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ELEMENTI MAGGIORI

Elementi maggiori“Analisi per via umida (wet-chem)”: metodigravimetrici/volumetriciCaratteristiche delle moderne tecniche spettroscopiche:Maggiore velocità;Possibilità di analizzare a concentrazioni molto basseRichiedono l’uso di standardLe concentrazioni degli elementi maggiori sonoespresse come peso percentuale (wt%) degliossidi

ANALISI CHIMICHE DELLE ROCCEIn the early days of chemical analysis, rocks were broken down into different oxides andthe amounts of each oxide were weighed. For this reason, chemical analyses ofigneous rocks have always been reported as weight percentages of oxides, rather thanas separate elements. In almost all igneous rocks, the most abundant of these oxides issilica (SiO 2). For example, here are the results of the analysis of a type of granite fromNova Scotia.Most modern analyses are carried out not by using 'wet' chemicalmethods on a laboratory bench. Instead, we direct a beam of fastmovingelectrons onto a sample and detect the X-rays that aregiven off from the different kinds of atoms.SiO 2Al 2O 3Fe 2O3MgOCaONa 2OK 2O73.9%14.3%1.5%0.8%0.4%3.5%4.5%

Spettrometro XRF del Dipartimento di Scienze Geologiche di CtPreparazione dipasticche per XRF

Major ElementsModern Spectroscopic TechniquesEmittedradiationEmissionDetectorOutput withemission peakEnergy SourceSampleAbsorbedradiationAbsorptionDetectorOutput withabsorption troughFigure 8-1. The geometry of typical spectroscopic instruments. From Winter (2001) AnIntroduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Element Wt % Oxide Atom %O 60.8Si 59.3 21.2Al 15.3 6.4Fe 7.5 2.2Ca 6.9 2.6Mg 4.5 2.4Na 2.8 1.9Abbondanze degli elementinella crosta terrestreElementi maggiori: di solito in quantità > 1%SiO 2Al 2O 3FeO* MgO CaO Na 2O K 2O H 2OElementi minori: di solito compresi tra 0.1 - 1%TiO 2MnO P 2O 5CO 2Elementi in traccia:di solito < 0.1%(tutti gli altri)

Tipica analisi di una rocciaWt. % Oxides to Atom % ConversionOxide Wt. % Mol Wt. Atom prop Atom %SiO 2 49.20 60.09 0.82 12.25TiO 2 1.84 95.90 0.02 0.29Al 2 O 3 15.74 101.96 0.31 4.62Fe 2 O 3 3.79 159.70 0.05 0.71FeO 7.13 71.85 0.10 1.48MnO 0.20 70.94 0.00 0.04MgO 6.73 40.31 0.17 2.50CaO 9.47 56.08 0.17 2.53Na 2 O 2.91 61.98 0.09 1.40K 2 O 1.10 94.20 0.02 0.35H 2 O + 0.95 18.02 0.11 1.58(O) 4.83 72.26Total 99.06 6.69 100.00Must multiply by # of cations in oxide ↑

Analisi chimicheTable 8-3. Chemical analyses of somerepresentative igneous rocksPeridotite Basalt Andesite Rhyolite PhonoliteSiO2 42.26 49.20 57.94 72.82 56.19TiO2 0.63 1.84 0.87 0.28 0.62Al2O3 4.23 15.74 17.02 13.27 19.04Fe2O3 3.61 3.79 3.27 1.48 2.79FeO 6.58 7.13 4.04 1.11 2.03MnO 0.41 0.20 0.14 0.06 0.17MgO 31.24 6.73 3.33 0.39 1.07CaO 5.05 9.47 6.79 1.14 2.72Na2O 0.49 2.91 3.48 3.55 7.79K2O 0.34 1.10 1.62 4.30 5.24H2O+ 3.91 0.95 0.83 1.10 1.57Total 98.75 99.06 99.3 99.50 99.23

Utilizzo dei dati degli elementimaggiori1. Per classificare le rocce;2. Per costruire i diagrammi di variazione;3. Come mezzo di confronto con composizionideterminate sperimentalmente, le cuicondizioni genetiche sono note.Inoltre gli elementi maggiori possono essere utilizzati, insieme agli elementi in traccia, per identificarel’ambiente tettonico originario delle rocce ignee e dialcune rocce sedimentarie.

1. ClassificazioneTAS = (Total Alkalis vs Silica)635745 52SiO 2%Classificazione chimica dellerocce vulcaniche

Rocce plutonicheWilson (1989) adatta alle rocce plutoniche il diagramma classificativoTAS (Total Alkalis vs Silica) di Cox et al., 1979

De La Roche et aliiDe La Roche et al. (1980), propongono uno unapproccio per classificare le rocce plutonicheutilizzando valori cationici/molecolariIn pratica, la percentuale dell’ossido considerato (wt%)viene divisa per il peso equivalente dell’ossido ricalcolandoad un catione.O, se si preferisce, il peso percentuale dell’ossido (wt% )viene diviso per il peso molecolare dell’ossido emoltiplicato per il numero di cationi nell’unità di formulawt%ossidoproporzion i _catione =*n°cationi(u.f.)PM

Così, ad esempio, la percentuale wt% di SiO 2viene divisa per 60.09 (PM). Tuttavia, wt%Al 2 O 3 viene diviso per 101.96 e poi moltiplicatoper 2. In alcuni casi, le proporzioni cationichevengono moltiplicate per 1000 e descritte comemillicationiI risultati vengono proiettati su un grafico xyutilizzando i parametri R1 ed R2R1 = [4Si – 11 (Na + K) – 2 (fe + Ti)]R2 = (Al + 2Mg + 6Ca)

Esempio di calcolo dei cationi partendo dallacomposizione (wt% ossidi) di una tonalite media

R1 = [4Si – 11 (Na + K) – 2 (Fe + Ti)]R2 = (Al + 2Mg + 6Ca)

Vantaggi di questo schema classificativo:-Per classificare la roccia, si utilizza tutto il suochimismo degli elementi maggiori;- lo schema è sufficientemente generale da essereapplicato a tutti i tipi di rocce ignee;- sul diagramma possono essere proiettate anche lecomposizioni dei minerali, permettendo così uncomfronto tra dati chimici e modali; e-Possono essere mostarti il grado di saturazione insilice e le variazioni nella composizione dei feldspati.Svantaggi:Questo diagramma classificativo non sempre èfacile da utilizzare. I parametri R1 ed R2 nonhanno un significato immediato, rendendo ildiagramma difficile da capire a prima vista.

Diagrammi di variazioneCome mostrare i dati chimici in manierasignificativa?Na 2O+K 2O

Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volcanic rocksfrom Crater Lake (Mt. Mazama), Oregon Cascades. Data compiled byRick Conrey (personal communication).

Figure 18-2. Alumina saturation classes based on the molar proportions of Al 2O 3/(CaO+Na 2O+K 2O)(“A/CNK”) after Shand (1927). Common non-quartzo-feldspathic minerals for each type areincluded. After Clarke (1992). Granitoid Rocks. Chapman Hall.

Rocce basiche ed ultrabasicheSr (ppm)160014001200100080060040020005 10 15 20 25 30 35 40Zr (ppm)756045301505 10 15 20 25 30 35 40Ni (ppm)3000250020001500100050005 10 15 20 25 30 35 40CaO (wt%)MgO (wt%)18151296305 10 15 20 25 30 35 40MgO (wt%)Cr (ppm)V (ppm)5000400030002000100005 10 15 20 25 30 35 404504003503002502001501005005 10 15 20 25 30 35 40MgO (wt%)

Rocce carbonaticheSiO2 (wt%)87654321040 45 50 55FeOtot0.50.40.30.20.1040 45 50 55CaO (w t%)CaOAl2O3 (wt%)2.521.510.5sr (ppm)140012001000800600400Serie1020040 45 50 5500 10 20 30 40 50 60CaO (w t%)CaO (wt%)

Sabbie quarzose (Australia orientale).

La classificazione chimica delle roccesedimentarieClassificazione delle arenarie terrigeneutilizzando il diagramma di Pettijohn (1972)modificato da Herron (1988).

La classificazione chimica delle roccesedimentarieDa Herron, 1988

Riassumendo: Scelta dei diagrammi divariazioneDue sono i principali diagrammi divariazione utilizzati attualmente daigeochimiciDiagrammi binariDiagrammi divariazionetriangolari

Diagrammi binariLo scopo principale dei diagrammi binari è dimostrare variazioni tra i campioni ed identificare itrend.Pertanto, l’elemento sull’asse delle X deldiagramma dovrebbe essere selezionato permostrare la massima variabilità tra i campioni oper illustrare un particolare processo geochimico.SiO2; MgO; Al2O3; CaO

Diagrammi binari:diagrammi di HarkerSiO2Sono i diagrammi utilizzati più frequentemente per molterocce ignee e per associazioni di rocce sedimentarie concontenuto in quarzo variabileDiagrammi binariMgOCostituiscono una alternativa ai diagrammi di Harker; sonoappropriati per rocce (basiche) ed ultrabasiche, in cuil’intervallo composizionale di SiO2 può essere moltoristretto.

Diagrammi binari:Diagrammi binariCaOCostituiscono una alternativa ai diagrammi di Harker;sono appropriati per rocce sedimentarie carbonaticheDiagrammi binariNumero di magnesiomg = 100[MgO/(MgO+FeO)]Il numero di magnesio è particolarmente utile comeindice del frazionamento dei cristalli nei liquidi basaltici