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IL PROCESSO MAGMATICO E LE ROCCE ... - UpperMantle.com

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<strong>IL</strong> <strong>PROCESSO</strong> <strong>MAGMATICO</strong> E<br />

<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong> MAGMATICHE<br />

Giovanni B. Piccardo


FUSI NATURALI E MAGMI<br />

Fuso naturale = liquido silicatico naturale ad alta temperatura, <strong>com</strong>posto da<br />

elementi in soluzioni ioniche <strong>com</strong>plesse, con struttura interna caratterizzata<br />

dalla presenza di tetraedri (SiO4)4-, legati fra loro in modo variabile e <strong>com</strong>plesso<br />

in catene di tetraedri (variamente polimerizzati).<br />

Magma = sistema naturale <strong>com</strong>plesso rappresentato da una fase liquida<br />

silicatica ad alta temperatura, e dalla presenza di una o piu' fasi solide (minerali)<br />

ed eventualmente una fase gassosa.<br />

Silicio e altri cationi che <strong>com</strong>pongono la struttura polimerizzata del liquido sono<br />

detti costruttori di struttura, mentre i cationi che interrompono i legami tra i<br />

tetraedri o generano poliedri non polimerizzati sono detti modificatori di<br />

struttura.<br />

L'entita' della polimerizzazione di un fuso silicatico dipende dall'aumentare del<br />

contenuto in SiO2.<br />

La struttura del fuso silicatico influenza le proprieta' fisiche (densita', viscosita'<br />

ecc.) del fuso.


L’EFFETTO DELL’H2O SULLA FUSIONE<br />

In condizioni secche: la<br />

temperatura di fusione<br />

aumenta all’aumentare<br />

della pressione<br />

In condizioni idrate (solido<br />

saturato in H2O): la<br />

temperatura di fusione<br />

inizialmente decresce in<br />

modo vistoso<br />

all’aumentare della<br />

pressione, perche’ la<br />

quantita’ di H2O nel<br />

sistema aumenta con la<br />

pressione e l’effetto<br />

“fondente” dell’H2O<br />

aumenta con l’aumentare<br />

dl contenuto in H2O<br />

Da Burnham and Davis (1974). A J<br />

Sci 274, 902-940. 902 940. e Boyd and<br />

England (1963). JGR 68, 311-323. 311 323.


CURVE DI INIZIO FUSIONE (SOLIDUS) DI VARIE<br />

<strong>ROCCE</strong> IN CONDIZIONI SECCHE E SATURE IN H2O<br />

In condizioni secche, le Ts<br />

(Temperature di solidus)<br />

crescono all’aumentare della<br />

pressione.<br />

In condizioni saturate in H2O<br />

le Ts decrescono inizialmente<br />

con l’aumentare della<br />

pressione, perche’ con la<br />

pressione aumento la<br />

quantita’ di H2O (fondente)<br />

presente nella roccia.<br />

Solidi (linee di inizio fusione) in<br />

condizioni sature di H 2O (linee<br />

continue) e condizioni secche, prive<br />

di H2O (linee tratteggiate) di una<br />

granodiorite (Robertson and Wyllie,<br />

1971), di un gabbro (basalto)<br />

(Lambert and Wyllie, 1972) e di una<br />

peridotite (Kushiro et al., al. , 1968; Ito<br />

and Kennedy, 1967).


CURVE DI SOLIDUS (INIZIO FUSIONE o COMP<strong>LE</strong>TA CRISTALLIZZAZIONE) E<br />

CURVE DI LIQUIDUS (COMP<strong>LE</strong>TA FUSIONE o INIZIO CRISTALLIZZAZIONE)<br />

Intervalli di<br />

fusione<br />

determinati<br />

sperimentalmente<br />

per un gabbro, in<br />

condizioni secche<br />

(assenza di H2 O), e<br />

sature in H 2 O.<br />

Lambert and<br />

Wyllie (1972). J.<br />

Geol., 80, 693-708. 693 708.


<strong>IL</strong> CONSOLIDAMENTO DEI FUSI NATURALI<br />

1. I naturali, prodotti per fusione parziale all’interno delle Terra, Terra,<br />

salendo verso la superficie possono raffreddare e consolidare in<br />

profondita’ o in superficie, in dipendenza della velocita’ di risalita’, risalita’,<br />

cioe’ di raffreddamento per perdita di calore per conduzione<br />

2. Una risalita lenta e il ristagno (intrusione) in profondita’ causano causano<br />

un<br />

lento raffreddamento del fuso e il suo consolidamento entro la<br />

litosfera (crosta o mantello), cioe’ in AMBIENTE INTRUSIVO<br />

3. Una risalita rapida, senza apprezzabile raffreddamento, <strong>com</strong>portano <strong>com</strong>portano<br />

la risalita e l’effusione in superficie del fuso con brusco<br />

raffreddamento e consolidamento in AMBIENTE EFFUSIVO<br />

4. In ambiente intrusivo (lento raffreddamento) il consolidamento<br />

avviene per formazione di cristalli (CRISTALLIZZAZIONE<br />

( CRISTALLIZZAZIONE)<br />

5. . In ambiente effusivo (brusco raffreddamento) il consolidamento<br />

avviene per brusco aumento della viscosita’ (VETRIFICAZIONE<br />

( VETRIFICAZIONE)


LA CRISTALLIZZAZIONE DI UN MAGMA<br />

Velocita’ idealizzate di<br />

nucleazione cristallina e di crescita<br />

cristallina in funzione della<br />

temperatura al di sotto del punto<br />

di fusione di un fuso. Un lento<br />

raffreddamento <strong>com</strong>porta un basso<br />

grado di sottoraffreddamento<br />

(T a ): in questo caso una lenta<br />

nucleazione e una rapida crescita<br />

producono pochi grandi cristalli a<br />

grana grossa. Il rapido<br />

raffreddamento <strong>com</strong>porta un<br />

maggiore sottoraffreddamento<br />

(T b ): in questo caso la rapida<br />

nucleazione e il lento<br />

accrescimento producono molti<br />

piccoli cristalli. Un raffreddamento<br />

molto veloce <strong>com</strong>porta bassi o<br />

assenti nucleazione e crescita (T c ),<br />

producendo la formazione di vetro.<br />

Nucleazione<br />

Crescita Crescita<br />

Punto Punto di di fusione fusione


COMPORTAMENTO DEI FUSI DURANTE<br />

LA CRISTALLIZZAZIONE<br />

1. I fusi durante il raffreddamento cristallizzano passando da fuso a<br />

solido entro un intervallo di temperatura (e di pressione)<br />

2. Vari minerali cristallizzano in questo intervallo di temperatura, temperatura,<br />

e il<br />

numero di minerali cresce al diminuire della temperatura<br />

3. I minerali si formano secondo una sequenza, con sovrapposizioni<br />

4. I minerali che hanno soluzioni solide cambiano <strong>com</strong>posizione al<br />

progredire del raffreddamento<br />

5. . La <strong>com</strong>posizione del fuso cambia durante la cristallizzazione<br />

6. I minerali che cristallizzano (e la sequenza di cristallizzazione)<br />

cristallizzazione)<br />

dipendono dalla temperatura e dalla <strong>com</strong>posizione del fuso<br />

7. La pressione puo’ influenzare i tipi di minerali che si formano e la<br />

loro sequenza di cristallizzazione<br />

8. La natura e la pressione dei volatili possono anche determinare i<br />

tipi di minerali che si formano e la loro sequenza


I MINERALI DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong> MAGMATICHE<br />

Minerali essenziali o fondamentali (rock-forming minerals).<br />

- Quarzo SiO2<br />

- Plagioclasi (Na,Ca)Al(Al,Si)Si2O8<br />

- Albite NaAlSi3O8<br />

- Anortite CaAl2Si2O8<br />

- Feldspati alcalini (Na,K)AlSi3O8<br />

- Albite NaAlSi3O8<br />

- Ortoclasio KAlSi3O8<br />

- Feldspatoidi<br />

- Nefelina NaAlSiO4<br />

- Leucite KAlSi2O6<br />

- Miche chiare (muscovite) e scure (biotite, flogopite)<br />

- Biotite K(Mg,Fe)3(Al,Fe)Si3O10(OH,F)2<br />

- Anfiboli calcici (orneblende) e sodici (riebekite ecc.)<br />

- Orneblenda NaCa2(Mg,Fe,Al)5(Si6-7Al2-1O22)(OH,F)2<br />

- Riebekite Na2(Fe,Mg)3Fe2Si8O22(OH)2<br />

- Pirosseni (Ca,Mg,Fe)2Si2O6<br />

- Enstatite-Ferrosilite Mg2Si2O6 - Fe2Si2O6<br />

- Diopside-Hedembergite CaMgSi2O6 - CaFeSi2O6<br />

- Augite e pigeonite (Ca,Mg,Fe)2Si2O6<br />

- Olivine (Mg,Fe)2SiO4<br />

- Forsterite Mg2SiO4<br />

- Fayalite Fe2SiO4


LA SERIE DI CRISTALLIZZAZIONE<br />

Serie<br />

Discontinua<br />

Olivina Plagioclasio calcico<br />

Mg Pirosseno<br />

DI BOWEN<br />

Mg-Ca Pirosseno<br />

Anfibolo<br />

(Spinello)<br />

Plagioclasio alcalino<br />

Biotite<br />

Feldspato potassico<br />

Muscovite<br />

Quarzo<br />

Plagioclasio Ca-Na<br />

Plagioclasio Na-Ca<br />

Serie<br />

Continua<br />

Temperatura decresce


LA REGOLA DEL<strong>LE</strong> FASI<br />

F = gradi di liberta’<br />

F = C - φ + 2<br />

Il numero di parametri intensivi che devono essere specificati<br />

per determinare <strong>com</strong>pletamente il sistema<br />

φ = numero di fasi<br />

Le fasi sono i costituenti meccanicamente separabili<br />

C = numero minimo di <strong>com</strong>ponenti (costituenti chimici<br />

che devono essere specificati per definire tutte le fasi)<br />

2 = 2 parametri intensivi<br />

(generalmente generalmente TEMPERATURA e PRESSIONE)


F = 2<br />

1. . Si devono specificare 2 variabili intensive<br />

indipendenti per determinare <strong>com</strong>pletamente il<br />

sistema<br />

= una situazione DIVARIANTE<br />

lo stesso che:<br />

2. Possono variare 2 variabili intensive in modo<br />

indipendente senza cambiare φ, , il numero delle fasi<br />

Le variabili intensive possono essere varie (P, T, X, G-V-S G<br />

molari ecc.).<br />

Nello studio dei diagrammi di fase si scelgono generalmente<br />

<strong>com</strong>e variabili T e X (<strong>com</strong>posizione), a P costante.<br />

Quindi F = T e X (<strong>com</strong>posizione)


SISTEMA A UN COMPONENTE<br />

Pressione (GPa)<br />

10<br />

8<br />

6<br />

4<br />

2<br />

α - quarzo<br />

Il sistema SiO 2<br />

Stishovite<br />

Coesite<br />

Tridymite<br />

β - quarzo<br />

Cristobalite<br />

Liquido<br />

600 1000 1400 1800 2200 2600<br />

Temperatura °C<br />

Da Swamy and<br />

Saxena (1994), J.<br />

Geophys. Res., 99,<br />

11,787-11,794. AGU


SISTEMA BINARIO<br />

Sistema a due <strong>com</strong>ponenti (Fo e Fa) miscibili allo<br />

stato liquido e solido<br />

Fo - Fa (Mg 2SiO SiO4 - Fe 2SiO SiO4 )<br />

T o C<br />

1900<br />

1700<br />

1500<br />

1300<br />

1205<br />

Fa<br />

Liquido<br />

d<br />

+<br />

b<br />

a<br />

Liquido<br />

Olivina<br />

Olivina<br />

20 40 60 80<br />

% in peso di Forsterite<br />

c<br />

1890<br />

Fo<br />

Diagramma di fase<br />

isobarico Temperatura-<br />

Composizione a<br />

pressione atmosferica<br />

(Da Bowen and Shairer<br />

(1932), Amer. J. Sci. 5th<br />

Ser., 24, 177-213.


SISTEMA BINARIO<br />

Sistema a due <strong>com</strong>ponenti (A e B) miscibili allo stato<br />

liquido e immiscibili allo stato solido<br />

T°C<br />

TA<br />

TE<br />

Solido A + Liquido<br />

LIQUIDO CURVA DI LIQUIDUS<br />

T<br />

E<br />

SOLIDO<br />

Solido A + Solido B<br />

Solido B + Liquido<br />

A 20 40 60 80 B<br />

% in peso di B<br />

CURVA DI SOLIDUS<br />

DIAGRAMMA DI FASE BINARIO ISOBARICO<br />

Temperatura-Composizione (T-X)<br />

TB


SISTEMA BINARIO<br />

Sistema con miscibilita’ <strong>com</strong>pleta allo stato solido<br />

Plagioclasio (Ab-An, (Ab An, NaAlSi 3O8 - CaAl 2Si Si2O8) 1500<br />

1400<br />

T C<br />

o<br />

1300<br />

1200<br />

Tf-Ab=1118<br />

1100<br />

Liquido<br />

Piu’<br />

Liquido<br />

Solidus<br />

Plagioclasio<br />

Liquidus<br />

Plagioclasio<br />

Ab 20 40 60 80 An<br />

% in peso di Anortite<br />

Tf-An=1557<br />

Diagramma di fase isobarico<br />

Temperatura - Composizione<br />

(da Bowen 1913, Amer. J.<br />

Sci., 35, 577-599).


SISTEMA BINARIO DEL PLAGIOCLASIO<br />

Composizione A = An60<br />

= 60 g An + 40 g Ab<br />

1500<br />

1400<br />

T C<br />

o<br />

1300<br />

1200<br />

Tf-Ab=1118<br />

1100<br />

Liquido<br />

An 60<br />

Piu’<br />

Liquido<br />

Plagioclasio<br />

Ab 20 40 60 80 An<br />

a<br />

Plagioclasio<br />

A<br />

& in peso di Anortite<br />

Tf-An=1557


1500<br />

1400<br />

T C<br />

o<br />

1300<br />

1200<br />

1118<br />

1100<br />

liq<br />

X An<br />

Si devono specificare T e An oppure queste si possono variare senza<br />

cambiare il numero delle fasi: in a il sistema e’ divariante.<br />

Liquid<br />

plus<br />

Liquid<br />

Plagioclase<br />

Ab 20 40 60 80 An<br />

b<br />

a<br />

Plagioclase<br />

Weight % An<br />

1557


A 1450 oC, C, liquido d e plagioclasio f coesistono in equilibrio<br />

Durante il progressivo raffreddamento, si verifica una reazione del tipo:<br />

liquido A + solido B = liquido C + solido<br />

1500<br />

1400<br />

T C<br />

o<br />

solido D<br />

1300<br />

1200<br />

1118<br />

1100<br />

Liquid<br />

Liquid<br />

+<br />

d<br />

Plagioclase<br />

Ab 20 40 60 80 An<br />

b<br />

a<br />

Plagioclase<br />

f<br />

c<br />

1557


A 1450 oC, C, liquido d e plagioclasio f coesistono in equilibrio<br />

Durante il progressivo raffreddamento, si verifica una reazione del tipo:<br />

liquido A + solido B = liquido C + solido D<br />

Quando X plag → h, , allora X plag = X totale:<br />

la quantita’ di liquido residuo e’ 0.<br />

Allora G e’ la <strong>com</strong>posizione dell’<br />

ultimo liquido che cristallizza a<br />

1340 oC C dalla <strong>com</strong>posizione di<br />

partenza del liquido, cioe’ An60.<br />

1500<br />

1400<br />

T C<br />

o<br />

1300<br />

1200<br />

Il plagioclasio finale che si forma e’ J<br />

quando si forma un plagioclasio con<br />

la <strong>com</strong>posizione del liquido A iniziale.<br />

Ab<br />

liquido<br />

g<br />

+<br />

Liquido<br />

d<br />

b<br />

a<br />

Plagioclasio<br />

h<br />

Plagioclasio<br />

20 40 60 80<br />

Ora φ = 1, cioe’ F = 2 - 1 + 1 = 2 (divariante) ( divariante)<br />

G<br />

j<br />

i<br />

J=A<br />

f<br />

c<br />

Anortite %<br />

1557<br />

An


In a in sistema e’ divariante: divariante:<br />

si devono specificare T e X<br />

oppure queste possono variare senza cambiare il numero delle fasi. fasi.<br />

In b (sul liquidus) il sistema e’ univariante: univariante:<br />

<strong>com</strong>pare una<br />

nuova fase, i primi cristalli di plagioclasio, a <strong>com</strong>posizione C.<br />

F = 2 - 2 + 1 = 1 (univariante)<br />

Si deve specificare solo una<br />

Delle seguenti variabili:<br />

T<br />

liq<br />

XAn An<br />

liq liq plag plag<br />

XAn An XAb Ab XAn An XAb Ab<br />

e<br />

plag<br />

XAn An<br />

Sono dipendenti da T<br />

T C°<br />

Le pendenze di solidus e liquidus<br />

sono l’espressione di questa relazione<br />

1500<br />

1400<br />

1300<br />

1200<br />

1118<br />

1100<br />

liquido<br />

+<br />

Liquido<br />

Plagioclasio<br />

Ab 20 40 60 80 An<br />

b<br />

a<br />

Plagioclasio<br />

% in peso di Anortite A C<br />

c<br />

1557


SISTEMA BINARIO<br />

Sistema con immmiscibilita’ <strong>com</strong>pleta allo stato solido<br />

Sistema DIOPSIDE-ANORTITE DIOPSIDE ANORTITE a P atmosferica<br />

Di – An (CaMgSi 2O6 - CaAl 2Si Si2O8 8 )<br />

1600<br />

1500<br />

T o C<br />

1400<br />

TL-Di=<br />

1392<br />

1300<br />

1200<br />

Diopside + Liquido<br />

LIQUIDO<br />

E<br />

SOLIDO (Diopside + Anortite)<br />

I I<br />

E A<br />

a TL-An=1553<br />

Liquidus<br />

Anortite + Liquido<br />

Di 20 40 60 80 An<br />

% in peso di Anortite<br />

TE=1274


DIAGRAMMA DI FASE DIOPSIDE-ANORTITE<br />

DIOPSIDE ANORTITE<br />

Raffreddamento continuo e inizio cristallizzazione in a’ (Ta’) di di<br />

An<br />

Al proseguire della cristallizzazione di An la <strong>com</strong>posizione del<br />

liquido si sposta da A verso E<br />

1600<br />

1500<br />

T o C<br />

1400<br />

TL-Di=<br />

1392<br />

1300<br />

1200<br />

Diopside + Liquido<br />

LIQUIDO<br />

E<br />

Liquidus<br />

Anortite + Liquido<br />

SOLIDO (Diopside + Anorthite)<br />

I<br />

E<br />

Di 20 40 60 80 An<br />

a<br />

% in peso di Anortite<br />

a’ Ta’<br />

I<br />

A<br />

TL-An=1553<br />

TE=1274


DIAGRAMMA DI FASE DIOPSIDE-ANORTITE<br />

DIOPSIDE ANORTITE<br />

L’ordine di cristallizzazione (il primo minerale a cristallizzare) cristallizzare)<br />

e la<br />

temperatura di inizio-cristallizzazione inizio cristallizzazione dipende dalla <strong>com</strong>posizione del<br />

liquido di partenza<br />

1600<br />

1500<br />

T o C<br />

1400<br />

1392<br />

1300<br />

1200<br />

Tb’<br />

g<br />

b<br />

b’<br />

Diopside + Liquido<br />

LIQUIDO<br />

E<br />

SOLIDO (Diopside + Anorthite)<br />

I I<br />

I<br />

E A<br />

B<br />

Anortite + Liquido<br />

Di 20 40 60 80 An<br />

a<br />

a’<br />

% in peso di Anortite<br />

Liquidus<br />

h<br />

1553<br />

Ta’<br />

1274


SISTEMA BINARIO Di(cpx) – An(plag).<br />

Gabbro di<br />

Stillwater<br />

Complex,<br />

Montana<br />

Cpx<br />

Plag<br />

Cpx<br />

Il clinopirosseno si forma per primo (con forme proprie) lungo il il<br />

solidus<br />

(a destra dell’Eutettico) il plagioclasio, che inizia a cristallizzare cristallizzare<br />

all’<br />

Eutettico, occupa gli spazi interstiziali.


SISTEMA BINARIO Di(cpx) – An(plag)<br />

Dicco<br />

basaltico<br />

Plag<br />

Cpx<br />

Plag<br />

Cpx<br />

Plag<br />

Il plagioclasio si forma per primo (con forme proprie) lungo il solidus<br />

(a sinistra dell’Eutettico): il pirosseno, che inizia a cristallizzare cristallizzare<br />

all’<br />

Eutettico, ingloba peciliticamente i cristalli tabulari di plagioclasio.<br />

plagioclasio.


<strong>IL</strong> SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di – An<br />

L’effetto della pressione sulle relazioni di fase<br />

Le variazioni della<br />

pressione<br />

modificano:<br />

1) La temperatura<br />

eutettica<br />

2) La <strong>com</strong>posizione<br />

eutettica<br />

3) le temperature di<br />

fusione delle fasi<br />

4) la posizione delle<br />

curve di solidus e di<br />

liquidus,<br />

5)la posizione e la<br />

<strong>com</strong>posizione dell’<br />

eutettico binario.


<strong>IL</strong> SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di - An<br />

Effetto della presenza<br />

di H 2 O nel sistema<br />

L’introduzione di acqua nel<br />

sistema produce:<br />

1) L’abbassamento delle<br />

temperature di fusione<br />

delle fasi<br />

2) L’abbassamento della<br />

temperatura eutettica<br />

2) Spostamento della posizione<br />

delle curve di solidus e di<br />

liquidus, a temperature piu’<br />

basse<br />

3)spostamento della posizione<br />

e la <strong>com</strong>posizione dell’<br />

eutettico binario.


SISTEMA TERNARIO<br />

Il sistema ternario eutettico<br />

Tre eutettici binari : A-B, A B, A-C, A C, B-C B<br />

Nessuna soluzione solida<br />

Esistenza di un eutettico ternario<br />

E all’interno del sistema<br />

TA<br />

A<br />

E<br />

TC<br />

C<br />

TB<br />

B<br />

T


SISTEMA TERNARIO Di – An - Fo<br />

Cristallizando Fo, la<br />

<strong>com</strong>posizione del<br />

liquido (Xliq) si<br />

sposta in senso<br />

opposto a Fo, lungo<br />

a-b. Quando Xliq<br />

raggiunge b (la linea<br />

cotettica Di-Fo)<br />

cristallizza anche Di.<br />

b e’ un punto<br />

univariante<br />

[F = 3 – 3 + 1 = 1]<br />

Formandosi assieme<br />

Fo e Di, la Xliq si<br />

sposta lungo la linea<br />

cotettica verso<br />

l’eutettico ternario M.


SISTEMA TERNARIO Di – An - Fo<br />

Il solido cristallizzato in b ha la<br />

Composizione c (proiezione di b<br />

sul lato Di-Fo), circa 90%Di.<br />

La <strong>com</strong>posizione del liquido<br />

Xliq si sposta lungo la cotettica<br />

Di-Fo, mentre la T decresce<br />

Continuamente verso l’eutettico<br />

Ternario M.<br />

1392<br />

Diopside<br />

Di + Liq<br />

c<br />

1274<br />

1270 1270<br />

b<br />

1387<br />

1300<br />

M<br />

1400<br />

Fo + Liq<br />

1500


SISTEMA TERNARIO Di – An - Fo<br />

La <strong>com</strong>posizione del<br />

liquido raggiunge M,<br />

la <strong>com</strong>posizione dell’<br />

eutettico ternario, a<br />

temperatura di 1270°,<br />

ove inizia a formarsi<br />

anche An.<br />

In M cristallizza la<br />

<strong>com</strong>posizione eutettica<br />

e si consuma tutto il<br />

liquido residuo.<br />

M e’ un punto<br />

invariante (4 fasi)<br />

[F = 3 – 4 + 1 = 0]


SISTEMA TERNARIO Di – An - Fo<br />

Un procedimento<br />

analogo si verifica<br />

a partire da un<br />

punto in un altro<br />

campo: es. da d.<br />

A 1400°C inizia a<br />

cristallizzare An,<br />

Xliq si sposta verso e,<br />

dove cristallizza<br />

anche Fo, il Xliq si<br />

sposta lungo la linea<br />

cotettica An-Fo fino<br />

al punto M, dove il<br />

liquido residuo si<br />

esaurisce formando<br />

associazione eutettica<br />

An-Fo-Di.


LA VARIAB<strong>IL</strong>ITA’ COMPOSIZIONA<strong>LE</strong><br />

DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong> MAGMATICHE<br />

La variabilita’ <strong>com</strong>posizionale (mineralogica e chimica) delle rocce rocce<br />

magmatiche dipende da:<br />

1) La variabilita’ <strong>com</strong>posizionale dei fusi primari.<br />

Essa dipende da:<br />

a) la <strong>com</strong>posizione della roccia sorgente;<br />

b) il tipo di processo di fusione parziale;<br />

c) le condizioni di P e T di formazione del fuso, cioe’<br />

di equilibratura del fuso con la roccia sorgente;<br />

2) I processi di evoluzione dei magmi, cioe’:<br />

a) la differenziazione magmatica;<br />

b) l’assimilazione magmatica;<br />

c) il mescolamento di magmi.


SISTEMA BINARIO EUTETTICO Di – An<br />

Fusione di una roccia gabbrica A (An70%+Di30%)<br />

An70%+Di30%)<br />

per riscaldamento a partire da T < 1274°C<br />

1600<br />

1500<br />

T o C<br />

1400<br />

1392<br />

1300<br />

1200<br />

Di<br />

Diopside + Liquido<br />

Solido (roccia)<br />

Diopside + Anortite<br />

LiquidoLiquidus<br />

E<br />

20 40 60 80<br />

CE<br />

An % in peso<br />

a<br />

A<br />

Anortite +<br />

Liquido<br />

An<br />

1553<br />

TE=1274


<strong>IL</strong> SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di – An<br />

Le variazioni della<br />

pressione modificano:<br />

1) la temperatura<br />

dell’eutettico binario<br />

2) la posizione delle<br />

curve di solidus e di<br />

liquidus,<br />

3)la posizione e la<br />

<strong>com</strong>posizione dell’<br />

eutettico binario.<br />

La <strong>com</strong>posizione e la<br />

temperatura di<br />

formazione del fuso<br />

eutettico che si forma<br />

per fusione in uno<br />

stesso sistema cambia in<br />

funzione della pressione<br />

a cui avviene la fusione.<br />

L’effetto della pressione


<strong>IL</strong> SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di - An<br />

Effetto della presenza<br />

di H 2 O nel sistema<br />

L’introduzione di acqua nel<br />

sistema produce:<br />

1) L’abbassamento delle<br />

temperature dell’eutettico<br />

binario<br />

2) Spostamento della posizione<br />

delle curve di solidus e di<br />

liquidus, a temperature piu’<br />

basse<br />

3)spostamento della posizione e<br />

la <strong>com</strong>posizione dell’ eutettico<br />

binario.<br />

La <strong>com</strong>posizione del fuso che si<br />

forma per fusione eutettica in<br />

uno stesso sistema cambia in<br />

funzione della presenza di acqua<br />

nel sistema.


Fusione per riscaldamento di una roccia peridotitica a<br />

a <strong>com</strong>posizione Di36%-An10%-Fo54%


Di + Liq<br />

Liquid<br />

Di + An<br />

Tre sistemi binari<br />

Di-An, Di An, An-Fo, An Fo,<br />

Fo-An Fo An<br />

Il punto a rappresenta<br />

la <strong>com</strong>posizione della<br />

roccia di partenza<br />

Il punto M rappresenta<br />

La <strong>com</strong>posizione del<br />

primo fuso che si forma,<br />

a temperatura di 1270°C<br />

Fondendo la roccia a si<br />

forma un primo fuso a<br />

<strong>com</strong>posizione M<br />

a<br />

An + Liq<br />

An<br />

SISTEMA A TRE<br />

COMPONENTI<br />

An - Di - Fo


CLASSIFICAZIONE CHIMICA DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong> VULCANICHE


<strong>IL</strong> DIAGRAMMA AFM<br />

L’evoluzione della <strong>com</strong>posizione di<br />

un fuso basaltico durante un<br />

processo di cristallizzazione<br />

frazionata a bassa pressione,<br />

secondo il trend Fenner.<br />

I minerali cristallizzano secondo le<br />

serie di Bowen.<br />

EVOLUZIONE: BASALTO –<br />

ANDESITE – DACITE - RIOLITE<br />

La deposizione gravitativa (cioe’<br />

l’accumulo dei minerali che si<br />

formano) forma rocce<br />

progressivamente differenti:<br />

SUCCESSIONE: OLIVIN-GABBRO –<br />

GABBRO – GABBRO A OSSIDI Fe-Ti<br />

– DIORITE – QUARZO-DIORITE –<br />

GRANITO s.l.


<strong>LE</strong> STRUTTURE DI CUMULO<br />

DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong> INTRUSIVE


ROCCIA INTRUSIVA – STRUTTURA IPIDIOMORFA


ROCCIA INTRUSIVA – STRUTTURA ALLOTRIOMORFA


ROCCIA INTRUSIVA – STRUTTURA IPIDIOMORFA


ROCCIA EFFUSIVA – STRUTTURA IPIDIOMORFA


ROCCIA F<strong>IL</strong>ONIANA – STRUTTURA PORFIRICA


<strong>ROCCE</strong> EFFUSIVE - STRUTTURE PORFIRICHE


ROCCIA EFFUSIVA – STRUTTURA PORFIRICA FLUIDA<strong>LE</strong>


SCHEMA DI CLASSIFICAZIONE DI TERRENO DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong>


CLASSIFICAZIONE DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong> MAGMATICHE<br />

Z<br />

10<br />

20<br />

%X<br />

30<br />

20<br />

%Z<br />

30<br />

30%X<br />

20%Y<br />

10<br />

Incr %Y<br />

Incr %X<br />

X<br />

Incr %Z<br />

Figura 2-1a. Metodo per plottare un punto a <strong>com</strong>posizione A = 70% di X, 20% di Y, and 10% di Z ,sul<br />

diagramma triangolare X-Y-Z.<br />

10<br />

A<br />

20 %Y<br />

30<br />

Y<br />

30 20 10<br />

%Z 10%Z


CLASSIFICAZIONE DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong> MAGMATICHE<br />

Z<br />

70<br />

Figura 2-1b. Metodo per proiettare un punto a <strong>com</strong>posizione A = 70% di X, 20% di Y, e 10% di Z sul lato<br />

Z-Y del diagramma triangolare X-Y-Z.<br />

X<br />

A<br />

70%X<br />

67 67%Y<br />

Y


CLASSIFICAZIONE<br />

DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong><br />

MAGMATICHE<br />

INTRUSIVE<br />

Alcali Felds.<br />

Quartz Sienite<br />

Alcali Felds.<br />

5<br />

Sienite<br />

Figura 2-2. Classificazione IUGS delle rocce magmatiche<br />

intrusive. La roccia deve contenere almeno 10% di Q+A+P,<br />

e deve essere rinormalizzata a 100%.<br />

Foidi = feldspatoidi.<br />

10<br />

Alkali Fs. Sienite<br />

a foidi<br />

20<br />

60<br />

Quarzo<br />

Sienite<br />

90<br />

90<br />

Granitoidi<br />

ricchi in quarzo<br />

Quarzo<br />

Monzonite<br />

60<br />

Quarzo<br />

Monzodiorite<br />

Sienite Monzonite Monzodiorite<br />

Sienite a foidi Monzonite a foidi Monzodiorite<br />

a foidi<br />

10 35 65<br />

Sienite a foidi<br />

Granito a alcali-feldspati<br />

Granito<br />

Monzosienite<br />

a foidi<br />

Q<br />

Foiditi<br />

Quarzolite<br />

Granodiorite<br />

Monzodiorite<br />

a foidi<br />

Tonalite<br />

A P<br />

60<br />

F<br />

60<br />

Gabbro a foidi<br />

90<br />

20<br />

Quarzo Diorite/<br />

Quarzo Gabbro<br />

5<br />

10<br />

Diorite/Gabbro/<br />

Anortosite<br />

Diorite/Gabbro<br />

a foidi


CLASSIFICAZIONE DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong> MAGMATICHE<br />

Pyroxene<br />

Pirosseni<br />

Gabbro<br />

Plagioclase<br />

90<br />

Olivine<br />

gabbro<br />

Plagioclasio<br />

Anorthosite<br />

Troctolite<br />

Gabbro ad olivina<br />

Ultramafiti a plagioclasio<br />

Plagioclase-bearing ultramafic rocks<br />

(b)<br />

(c)<br />

Olivine<br />

Ortopirossenite<br />

Olivina<br />

10<br />

40<br />

Ortopirosseno<br />

Figura 2-2. Classificazione IUGS delle rocce<br />

intrusive. b. Rocce gabbriche (M90%)<br />

Harzburgite<br />

Olivina<br />

90<br />

Lherzolite<br />

Dunite<br />

Wehrlite<br />

Websterite ad olivina<br />

Websterite<br />

Clinopirossenite<br />

10<br />

Peridotiti<br />

Pirosseniti<br />

Clinopirosseno


CLASSIFICAZIONE DEL<strong>LE</strong><br />

<strong>ROCCE</strong> MAGMATICHE<br />

EFFUSIVE<br />

Figure 2-3. Classificazione e nomenclature<br />

delle rocce effusive, secondo IUGS.<br />

10<br />

Q<br />

60 60<br />

Riolite Dacite<br />

20 20<br />

Trachite Latite Andesite/Basalto<br />

35 65<br />

A P<br />

Trachite a foidi Latite a foidi Andesite/Basalto<br />

a foidi<br />

Fonolite Tefrite<br />

Basanite<br />

60 60<br />

Foiditite<br />

F<br />

10


CLASSIFICAZIONE DEL<strong>LE</strong> <strong>ROCCE</strong> MAGMATICHE<br />

% in peso di Na2O+ K2O<br />

Wt.% Na 2O+K 2O<br />

14<br />

13<br />

11<br />

10<br />

9<br />

7<br />

6<br />

5<br />

3<br />

2<br />

1<br />

(Foid)ite<br />

37<br />

Tephrite<br />

Basanite<br />

Picrobasalt<br />

Phonotephrite<br />

Trachybasalt<br />

Basalt<br />

Tephriphonolite<br />

Basaltic<br />

trachy-<br />

andesite<br />

Basaltic<br />

Andesite<br />

Phonolite<br />

Trachyandesite<br />

Andesite<br />

Trachyte<br />

Trachydacite<br />

Dacite<br />

39 41 45 49 53 55 57 61 65 67 69 73 75<br />

ULTRABASICHE BASICHE INTERMEDIE ACIDE<br />

ULTRABASIC 45 BASIC 52INTERMEDIATE<br />

63 ACIDIC<br />

wt% SiO 2<br />

% in peso di SiO2<br />

Rhyolite<br />

Figure 2-4. Classificazione chimica delle rocce effusive basata sul contenuti in Silice e Somma degli<br />

alcali in % in peso (TAS).<br />

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