirosseni sodici). Nelle serie calcoalcaline i pirosseni sono augite e Cpx.

Il pirosseno subcalcico non c'è mai nelle serie alcaline, poiché le serie alcaline contengonoesclusivamente pirosseni calcici (quindi nelle serie alcaline non ci sarà mai Opx opigeonite).

Dal punto di vista della paragenesi è difficile distinguerli. Infatti, nel caso di un basalto tholeiitico edi uno calcoalcalino occorre vedere anche gli ossidi (magnetite, ecc.). La magnetite nel basaltocalcoalcalino cristallizza prima dei pirosseni, mentre in un basalto tholeiitico la magnetitecristallizza tardivamente, e può trovarsi nella pasta di fondo.

Ciò, però, dipende anche dallo stadio di ossidazione del ferro che, a sua volta, dipende anchedalla presenza di acqua.

Le rocce calcoalcaline (che sono ricche di acqua) hanno fugacità di O2 alta, il minerale si ossidaprima e comincia a formarsi magnetite. Le rocce tholeiitiche, invece, hanno bassa fugacità diO2, quindi si forma meno magnetite, quest'ultima, però, si forma solo all'interno della pasta difondo.

N.B.Tra serie tholeiitiche e calcoalcaline c'è una differenza di acqua. La presenza di acqua in unsistema magmatico abbassa la T di cristallizzazione. La T di cristallizzazione di un minerale inun basalto calcoalcalino è minore rispetto a quella di un minerale in un basalto tholeiitico (i mineraliall'interno delle rocce delle serie tholeiitiche hanno più elvate T di cristallizzazione), proprio perchéle rocce calcoalcaline sono ricche di acqua.

Per poter utilizzare il diagramma di classificazione dei pirosseni occorre sapere innanzitutto chequel minerale è un pirosseno. Dopodiché, per poter conoscere la composizione di un pirossenooccorre fare dei calcoli stechiometrici, perché bisogna conoscere la formula chimica di quelpirosseno. Ad esempio:

CaMgSi2O6;

CaTiA2O6 (è anch'esso un pirosseno, ma senza silice, così come esistono pirosseni con il 38% diSiO2);

CaFe3+AlSiO6.

In linea generale, un pirosseno contiene 6 ossigeni e, quindi, deve possedere 4 cationi.

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Per classificare i pirosseni occorre utilizzare Ca, Mg e Fe e ricalcolarli a 100 in atomi.

Inoltre i pirosseni contengono una serie di elementi accessori che non influenzano laclassificazione come Ti, Al, Fe3+, Na, Vn, Sc, Zr, ecc.

I pirosseni, per definizione, non hanno come elemento il K e, quindi, non hanno comeossido K2O. Probabilmente soltanto i pirosseni di mantello di alta pressione contengono al lorointerno piccole quantità di K. Il K, invece, è presente nell'anfibolo alcalino (glaucofane).

Per poter classificare il plagioclasio, invece, si utilizza il diagramma K2O, Na2O e CaO, allo stessomodo fatto per i pirosseni, con l'accortezza che per Na2O e K2O occorre moltiplicare per 2.

Le composizioni chimiche dei minerali possono essere utilizzare per determinare la temperatura dicristallizzazione, quindi i minerali possono essere anche utilizzati come geotermometri egeobarometri.

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Si consideri l'analisi dei seguenti minerali all'interno di una roccia.

Le prime due analisi del minerale indicano che si tratta di un pirosseno calcico (hedembergite,contenente circa il 22-23% di Fe). Il secondo minerale non deve essere confuso con l'olivina: sitratta di iperstene (l'olivina magnesifera, a differenza dei pirosseni contiene circa il 40% di SiO2,mentre l'olivina ferrifera circa il 30%; in questi casi, quindi, occorre non confondere l'iperstene conl'olivina, poiché possono sembrare chimicamente abbastanza simili). Il terzo è un plagioclasio(labradorite, contenente circa il 39% di Na e circa il 58% di Ca).

Per poter classificare la roccia dell'esempio, nell'ipotesi che si trattasse di una roccia (intrusiva)fatta da questi stessi tre minerali in proporzioni 30% (minerale 1), 20% (minerale 2) e 50%(minerale 3) si possono sommare le percentuali delle varie fasi, ad esempio si può sommare il50% della SiO2 del minerale 3, con il 20% della SiO2 del minerale 2 ed il 30% della SiO2 delminerale 1:

SiO2TOT = 30%SiO2 minerale 1 + 20%SiO2 minerale 2 + 50%SiO2 minerale 3

e così via per tutti gli altri ossidi.

Quindi la roccia è una gabbro-norite (non può trattarsi di una diorite, perché all'interno di ungabbro il plagioclasio è calcico, mentre all'interno di una diorite è sodico). La gabbro-noritepuò essere considerata come un gabbro con Opx. In particolare la roccia è una gabbro-norite delBushveld Igneous Complex (BIC).

Gabbro-noriti simili si possono trovare in Sardegna (anche se sono molto abbondanti i graniti,infatti la Sardegna settentrionale è fatta dal basamento ercinico, che durante le fasi di orogenesi èstato deformato, mentre in Calabria la parte ercinica è andata in falda).

La roccia è, quindi, formata da Pl + Opx + Cpx. Il Cpx presente può essere probabilmentediopside o un'augite. La presenza di Opx indica che il magma da cui proveniva la roccia era adaffinità subalcalina (in particolare la roccia dell'esempio appartiene ad una serie calcoalcalina).Quindi non bisogna dimenticare che i minerali sono indicatori sia dell'affinità magmatica chedell'affinità seriale.

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CRITERI CLASSIFICATIVIPer poter utilizzare un diagramma di classificazione (di qualsiasi tipo) occorre conoscere l'analisichimica, e l'analisi deve corrispondere a quella di una roccia vulcanica.

Per quanto riguarda il TAS sono presenti delle varianti anche per le rocce intrusive. Tuttavia, iminerali delle rocce intrusive non sono mai perfettamente equivalenti a quelli delle roccevulcaniche quindi, queste varianti, così come per la variante dello Streckeisen delle rocce intrusive,servono più che altro per fornire un'idea.

Il criterio per il quale si utilizza il TAS, ovvero perché si utilizzano silice ed alcali, è che durante ilprocesso di cristallizzazione la silice esprime (approssimativamente) il grado di evoluzione diuna roccia, mentre gli alcali, invece, indicano il grado di sottosaturazione.

Per poter classificare una roccia su base chimica, si ricalcola a 100 l'analisi, dopodiché sisommano gli alcali e si proietta la roccia sul TAS (all'interno del TAS non si classificano le rocceultrafemiche, cioè rocce contenenti elevate percentuali di Mg e Fe, come ad esempio le peridotiti,con ~ 50% di Mg e Fe, ma anche con elevati contenuti di Ni e Cr, poiché le rocce tipo peridotitisono ultramafiche ed ultrabasiche). Quando la roccia è alterata occorre classificarla con glielementi in traccia.

Le rocce della serie subalcalina, cioè basalti, andesiti basaltiche, andesiti, daciti e rioliti,possiedono un basso rapporto alcali/silice, che si riflette nella presenza di iperstenenormativo. Inoltre, oltre all'iperstene, nella norma possono anche avere ± quarzo.

Per quanto riguarda la serie subalcalina, i basalti calcoalcalini si trovano solo edesclusivamente negli archi vulcanici, senza nessuna eccezione. Negli altri ambientigeodinamici possono essere presenti soltanto basalti tholeiitici. Va ricordato che il diagrammapotassio-silice o PECCERILLO-TAYLOR (1976), si usa solo per le serie orogeniche.

Per le serie sodiche e potassiche occorre anche conoscere il contenuto di sodio e potassio(cioè occorre vedere qual'è più abbondante, secondo la relazione Na2O – 2 > K2O). Si può anchevalutare l'abbondanza all'interno dell'analisi stessa e se il sodio è maggiore del potassio siutilizzano i termini sodici, altrimenti i termini potassici. Se il contenuto di sodio e potassio ècirca lo stesso si utilizzano i termini potassici (le rocce potassiche, infatti, sono rocce chehanno potassio e sodio quasi uguali). Tuttavia, il limite tra roccia potassica e sodica è un limiteconvenzionale.

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Una serie alcalina, intermedia o debolmente alcalina, dal punto di vista normativo, contiene(pochi) feldspatoidi e nella paragenesi, se presente, pochissimo quarzo, pochissimi feldspatoidi,ma molti feldspati ed olivina.

Le rocce che si trovano nella zona delle basaniti-tefriti non sono facilmente classificabili, poichémancano elementi importanti per poterle discriminare, come la percentuale di Ol. In questo caso,per poter classificare questa tipologia di rocce ci sono due metodi proprio per valutare lapercentuale di Ol (se maggiore o minore del 10%):

osservazione al microscopio;

norma CIPW.

Quindi, il TAS non prescinde dall'analisi normativa o dall'osservazione al microscopio. Altrielementi discriminanti per queste rocce sono il contenuto di Ba, Mg, Fe, ecc.

Dal punto di vista normativo, le basaniti/tefriti presentano nefelina normativa:

se Ne normativa < 5% → basalto alcalino;

se Ne normativa > 5% → basanite/tefrite.

Ovviamente, se sono di serie sodica conterranno nefelina, se sono di serie potassicaconterranno leucite.

Inoltre, il limite del TAS tra foiditi e tefriti non è abbastanza rappresentativo (è impreciso): infattipossono essere presenti alcune melilititi che rientrano nel campo delle basaniti. La differenza tra basalti e tefriti è che la tefrite è più alcalina (10%) del basalto (5%). Le rocce acomposizione basaltica più vicine, si trovano a Procida, sotto forma di piroclastiti.

La differenza principale tra una trachite ed una fonolite è la quantità di silice (trachite flegrea ≈ 60%di SiO2; fonolite vesuviana ≈ 55% di SiO2). Le trachiti sono tendenzialmente sature osottosature, le fonoliti, per definizione sono sottosature e presentano feldspatoidi benvisibili (leucite, nefelina, kalsilite).

Le fonoliti sono tipiche del Vulture, del Vesuvio, delle pomici delle eruzioni di Pompei, Avellino,Mercato e Pollena. Alcuni affioramenti di lave trachitiche si trovano ad Ischia, Cuma eSoccavo.

La riolite si forma da un magma subalcalino. Alcune rioliti tipiche sono le pantelleriti, che sitrovano sotto forma di ossidiane. Rioliti più vicine a noi rispetto alle pantelleriti si trovano a Ponza,Zannone, a Lipari, ecc.

La serie boninitica è una serie calcoalcalina particolare: infatti si tratta di rocce calcoalcaline dialtissima temperatura, molto povere di Na, ma con l'abbondante presenza di Mg, Si e Fe.

N.B. Un'andesite non è comagmatica con una benmoreite: infatti esistono un'elevata quantità dimagmi che provengono dal mantello e possono evolversi in maniera diversa. Non esiste nessunprocesso che porta un basalto ad evolvere in una basanite.

Per valutare se una roccia è evoluta o meno si valutano i contenuti di MgO, Ni e Cr. Una rocciapoco evoluta contiene:

+ del 10% di MgO;

+ 2-300 p.p.m. di Ni;

+ 4-500 p.p.m. di Cr.

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N.B.Quando le rocce sono ricche di volatili, cioè possiedono un elevato LOI (Loss On Ignition),difficilmente la norma è indicativa.

Il primo campione di roccia (kimb) contiene elevate quantità di Ba (0,4%; per passare da p.p.m. apercentuale si divide per 104; viceversa, si moltiplica per 104). Una roccia del genere non èclassificabile con i diagrammi tradizionali: infatti si tratta di una kimberlite (un basalto MORB,invece, contiene circa 50-60 p.p.m. di Zr, 1 p.p.m. di Rb e Th).

Il secondo campione (kam) contiene circa 1,2% (cioè 12000 p.p.m.) di Ba, che in una rocciavulcanica è uno sproposito, così come 300 p.p.m. di Rb. Infatti si tratta di una roccia particolare, lakamafugite.

Il terzo campione (k-bsn) ha un'affinità magmatica potassica, poiché sodio e potassio sonoquasi uguali: infatti si tratta di una basanite potassica. Una differenza con la basanite sodica è ilcontenuto di Na2O. Un'altra differenza sta nel contenuto di TiO2.

N.B.Per gli elementi in traccia occorre considerare la variazione di ordini di grandezza, non ilvalore: ad esempio, 50 e 70 p.p.m. sono circa la stessa cosa.

Il sesto campione (foidite) è una foidite, con l'11% di alcali ed il 40% di silice. In questo caso sitratta di una roccia evoluta (Cr e Ni non sono stati rilevati dallo strumento). Il termine foidite vamodificato a seconda del feldspatoide dominante (leucitite, nefelinite, hauyinite, ecc.).

Il settimo campione (trach) contiene il 60,68% di SiO2, lo 0,44% di TiO2 e il 18,96% di Al2O3: questisono i numeri classici di una trachite flegrea (SiO2 ~ 60%; TiO2 ~ 0,5%; Al2O3 ~ 19%; le trachiti diIschia sono leggermente diverse; inoltre, la trachite flegrea è sodica, mentre la trachitevesuviana è potassica). Il piperno (Pianura, Soccavo, ecc.) è una pietra ornamentale di tipotrachitico.

Trachite = Sa + Pl + Cpx + Amph + Bt ± Qz ± Feldspatoidi

Le trachiti flegree sono rocce sottosature. In genere più le rocce sono sottosature, minore è illoro contenuto in feldspati. In queste rocce il Ba si piazza nei pirosseni, non nei feldspati. Infatti,più vanno verso il sottosaturo, più non si formano feldspati, quindi l'evoluzione magmatica saràdominata dai Cpx.

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Il fatto che il Ba è presente nei pirosseni, è quasi una contraddizione, perché la trachite è formatada circa il 90% di sanidino. Quindi in teoria, esso dovrebbe concentrarsi nel sanidino, ma inrealtà non è così.

Infatti, una trachite molto evoluta possiede poco Sr e Ba, poiché il magma da cui si èformata risulta impoverito in questi elementi, in quanto ha già cristallizzato altro feldspato eplagioclasio.

Le rocce più evolute tendono a diventare sodiche, poiché si spostano dall'altro lato del sistemapetrogenetico residuale, in quanto terminano la loro cristallizzazione nel minimo sienitico otrachitico.

La posizione del punto indica che la roccia è debolmente sottosatura e, in questo caso, va afinire nel minimo sienitico o trachitico e non nel minimo granitico o riolitico. Infatti la roccia sitrova nel campo di stabilità dei feldspati alcalini (miscele isomorfe di albite ed ortoclasio), quindi ilprimo minerale che cristallizza è il plagioclasio.

Se un liquido si trova in quella posizione (tendenzialmente potassica), allora significa che esso siforma da una trachite meno evoluta. Infatti, a seguito della cristallizzazione di K-feldspato(cristallizzazione frazionata di Sa) si ha che Sr e Ba sono bassi, poiché sono già precipitatiall'interno delle rocce meno evolute (quindi, se si fa frazionare sanidino da una trachitepotassica allora diventa sodica).

N.B.Le traiettorie sono curve, perché rispettano il grafico albite-anortite, che è una miscela isomorfa.

L'ultimo campione (pant) contiene il 68,70% di SiO2 ed il 9,68% di Na2O + K2O: si tratta di unaroccia al limite tra riolite e trachite.

Le rocce più evolute hanno poco ferro e magnesio: in questo caso la riolite contiene l'11% di Fe. IlFe evolve tipo il Mg, quindi l'elevata quantità, in alcuni casi anche il 16% è una particolarità (sitratta di rocce dotate di elevata densità).

Una riolite classica contiene circa il12-14% di Al, mentre la riolite in questione circa l'8%. Questoquantitativo esprime il carattere di peralcalinità, attraverso l'Indice Agpaitico (IA), espresso inmoli (cioè si divide la concentrazione dei tre elementi per il proprio peso molecolare):

Na2O + K2O/Al2O3 > 1

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In questo caso IA = 1,64, quindi la riolite è peralcalina. Le rioliti peralcaline si classificano anchecon il diagramma di MACDONALD (1974):

La pantellerite è una riolite peralcalina ricca in Fe, mentre la comendite è una rioliteperalcalina ricca in Al.

CLASSIFICAZIONE CHIMICA DELLE ROCCE ULTRAPOTASSICHE

Dal punto di vista giacimentologico, le rocce ultrapotassiche hanno uno scarso interesse. Nonesistono molti affioramenti delle principali rocce ultrapotassiche nel mondo. Volumetricamentesono meno dello 0,01%. Diverse località tipo si trovano in Spagna ed in Italia.

Il TAS si utilizza per le rocce cosiddette “normali”, che in genere sono sodiche, ma in questo casosi tratta di rocce di tutt'altro tipo.

Per essere classificate come rocce ultrapotassiche devono possedere 3 requisiti fondamentali:

1) K2O/Na2O > 2: il potassio deve essere almeno il doppio del sodio → in questo modo siescludono le rocce sodiche e potassiche;

2) K2O > 3 wt%: in questo modo si escludono le rocce a basso contenuto di potassio, come lekimberliti;

3) MgO > 3 wt%: in questo modo si escludono le rocce più evolute.

Una roccia che rispetta contemporaneamente le caratteristiche precedenti può essere una rocciabasica del Vesuvio.

Esempi di rocce ultrapotassiche si trovano nei pressi di Frosinone, nei Colli Albani, inCorsica, nelle Alpi occidentali, in Val d'Aosta e Piemonte, nei Balcani, in Turchia, in Tibet in Iran, inPakistan, ecc. In particolare, sono rocce diffusissime nell'orogene alpino-himalayano.

Una roccia primitiva che possiede un elevato quantitativo di silice è già di per sé curiosa, ma se ilpotassio è pari a 10 volte il sodio, allora lo è maggiormente.

Le rocce ultrapotassiche sono rocce basiche. Una volta stabilito che sono ultrapotassiche siutilizzano altri elementi per classificarle (calcio e magnesio, calcio e silice, calcio e alluminio).

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Le rocce ultrapotassiche si dividono fondamentalmente in 3 grandi gruppi. Un primo tipo èrappresentato dalle kamafugiti, che è l'acronimo di diversi tipo di rocce ubicate tra Congo edUganda. Un altro tipo di rocce è rappresentato dalle lamproiti ed infine un altro ancora dallerocce tipo provincia romana (roman type ultrapotassic rocks). In tutti i casi si tratta di roccesottosature silicatiche (le rocce sottosature non silicatiche sono le carbonatiti).

Sia le kamafugiti, che le lamproiti che le rocce tipo provincia romana si possono trovare siain ambiente di collisione che intraplacca, nonostante il vulcanismo potassico sia post-collisionale. Quindi le rocce ultrapotassiche sono indipendenti dal contesto geodinamico.

Tendenzialmente le lamproiti e le kamafugiti sono ricche di Mg (sono tendenzialmenteultramafiche), ma le kamafugiti sono più ricche di calcio (CaO > 10 wt%) rispetto alle lamproiti(CaO < 10 wt%) che sono più povere in questo elemento. Quindi, il limite discriminante per il calcioè 10 wt% CaO.

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