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Corso di PETROGRAFIA Laurea Triennale in Geologia A.A. 2011-2012 Angelo Peccerillo tel: 075 5852608 home page:

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1 Corso di PETROGRAFIA Laurea Triennale in Geologia A.A Angelo Peccerillo tel: home page: Lezione del 13 Dicembre 2011

2 Metamorfismo progrado e metamorfismo retrogrado Quando le rocce formatesi in condizioni superficiali vengono portate in profondità all'interno della Terra, esse vengono sottoposte a pressioni e temperature crescenti e si trasformano in rocce metamorfiche di grado sempre più elevato. Il metamorfismo che si realizza in condizioni di P e T crescenti, viene detto metamorfismo progrado. Tuttavia, una volta formate, molte rocce metamorfiche sono sottoposte a sollevamento, specialmente dopo la collisione continentale, e vengono portate verso la superficie (riesumazione metamorfica), dove le possiamo osservare in affioramento, dopo l'asportazione della copertura rocciosa da parte degli agenti erosivi. Nel corso del passaggio dalle condizioni di metamorfismo più o meno alto alla superficie terrestre, le rocce subiscono un decremento di P e T. I minerali e le strutture di alto grado metamorfico tendono a raggiungere l'equilibrio nelle decrescenti condizioni termobariche. Le trasformazioni mineralogiche e strutturali che si verificano durante il decremento di P-T prendono il nome di metamorfismo retrogrado (diaftoresi).

3 Metamorfismo progrado e metamorfismo retrogrado Le reazioni che si realizzano durante il metamorfismo progrado sono generalmente più veloci di quelle del metamorfismo retrogrado. La differenza tra le cinetiche di reazione dipende essenzialmente dal fatto che nel metamorfismo progrado sono generalmente presenti abbondanti quantità di fluidi che accelerano le trasformazioni mineralogiche. I fluidi vengono largamente persi nelle reazione che si verificano durante la risalita della temperatura e il successivo metamorfismo retrogrado si verifica in condizioni di bassa pressione di fluidi con conseguente rallentamento delle reazioni metamorfiche. Inoltre, il metamorfismo progrado procede generalmente per tempi più lunghi (di parecchi milioni o decine di milioni di anni) rispetto a quelli della riesumazione e del metamorfismo retrogrado. Ne deriva che pochi minerali di neoformazione si sviluppano dalle associazioni di alta P-T che sopravvivono in condizioni di disequilibrio. Pertanto, mentre le strutture e le composizioni mineralogiche di bassa P-T raramente sopravvivono al metamorfismo progrado, quelle di alto grado metamorfico si conservano quasi immutate durante il metamorfismo retrogrado. Ciò ci consente di trovare in superficie rocce metamorfiche formate a profondità di diecine o centinaia di km all'interno della Terra.

4 Reazioni metamorfiche Quando i minerali che compongono una roccia sono sottoposti ad alte pressioni e temperature, diventano instabili e si trasformano in altri minerali, più o meno per le stesse ragioni per cui un blocco di argilla si trasforma in mattone se messo a cuocere in una fornace. I minerali che si formano durante l'aumento del metamorfismo sono diversi a seconda: delle condizioni di metamorfismo (pressione, temperatura, fluidi - cioè del grado metamorfico)delle condizioni di metamorfismo (pressione, temperatura, fluidi - cioè del grado metamorfico) della composizione chimico-mineralogica della roccia originaria (protolito).della composizione chimico-mineralogica della roccia originaria (protolito). Poiché lo spettro composizionale delle rocce ignee e sedimentarie è molto ampio e le condizioni di metamorfismo sono molto variabili, la composizione mineralogica delle rocce metamorfiche può essere estremamente variabile

5 Reazioni metamorfiche Le reazioni metamorfiche avvengono in seguito a diversi meccanismi. In alcuni casi si ha una semplice trasformazione della struttura dei minerali che conservano la loro composizione chimica. Gli esempi più noti sono le trasformazioni: andalusite ↔ cianite ↔ sillimanite calcite ↔ aragonite Andalusite, cianite e sillimanite sono tre modificazioni strutturali (polimorfi) del composto Al 2 SiO 5. Calcite e aragonite sono due polimorfi del composto CaCO 3. Altre reazioni determinano una completa trasformazione mineralogica, sia con liberazione di fluidi che senza un ruolo di queste fasi. Esempi di queste due reazioni sono: muscovite + quarzo → sillimanite + K-feldspato + H 2 O albite → giadeite + quarzo

6 Reazioni metamorfiche andalusite ↔ cianite ↔ sillimanite calcite ↔ aragonite muscovite + quarzo → sillimanite + K-feldspato + H2O albite → giadeite + quarzo

7 I minerali metamorfici I minerali metamorfici sono costituiti da un gran numero di specie. Alcuni (es. quarzo, anfibolo, pirosseno, plagioclasio, etc.) si trovano anche in rocce ignee e sedimentarie. Altri sono molto abbondanti soltanto nelle rocce metamorfiche (es. muscovite, granato), pur essendo presenti anche in altri litotipi. Infine esistono minerali esclusivi del metamorfismo. Questi includono cloritoide, staurolite, cordierite, andalusite, cianite, sillimanite, vesuviana, wollastonite, etc. Alcuni minerali (es. glaucofane, albite, sillimanite, etc.) cristallizzano in campi di pressione e temperatura abbastanza ristretti; altri (es. quarzo, calcite) si formano in un ampio campo di condizioni metamorfiche. I minerali caratteristici di certe rocce metamorfiche sono detti minerali indice; la loro comparsa nei terreni metamorfici segna la transizione da una zona metamorfica ad un'altra, indicando la transizione verso un diverso di metamorfismo. Il termine viene ora usato anche per indicare quei minerali che sono stabili in campi abbastanza ristretti di T-P e che possono fornire informazioni sul tipo e grado di metamorfismo.

8 MineraleFormula chimicaTipo di metamorfismo e protolito ActinoliteCa 2 (Mg,Fe) 7 Si 8 O 22 (OH) 2 Basso-medio grado metamorfico. Protoliti basici AlbiteNaAlSi 3 O 8 Basso grado metamorfico in rocce di varia composizione Andalusite*Al 2 SiO 5 Bassa P e media T in rocce derivate da peliti ricche in Al Antofillite*(Mg,Fe) 7 Si 8 O 22 (OH) 2 Basso grado metamorfico in rocce basiche BiotiteK(Mg,Fe) 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2 Medio-alto grado metamorfico in rocce di varia composizione CalciteCaCO 3 Clorite(Mg,Fe,Al) 6 (Al,Si) 4 O 10 ( OH) 8 Basso grado metamorfico in vari tipi di roccia Cloritoide(Mg,Fe) 2 (Al,Fe 3+ ) Al 3 Si 2 O 10 (OH) 4 Metamorfismo dinamotermico di basso e medio grado in rocce pelitiche Cianite*Al 2 SiO 5 Alta pressione del metamorfismo regionale in rocce pelitiche ricche in Al 2 O 3. Cordierite*(Mg,Fe) 2 Al 4 Si 5 O 18 Metamorfismo di contatto e regionale di bassa pressione e temperatura medio-alta DiopsideCaMgSi 2 O 6 Alto grado metamorfico termico e regionale

9 MineraleFormula chimicaTipo di metamorfismo e protolito EpidotoCa 2 (Al,Fe 3+ ) 3 Si 3 O 12 (OH) Basso grado metamorfico in varie composizioni, specialmente basiche Giadeite*NaAlSi 2 O 6 Rocce di metamorfismo di seppellimento Glaucofane*Na 2 Mg 3 Al 2 Si 8 O 22 (O H) 2 Alta pressione (metamorfismo di seppellimento) su rocce basiche Granato(Fe,Mg,Mi,Ca) 3 (Al,Fe 3+ ) 2 Si 3 O 12 Presente in vari gradi di metamorfismo con composizione del minerale che varia in funzione del protolito e delle condizioni P- T HedenbergiteCaFeSi 2 O 6 Skarn K-feldspatoKalSi 3 O 8 Alto grado del metamorfismo regionale e termico Lawsonite*CaAl 2 Si 2 O 7 (OH) 2.H 2 O Metamorfismo di basso grado in rocce basiche MuscoviteKAl 3 Si 3 O 10 (OH) 2 Tipica di metamorfismo regionale medio- alto in rocce pelitiche Olivina(Mg,Fe) 2 SiO 4 Protolito ultrabasico o dolomie impure

10 MineraleFormula chimicaTipo di metamorfismo e protolito Orneblenda(Ca,Na) 2-3 (Mg,Fe,Fe 3+,Al) 5 (Al,Si 8 O 22 (OH) 2 Alto grado del metamorfismo termico e regionale Ortopirosseno(Mg,Fe)SiO 3 Metamorfismo di alta temperatura. Tipico delle granuliti Plagioclasio(NaAlSi 3 O 8, CaAl 2 Si 2 O 8 )I termini albitici sono tipici del basso metamorfismo. I termini intermedi si trovano in rocce di medio-alto grado metamorfico PrehniteCa 2 Al 2 Si 3 O 10 (OH) 2 Basso grado del metamorfismo di seppellimento Pumpellyite*Ca 4 (Mg,Fe)(Al, Fe 3+ ) 5 Si 6 O 23 (OH) 3. 2H 2 O Basso grado del metamorfismo di seppellimento

11 MineraleFormula chimicaTipo di metamorfismo e protolito Sillimanite*Al 2 SiO 5 Alto grado del metamorfismo regionale in rocce pelitiche Staurolite*(Mg,Fe) 2 (Al,Fe 3+ ) 9 Si 4 O 22 (OH) 2 Metamorfismo regionale di medio grado di rocce pelitiche Talco*Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 Basso-medio grado di metamorfismo dinamotermico in composizioni basiche e ultrabasiche Tremolite*Ca 2 Mg 5 Si 8 O 22 (OH) 2 Basso grado metamorfico in composizioni basiche VesuvianaCa 19 (Al,Fe) 10 (Mg,Fe) 3 [Si 2 O 7 ] 4 [SiO 4 ] 10 (O,OH,F) 10 Termometamorfismo di alto grado in rocce calcaree e negli skarn. Wollastonite*CaSiO 3 Metamorfismo di contatto di alta temperatura su calcari impuri

12 NomeColoreSfaldaturaLucentezzaAbitoParagenesi MuscoviteIncolore, appare grigio-perlaceo nelle rocce Molto sviluppata Sericea Forte riflettività Lamellare molto evidente In scisti e gneiss in associazione quarzo, con K-feldspato, plagioclasio sodico, biotite etc. SericiteBianco sericeo o verde pallido Molto Sviluppata SericeaLamellare a grana fine In filladi e altre rocce di basso grado metamorfico CloriteVerdeBen sviluppataScarsaLamellareIn rocce di basso grado metamorfico. Molto abbondante in rocce basiche EpidotiGeneralmente Verde Brillante BuonaLucentezza vitrea Piccoli prismi allungati In rocce di basso metamorfi-smo, derivate in genere da vulcaniti basiche GranatiGeneralmente rosso intenso Poco evidenteSubvitreaPoligonale quasi roton- deggiante In rocce di medio e alto grado metamorfico derivate da argille o rocce ignee acide CalciteIncolore o grigio chiaro, ma poco dura e scalfibile dal ferro Romboe-drica edidente Vitrea incolore General- mente allotrio- morfa. Scalfibile dal metallo E' il costituente fondamentale dei marmi. Facilmente riconoscibile per l'effervescenza all'attacco acido TalcoBianco o sericeoMolto buona. Sensazione di untuosità al tatto ScarsaLamellareIn rocce di basso-medio grado, da protoliti basici o ultrabasici Caratteristiche diagnostiche e paragenesi di alcuni minerali metamorfici

13 Relazioni tra ricristallizzazione e deformazione

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17 Deformazione di corpi rigidi (blu) in matrice duttile

18 Blastesi a pressione non orientata o post-cinematica


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