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Composizione, caratteristiche fisiche e origine dei magmi Lezione del 7 marzo 2012 Vulcanologia.

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Presentazione sul tema: "Composizione, caratteristiche fisiche e origine dei magmi Lezione del 7 marzo 2012 Vulcanologia."— Transcript della presentazione:

1 Composizione, caratteristiche fisiche e origine dei magmi Lezione del 7 marzo 2012 Vulcanologia

2 Basalto Subalcalino Basalto Alcalino AndesiteRiolite SiO 2 peso % TiO Al 2 O Fe 2 O FeO MnO MgO CaO Na 2 O K2OK2O P2O5P2O H2OH2Ovariabile

3 CaO FeO t K2OK2O Na 2 O Al 2 O SiO 2 % MgO P2OP2O peso % ossidi

4 Struttura dei liquidi silicatici miscela di ossidi o miscela di silicati?

5 Rocce = Magmi? BasaltoGranito

6 Nesosilicati Inosilicati Fillosilicati Tectosilicati

7 Cristalli e fusi

8 Grado di polimerizzazione Fuso polimerizzato Fuso depolimerizzato

9 Grado di polimerizzazione dei magmi Costruttori di polimeri (Si, P) Distruttori di polimeri (Ca, Mg, Fe, Na, etc.) H 2 O? CO 2 ? Magmi: miscela di silicati

10 += O° (O bridging) + H 2 O (vapore) = 2 OH EFFETTO DEPOLIMERIZZATORE DELL’ACQUA CO 2 si dissolve nei magmi come molecole di CO 2

11 Componenti volatili dei magmi H 2 O, CO 2, Cl, F, S, gas nobili

12 CO % 2 Pressione (Gpa) Solubilità di CO 2 nei magmi basaltici H O % 2 Pressione (Gpa) Solubilità di H 2 O nei magmi basaltici e riolitici Riolite Basalto

13 H O % 2 Temperatura °C Solubilità di H 2 O nei magmi riolitici a 0.1 GPa (3.5 km) CO 2 % Temperatura °C Solubilità di CO 2 nei magmi basici a 0.1 GPa (3.5 km)

14 Cloro, fluoro, zolfo Cl ppm SiO % F ppm SiO % Cl ppm H O % S ppm T °C 0.4 GPa 0.2 GPa Oss. Rid.

15 Caratteristiche fisiche dei magmi Temperatura Viscosità Densità Capacità termica, entapia, entropia

16 Presione (GPa) Temperatura (°C) Presione (GPa) Temperatura (°C) 1.0 RIOLITE BASALTO Solidus idrato Solidus anidro Liquidus anidro Liquidus idrato Solidus anidro Liquidus anidro Liquidus idrato

17 Origine e trasporto del magma (Fusione del mantello) E’ fondamentale capire che le rocce sono sistemi multicomponenti e quindi fondono all’interno di un intervallo di temperatura. Esistono tre modi per fondere una roccia e generare magma. Il più ovvio è di aumentare la temperatura (T). Nella Terra, comunque, gli altri due metodi sono dominanti: la fusione per un abbassamento di pressione (P) e per un cambiamento della composizione chimica (X) del sistema che abbassa la sua temperatura di solidus. Magmasurriscaldato Temperatura di Solidus Temperatura di Liquidus Cristalli + Liquido Roccia Tutto solido Tutto liquido

18 Viscosità.

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20 Pascal. sec e Poise Sistema InternazionaleSistema Internazionale è il pascal per secondopascalsecondo

21 Viscosità

22 Viscosità dei magmi anidri

23 Variazione della viscosità durante la cristallizzazione frazionata

24 Effetto di H 2 O sulla viscosità in un liquido riolitico Log 10  H 2 O % += O° (O bridging) + H 2 O (vapore) = 2 OH

25 Effetto della pressione sulla viscosità Cambio di coordinazione di Al con la pressione

26 Log 10  T °C Riolite Basalto

27 effects of crystallinity

28 Il numero di Reynolds è espresso come: oppure: dove: U è la velocità media del fluido, μ è la viscosità dinamica,viscosità ν è la viscosità cinematica: ν = μ / ρ,cinematica ρ è la densità del fluido,densità L è la lunghezza caratteristica del corpo Il numero di Reynolds permette di valutare se il flusso di scorrimento di un fluido è in regime laminare o turbolento.regime laminareturbolento In un condotto un fluido viene considerato in regime laminare se il valore numerico di Re è inferiore a 2100, turbolento se superiore a Se 2100 < Re < si è in regime di transizione.fluido

29  =  M i X i /  V i X i Densità Dove –M i = peso molecolare del componente i –X i = frazione molare del componente I –V i = volume molare del componente i Gli ossidi principali possono essere considerati come i componenti I vari ossidi hanno simili volumi molari Ma i pesi molecolari sono molto diversi (es., M i ~30 g/mol per Si 1/2 O and ~72 g/mol for FeO), e, pertanto, essi controllano la densità dei magmi I magmi hanno in genere una densità inferiore di circa il 10% rispetto alla roccia solida equivalente

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34 Origine e risalita dei magmi Evoluzione magmatica Cristallizzazione frazionata Mescolamento Assimilazione

35 _ _ _ _ 800 Temperatura C° solido+liquido Pressione GPa Profondità km _ _ _ _ campo della perotite solida Solidus secco Solidus con H O 2 solidus con CO 2 Comportamento della peridotite ad alte P-T Condizioni per la formazione dei magmi nel mantello: 1 – Temperature anomale 2 – Presenza di CO 2 3 – Presenza di H 2 O Geoterma Adiabatica

36 Wet solidus Geoterma Adiabatica T potenziale

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40 Tettonica a zolle e vulcanismo H2OH2O CO 2 Fig. 1.9 Calcalcalino Tholeiitico - alcalino TholeiiticoCalcalcalino Tholeiitico - alcalino

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42 Astenosfera Lid Crosta Moho Camera magmatica Dicchi di alimentazione

43 Camere magmatiche

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46 Figura 13

47 Cristallizzazione frazionata Formazione dei minerali e separazione dal magma

48 MineraleFormula chimica QuarzoSiO 2 Olivina(Mg,Fe) 2 SiO 4 ortoclasio Microclino (Feldspati potassici) KAlSi 3 O 8 Pirosseni(Mg,Ca,Fe) 2 Si 2 O 6 Sanidino(K, Na)AlSi 3 O 8 AnfiboliFormula sempl. Ca 2 (Mg,Fe) 5 Si 8 O 22 (OH) 2 Plagioclasi (Albite-Anortite) NaAlSi 3 O 8 CaAl 2 Si 2 O 8 BiotiteK(Mg,Fe) 3 (AlSi 3 O 10 ) (OH) 2 NefelinaNaAlSiO 4 LeuciteKAlSi 2 O 6 Principali minerali magmatici: ordine di cristallizzazione

49 SiO 2 % MgO% FeO% CaO% K 2 O% Na 2 O% H 2 O % SiO 2 % Effetti della cristallizzazione frazionata

50 H 2 O SiO 2 Effetti della cristallizzazione frazionata

51 SiO 2 Basalti calcalcalini e toleiitici andesite Andesite Dacite Riolite Trachite Trachidacite Benmoreite latite Basalti transizionali Basanite Tephrite fonolite Foidite Riolite alcalina Mugearite basalto alcalino Na O+ K O Na O+ K O SiO 2 basalto calcalcalino basalti alcalini (Na-K) basalti transizionali (Na-K) 2 2 serie toleiitica basalto toleiitico serie alcalina serie transizionale serie calcalcalina

52 Mescolamento SiO 2 % MgO % Trend di cristallizzazione frazionata Trend di mescolamento Magma acido Magma basico

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