PROCESSI DI MANTELLO NELLE PERIDOTITI ... - UpperMantle.com

I PROCESSI MAGMATICI REGISTRATIDALLE PERIDOTITI DI MONTE MAGGIORELe differenti litologie presenti a Monte Maggiore e le loro relazionidi terreno permettono di studiare i processi di mantello in esseregistrati e la loro successione nel tempo.In questo massiccio sono registrati i seguenti stadi evolutivi:1) L’ACCREZIONE ALLA LITOSFERA DI PROTOLITIASTENOSFERICI2) LA PERCOLAZIONE DIFFUSA E REATTIVA DI FUSI3) LA IMPREGNAZIONE DI FUSI4) LA PERCOLAZIONE CANALIZZATA DI FUSI5) LA PRECOCE INTRUSIONE DI DICCHETTI GABBRICI EDI CUMULATI FEMICI-ULTRAFEMICI6) L’INTRUSIONE DI DICCHI GABBRICI E DI PICCOLICORPI DI ROCCE GABBRICHE ad affinita’ MORB

QUESTO SEMINARIO INTENDE:1) PRESENTARE LE CARATTERISTICHE DITERRENO, PETROGRAFICO-STRUTTURALI ECOMPOSIZIONALI DELLE DIFFERENTILITOLOGIE PRESENTI A MONTE MAGGIORE;2) PRESENTARE I RAPPORTI DI TERRENO FRA LEVARIE LITOLOGIE, E QUINDI RICOSTRUIRE LASUCCESSIONE DEGLI EVENTI REGISTRATIDALLE DIVERSE LITOLOGIE;3) RICOSTRUIRE LA STORIA EVOLUTIVATETTONICO-METAMORFICA E MAGMATICAREGISTRATA NELLE PERIDOTITI DELMASSICCIO DI MONTE MAGGIORE.

ALCUNE EVIDENZE DI TERRENO

Peridotite a plagioclasio fortemente impregnata

Peridotite a plagioclasio fortemente impregnata e foliata,tagliata da un filoncello gabbrico posteriore

Contatto netto fra una peridotite a spinello reattivagranulare e una banda di dunite a spinello

Banda decimetrica di dunite a spinello di sostituzionein peridotite impregnata a plagioclasio

Contatto fra banda di dunite a spinello di sostituzionee peridotite a plagioclasio fortemente impregnata

PLGOLDunite a spinello di sostituzione: notare i cristalli cm-sizedi ol, e i film di plagioclasio che circondano le olivine, echiudono gli spazi intergranulari di percolazione del fuso

Il fuso intergranulare cristallizza anche cpx,cioe’ si forma un film gabbrico

Il film gabbrico aumenta di dimensioni ediventa una vena o un piccolo filoncello

Vena-filoncello gabbrico nella dunite di sostituzione

Filoncello gabbrico lungo il contatto fra dunite e peridotiteimpregnata a plagioclasio

Cumulati femici-ultrafemici stratificati: sono evidentibande di cumulati a olivina e pirosseni (ultrafemiche) elivelli ricchi di plagioclasio.

Strato magmatico a composizione variabile:a destra e’ ultrafemico, al centro gabbricoe a sinistra a plagioclasio prevalente

Cumulato magmatico a composizione gabbrica: notare chei pirosseni sono idiomorfi e il plagioclasio e’ interstiziale

LE LHERZOLITI LITOSFERICHEA SPINELLO

LE LHERZOLITI LITOSFERICHE ASPINELLOI caratteri distintivi:1) Composizione lherzolitica a spinello2) Struttura porfiroclastica3) Presenza di bande di pirosseniti a spinello: indicanol’intrusione, a profondita’ di facies a spinello, di fusi basalticiAl microscopio:1) Presenza di concrescimenti (clusters) di opx+sp: derivano dacompleta ricristallizzazione in facies a spinello di un precedentegranato;2) Presenza di sottili essoluzioni vermicolari di sp al bordo deiporfiroclasti di opx: indicano l’essoluzione di componenti Mg-Tschermakitiche, sotto forme di spinello, da un precedente opxpiu’ alluminifero, stabile a temperature piu’ elevate.

LE LHERZOLITI LITOSFERICHE ASPINELLOQueste lherzoliti rappresentano il protolite del mantellolitosferico, preesistente ai processi di interazione fusoperidotiteche interessarono in seguito la peridotite.Le caratteristiche petrografiche e micro-strutturaliindicano:1) La risalita della peridotite da livelli profondi, in faciesa granato, e la ricristallizzazione in facies a spinello(trasformazione granato -> opx+sp), in condizioni di Tdecrescente (essoluzione di sp da opx alluminifero)QUESTE LHERZOLITI DERIVANO DALMANTELLO ASTENOSFERICO A GRANATOACCRETO ALLA LITOSFERA ERICRISTALLIZZATO IN FACIES A SPINELLO

LE HARZBURGITI GRANULARIA SPINELLO

LE HARZBURGITI GRANULARI ASPINELLOI caratteri distintivi:1) Composizione harzburgitica a spinello e cpx, molto variabile inpercentuale (da 1 a 10%)2) Struttura granulare a grana grossa3) Assenza di bande di pirosseniti a spinello.Al microscopio:1) Presenza di microstrutture di reazione fuso-peridotite: bordi diolivina indeformata neoformata attorno ai porfiroclasti essolutie deformati di opx e cpx2) Presenza di strutture relitte del protolite: i) concrescimenti(clusters) di opx+sp, ii) essoluzioni di sp nei porfiroclasti di opx.

LE HARZBURGITI GRANULARI(REATTIVE) SPINELLOLe strutture di dissoluzione dei pirosseni di mantello e diformazione di nuova olivina indicano processi diinterazione con la peridotite da parte di un fusopercolante per meccanismi di flusso poroso e reattivo.La presenza di relitti microstrutturali del protolite indicache il processo di percolazione di fuso avvenne su unapreesistente peridotite litosferica.Il tipo di reazioni mineralogiche di dissoluzionecristallizzazioneindica che il fuso percolante erasovrassaturo in olivina e sottosaturo in pirosseni (e silice).QUESTE PERIDOTITI REATTIVE SONO STATEFORMATE DALLA PERCOLAZIONE REATTIVA DIUN FUSO SOTTOSATURO IN PIROSSENI E SILICE

LA COMPOSIZIONE IN ELEMENTIIN TRACCE (REE) DEI MINERALIDELLE HARZBURGITI REATTIVE ASPINELLO

100PERIDOTITI A SPINELLO E A PLAGIOCLASIO10Plg-peridotiticpxSample/Chondrite1Plg-peridotiti Sp-peridotitiSp-peridotitiopx0,1plag0,01La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Y Er Tm Yb LuI clinopirosseni e i plagioclasi delle peridotiti a spinello hanno REE patternsmolto frazionati in LREE. I cpx e gli opx delle peridotiti a plagioclasio hannocontenuti in REE piu’ elevati dei pirosseni delle peridotiti a spinello.

100Sample/Chondrite1010,10,01opxPlg-peridotiticpxSp-peridotitiPlg-peridotitiSp-peridotiti0,001PERIDOTITI A SPINELLO E A PLAGIOCLASIONb Ta La Ce Sr Pr Nd Zr Hf Sm Eu Gd Tb Ti Dy Ho Y Er Tm Yb Lu Sc V Cr

LA COMPOSIZIONE IN REE DEIFUSI ALL’EQUILIBRIO CON ICLINOPIROSSENI DELLEHARZBURGITI REATTIVE ASPINELLO

100Peridotiti reattive a spinello10Cpx sorgenteSample/Chondrite10,1CoN Johnson C1%C2% C3%C4% C5%C6% C7%C8% C9%C10% Sp-peridotite0,01Modello di fusione frazionatasorgente a spinellomodel Johnson 1990Kd Johnson 19980,001La Ce Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuI clinopirosseni delle peridotiti a spinello hanno REE patterns corrispondenti aquelli di cpx di peridotiti residuali di circa 5% di fusione frazionata di unasorgente di mantello astenosferico DMM in facies a spinello.Se queste peridotiti a spinello rappresentassero il protolito di mantelloastenosferico, esso sarebbe costituito da una peridotite residuale di un processodi fusione frazionata del 5%.

100Peridotiti reattive a spinelloLiquido all’equilibrio con cpxsample/chondrite1010,1Modello di fusione frazionataSorgente a spinello0 0,010,02 0,030,04 0,050,06 0,070,1 0,120,15 CC1model Ionov 2003Kd Hart&Dunn 2003La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuIl liquido all’equilibrio con i cpx delle peridotiti a spinello corrisponde a unliquido prodotto come singolo incremento di fusione da circa il 6% di fusionefrazionata di una sorgente di mantello astenosferico DMM in facies a spinello.Siccome queste peridotiti a spinello sono state formate da un processo diinterazione, i cpx della peridotite sono all’equilibrio con il fuso percolante.

LE PERIDOTITI A SPINELLODISCUSSIONELe peridotiti a spinello mostrano da zona a zona quantita’ in cpxestremamente variabile (da 1 a 10%): questo indicherebbe che laperidotite a subito gradi di fusione parziale molto variabili da zonaa zona. Per i diversi campioni, il grado di fusione (= impoverimentodi cpx) varierebbe da pochi % fino a circa il 20% di fusione.Al contrario, i cpx dei diversi campioni hanno tutti REE patternsmolto simili, e fortemente frazionati (impoveriti) in LREE. Inoltre:1) I cpx di tutti i campioni di roccia hanno composizioni in REEcorrispondenti a quelle dei cpx di una peridotite residuale di unprocesso di fusione frazionata di circa 5% di una sorgente dimantello astenosferico DM in facies a spinello ;2) Tutti i cpx sono quindi all’equilibrio con un fuso prodotto perbassi gradi (5%) di fusione di una sorgente di mantelloastenosferico di tipo DMM (Depleted MORB Mantle), il tipicomantello sorgente dei basalti oceanici MORB.

LE PERIDOTITI A SPINELLO SONOPERIDOTITI REATTIVELa modellizzazione geochimica sui cpx mostra quindi che lacomposizione dei cpx di tutti i campioni indicherebbe che le roccehanno subito tutte gradi di fusione molto costanti e relativamentebassi (circa il 5% di fusione frazionata).Il disaccoppiamento fra le deduzioni dalla composizione modale(cpx%) e quelle dalla composizione REE dei cpx e’ contro l’ipotesiche queste rocce siano prodotti di processi di fusione parziale.La presenza di strutture di reazione fuso/pirosseni indica inveceche tutti i campioni rappresentano il prodotto della reazione fra unfuso percolante a composizione costante (5% di fusione) e leperidotiti preesistenti.Il fuso percolante aveva, quindi, la composizione di un incrementoimpoverito (dati i bassi contenuti in elementi in tracceincompatibili) di fusione frazionata di circa 5% di una sorgenteDMM in condizioni di facies a spinello.

LE PERIDOTITI A PLAGIOCLASIO

LE PERIDOTITI A PLAGIOCLASIOI caratteri distintivi:1) Composizione ricca in plagioclasio, in concentrazioni variabilifino ad oltre il 25%.2) Struttura granulare, a volte foliata con il plagioclasioconcentrato in banderelle allungate lungo la foliazione.Al microscopio:1) Presenza di plaghe di opx che sostituiscono l’olivina di mantello;2) Presenza di cristalli di plagioclasio indeformati che taglianol’olivina deformata di mantello;3) Presenza di strutture di reazione fuso-peridotite: bordi (corone)di opx+plg che sostituiscono parzialmente i porfiroclastideformati di cpx di mantello;4) Presenza di piccole plaghe interstiziali, a volte in forma diaggregati microsimplectitici, di opx+plg, e di piccole taschemicro-gabbro-noritiche (a opx+plg).

LE PERIDOTITI A PLAGIOCLASIOQueste peridotiti sono rocce ibride, composte da unaperidotite a spinello in cui ha cristallizzato un fusobasaltico, sotto forma di materiale gabbrico.Il fuso basaltico ha inizialmente percolato la rocciaperidotitica, interagendo con olivina e cpx, e poi hainiziato a cristallizzare materiale micro-gabbrico.Le reazioni mineralogiche (reazione del fuso percolantecon l’olivina e con il cpx di mantello) indicano che il fusoera saturo in opx (silice), ma non in cpx.QUESTE PERIDOTITI ARRICCHITE INPLAGIOCLASIO E MATERIALE MICRO-GABBRICO DERIVANO DALL’IMPREGNAZIONE DIPERIDOTITI A SPINELLO DA PARTE DI UN FUSOSATURO IN SILICE

LA COMPOSIZIONE IN ELEMENTIIN TRACCE DEI MINERALI DELLEPERIDOTITI IMPREGNATE APLAGIOCLASIO

100PERIDOTITI A SPINELLO E A PLAGIOCLASIO10Plg-peridotiticpxSample/Chondrite1Plg-peridotitiSp-peridotitiSp-peridotitiopx0,1plag0,01La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Y Er Tm Yb LuI clinopirosseni e i plagioclasi delle peridotiti a spinello hanno REE patternsmolto frazionati in LREE. I cpx e gli opx delle peridotiti a plagioclasio hannocontenuti in REE piu’ elevati dei pirosseni delle peridotiti a spinello.

LA COMPOSIZIONE IN REE DEIFUSI ALL’EQUILIBRIO CON ICLINOPIROSSENI DELLEPERIDOTITI A PLAGIOCLASIO

100Peridotite a plagioclasioCpx di pe ridotite a plagioclasio10Sample/Chondrite10,10,01Mode llo di fusione frazionatasorge nte a spine lloCoN JohnsonC1%C2%C3%C4%C5%C6%C7%C8%C9%C10%Plg-peridotitemodel Johnson 1990Kd Johnson 19980,001La Ce Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuIl cpx delle peridotiti a plagioclasio ha un REE pattern che, se plottato sullamodellizzazione del processo di fusione frazionata, da informazioni ambigue.Le HREE indicano composizione simili alle REE del cpx sorgente (0% difusione), mentre il frazionamento delle LREE indicherebbe un cpx residuale daun processo di fusione frazionata di circa 4% di una sorgente di mantello DM.

100Pe rido tite a plagio clasioLiquido all’equilibrio con cpxsample/chondrite1010,1model Ionov 2003Kd Hart&Dunn 2003Modello di fusione frazionataSorgente a spinello0 0,010,02 0,030,04 0,050,06 0,070,1 0,120,15 CC2La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuSe si modellizza il liquido all’equilibrio con i cpx delle plg-peridotiti, utilizzandoKd per sistemi sottosaturi in silice, si ottengono informazioni ambigue.Per le HREE, il liquido sembra all’equilibrio con il cpx sorgente (0% di fusione),mentre per le LREE il liquido sembra simile a quello prodotto per 5% di fusionefrazionata di una sorgente di mantello astenosferico DM.

100Pe rido tite a plagio clasioLiquido all'e quilibrio con cpxsample/chondrite1010,1model Ionov 2003Kd Vannucci 1998Modello di fusione frazionataSorgente a spinello0 0,010,02 0,030,04 0,050,06 0,070,1 0,120,15 CC2La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuSe si modellizza il liquido all’equilibrio con i cpx delle plg-peridotiti utilizzandoKd per sistemi saturi in silice (dal momento che i fusi che impregnano questeperidotiti sono saturi in silice) si ottengono REE patterns dei fusi che grossomodocorrispondono a incrementi di fusione prodotti da circa il 6-7% di fusionefrazionata di un mantello sorgente astenosferico DMM in facies a spinello.

LE PERIDOTITI A PLAGIOCLASIODISCUSSIONELa modellizzazione geochimica, usando i coefficienti KDCpx/Liquido delle REE che sono utilizzati per sistemi basalticisaturi in silice, indica che la composizione in REE dei fusiall’equilibrio con i pirosseni delle peridotiti a plagioclasio e’ moltosimile ai fusi modellizzati per 6-7% di fusione frazionata di unasorgente di mantello astenosferico DMM in facies a spinello.Si puo’ dedurre che le peridotiti a plagioclasio di Monte Maggioreregistrano la percolazione e la cristallizzazione interstiziale di fusiad affinita’ MORB prodotti per 6-7% di fusione frazionata delmantello astenosferico DM in facies a spinello.Il fatto che questi fusi erano saturi in silice e opx indica che essiraggiunsero la saturazione in opx e silice mediante processi dipercolazione reattiva (dissoluzione dei pirosseni, cristallizzazione diolivina) durante la risalita per flusso poroso nella colonna dimantello litosferico sottostante la zona di impregnazione.

LO STATO TERMICO DURANTE IPROCESSI DI INTERAZIONELe indagini termometriche indicano che la percolazione reattiva el’impregnazione avvennero a condizioni termiche elevate (Tsuperiori a 1200-1250°C).Cio’ implica che il mantello litosferico relativamente freddo (T =1000-1100°C) fu riscaldato dall’astenosfera in risalita e dai fusipercolanti, fino a condizioni astenosferiche.L’ INTERAZIONE LITOSFERA/ ASTENOSFERA produsse l’EROSIONE TERMICA o TERMO-MECCANICA della litosfera.L’impregnazione avvenne a condizioni termiche leggermenteinferiori alle T di liquidus dei fusi, che iniziarono a cristallizzare.Essa avvenne quindi a livelli piu’ superficiali, dove l’effetto diperdita di calore per conduzione iniziava ad essere importante.Il fatto che l’impregnazione si sviluppo’ su litologie che avevanogia’ subito, a condizioni piu’ profonde, il processo di percolazionereattiva, indica che le peridotiti stavano risalendo.

LE DUNITI A SPINELLOI caratteri distintivi:1) Composizione esclusivamente composta da olivina e spinello;2) Struttura granulare, a grana grossa, con l’olivina che puo’raggiungere dimensioni centimetriche (vedi foto).I FILONCELLI GABBRO-NORITICISi formano come vene nelle duniti e poi intrudono con contattisfumati le peridotiti a plagioclasio incassanti (vedi foto).I CUMULATI FEMICI-ULTRAFEMICIFormano tasche decametriche all’interno di ogni tipo di peridotiteprecedentemente descritta, cioe’ queste piccole intrusioni sonosuccessive anche all’impregnazione, e coeve con i canali dunitici.Sono ricchi in opx, con pirosseni idiomorfi (vedi foto) e ordine dicristallizzazione: ol -> cpx -> opx -> plg.

LE DUNITI A SPINELLO DISOSTITUZIONEEsse spesso mostrano sottili films millimetrici diplagioclasio lungo i bordi dei grandi cristalli di olivina,che a volte aumentano di spessore e in cui cristallizzanoanche i pirosseni. Questi films diventano piccole vene, e ipirosseni diventano idiomorfi: si formano sottili filoncelligabbrici che intrudono le peridotiti incassanti.QUESTE BANDE DUNITICHE SI SONO FORMATEPER LA PERCOLAZIONE FOCALIZZATA DI FUSISOTTOSATURI IN PIROSSENI CHE HANNODISCIOLTO COMPLETAMENTE I PIROSSENI.QUESTI CANALI DUNITICI SONO STATI USATI DAFUSI PER MIGRARE: I FUSI HANNO POI INIZIATOA CRISTALLIZZARE FORMANDO I FILONCELLI

LA COMPOSIZIONE IN ELEMENTIIN TRACCE DEI MINERALI DEIFILONCELLI GABBRICI E DEICUMULATI FEMICI-ULTRAFEMICI

100FILONCELLI GABBRICIcpx10Sample/Chondrite10,1plg0,01La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Y Er Tm Yb LuI clinopirosseni e i plagioclasi dei filoncelli gabbrici hanno REEpatterns piatti nelle HREE (a 10xC1) e molto frazionati nelleLREE, analogamente a quelli dei cumulati femici-ultrafemici.

100CUMULATI FEMICI-ULTRAFEMICIcpx10Sample/Chondrite1opx0,1plg0,01La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Y Er Tm Yb LuI clinopirosseni dei cumulati femici-ultrafemici hanno REE patternspiatti nelle M-HREE (a 10xC1) e molto frazionati nelle LREE, e iplagioclasi hanno REE patterns molto frazionati nelle LREE.

10010Clinopirosseno in equilibrio con unfuso aggregato MORBSample/Chondrite10,1Clinopirosse ni de i filonce lli ede i cumulati fe mici-ultrafe mici0,01La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Y Er Tm Yb LuI cpx di filoncelli gabbrici e cumulati femici-ultrafemici hanno REE patternsmolto piu’ frazionati nelle LREE di quelli all’equilibrio con fusi aggregatiMORB.I fusi genitori di queste rocce magmatiche erano impoveriti negli elementi intracce piu’ incompatibili, cioe’ erano singoli incrementi impoveriti di fusionefrazionata (vedi oltre).

10010Plagioclasi de i filonce lli ede i cumulati fe mici-ultrafe miciSample/Chondrite1Plagioclasio in equilibriocon un fuso aggregato MORB0,10,01La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Y Er Tm Yb LuI plagioclasi dei filoncelli gabbrici e dei cumulati femici-ultrafemici hannoconcentrazioni in REE piu’ basse, e con frazionamenti negativi delle LREE,rispetto ai patterns di plagioclasi in equilibrio con fusi aggregati MORB.Il fuso genitore di queste rocce era significativamente piu’ impoverito, depleto, inelementi in tracce incompatibili rispetto ad un fuso aggregato MORB, cioe’ eraun incremento impoverito di fusione frazionata (vedi oltre).

LA COMPOSIZIONE IN REE DEIFUSI ALL’EQUILIBRIO CON ICLINOPIROSSENI DEI FILONCELLIGABBRICI E DEI CUMULATIFEMICI-ULTRAFEMICI

100Cumulati e filo nce lli g abbrici10Cpx sorgenteSample/Chondrite10,10,010,001Cpx rocceModello di fusione frazionatasorgente a spinelloCoN Johnson C1%C2% C3%C4% C5%C6% C7%C8% C9%C10% CR5/2CR33CR34model Johnson 1990Kd Johnson 1998La Ce Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuI cpx dei filoncelli gabbrici e dei cumulati femici-ultrafemici hanno REE patternsche corrispondono a quelli di pirosseni di residui refrattari dopo circa 4-5% difusione frazionata di una sorgente di mantello astenosferico DMM in facies aspinello.Queste rocce sono magmatiche, e quindi questo confronto ha poco significato: sideve modellizzare rispetto a fusi primari prodotti per fusione frazionata.

100Cumulati e filoncelli gabbriciLiquidi all'e quilibrio con i cpxsample/chondrite1010 0,010,02 0,030,04 0,050,06 0,070,1 0,120,15 CR33CR34 CR5/20,1Mode llo di fusione frazionatasorge nte a spine llomodel Ionov 2003Kd Hart&Dunn 2003La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuI REE patterns dei liquidi calcolati all’equilibrio con i cpx dei cumulati e deifiloncelli gabbrici corrispondono a liquidi prodotti per circa il 5-6% di fusionefrazionata di una sorgente di mantello astenosferico DMM in facies a spinello.

100MORBLiquidi all'equilibrioSample/Chondrite101cpx0,1Filonce lli ecumulati fe mici-ultrafe miciLa Ce Nd Sm Eu Dy Er YbI liquidi all’equilibrio con i cpx dei filoncelli gabbrici e dei cumulati femiciultrafemicihanno contenuti significativamente piu’ bassi in REE e un ben piu’marcato frazionamento delle LREE rispetto a fusi aggegati MORB.Questo e’ in perfetto accordo con il fatto che i liquidi primari di queste rocceintrusive erano singoli incrementi impoveriti (5-6% di fusione) di fusionefrazionata di un mantello sorgente astenosferico DMM in facies a spinello.

FILONCELLI E CUMULATIDISCUSSIONELe vene e i filoncelli si formano per cristallizzazione dei fusi chepercolano nelle duniti e vengono espulsi in vene intrusive.Le tasche di cumulati, analogamente, rappresentano laconcentrazione di questi fusi e la loro cristallizzazione intrusiva.I minerali magmatici dei filoncelli gabbrici e dei cumulati femiciultrafemicihanno concentrazioni impoverite negli elementi intracce piu’ incompatibili (LREE, Ti, Sr, Zr) e mostrano unacomposizione piu’ impoverita, rispetto alla composizione deiminerali in equilibrio con un basalto MORB e ai minerali deigabbri MORB oceanici ed ofiolitici. La modellizzazione geochimicaindica che la composizione in REE dei fusi all’equilibrio con lacomposizione dei clinopirosseni magmatici di queste rocce mostrapatterns delle REE frazionati per le LREE, significativamentedifferenti da un normale fuso aggregato MORB.

I FUSI PRIMARI DI FILONCELLI ECUMULATILa formazione dei fusi primari capostipiti di questi cumulati e’stato un processo di fusione frazionata e i fusi rappresentano singoliincrementi impoveriti di fusione, formati per gradi di fusione dicirca 5-6% di un mantello astenosferico DMM in facies a spinello.La composizione in elementi in tracce (REE) dei minerali deicumulati femici-ultrafemici e dei filoncelli gabbrici indica che:1) essi si originarono per cristallizzazione da fusi che erano statiformati come singoli incrementi impoveriti di fusione frazionata diun mantello astenosferico;2) questi fusi non subirono aggregazione con altri incrementi difusione piu’ arricchiti in elementi incompatibili, per formare fusiaggregati MORB;3) Questi fusi sopravvissero isolati e non subirono processi diinterazione con la peridotite, risalendo lungo i canali di dunite.

IL PROCESSO DI INTERAZIONEASTENOSFERA/LITOSFERAPER PERCOLAZIONE DI FUSI- LA PRODUZIONE DI SINGOLI INCREMENTI IMPOVERITIDI FUSIONE FRAZIONATA NELL’ ASTENOSFERA- LA RISALITA DEI FUSI NEL MANTELLO LITOSFERICO* L’IMPOVERIMENTO DEI LIVELLI PROFONDI- Interazione fuso/peridotite (dissoluzione dei pirosseni dimantello e cristallizzazione di olivina)- Saturazione in opx e silice del fuso percolante* LA RIFERTILIZZAZIONE DEI LIVELLI SUPERFICIALI- L’arricchimento in materiale basaltico per cristallizzazioneinterstiziale (aggregati microgranulari gabbro-noritici)- L’arricchimento in elementi in tracce delle fasi di mantello

INTERAZIONE ASTENOSFERA/LITOSFERAEROSIONE TERMOCHIMICA DEL MANTELLOLITOSFERICOLA PERCOLAZIONE REATTIVA E L’IMPREGNAZIONE4Lherzoliti a spinellopre-impregnazioneT = 1000-1100°CZONA DIIMPREGNAZIONE433Mantello litosfericoimpregnato-rifertilizzatodai fusi impoveritiT >= 1250°CZONA DIPERCOLAZIONEREATTIVA22Mantello litosfericopercolato per flussoporoso reattivo dai fusiimpoveritiASTENOSFERA11 Fusione frazionata conformazione di singoliincrementi impoveritidi fusione

INTERAZIONE ASTENOSFERA/LITOSFERALA PERCOLAZIONE FOCALIZZATA E L’INTRUSIONEZONA IMPREGNATAE RIFERTILIZZATA35626 Cristallizzazione interstizialedi plg-cpx-opx nelle dunitiFormazione di vene, dicchetti etasche di cumulati gabbro-noriticiCristallizzazione .di fusi impoveriti5 Formazione dei canali di duniteFlusso focalizzato dei fusinei canali di duniteMigrazione di fusi impoveritiZONA IMPOVERITA2 Mantello litosferico impoveritoper dissoluzione dei pirosseniASTENOSFERA11 Formazione di singoli incrementiImpoveriti di fusione frazionata

L’INTRUSIONE SUPERFICIALELA FORMAZIONE DEI DICCHI GABBRICI EDI PICCOLE MASSE INTRUSIVEIN CONDIZIONI FRAGILI

Filone gabbrico con contatti rettilinei e bordi raffreddati

Filone gabbrico con contatti rettilinei e bordi raffreddati

Tasca di cumulo di olivina, con plagioclasiointerstiziale

Tasca di cumulo di olivina con plagioclasiointerstiziale

Megacristalli di clinopirossenoin gabbro pegmatoide

I DICCHI E LE INTRUSIONI GABBRICHETutte le litologie precedenti (peridotiti litosferiche, peridotitireattive, peridotiti a plagioclasio e canali di dunite) sono tagliate, concontatti rettilinei, da filoni di Mg- e Fe-gabbri, a grana da grossolanaa pegmatoide, che possono raggiungere lo spessore di oltre un metroe da intrusioni di masse decametriche di Mg- e Fe-gabbri a granagrossolana fino a pegmatoide.I contatti netti, e la diminuzione di grana dei gabbri presso ilcontatto con l’incassante (margini raffreddati o chilled margins)indicano che l’intrusione avvenne quando le peridotiti avevanoraggiunto livelli relativamente freddi e superficiali, e avevano uncomportamento rigido e fragile.La presenza di Mg- e Fe-gabbri indica che i fusi capostipiti eranoevoluti per cristallizzazione secondo un trend tipo Fenner, e lediverse rocce erano cristallizzate da fusi variamente evoluti.

LA COMPOSIZIONE IN ELEMENTIIN TRACCE DEI MINERALI DEIFILONI GABBRICI E DELLETASCHE DI CUMULO DI OLIVINA

100ClinopirosseniSample/Chondrite101Clinopirosseno all'equilibriocon un fuso aggregato MORBI FILONI GABBRICI0,1La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Y Er Tm Yb LuI cpx dei filoni gabbrici mostrano un grosso intervallo di concentrazione delleREE, e frazionamenti abbastanza costanti delle LREE. L’aumento nei contenutidelle REE indica che i cpx cristallizzarono da fusi progressivamente piu’ ricchi inREE (e elementi incompatibili), cioe’ da fusi progressivamente piu’ differenziati.I cpx a concentrazioni piu’ basse, cioe’ all’equilibrio con i fusi piu’ primitivi,forse con i fusi primari, sono molto simili a cpx di fusi MORB, confermando ilcarattere di fusi aggregati MORB per i fusi primari dei filoni gabbrici.

100I FILONI GABBRICISample/Chondrite101Plagioclasio all'equilibriocon un fuso aggregato MORBPlagioclasi0,1La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Y Er Tm Yb LuI patterns REE dei plagioclasi dei filoni gabbrici mostrano concentrazioni piu’elevate delle LREE e un frazionamento positivo delle LREE, rispetto al patterndel plg all’equilibrio con un fuso aggregato MORB.Questo puo’ voler dire che i fusi fusi primari capostipiti dei filoni gabbrici eranoleggermente piu’ ricchi in elementi molto incompatibili (es. le LREE).

FILONI E INTRUSIONI GABBRICHEDISCUSSIONEI clinopirosseni di queste rocce magmatiche hanno REE patternsrelativamente piatti dalle HREE alle MREE, con un significativofrazionamento delle LREE. I contenuti in REE aumentanoandando dai cpx dei gabbri piu’ primitivi (M-HREE a circa 10xC1)a quelli dei gabbri piu’ differenziati (M-HREE a circa 50xC1).I clinopirosseni dei piu’ primitivi gabbri ad olivina hanno REEpatterns molto simili a quelli dei cpx all’equilibrio con fusi primariMORB e di cpx degli olivin gabbri piu’ primitivi di ofioliti MORBdel sistema Alpino-Appenninico e di sequenze oceaniche MORB.I plagioclasi hanno patterns delle REE che mostrano unprogressivo arricchimento andando dalle HREE verso le LREE euna forte anomalia positiva in Eu N : questi patterns (cioe’ ilfrazionamento positivo delle LREE) sono simili a quelli diplagioclasi in equilibrio con fusi primitivi MORB.

I FUSI PRIMARI DEI FILONI EDELLE INTRUSIONI GABBRICHELa modellizzazione geochimica della composizione in REE dei fusiall’equilibrio con i gabbri olivinici piu’ primitivi indica che i fusiprimitivi dei filoni gabbrici di Monte Maggiore hanno patternsdelle REE piuttosto piatti, a valori di circa 30xC1, con un leggerofrazionamento negativo delle LREE. Questi patterns sono moltosimili a quelli di un normale fuso primitivo aggregato MORB e deifusi all’equilibrio con i clinopirosseni degli olivin gabbri piu’primitivi delle sequenze ofiolitiche dell’Appennino e della DorsaleMedio-Atlantica.IN CONCLUSIONE, I FUSI PRIMARI DI QUESTIDICCHI GABBRICI AVEVANO LA COMPOSIZIONEDEI FUSI AGGREGATI MORB PRIMARI DISEQUENZE OCEANICHE E OFIOLITICHE.

LA SEQUENZA DEI PROCESSI DIMANTELLO-ACCREZIONE ALLA LITOSFERA DI MANTELLOASTENOSFERICO;- RICRISTALLIZZAZIONE AL GRADIENTE REGIONALE(facies a spinello, T = 1000-1100°C);- FUSIONE DECOMPRESSIONALE DELL’ASTENOSFERA;- PERCOLAZIONE REATTIVA (dissoluzione pirosseni,formazione olivina, T > 1250°C) DEI FUSI ASTENOSFERICINEL MANTELLO LITOSFERICO PER FLUSSO POROSO;- IMPREGNAZIONE DI FUSO (sostituzione di opx su ol, reazioniopx+pl su cpx, aggregati granulari opx+pl, T = 1200°C);- PERCOLAZIONE FOCALIZZATA IN CANALI DI DUNITE(dissoluzione completa dei pirosseni);- FORMAZIONE DI DICCHETTI GABBRO-NORITICI;- FORMAZIONE DI TASCHE DI CUMULATI FEMICI-ULTRAFEMICI

ETA’ DEI PROCESSI DIINTERAZIONE E DI INTRUSIONEDati isotopici disponibili indicano che a Monte Maggiore:1) le peridotiti a spinello, interpretate come residui refrattari dellafusione oceanica (Rampone et al., 2005), o come peridotiti reattive(Piccardo et al. 2004a) presentano eta’ modello Sm-Nd per questiprocessi di 165+/-14 Ma;2)l’impregnazione dei fusi MORB avvenne a 155+/-6 Ma (Ramponee Piccardo, 2003);3)L’intrusione dei dicchi gabbrici MORB avvenne a 162+/-10 Ma(Rampone et al., 2005).Questi dati, tenendo conto dell’errore di determinazione, indicanoche i processi di percolazione, di impregnazione e di intrusione deifusi ad affinita’ MORB furono vicini nel tempo e che i diversieventi magmatici furono tutti correlati allo stadio GiurassicoMedio di fusione parziale dell’astenosfera, in connessione conl’estensione della litosfera e la risalita adiabatica dell’astenosfera.

L’EVOLUZIONE GEODINAMICA DELMANTELLO LITOSFERICOIn tempi pre-Giurassici, precedenti la comparsa di fuso nel sistema,la sezione di mantello rappresentata dalle peridotiti di MonteMaggiore apparteneva al mantello litosferico del sistema Europa-Adria, a cui si era accreta in tempi piu’ antichi, con completaricristallizzazione a spinello, intrusioni di pirosseniti a spinello ecc.Durante la residenza nel mantello litosferico queste peridotiti eranoa T = 1000-1100°C, equilibrate al gradiente regionale.Successivamente, la litosfera subi’ processi estensionali cheprovocarono:1) l’assottigliamento della litosfera, con progressiva esumazione delmantello litosferico verso livelli piu’ superficiali;2) la risalita adiabatica del mantello astenosferico, che subi’processi di fusione frazionata per decompressione, con produzionedi fusi ad affinita’ MORB.

L’EVOLUZIONE “MAGMATICA” (MELT-RELATED) DEL MANTELLO LITOSFERICOI fusi prodotti risalirono nel mantello litosferico provocando:1) la percolazione pervasiva, l’impregnazione e la percolazionefocalizzata di fusi astenosferici (singoli incrementi di fusione adaffinita’ MORB) in condizioni “calde” (T > 1200-1250°c);2) l’ intrusione in condizioni piu’ fredde (rigide e fragili) di fusiaggregati MORB, che producono le litologie gabbriche classicamentericonosciute come materiale della “crosta oceanica”.i due eventi, ben distinti nel tempo, rappresentano due stadinell’evoluzione estensionale con esumazione verso la superficie delmantello durante l’apertura del bacino:1) uno stadio di “percolazione” e di “cattura” nel mantellolitosferico dei fusi singoli incrementi di fusione ad affinita’ MORB;2) uno stadio “intrusivo-effusivo” di fusi aggregati MORB, chesubiscono differenziazione per cristallizzazione, con formazione dellelitologie Mg- e Fe-gabbriche, tipiche della crosta oceanica MORB.

CONSIDERAZIONI CONCLUSIVEIL “FREDDO” MANTELLO LITOSFERICO (T = 1000-1100°C)RAPPRESENTATO DALLE PERIDOTITI DI MONTE MAGGIOREREGISTRA DUE DISTINTI CICLI DI PROCESSI “MAGMATICI”:1) LA PERCOLAZIONE PERVASIVA, L’IMPREGNAZIONE E LAPERCOLAZIONE FOCALIZZATA DI FUSI ASTENOSFERICI (SINGOLIINCREMENTI DI FUSIONE AD AFFINITA’ MORB) IN CONDIZIONI“CALDE” (T > 1200-1250°C);2) L’ INTRUSIONE IN CONDIZIONI PIU’ FREDDE (RIGIDE E FRAGILI)DI FUSI AGGREGATI MORB, CHE PRODUCONO LE LITOLOGIECLASSICAMENTE RICONOSCIUTE COME “CROSTA OCEANICA”I DUE EVENTI, BEN DISTINTI NEL TEMPO, RAPPRESENTANO DUESTADI NELL’EVOLUZIONE ESTENSIONALE CON ESUMAZIONE VERSOLA SUPERFICIE DEL MANTELLO DURANTE L’APERTURA DELBACINO:1) UNO STADIO DI “PERCOLAZIONE” E DI “CATTURA” NELMANTELLO LITOSFERICO DEI FUSI ASTENOSFERICI;2) UNO STADIO “INTRUSIVO-EFFUSIVO” DI FORMAZIONE DICROSTA OCEANICA