Reazioni Metamorfiche Parte III

TIPI di REAZIONI METAMORFICHE Nei sistemi metamorfici è possibile identificare quattro tipi principali di reazioni: 1.     Solido  Solido Le più importanti 2.     Solido  (Solido + Fluido) 3.     Scambio ionico 4.     Ossidoriduzione

1- Reazioni solido-solido Comprendono i processi di collasso di alcune fasi e crescita di altre senza l'intervento di fluidi altro che come agenti catalitici. Queste reazioni includono: Transizioni polimorfe; Reazioni destabilizzanti (discontinue); Processi di essoluzione (smescolamenti di soluzioni solide).

Transizioni polimorfe Offrono stime delle temperature e pressioni alle quali si realizzano. Tra le più interessanti è da ricordare la transizione di fase degli allumosilicati (Andalusite, Sillimanite e Cianite) nel sistema Al2SiO5 e dei carbonati di calcio (Calcite ed Aragonite) nel sistema CaCO3 nonché delle varie fasi della silice nel sistema SiO2.

Termobarometria: silicati di Al Temperatura (°C) Profondità ( k m ) 200 400 600 800 5 1 2 3 cianite sillimanite andalusite Polimorfi di Al2SiO5

V = C-F+2 Termobarometria: silicati di Al Campi bivarianti; Temperatura (°C) Profondità ( k m ) 200 400 600 800 5 1 2 3 cianite sillimanite andalusite Polimorfi di Al2SiO5 V = C-F+2 1-3+2 = 0 V = ? Campi bivarianti; Linee univarianti; Punto zerovariante. V = ? 1-2+2 = 1 V = ? 1-1+2 = 2

Termobarometria: silicati di Al Temperatura (°C) Profondità ( k m ) 200 400 600 800 5 1 2 3 cianite sillimanite andalusite Polimorfi di Al2SiO5 In letteratura non esiste ancora univocità sul posizionamento del punto triplo.

Transizioni polimorfe di Mg2SiO4 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Temperatura (°C) Pressione (GPa) 5 10 15 20 25 30 35 660 km 410 km Ringwoodite 520 km Olivina Wadsleyte Bridgmanite + Periclasio Transizioni polimorfe di Mg2SiO4 Olivina →Wadsleyite Wadsleyite→Ringwoodite Reazione discontinua: Ringwoodite→ Bridgmanite+ Periclasio

Reazioni discontinue La maggior parte dei minerali delle rocce sottoposte a metamorfismo prògrado è stabile solo entro un certo intorno termo-barico. Superati certi valori di temperatura e/o di pressione si innescano reazioni che destabilizzano alcune fasi a favore di altre. In generale, l’aumento di T favorisce le fasi con più elevato volume molare; l’aumento di P, quelle con minor volume molare. E’ possibile un assemblaggio con giadeite + albite? E albite e quarzo?

Reazioni discontinue Giadeite + Quarzo = Albite NaAlSi2O6 + SiO2 = NaAlSi3O8 Giadeite = Albite + Nefelina 2NaAlSi2O6 = NaAlSi3O8 + NaAlSiO4 An + Wo = Gr + Qz CaAl2Si2O8 + 2CaSiO3 = Ca3Al2Si3O12 + SiO2 An = Gr + Qz + Cianite 3CaAl2Si2O8 = Ca3Al2Si3O12 + SiO2 + 2Al2SiO5

Processi di essoluzione Sono processi che si verificano in minerali formati da soluzioni solide di più termini (es. olivine, pirosseni, granati, etc.). A particolari condizioni di T e P un componente di un end-member in una soluzione solida si può smescolare e dare origine ad un nuovo minerale indipendente. In questo caso il Ca presente in un ortopirosseno (pirosseno in teoria senza Ca) viene letteralmente “sputato fuori dal reticolo” e costretto a formare un nuovo minerale (clinopirosseno). Il risultato finale è che da un ortopirosseno con un po’ di Ca si origina un ortopirosseno senza Ca (quindi un vero ortopirosseno) e un po’ di clinopirosseno. La composizione chimica totale resta invariata.

Processi di essoluzione Pigeonite (Clino)enstatite (Clino)ferrosilite Augite Diopside Hedembergite 20 45 50 5 MgSiO3 Clinoenstatite FeSiO3 CaSiO3 Wollastonite Questo è legato al fatto che i pirosseni costituiscono una serie di soluzioni solide. In pratica all’interno del cpx (ufficialmente solo Diopside e Hedembergite) può essere “sciolto” un po’ di opx. Il risultato è che comunemente i cpx hanno un contenuto di Ca inferiore al valore teorico (→Augite).

Processi di essoluzione Fo+L Fo+Enss+L Fo+Pig+L Pig+Diss Enss+Diss Diss+L Diss Pig Pig+Enss Temperatura °C 1200 1300 1400 1500 1600 Mg2Si2O6 CaMgSi2O6 20 40 60 80 1100 Enss Pigeonite (Clino)enstatite (Clino)ferrosilite Augite Diopside Hedembergite 20 45 50 5 MgSiO3 Clinoenstatite FeSiO3 Wollastonite CaSiO3

Processi di essoluzione Fo+L Fo+Enss+L Fo+Pig+L Pig+Diss Enss+Diss Diss+L Diss Pig Pig+Enss Temperatura °C 1200 1300 1400 1500 1600 Mg2Si2O6 CaMgSi2O6 20 40 60 80 1100 Enss Pigeonite (Clino)enstatite (Clino)ferrosilite Augite Diopside Hedembergite 20 45 50 5 MgSiO3 Clinoenstatite FeSiO3 Wollastonite CaSiO3 A T 1300 °C il Diss (Augite) può essere in equilibrio con quale pirosseno? E a T più basse (es. 1150 °C?

Processi di essoluzione In pratica questo è identico a quanto abbiamo visto nelle pertiti dei feldspati alcalini. La differenza è che, nel caso dei pirosseni, esistono tre lacune di miscibilità tra Diopside ed Enstatite, con la formazione di Enstatitess, Pigeonitess, e Diopsidess.

Processi di essoluzione Un altro esempio è quello dello smescolamento tra calcite e dolomite a basse temperature. Mg-Cal

Tutti questi minerali sono soluzioni solide Processi di essoluzione A = Aragonite C = Calcite D = Dolomite M = Magnesite Tutti questi minerali sono soluzioni solide A T ~1300 °C scompare il liquido e resta solo un carbonato che non è né calcite né dolomite

Processi di essoluzione A = Aragonite C = Calcite D = Dolomite M = Magnesite Cosa succede se abbassiamo ancora la T? A T ~990 °C questo carbonato comincia a smescolarsi in Css e Dss. A T ~850 °C Css si trasforma in A. Alla fine avremo A+D

Sintesi sulle reazioni Solido-Solido Le temperature elevate stabilizzano le fasi con elevati volumi molari; le alte pressioni favoriscono le fasi con minor volume molare. Le transizioni tra polimorfi, non essendo affette da inquinamenti chimici dell'ambiente circostante, rappresentano importanti indicatori di P e di T. Nelle reazioni destabilizzanti, la stabilità di una fase ha un campo ridotto se ne esiste un'altra con cui può reagire. Anche i processi di essoluzione possono fornire informazioni sulla P e T di equilibrio di un certo assemblaggio mineralogico.

2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) La tipica reazione solido  solido + fluido è esprimibile tramite la forma: Et+A = B + fluido. A e B sono le fasi solide o insiemi di fasi solide ed Et rappresenta l’energia termica. Le sequenze in cui il fluido liberato è rappresentato essenzialmente da H2O prevedono transizioni del tipo: · minerali argillosicloritimicheanfibolisilicati anidri. · silicati calcico-alluminiferi idratiplagioclasi. Le reazioni in cui il fluido liberato è rappresentato essenzialmente da CO2 prevedono transizioni del tipo: carbonati + SiO2  silicati di Ca e Mg + CO2

2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) La tipica reazione solido  solido + fluido è esprimibile tramite la forma: Et+A = B + fluido. Temperatura (°C) 200 300 400 500 Pressione (kbar) 1 2 3 4 5 6 600 700 Al2Si4O10(OH)2 Al2SiO5? ~14% H2O Andalusite Caolinite + Quarzo ~5% H2O Pirofillite + H2O Al2SiO5? Al2SiO5? Sillimanite Cianite Al2Si2O5(OH)4

Quarzo + Andalusite + H2O 2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) Un’altra reazione solido  solido + fluido è esprimibile tramite la forma: Et+A = B+C + fluido. Temperatura (°C) 200 300 400 500 Pressione (kbar) 1 2 3 4 5 6 600 700 Quarzo + Andalusite + H2O ~5% H2O Pirofillite Quarzo + Cianite + H2O

K-Feld + Andalusite + H2O 2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) Un’altra reazione solido  solido + fluido è esprimibile tramite la forma: Et+A+B = C+D + fluido. Temperatura (°C) 200 300 400 500 Pressione (kbar) 1 2 3 4 5 6 600 700 K-Feld + Andalusite + H2O Muscovite + Quarzo K-Feld + Sill + H2O KAl2(AlSi3)O10(OH)2

2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) Un’altra reazione solido  solido + fluido è esprimibile tramite la forma: Et+A+B = C+D + fluido. Temperatura (°C) 200 300 400 500 Pressione (kbar) 1 2 3 4 5 6 600 700 K-Feld + Andalusite + H2O 2KAl2(AlSi3)O10(OH)2 + SiO2 = 2KAlSi3O8 + Al2SiO5 + 2H2O Muscovite + Quarzo K-Feld + Sill + H2O KAl2(AlSi3)O10(OH)2

K-Feld + Andalusite + H2O 2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) Muscovite e Quarzo non possono essere presenti contemporaneamente in questo campo Temperatura (°C) 200 300 400 500 Pressione (kbar) 1 2 3 4 5 6 600 700 K-Feld + Andalusite + H2O K Feldspato e Al2SiO5 non possono essere presenti contemporaneamente in questo campo Muscovite + Quarzo K-Feld + Sill + H2O

2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) Con l’aumentare della P la reazione: Cc+Qz = Wo+CO2 avviene a T maggiori o minori? Reazioni di decarbonatazione: Magnesite = Periclasio + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 Calcite + Quarzo = CaCO3 + SiO2 Wollastonite + CO2 CaSiO3 + CO2 Quali sono i prodotti di questa reazione? La CO2 occupa un elevato volume molare, quindi a P elevate la sua comparsa è sfavorita. Per questo motivo la T alla quale questa reazione avviene aumenta con l’aumentare della P.

Reazioni di decarbonatazione: 2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) Reazioni di decarbonatazione: Magnesite = Periclasio + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 Calcite + Quarzo = CaCO3 + SiO2 Wollastonite + CO2 CaSiO3 + CO2 E’ possibile trovare una paragenesi: Calcite + Wollastonite? Quarzo + Wollastonite?

Reazioni di decarbonatazione: 2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) 400 600 800 1000 Temperatura (°C) 2 4 6 8 10 Pressione (kb) Calcite + Quarzo Wollastonite + CO2 Reazioni di decarbonatazione: Magnesite = Periclasio + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 Calcite + Quarzo = CaCO3 + SiO2 Wollastonite + CO2 CaSiO3 + CO2 E’ possibile trovare una paragenesi: Calcite + Wollastonite? Quarzo + Wollastonite?

2- Reazioni Solido-(Solido + Fluido) Reazioni di decarbonatazione: Magnesite = Periclasio + CO2 In che contesto si può verificare la reazione Calcite+SiO2? MgCO3 = MgO + CO2 Calcite + Quarzo = CaCO3 + SiO2 Wollastonite + CO2 CaSiO3 + CO2 Formazione di Skarn E’ possibile trovare una paragenesi: Calcite + Wollastonite? …Ma cosa sono gli Skarn? Quarzo + Wollastonite?

3- Reazioni di scambio ionico Si tratta di reazioni che vedono lo spostamento solo di alcuni ioni all’interno di una struttura di minerale. Esempio: Muscovite + Na+ = Paragonite + K+ KAl2(AlSi3)O10(OH)2 + Na+ = NaAl2(AlSi3)O10(OH)2 + K+ Annite + Piropo = Flogopite + Almandino KFe3(AlSi3)O10(OH)2 + Mg3Al2Si3O12 = KMg3(AlSi3)O10(OH)2 + Fe3Al2Si3O12 Enstatite+Edenbergite = Ferrosilite+Diopside Mg2Si2O6 CaFeSi2O6 Fe2Si2O6 CaMgSi2O6

4- Reazioni di ossidoriduzione Si tratta di reazioni che stabilizzano minerali con Fe3+ a spese del Fe2+ se l’ambiente è ossidante o l’opposto nel caso di ambienti riducenti. Altri elementi, la cui valenza può variare, sono, ad esempio, Mn, Cu, Eu. Le rocce hanno la possibilità di mantenere costante la pressione parziale dell’ossigeno se esistono insiemi di minerali che possono reagire tra loro stabilizzando fasi contenenti Fe2+, nel caso di bassa PO2, o Fe3+, nel caso in cui la PO2 tende ad aumentare. Tali insiemi sono definiti tamponi al pari delle coppie acido–base che stabilizzano il pH delle soluzioni.

4- Reazioni di ossidoriduzione ESEMPIO di TAMPONI stabili a bassa fO2 stabili ad alta fO2 acronimo Fayalite + Ossigeno Quarzo + Magnetite QFM 3Fe2SiO4 + O2 3SiO2 + 2Fe3O4 Minerale solo con Fe2+ Minerale anche con Fe3+

Fayalite + O2 = Ferrosilite + Magnetite 4- Reazioni di ossidoriduzione ESEMPIO di TAMPONI Un altro tipo di reazione di ossidoriduzione che può avvenire nel mantello è: Fayalite + O2 = Ferrosilite + Magnetite 6Fe2SiO4 3Fe2Si2O6 2Fe3O4 NO Ma nel mantello esistono questi minerali? Questi sono da interpretare solo come i componenti di soluzioni solide delle olivine, ortopirosseni e spinelli. In pratica in condizioni ossidanti lo spinello conterrà una maggiore percentuale di componente magnetitica.

Vediamo ora quali sono i principali minerali delle rocce metamorfiche, raggruppati in composizioni di possibili protoliti:

Minerali di Si e Al nelle rocce metamorfiche: Polimorfi della SiO2 Quarzo 2,6 g/cm3 Coesite 2,9 g/cm3 Stishovite 4,3 g/cm3 Minerali dell’Allumina (Al2O3) Corindone (Rubino, Zaffiro) Diasporo [AlO(OH)] Minerali di Si e Al Caolinite Al2Si2O5(OH)4 Pirofillite Al2Si4O10(OH)2 Andalusite Al2SiO5 Sillimanite Al2SiO5 Cianite Al2SiO5 Mullite Al8[O3(O0,5OH,F)/Si3AlO16]

Minerali di Si, Fe, Al, Mg, Ca nelle rocce metamorfiche Cloritoide (Fe,Mg,Mn)2Al4Si2O10(OH)4 Staurolite Fe2Al9(SiO4)4O6(OH,O)2 Cordierite (Mg,Fe)2Al4Si5O18 Granati Formule varie R3R2[SiO4]3 2+ 3+ Clorite (Mg,Fe2+,Fe3+,Mn,Al)12[(Si,Al)8O20](OH)16 Serpentino Mg3Si2O5(OH)4 Talco Mg3Si4O10(OH)2 Anfiboli rombici Antofillite (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2 e Gedrite Mg5Al4Si6O22(OH)2

Minerali di (Si),Ca,Fe,Mg,(Na) nelle rocce metamorfiche Anfiboli monoclini Serie Tremolite-Actinolite Ca2(Mg,Fe2+)5Si8O22(OH)2 Serie Orneblende: Pargasite (Na,Ca)2(Mg,Fe2+)4(Al,Fe3+) Al2Si6O22(OH)2 Tschermakite Ca2(Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)2Al2Si6O22(OH)2 Glaucofane Na2(Mg,Fe2+)3Al2Si8O22(OH)2 Pirosseni monoclini Diopside CaMgSi2O6 Giadeite NaAlSi2O6 Omfacite (mix tra Diopside e Giadeite) Fassaite Ca(Mg,Fe2+,Al)(Si,Al)2O6 Wollastonite CaSiO3 Vesuviana (Idocrasio) Ca10(Mg,Fe)2Al4(SiO4)5(Si2O7)2(OH)4 Carbonati (di Ca, Ca-Mg e Fe) CaCO3, CaMg(CO3)2,FeCO3

Stabili nel bassissimo stadio metamorfico (<300 °C) Minerali di Si, Al, Ca, Na, K nelle rocce metamorfiche Lawsonite CaAl2Si2O7(OH)2*H2O Stabili nel bassissimo stadio metamorfico (<300 °C) Laumontite (Ca,Na2,K2)Al2Si4O12*4H2O Prehnite Ca2Al2Si3O10(OH)2 Pumpellyite (Ca2(Mg,Fe)Al2SiO4Si2O7 (OH)2·(H2O)). Epidoti Epidoto Ca2(Al,Fe3+)Al2(Si2O7)(SiO4)OOH Clinozoisite Ca2Al3(Si2O7)(SiO4)OOH Stabili nel basso stadio metamorfico Feldspati A basse T sono stabili i termini albitici Ad elevate T sono stabili i termini anortitici I K-Feldspati sono stabili nel medio-alto stadio metam.

Lo studio della percentuale di anortite nei plagioclasi riveste un ruolo molto importante nel metamorfismo: Partendo da un protolito basaltico, che tipo di plagioclasio avremo? Labradorite-Bytownite Dove andrà la molecola anortitica nei primi stadi del metamorfismo? Quali sono questi primi stadi? Lawsonite, Laumontite, Prehnite, Pumpellyite, Epidoti. Nel bassissimo e basso grado metamorfico il plagioclasio sarà albite pura (perché il Ca è trasferito nei minerali sopra elencati).

Minerali di Si, Al, Ca, Na, K nelle rocce metamorfiche Gruppo delle miche Miche di-ottaedriche: Due ioni trivalenti (es. Al2) per saturare il sito ottaedrico Miche tri-ottaedriche: Tre ioni bivalenti (es. Mg3, Fe3) per saturare il sito ottaedrico Muscovite (Sericite) KAl2Si3AlO10(OH)2 (Bassissimo-Basso-Medio stadio metamorfico) Paragonite NaAl2Si3AlO10(OH)2 (Basso-Medio stadio metamorfico) Margarite CaAl2Si2Al2O10(OH)2 (Basso stadio-Alta P) Biotite (Mix tra Flogopite (K e Mg) e Annite (K e Fe)) Flogopite: KMg3Si3AlO10(OH)2; Annite: KFe3Si3AlO10(OH)2 (Basso-Medio-Alto stadio metamorfico)

Quale mica è più facile trovare in condizioni peralluminose? Minerali di Si, Al, Ca, Na, K nelle rocce metamorfiche Quale mica è più facile trovare in condizioni peralluminose? 11,8% K2O 38,4% Al2O3 10,9% K2O 11,8% Al2O3 Muscovite (Sericite) KAl2Si3AlO10(OH)2 (Bassissimo-Basso-Medio stadio metamorfico) Paragonite NaAl2Si3AlO10(OH)2 (Basso-Medio stadio metamorfico) Margarite CaAl2Si2Al2O10(OH)2 (Basso stadio-Alta P) Biotite (Mix tra Flogopite (K e Mg) e Annite (K e Fe)) Flogopite: KMg3Si3AlO10(OH)2; Annite: KFe3Si3AlO10(OH)2 (Basso-Medio-Alto stadio metamorfico)

Paragenesi a differenti GRADI METAMORFICI Le ISOGRADE individuano le reazioni metamorfiche osservate in precedenza. I minerali che caratterizzano una certa zona limitata da isograde sono chiamati minerali indici di zona. Spesso si indicano le isògrade dette di prima comparsa di un minerale (es. Biotite-In o Staurolite-In) e isograde di definitiva scomparsa di un minerale (es. Albite-Out o Clorite-Out).

Paragenesi a differenti GRADI METAMORFICI Non tutte le isograde hanno lo stesso significato… L’isograda Sillimanite-In può essere legata alla trasformazione dell’Al2SiO5 dalla Cianite o Andalusite, oppure può essere legata alla reazione Muscovite + Quarzo = K-Feldspato + Sillimanite + H2O. Le isograde sono più dei campi che delle linee (es. tra la comparsa della sillimanite e la scomparsa della muscovite ci può essere un intervallo relativamente largo di coesistenza metastabile tra le due fasi).

BASSISSIMO GRADO METAMORFICO T = 250-350 °C Ptot = PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI NELLA TRANSIZIONE DIAGENESI  METAMORFISMO ISOGRADE “LAUMONTITE-IN” e “LAWSONITE-IN” PTOT <3 kbar ANALCIME + QUARZO = ALBITE NaAlSi2O6 H2O + SiO2 = NaAlSi3O8 A circa 300°C compare la PUMPELLYITE che si forma per reazione tra laumontite (e prehnite) + clorite ANORTITE + QUARZO + ACQUA = LAUMONTITE CaAl2Si2O8 + 2SiO2 + 4H2O = CaAl2Si4O12 *4H2O HEULANDITE = LAUMONTITE + QUARZO + ACQUA CaAl2Si7O18 6H2O = CaAl2Si4O12 *4H2O + 3SiO2 + 2 H2O Si forma anche PREHNITE Ca2Al2Si3O10(OH)2

BASSISSIMO GRADO METAMORFICO T = 250-350 °C Ptot = PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI NELLA TRANSIZIONE DIAGENESI  METAMORFISMO ISOGRADE “LAUMONTITE-IN” e “LAWSONITE-IN” PTOT <3 kbar ANALCIME + QUARZO = ALBITE NaAlSi2O6 H2O + SiO2 = NaAlSi3O8 40 30 20 10 Profondità (km) 100 300 500 700 900 Temperatura (°C) F. Sanidinitica F. Px Horfels Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Facies Anfibolitica Facies Epidoto-Anfibolo Facies Scisti Verdi F. Prehnite-Pumpellyite F. Zeolitica 3 6 9 Pressione (kbar) ANORTITE + QUARZO + ACQUA = LAUMONTITE CaAl2Si2O8 + 2SiO2 + 4H2O = CaAl2Si4O12 *4H2O HEULANDITE = LAUMONTITE + QUARZO + ACQUA CaAl2Si7O18 6H2O = CaAl2Si4O12 *4H2O + 3SiO2 + 2 H2O Si forma anche PREHNITE Ca2Al2Si3O10(OH)2

BASSISSIMO GRADO METAMORFICO T = 250-350 °C Ptot = PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI NELLA TRANSIZIONE DIAGENESI  METAMORFISMO ISOGRADE “LAUMONTITE-IN” e “LAWSONITE-IN” PTOT >3 kbar HEULANDITE = LAWSONITE + QUARZO CaAl2Si7O18 6H2O = CaAl2Si2O7 (OH)2H2O + 5 SiO2 + 4 H2O ANORTITE + H2O = LAWSONITE CaAl2Si2O8 + 2H2O = CaAl2Si2O7 (OH)2H2O

BASSISSIMO GRADO METAMORFICO T = 250-350 °C Ptot = PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI NELLA TRANSIZIONE DIAGENESI  METAMORFISMO ISOGRADE “LAUMONTITE-IN” e “LAWSONITE-IN” PTOT >3 kbar HEULANDITE = LAWSONITE + QUARZO CaAl2Si7O18 6H2O = CaAl2Si2O7 (OH)2H2O + 5 SiO2 + 4 H2O ANORTITE + H2O = LAWSONITE CaAl2Si2O8 + 2H2O = CaAl2Si2O7 (OH)2H2O 40 30 20 10 Profondità (km) 100 300 500 700 900 Temperatura (°C) F. Sanidinitica F. Px Horfels Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Facies Anfibolitica Facies Epidoto-Anfibolo Facies Scisti Verdi F. Prehnite-Pumpellyite F. Zeolitica 3 6 9 Pressione (kbar)

BASSISSIMO GRADO METAMORFICO T = 250-350 °C Ptot = PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI NELLA TRANSIZIONE DIAGENESI  METAMORFISMO ISOGRADE “LAUMONTITE-IN” e “LAWSONITE-IN” PTOT >7 kbar Reazione Albite + Clorite = GLAUCOFANE (Anfibolo Blu): Glaucofane e Ferro-glaucofane Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2 Na2Fe3Al2Si8O22(OH)2 2 4 6 8 10 12 14 16 P (kbar) 200 400 600 800 Albite Giadeite + Quarzo T (°C) PTOT >8 kbar L’albite scompare: Albite = Giadeite + Quarzo NaAlSi3O8 = NaAlSi2O6 + SiO2

BASSISSIMO GRADO METAMORFICO T = 250-350 °C Ptot = PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI NELLA TRANSIZIONE DIAGENESI  METAMORFISMO ISOGRADE “LAUMONTITE-IN” e “LAWSONITE-IN” PTOT >7 kbar Reazione Albite + Clorite = GLAUCOFANE (Anfibolo Blu): Glaucofane e Ferro-glaucofane Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2 Na2Fe3Al2Si8O22(OH)2 40 30 20 10 Profondità (km) 100 300 500 700 900 Temperatura (°C) F. Sanidinitica F. Px Horfels Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Facies Anfibolitica Facies Epidoto-Anfibolo Facies Scisti Verdi F. Prehnite-Pumpellyite F. Zeolitica 3 6 9 Pressione (kbar) 2 4 6 8 10 12 14 16 P (kbar) 200 400 600 800 Albite Giadeite + Quarzo T (°C) PTOT >8 kbar L’albite scompare: Albite = Giadeite + Quarzo NaAlSi3O8 = NaAlSi2O6 + SiO2

BASSISSIMO GRADO METAMORFICO T = 250-350 °C Ptot = PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI SEDIMENTARI NELLA TRANSIZIONE DIAGENESI  METAMORFISMO ISOGRADE “LAUMONTITE-IN” e “LAWSONITE-IN” PTOT >3 kbar Solo le rocce ignee basiche e le grovacche hanno composizioni compatibili con la formazione di laumontite e lawsonite. CALCITE + CAOLINITE = LAWSONITE CaCO3 + Al2Si2O5(OH)4 = CaAl2Si2O7 (OH)2H2O Rocce pelitiche (argilloscisti) apparentemente non sono modificate fino all’ingresso nel basso grado. Sono ancora stabili i minerali argillosi. Aumento del Grado di Cristallinità dell’Illite. A P>3 kbar si forma fengite (mica bianca). A P >5-9 kbar Si forma la Carfolite. Aragonite è stabile al posto della calcite.

BASSISSIMO GRADO METAMORFICO T = 250-350 °C Ptot = PH2O Per riassumere reazioni a bassa T: @ Bassa P (<3 kb): Laumontite, Prehnite, Pumpellyite @ Media P (3-7 kb): Lawsonite @ Alta P (>7-8 kb): Glaucofane, Giadeite, Carfolite 40 30 20 10 Profondità (km) 100 300 500 700 900 Temperatura (°C) F. Sanidinitica F. Px Horfels Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Facies Anfibolitica Facies Epidoto-Anfibolo Facies Scisti Verdi F. Prehnite-Pumpellyite F. Zeolitica 3 6 9 Pressione (kbar)

BASSO GRADO METAMORFICO T = 350-500 °C Ptot = PH2O = ~2-10kb REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI Ingresso nel basso grado contrassegnato dall’ISOGRADA “CLINOZOISITE IN”  formazione degli epidoti nelle metabasiti. Questi minerali si formano perché scompaiono i silicati di calcio stabili nel bassissimo grado: LAWSONITE PREHNITE PUMPELLITE CaAl2Si2O7(OH)2H2O Ca2Al2Si3O10(OH)2 Ca2Al3Si3O12(OH)H2O contiene anche Mg LA LAUMONTITE è già scomparsa nel bassissimo grado originando pumpellyite per reazione con la clorite.

BASSO GRADO METAMORFICO T = 350-500 °C Ptot = PH2O = ~2-10kb REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI Ingresso nel basso grado contrassegnato dall’ISOGRADA “CLINOZOISITE IN”  formazione degli epidoti nelle metabasiti. I minerali portatori di calcio nel basso stadio sono gli EPIDOTI CLINOZOISITE EPIDOTO Ca2Al3(Si2O7) (SiO4) OOH Ca2Fe3+Al2(Si2O7)(SiO4)OOH Si formano anfiboli non alluminiferi (Al2O3 <5%) della serie: TREMOLITE-ACTINOLITE Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Ca2Fe5Si8O22(OH)2 Tra i feldspati sono stabili albite e microclino anche se questo ultimo tende ad essere sostituito da sericite + quarzo.

BASSO GRADO METAMORFICO T = 350-500 °C Ptot = PH2O = ~2-10kb REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI Ingresso nel basso grado contrassegnato dall’ISOGRADA “CLINOZOISITE IN”  formazione degli epidoti nelle metabasiti. I minerali portatori di calcio nel basso stadio sono gli EPIDOTI CLINOZOISITE EPIDOTO Ca2Al3(Si2O7) (SiO4) OOH Ca2Fe3+Al2(Si2O7)(SiO4)OOH 40 30 20 10 Profondità (km) 100 300 500 700 900 Temperatura (°C) F. Sanidinitica F. Px Horfels Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Facies Anfibolitica Facies Epidoto-Anfibolo Facies Scisti Verdi F. Prehnite-Pumpellyite F. Zeolitica 3 6 9 Pressione (kbar) Si formano anfiboli non alluminiferi (Al2O3 <5%) della serie: TREMOLITE-ACTINOLITE Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Ca2Fe5Si8O22(OH)2 Tra i feldspati sono stabili albite e microclino anche se questo ultimo tende ad essere sostituito da sericite + quarzo.

BASSO GRADO METAMORFICO T = 350-500 °C Ptot = PH2O = ~2-10kb REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI Ingresso nel basso grado contrassegnato dall’ISOGRADA “CLINOZOISITE IN”  formazione degli epidoti nelle metabasiti. Ricordate che il colore verde degli Scisti Verdi deriva proprio dalla presenza di anfibolo actinolitico, epidoto e clorite. 40 30 20 10 Profondità (km) 100 300 500 700 900 Temperatura (°C) F. Sanidinitica F. Px Horfels Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Facies Anfibolitica Facies Epidoto-Anfibolo Facies Scisti Verdi F. Prehnite-Pumpellyite F. Zeolitica 3 6 9 Pressione (kbar)

BASSO GRADO METAMORFICO T = 350-500 °C Ptot = PH2O = ~2-10kb REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI METABASITI rappresentate dagli SCISTI VERDI, rocce costituite da CLORITE + EPIDOTO + ALBITE Rocce pelitiche ricristallizzazione più marcata: gli ARGILLOSCISTI si trasformano in FILLADI: rocce costituite da SERICITE + CLORITE + QUARZO ± ALBITE Alle temperature più alte di ~500 °C si passa al medio grado e si entra nella FACIES DELLE ANFIBOLITI: diventa stabile l’anfibolo alluminifero (Al2O3 >5%) cioè anfibolo tipo ORNEBLENDA. Gli scisti verdi si trasformano in ANFIBOLITI AD ALBITE (An 0-7) + EPIDOTO. A temperatura di poco più alta, diventa stabile l’oligoclasio e si formano le ANFIBOLITI AD OLIGOCLASIO (An 17-20) + EPIDOTO.

BASSO GRADO METAMORFICO T = 350-500 °C Ptot = PH2O = ~2-10kb REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI METABASITI rappresentate dagli SCISTI VERDI, rocce costituite da CLORITE + EPIDOTO + ALBITE Rocce pelitiche ricristallizzazione più marcata: gli ARGILLOSCISTI si trasformano in FILLADI: rocce costituite da SERICITE + CLORITE + QUARZO ± ALBITE Alle temperature più alte di ~500 °C si passa al medio grado e si entra nella FACIES DELLE ANFIBOLITI: diventa stabile l’anfibolo alluminifero (Al2O3 >5%) cioè anfibolo tipo ORNEBLENDA. Gli scisti verdi si trasformano in ANFIBOLITI AD ALBITE (An 0-7) + EPIDOTO. A temperatura di poco più alta, diventa stabile l’oligoclasio e si formano le ANFIBOLITI AD OLIGOCLASIO (An 17-20) + EPIDOTO. 40 30 20 10 Profondità (km) 100 300 500 700 900 Temperatura (°C) F. Sanidinitica F. Px Horfels Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Facies Anfibolitica Facies Epidoto-Anfibolo Facies Scisti Verdi F. Prehnite-Pumpellyite F. Zeolitica 3 6 9 Pressione (kbar)

MEDIO GRADO METAMORFICO T = 500-700 °C REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI PELITICI L’ingresso è contrassegnato dall’isograda “STAUROLITE - CORDIERITE IN” (Fe2+,Mg)2Al9(Si,Al)4O20(O,OH)4 Mg2Al4Si5O18 Minerali comuni nelle metapeliti, anche se non sempre presenti. Nelle reazioni vengono usate clorite con quarzo e/o muscovite. La clorite tende a scomparire e quindi per l’ingresso nel medio grado si può anche usare il criterio negativo: “CLORITE OUT” La clorite in eccesso, per reazione con la muscovite, tende anche a trasformarsi in biotite. LE FILLADI, quindi, diventano MICASCISTI con paragenesi: Muscovite + Biotite + Quarzo ± Albite ± Clorite

MEDIO GRADO METAMORFICO T = 500-700 °C REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI PELITICI L’ingresso è contrassegnato dall’isograda “STAUROLITE - CORDIERITE IN” (Fe2+,Mg)2Al9(Si,Al)4O20(O,OH)4 Mg2Al4Si5O18 Minerali comuni nelle metapeliti, anche se non sempre presenti. Nelle reazioni vengono usate clorite con quarzo e/o muscovite. La clorite tende a scomparire e quindi per l’ingresso nel medio grado si può anche usare il criterio negativo: “CLORITE OUT” La clorite in eccesso, per reazione con la muscovite, tende anche a trasformarsi in biotite. Notate che questa è la reazione opposta che abbiamo fino ad ora visto nelle rocce ignee (ossia biotite che si trasforma in clorite). Perché?

MEDIO GRADO METAMORFICO T = 500-700 °C REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI PELITICI Nelle anfiboliti di medio stadio il plagioclasio è Andesina (An30-50) Il plagioclasio in paragenesi con orneblenda diventa Labradorite An>50 solo all’ingresso nell’alto grado. La staurolite può scomparire alle temperature più alte del medio grado per la seguente reazione, a bassa pressione (<4-5 kb): STAUROLITE + MUSCOVITE + QUARZO = BIOTITE + ANDALUSITE/SILLIMANITE Oppure all’interno dell’alto grado per le STAUROLITI FERRIFERE a pressioni medio-alte (>4-5 kb) Fe-Staurolite + Quarzo = Granato Almandino + Al2SiO5 (Cian-Sill)

ALTO GRADO METAMORFICO T > 650-700 oC Ptot = PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI P <4 kbar ingresso nell’alto grado segnato dall’isograda: K-FELDSPATO + ANDALUSITE o SILLIMANITE-IN Per la seguente reazione: MUSCOVITE + QUARZO = K-FELDSPATO + Al2SiO5 + H2O KAl2AlSi3O10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O A P >4 kbar se PTOT = PH2O Inizio della fusione parziale negli gneiss. Quarzo + Muscovite scompaiono contemporaneamente alla formazione del primo fuso a composizione granitica MUSCOVITE+QUARZO+PLAGIOCLASIO = FUSO (RICCO DI SiO2 + KAlSi3O8+NaAlSi3O8) + FASI SOLIDE RESTITICHE (PLAGIOCLASIO RICCO IN An  BIOTITE  CORDIERITE  SILLIMANITE/CIANITE) Questo vuol dire che c’è tanta H2O →Formazione delle MIGMATITI

ALTO GRADO METAMORFICO T > 650-700 oC Ptot = PH2O Ptot > PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI Se PTOT > PH2O NON avviene ANATESSI Al passaggio medio-alto grado e all’interno dell’alto grado si realizzano i processi di destabilizzazione delle miche e degli anfiboli. L’Instabilità della Muscovite-Paragonite porta all’incremento della quantità di feldspati alcalini e quindi alla formazione, al posto di micascisti, di GNEISS. PARAGONITE+QUARZO = ALBITE+Al2SiO5+H2O MUSCOVITE+QUARZO = K-FELDSPATO+Al2SiO5+H2O MUSCOVITE+QUARZO+ALBITE = ALKALI FELDSPATOSS+Al2SiO5+ H2O

ALTO GRADO METAMORFICO T > 650-700 oC Ptot > PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI Se PTOT > PH2O Quando la biotite diventa instabile, in presenza di quarzo, oltre al feldspato alcalino si formano i pirosseni. Si entra, così, nella Facies delle GRANULITI. Biotite + Quarzo = K-Feldspato + Opx + Acqua K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2 + 3SiO2 = KAlSi3O8 + 3(Mg,Fe)SiO3 + H2O A temperature poco più alte, anche l’ORNEBLENDA DIVENTA INSTABILE e genera sia PIROSSENI POVERI CHE RICCHI DI Calcio (Opx e Ca-Cpx) Anfibolo (Orneblenda) = Cpx + Opx + Acqua Antofillite, Gedrite, Cummingtonite = Opx + Acqua. Anfiboli di Mg-Fe-Mn

ALTO GRADO METAMORFICO T > 650-700 oC Ptot > PH2O REAZIONI PRINCIPALI IN PROTOLITI BASICI Se PTOT > PH2O Quando diventa instabile la biotite, in presenza di quarzo, oltre al feldspato alcalino si formano i pirosseni. Si entra, così, nella Facies delle GRANULITI. Biotite + Quarzo = K-Feldspato + Opx + Acqua K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2 + 3SiO2 = KAlSi3O8 + 3(Mg,Fe)SiO3 + H2O A temperature poco più alte, anche l’ORNEBLENDA DIVENTA INSTABILE e genera sia PIROSSENI POVERI CHE RICCHI DI Calcio (Opx e Ca-Cpx) Anfibolo (Orneblenda) = Cpx + Opx + Acqua Antofillite, Gedrite, Cummingtonite = Opx + Acqua. 40 30 20 10 Profondità (km) 100 300 500 700 900 Temperatura (°C) F. Sanidinitica F. Px Horfels Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Facies Anfibolitica Facies Epidoto-Anfibolo Facies Scisti Verdi F. Prehnite-Pumpellyite F. Zeolitica 3 6 9 Pressione (kbar) Anfiboli di Mg-Fe-Mn

kb km Temperatura (°C) Alto Grado Diagenesi Bassissimo Grado 100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Temperatura (°C) Alto Grado Diagenesi Cordierite-In Bassissimo Grado Laumontite-In K-Feld + Al2SiO5-H2O Musc + Quarzo Staurolite-In Medio Grado Lawsonite-In Clorite + Muscovite Parziale) in Gneiss Basso Grado Alto Grado 6 oC/km Glaucofane (P >7 kb) Laumontite + Prehnite + Quarzo + Pumpellyite Lawsonite-Out Campo non osservato in natura Clinozoisite Anatessi (Fusione

100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Temperatura (°C) Diagenesi Basso Grado Medio Grado Alto Grado Laumontite-In Lawsonite-In Laumontite + Prehnite + Quarzo + Pumpellyite Clinozoisite Lawsonite-Out Glaucofane (P >7 kb) Staurolite-In Musc + Quarzo Anatessi (Fusione 6 oC/km Campo non osservato in natura Bassissimo Grado Cordierite-In Parziale) in Gneiss Clorite + Muscovite K-Feld + Al2SiO5-H2O Temperatura (°C) F. Prehnite-Pumpellyite Facies Scisti Verdi F. Px Horfels F. Epidoto-Anfibolo Facies Anfibolitica F. Zeolitica Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Ricordate che i campi delle Facies sono assolutamente generici e schematici.

100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Temperatura (°C) Temperatura (°C) Analcime + Quarzo F. Prehnite-Pumpellyite Facies Scisti Verdi Facies Scisti Blu F. Epidoto-Anfibolo Facies Anfibolitica Facies Eclogitica Facies Granulitica F. Px Horfels F. Zeolitica F. Px Horfels Albite + H2O Cpx + Opx Orneblenda F. Epidoto-Anfibolo Anfibolo + Anortite Facies Anfibolitica Pumpellyite + Clorite + Qz Tremolite + Zoisite + H2O Clorite + Zoisite + Quarzo + Ca-Pl + Qz Facies Granulitica Tremolite + Albite + Clorite Lawsonite + Glaucofane Facies Scisti Blu Limite di stabilità del Pl Facies Eclogitica Ricordate che i campi delle Facies sono assolutamente generici e schematici.

100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Temperatura (°C) Diagenesi Basso Grado Alto Grado Staurolite-In Anatessi (Fusione 6 oC/km Bassissimo Grado Cordierite-In Parziale) in Gneiss Quale minerale si forma in protoliti pelitici ad alte P e basse T? Pirofillite+Chl Caolinite + Quarzo Pirofillite + H2O Chloritoide+Qz+H2O Al2SiO5 + Quarzo + H2O Chl+Pir Chl+Caol Pirofillite Qz+Carf Qz+Carf+H2O Campo di stabilità della Carfolite Carfolite Chlorit+Qz+H2O (Fe,Mn,Mg)Al2Si2O6(OH)4 Principali reazioni in protoliti pelitici nel bassissimo e basso grado metamorfico.

Curve di trasformazione per alcune associazioni 100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Diagenesi Basso Grado Medio Grado Alto Grado Laumontite-In Lawsonite-In Laumontite + Prehnite + Quarzo = Pumpellite Clinozoisite Lawsonite-Out Glaucofane (P >7 kb) Staurolite-In K-Feld + Al2SiO5-In Musc + Quarzo Anatessi (Fusione 6 oC/km Campo non osservato in natura Bassissimo Grado Cordierite-In Parziale) in Gneiss Clorite + Muscovite Temperatura (°C) Diagenesi Andalusite Biotite In Kf+Al2SiO5 + H2O Cordierite In Musc+Qz Bt+Al2SiO5 Pirofillite Out St+Msc+Qz Bassissimo Grado Sillimanite Caolinite Out, Clinozoisite In Pirofillite In Fe-Epidoto Out Cloritoide Out Staurolite In Cianite Curve di trasformazione per alcune associazioni di minerali di rocce con protoliti pelitici del basso, medio e alto grado metamorfico

Curve di trasformazione per alcune associazioni 100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Diagenesi 6 oC/km Campo non osservato in natura Temperatura (°C) Bassissimo Grado Biotite In Andalusite Sillimanite Cianite Cordierite In Musc+Qz Kf+Al2SiO5 + H2O Basso Grado Medio Grado Alto Grado Curve di trasformazione per alcune associazioni di minerali di rocce con protoliti pelitici del basso, medio e alto grado metamorfico

Schema semplificato dei principali Minerali Indice actinolite

Non sono quelle le cose che fanno paura… Le cose paurose sono queste: Griglia petrog. per rocce metapelitiche (sistema KFMASH) a Ptot = P(H2O) Sottosistema KFASH Sottosistema KMASH Winter (2001) Sistema SEMPLIFICATO! Non sono quelle le cose che fanno paura… Le cose paurose sono queste:

Sottosistema KFASH Sottosistema KMASH Winter (2001) Griglia petrog. per rocce metapelitiche (sistema KFMASH) a Ptot = P(H2O)

Sezione in un sistema NCKFMASH (pelitico) con i principali assemblaggi di minerali. 2.9 2.3 1.9 Contenuto di H2O nell’assemblaggio Galvez et al., 2015 (EPSL)

Sezione in un sistema NCKFMASH (pelitico) con i principali assemblaggi di minerali. 2.9 2.3 1.9 Contenuto di H2O nell’assemblaggio Solidus Le tonalità di blu (e i numeri nei quadratini neri) indicano le isoplete in H2O. Con l’aumento della T i principali minerali metamorfici idrati (lawsonite, cloritoide, clorite e glaucofane) non sono più stabili ed il contenuto di H2O nella roccia diminuisce, liberando acqua e favorendo la fusione parziale. La linea rossa indica l’inizio della fusione parziale di questo tipo di sistema. Galvez et al., 2015 (EPSL)

F. Prehnite-Pumpellyite Metamorfismo di un protolite basico 100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Temperatura (°C) F. Prehnite-Pumpellyite Facies Scisti Verdi Facies Scisti Blu F. Epidoto-Anfibolo Facies Anfibolitica Facies Eclogitica Facies Granulitica F. Px Horfels F. Zeolitica

Metamorfismo di contatto T > 300-900 °C Ptot< 2 kb Ricristallizzazione statica Paragenesi di contatto simili a quelle di metamorfismo regionale di bassa pressione, dal basso all’alto grado metamorfico - Minerali comuni diffusi secondo composizione e grado metamorfico: Quarzo, feldspati, muscovite, biotite, cloriti, anfiboli, pirosseni, epidoti, calcite. Insieme a: Per protoliti pelitici: Andalusite (grado medio), cordierite e sillimanite, corindone e spinelli per alto grado più rari granato e staurolite. Per protoliti basici: actinolite, tremolite, orneblenda, antofillite, talco, augite, iperstene. Per protoliti carbonatici e calco-silicatici: grossularia-andradite, wollastonite, tremolite, Fe-anfiboli, diopside, anortite, vesuviana, forsterite, serpentino.

Metamorfismo di contatto T > 300-900 °C Ptot< 2 kb Ricristallizzazione statica Paragenesi di contatto simili a quelle di metamorfismo regionale di bassa pressione, dal basso all’alto grado metamorfico - Minerali comuni diffusi secondo composizione e grado metamorfico: Quarzo, feldspati, muscovite, biotite, cloriti, anfiboli, pirosseni, epidoti, calcite. Insieme a: Per protoliti pelitici: Andalusite (grado medio), cordierite e sillimanite, corindone e spinelli per alto grado più rari granato e staurolite. Per protoliti basici: actinolite, tremolite, orneblenda, antofillite, talco, augite, iperstene. Per protoliti carbonatici e calco-silicatici: grossularia-andradite, wollastonite, tremolite, Fe-anfiboli, diopside, anortite, vesuviana, forsterite, serpentino. 40 30 20 10 Profondità (km) 100 300 500 700 900 Temperatura (°C) F. Sanidinitica F. Px Horfels Facies Granulitica Facies Scisti Blu Facies Eclogitica Facies Anfibolitica Facies Epidoto-Anfibolo Facies Scisti Verdi F. Prehnite-Pumpellyite F. Zeolitica 3 6 9 Pressione (kbar)

Stadio 1: Intrusione Stadio 2: Cristallizzazione Stadio 3: Erosione (cessione di calore) Stadio 3: Erosione

Campo non osservato in natura 100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Diagenesi 6 oC/km Campo non osservato in natura Temperatura (°C) Bassissimo Grado Biotite In Sillimanite Cianite Cordierite In Musc+Qz Kf+Al2SiO5 + H2O Basso Grado Medio Grado Alto Grado Andalusite

Campo non osservato in natura 100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Diagenesi 6 oC/km Campo non osservato in natura Temperatura (°C) Bassissimo Grado Biotite In Sillimanite Cianite Cordierite In Musc+Qz Kf+Al2SiO5 + H2O Basso Grado Medio Grado Alto Grado Andalusite

Campo non osservato in natura 100 200 300 400 500 600 700 800 10 8 6 4 2 kb 15 20 25 30 35 km Diagenesi 6 oC/km Campo non osservato in natura Temperatura (°C) Bassissimo Grado Biotite In Sillimanite Cianite Cordierite In Musc+Qz Kf+Al2SiO5 + H2O Basso Grado Medio Grado Alto Grado Andalusite - Aumento delle dimensioni dei cristalli - Cambio della struttura - Scomparsa di minerali - Comparsa di nuovi minerali - Permanenza di altri minerali

Diagrammi di Compatibilità Diagrammi triangolari Chemiografici Schema per rappresentare le fasi coesistenti in assemblaggi formati in condizioni di equilibrio in particolari condizioni a partire da una particolare composizione chimica. Per questo motivo questi diagrammi vengono anche chiamati: Diagrammi di Compatibilità Questi diagrammi ternari non hanno nulla a che fare con i diagrammi ternari che abbiamo visto nell’ultima sezione del magmatismo…

Diagrammi triangolari Chemiografici Diagrammi a tre componenti su cui plottare le composizioni del protolite e dei minerali che si possono formare in funzione dei componenti x, y, z. xyz Supponiamo di avere una piccola area di terreni metamorfici in cui le rocce corrispondano ad un sistema a 3 componenti costituito da proporzioni variabili di x-y-z. Le rocce dell’area possono contenere ipoteticamente 6 minerali di composizione x, y, z, xy, xyz, e x2z.

Diagrammi triangolari Chemiografici Tutti questi sei minerali sono compatibili a partire dai termini estremi x, y, z, ma non tutti sono fasi stabili contemporaneamente. xyz Questo vuol dire che non è possibile trovare tutti e sei i minerali insieme nella stessa roccia.

Supponiamo che le rocce nell’area considerata abbiano le 5 paragenesi seguenti: x-xy-x2z xy-xyz-x2z xy-xyz-y xyz-z-x2z (A) y-z-xyz Il diagramma chemiografico (o di compatibilità) può essere quindi suddiviso in vari sub-triangoli (A, B, C, D, E) (B) (D) (C) xyz (E)

Ogni punto all’interno del diagramma può rappresentare la composizione del protolito. x-xy-x2z xy-xyz-x2z xy-xyz-y xyz-z-x2z (A) y-z-xyz La paragenesi di equilibrio sarà indicata dai vertici del triangolo dentro cui ricade il punto rappresentativo della composizione del protolito. (B) (D) (C) xyz (E)

Ogni punto all’interno del diagramma può rappresentare la composizione del protolito. Quanti e quali minerali sono stabili in una roccia a composizione 1? E con una roccia a composizione 2? (A) In una roccia a composizione 3 possono coesistere le fasi xy e xyz? 1 (B) 2 (D) In una roccia a composizione 4 possono coesistere le fasi z e xy? (C) 3 xyz (E) 4

Ogni punto all’interno del diagramma può rappresentare la composizione del protolito. Un possibile minerale indice che caratterizza questa zona metamorfica è la fase (A) (C) (D) (E) xyz (B) XYZ. Ma la fase XYZ è sempre presente? Quale fase (minerale) è incompatibile con XYZ? Fase X Tenendo fissi i componenti X, Y e Z, ma variando T e P, potranno cambiare le fasi in equilibrio…

Il numero delle fasi (minerali) è uguale al numero dei componenti. Alla maggior parte dei punti (composizioni del protolito) corrispondono 3 fasi, quindi F = C Il numero delle fasi presenti non può essere superiore al numero dei componenti V = C-F+2 2 = 3-3+2 (A) Cosa avviene quindi in un sistema bivariante? (B) Il numero delle fasi (minerali) è uguale al numero dei componenti. (D) (C) xyz (E)

Cosa vuol dire? x(y,z) x2(z,y) Spesso i minerali sono costituiti da soluzioni solide. Cosa vuol dire? Nel minerale xy può entrare anche una certa percentuale di componente z. x(y,z) Nel minerale x2z può entrare anche un pò di componente y. x2(z,y) In questo esempio solo X e Y sono cristalli puri, mentre tutti gli altri sono soluzioni solide.

V = 3-3+2 = 2 Spesso i minerali sono costituiti da soluzioni solide. Rispetto al caso precedente, i campi dei triangoli con tre fasi sono meno estesi Lo spazio occupato dagli assemblaggi con due fasi invece aumenta di molto. (A) I sub-triangoli A-B- C-D-E restano campi bivarianti. (B) (D) (C) xyzss V = 3-3+2 = 2 (E)

V = ? V = 3-3+2 = 2 V = ? V = 3-2+2 = 3 V = ? V = 3-1+2 = 4 V = ? Quali e quante fasi sono stabili in una roccia a composizione 1? V = ? V = 3-3+2 = 2 … E in una roccia a composizione 2? V = ? V = 3-2+2 = 3 … E in una roccia a composizione 3? V = ? V = 3-1+2 = 4 … E in una roccia a composizione 4? 5 V = ? V = 3-1+2 = 4 2 Si può stabilire con precisione la composizione delle fasi in una roccia a composizione 5? 3 1 4

Quale sarà la differenza tra una roccia 6 e una 7 che si trovano alla stessa P e T (stessa facies metamorfica)? 1 2 5 3 4 Queste due rocce avranno gli stessi minerali, ma presenti in percentuali modali diverse. 6 7

La maggior parte delle più comuni rocce contiene gli elementi maggiori: SiO2, Al2O3, K2O, CaO, Na2O, FeO, MgO, MnO e H2O cioè C = 9 Il numero massimo di componenti che possiamo facilmente rappresentare nelle 2 dimensioni è Tre… (diagramma triangolare). Bisogna allora scegliere solo alcuni componenti. Vediamo ora alcuni metodi che possono semplificare il sistema:

1) Semplicemente si “ignorano” alcuni componenti Gli elementi presenti in minima quantità; Gli elementi che entrano soltanto in una sola fase (possiamo trascurare il componente e la fase senza violare la regola delle fasi). 2) Si escludono alcuni componenti presenti in tutte le paragenesi (es. SiO2 nelle peliti); 3) Si combinano i componenti - I componenti che sono vicarianti in soluzioni solide (es. Fe-Mg-Mn). 4) Si limita la scelta dei tipi di roce da rappresentare - Si prende in considerazione soltanto un gruppo di rocce per lavorare con sistemi composizionalmente più semplici. 5) Si usano proiezioni

Sistema CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 (CMS) Utile per rocce carbonatiche con una componente silicea e per rocce ultrafemiche. Sistema semplice: C = CaO, M = MgO, e S = SiO2 Si considerano H2O e CO2 (fase fluida) sempre presenti. Tre componenti in tre vertici in un diagramma triangolare. Le composizioni chimiche di rocce e minerali sono riportati nel diagramma come proporzioni molecolari.

Sistema CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 (CMS) Fo (Mg2SiO4) Per (MgO) En (MgSiO3) Qtz (SiO2) Di (CaMgSi2O6) Cal (CaCO3) Dove si posiziona la Wollastonite (CaSiO3)? Dove si posiziona la Dolomite CaMg(CO3)2? E la Magnesite Mg(CO3)?

Assemblaggio “normale” stabile a basse P e T di carbonati impuri: Sistema CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 (CMS) Assemblaggio “normale” stabile a basse P e T di carbonati impuri: Dol Wo Mag

Sistema CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 (CMS) @T ~400 °C avviene la reazione: 3Mag + 4Qz + H2O = Tc + 3CO2 In queste condizioni è possibile trovare un assemblaggio con Quarzo e Magnesite? 3MgO+4SiO2+2OH Mg3Si4O10(OH)2 Dol Wo Mag La dolomite partecipa in questa reazione? No No Possiamo avere Quarzo e Talco? Si Talco e Magnesite? Si Tc

Sistema CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 (CMS) @T ~400 °C avviene la reazione: 3Mag + 4Qz + H2O = Tc + 3CO2 Una roccia di quali minerali sarà composta a 400 °C? Dol Wo Mag … ed una roccia ? Tc

Sistema CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 (CMS) @T ~450 °C avviene la reazione: 3Dol+4Qz+H2O=Tc+3Cal+3CO2 Quali minerali saranno ora presenti nelle rocce e ? Dol Wo Mag Una nuova linea congiunge Calcite e Talco, prodotti dalla reazione tra Dolomite e Quarzo Tc

@T ~500 °C Qz, Cal e Tc reagiscono per formare Tremolite Sistema CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 (CMS) @T ~500 °C Qz, Cal e Tc reagiscono per formare Tremolite [ ]Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Dol Wo Mag Si formano quindi nuove linee di coesistenza tra i reagenti e la Tremolite Tr Tc

Quindi il numero massimo delle fasi deve essere = 3 Sistema CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 (CMS) @T più elevate Tc e Cal reagiscono. In questo caso scompare la linea di coesistenza Tc-Cal Le composizioni di rocce all’interno di questo campo dovrebbero avere quattro fasi. Una roccia con composizione della stella rossa quali minerali dovrebbe avere? Dol Wo Mag V = C-F+2 E’ possibile? 2 3 Quindi il numero massimo delle fasi deve essere = 3 F = C-V+2 F = C Tr Tc

Sistema CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 (CMS) @T più elevate Tc e Cal reagiscono. In questo caso scompare la linea di coesistenza Tc-Cal Come si fa a ridurre a tre il numero massimo di fasi presenti? Si traccia una nuova linea di coesistenza tra Tremolite e Dolomite Dol Wo Mag Dol-Cal-Tr Quindi quali minerali saranno stabili in questo caso? E con una composizione di questo tipo? E questa? Dol-Tc-Tr Dol-Tc-Mag Tr Tc

I tre pseudo-componenti sono calcolati come proporzioni molecolari: Il diagramma ACF Permette di rappresentare le paragenesi metamorfiche delle rocce femiche e carbonatiche impure. Concentra soltanto i minerali che compaiono e scompaiono durante il metamorfismo, cioè che agiscono come indicatori del grado metamorfico. I tre pseudo-componenti sono calcolati come proporzioni molecolari: A = Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O + K2O) C = CaO - 3.3 P2O5 F = FeO + MgO + MnO Si assume la saturazione in SiO2  Il quarzo è considerato sempre presente in tutte le paragenesi.

Il diagramma ACF A = Al2O3 + Fe2O3 - Na2O - K2O Perché questa sottrazione ? Na e K nelle rocce femiche più comuni si combinano con Al per produrre Kfeld e Albite nei plagioclasi; Nel diagramma ACF si vuole considerare solo la quantità di Al che è in eccesso rispetto Na2O e K2O cioè quello che non forma feldspati. C = CaO - 3.3*P2O5 Per considerare solo il calcio non legato all’apatite. Ca5(PO4)3(OH) [10CaO + 3P2O5 + H2O] F = FeO + MgO + MnO Per semplificare si assume che FeO, MgO e MnO occupino gli stessi siti nei vari minerali.

Il diagramma ACF A = Al2O3 + Fe2O3 - Na2O - K2O Perché questa sottrazione ? Na e K nelle rocce femiche più comuni si combinano con Al per produrre Kfeld e Albite nei plagioclasi Nel diagramma ACF si vuole considerare solo la quantità di Al che è in eccesso rispetto Na2O e K2O cioè quello che non forma feldspati In realtà Na2O entra anche negli anfiboli e nelle miche, ma questo viene ignorato. Tipo?

Gli Anfiboli si dividono in 4 gruppi principali: Mg-Fe-Mn Ca Ca-Na Na []Mg2Mg5Si8O22(OH)2 Antofillite/Cummingtonite []Mg2(Mg3Al2)(Si6Al2)O22(OH)2 Gedrite []Ca2Mg5Si8O22(OH)2 []Ca2(Mg3Al2)(Si6Al2)O22(OH)2 Tremolite (Actinolite con Fe) Tschermakite NaCa2Mg5(Si7Al)O22(OH)2 Edenite NaCa2(Mg4Al)(Si6Al2)O22(OH)2 Pargasite []Ca2(Mg4Fe3+)(Si7Al)O22(OH)2 Orneblenda NaCa2(Fe2+4Fe3+)(Si6Al2)O22(OH)2 Hastingsite Na(NaCa)Mg5Si8O22(OH)2 Richterite Na(NaCa)(Mg4Al)(Si7Al)O22(OH)2 Katoforite []Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2 Glaucofane []Na2(Fe2+3Fe3+2)Si8O22(OH)2 Riebeckite NaNa2(Fe2+4Fe3+)Si8O22(OH)2 Arfvedsonite

Il diagramma ACF KAl2Si3AlO10(OH)2 Muscovite NaAl2Si3AlO10(OH)2 A = Al2O3 + Fe2O3 - Na2O - K2O Perché questa sottrazione ? Na e K nelle rocce femiche più comuni si combinano con Al per produrre Kfeld e Albite nei plagioclasi Nel diagramma ACF si vuole considerare solo la quantità di Al che è in eccesso rispetto Na2O e K2O cioè quello che non forma feldspati In realtà Na2O entra anche negli anfiboli e nelle miche, ma questo viene ignorato. Tipo? Tipo? KAl2Si3AlO10(OH)2 Muscovite NaAl2Si3AlO10(OH)2 Paragonite

? Dove si posiziona il K-Feld? Biotite Dove si posiziona il K-Feld? Non è possible rappresentare fasi con K in questo diagramma. 17%K20; 18%Al2O3; 65%SiO2 Come la muscovite ma con Ca al posto del K Molto Al2O3 (~55%) Al-silicati di Fe-Mg Medio Al2O3 (~35-42%) Al-silicati di Ca Anf. Ca- Mg-Al Poco Al2O3 (~17-20%) ~0% Al2O3 10,9% K2O 11,8% Al2O3 ? Anf. Ca-Mg-Fe

Il diagramma ACF Anortite CaAl2Si2O8 (CaO+Al2O3+2SiO2) A = 1+0-0-0 = 1; C = 1-3,33*0 = 1; F = 0+0+0 = 0 A C F Ricalcolando i tre parametri così che la somma sia uguale a 1: A = 0.5 C = 0.5 F = 0 A = Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O+K2O) C = CaO - 3.3*P2O5 F = FeO + MgO + MnO

Il diagramma ACF Calcite CaCO3 (CaO+CO2) A = 0+0-0-0 = 0; C = 1-3,33*0 = 1; F = 0+0+0 = 0 A C F Ricalcolando i tre parametri così che la somma sia uguale a 1: A = 0 C = 1 F = 0 A = Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O+K2O) C = CaO - 3.3*P2O5 F = FeO + MgO + MnO

Come? Calcite e Wollastonite nella stessa posizione? Il diagramma ACF Wollastonite CaSiO3 (CaO+SiO2) A = 0+0-0-0 = 0; C = 1-3,33*0 = 1; F = 0+0+0 = 0 A C F Come? Calcite e Wollastonite nella stessa posizione? Ricalcolando i tre parametri così che la somma sia uguale a 1: A = 0 C = 1 F = 0 SI A = Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O+K2O) C = CaO - 3.3*P2O5 F = FeO + MgO + MnO

Il diagramma ACF Diopside CaMgSi2O6 (CaO+MgO+2SiO2) A = 0+0-0-0 = 0; C = 1-3,33*0 = 1; F = 0+1+0 = 1 A C F Ricalcolando i tre parametri così che la somma sia uguale a 1: A = 0 C = 0,5 F = 0,5 A = Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O+K2O) C = CaO - 3.3*P2O5 F = FeO + MgO + MnO

Il diagramma ACF Almandino Fe3Al2Si3O12 (3FeO+Al2O3+3SiO2) A = 1+0-0-0 = 1; C = 0-3,33*0 = 0; F = 3+0+0 = 3 A C F Ricalcolando i tre parametri così che la somma sia uguale a 1: A = 0,25 C = 0 F = 0,75 A = Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O+K2O) C = CaO - 3.3*P2O5 F = FeO + MgO + MnO

Il diagramma ACF Albite NaAlSi3O8 (Na2O+Al2O3+6SiO2) A = 1+0-1-0 = 0; C = 0-3,33*0 = 0; F = 0+0+0 = 0 Nel diagramma ACF non è possibile rappresentare l’albite o altre fasi sodiche. A C F In realtà anche le fasi con K come gli anfiboli e le miche non potrebbero essere rappresentate qui… A = Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O+K2O) C = CaO - 3.3*P2O5 F = FeO + MgO + MnO

Rocce Carbonatiche impure? Rocce Quarzo- feldspatiche? Rocce Pelitiche? A=Al2O3+Fe2O3-(Na2O+K2O) C=CaO-3.3*P2O5 F=FeO+MgO+MnO Rocce Basiche? Rocce Carbonatiche impure? Rocce Quarzo- feldspatiche? Rocce Pelitiche Rocce Quarzo-Feldspatiche Rocce Basiche Rocce Carbonatiche impure

Rocce Quarzo-Feldspatiche Biotite Rocce Pelitiche Rocce Quarzo-Feldspatiche Rocce Basiche Rocce Carbonatiche impure

Biotite Rocce Pelitiche Rocce Quarzo-Feldspatiche Rocce Basiche Rocce Carbonatiche impure Esempio di diagramma ACF per condizioni P e T corrispondenti alla zona della cianite negli Highlands scozzesi (metamorfismo barroviano gradiente intermedio) Biotite

Protolite basico Facies a Zeoliti A C F + Analcime Heulandite Clorite Calcite Clorite + Analcime Facies a Zeoliti Protolite basico

Facies a Prehnite-Pumpellyite Epidoto s.s. Prehnite Calcite,Titanite Clorite + Albite Actinolite Pumpellyite Protolite basico Facies a Prehnite-Pumpellyite A C F Heulandite Calcite Clorite + Analcime Facies a Zeoliti Protolite basico

Facies a Prehnite-Pumpellyite Epidoto s.s. Actinolite Clorite + Albite Facies Scisti Verdi Calcite,Titanite Protolite basico A C F Epidoto s.s. Prehnite Calcite,Titanite Clorite + Albite Actinolite Pumpellyite Protolite basico Facies a Prehnite-Pumpellyite

Protolite basico Facies Anfibolitica Facies Scisti Verdi Calcite Diopside Orneblenda Granato Plagioclasio Protolite basico Facies Anfibolitica A C F Epidoto s.s. Actinolite Clorite + Albite Facies Scisti Verdi Calcite,Titanite Protolite basico

Protolite basico Facies Granulitica Protolite basico Plagioclasio Granato Augite Opx Protolite basico Facies Granulitica A C F Calcite Diopside Orneblenda Granato Plagioclasio Protolite basico Facies Anfibolitica

Protolite basico Facies Granulitica Protolite basico Facies Scisti Blu Plagioclasio Granato Augite Opx Protolite basico Facies Granulitica A C F Lawsonite Aragonite Glaucofane Giadeite Protolite basico Facies Scisti Blu Granato

- In pratica, tenendo fissa una composizione (es - In pratica, tenendo fissa una composizione (es. il campo blu che rappresenta una composizione media delle rocce ignee basiche come i basalti), si possono formare vari minerali metamorfici al variare dei T-P (ossia al variare delle FACIES METAMORFICHE. - Se si riesce a riconoscere la paragenesi metamorfica si può risalire al protolito e all’intervallo di temperatura e pressione alla quale la roccia si è equilibrata. - Il diagramma ACF è uno strumento molto semplice che può suggerire le facies di appartenenza di rocce metamorfiche, sulla base dei minerali effettivamente rinvenuti nelle sezioni sottili.

Il diagramma AKF o A’KF Cosa cambia rispetto al sistema ACF? Questo diagramma è usato essenzialmente per le rocce pelitiche, comunemente più ricche in Al2O3 e K2O e povere in CaO. Esso considera K2O tra i componenti Nel diagramma AKF o A’KF, gli pseudo-componenti sono: A o A’= Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O+K2O+CaO) K = K2O F = FeO + MgO + MnO Cosa cambia rispetto al sistema ACF? Il CaO viene sottratto all’Al+Fe3+ Il K2O prende il posto del CaO.

Il diagramma AKF o A’KF Questo diagramma è usato essenzialmente per le rocce pelitiche, comunemente più ricche in Al2O3 e K2O e povere in CaO. Esso considera K2O tra i componenti Nel diagramma AKF o A’KF, gli pseudo-componenti sono: A o A’= Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O+K2O+CaO) K = K2O F = FeO + MgO + MnO Si considera un eccesso di Al rispetto alla somma Na+K+Ca (ossia quello che avanza dopo avere costruito i feldspati (plagioclasi e feldspati alcalini). CaO è sottratto da Al2O3 quindi non si proietta il plagioclasio. Si possono plottare la muscovite e la biotite.

I minerali tipici delle metapeliti si posizionano lungo il lato A-F

Se sia Mu che Bt sono stabili, il diagramma è virtualmente separato in due campi dalla linea Mu-Bt. Questo vuol dire che minerali virtualmente senza K2O (es. cordierite) non possono coesistere con il K-feldspato. Le rocce meta-pelitiche ricche in Al contengono tipicamente andalusite, muscovite e cordierite e non contengono K-feldspato. Cosa succede nella reazione di alto grado che destabilizza la muscovite?

Tre dei più comuni minerali nelle rocce metapelitiche (muscovite, andalusite e K-feldspato) cadono in punti diversi nel diagramma A’KF. Nel diagramma ACF Mu e And si posizionano nello stesso punto, mentre il K-feld non si può plottare.

Il diagramma AFM Abbiamo visto che per le metapeliti è meglio usare il diagramma A’KF rispetto al diagramma ACF. Nel diagramma AKF (o A’KF), i pseudo-componenti sono: A o A’= Al2O3 + Fe2O3 – (Na2O+K2O+CaO) K = K2O F = FeO + MgO + MnO In A’KF (ma anche in ACF) si assume che FeO e MgO siano perfettamente vicarianti (sostituibili nelle strutture dei minerali). In realtà nei minerali metamorfici delle metapeliti Fe e Mg non sono sempre sovrapponibili. Ci sono minerali essenzialmente solo con Fe (es. Staurolite, Cloritoide, Granato) e minerali essenzialmente solo con Mg (es. Cordierite, Clorite).

Il diagramma AFM Il Diagramma AFM propone di dividere il Fe dal Mg. Nel diagramma AFM i pseudo-componenti sono: A = Al2O3 F = FeO + MnO M = MgO Tuttavia questi tre componenti (quattro ossidi) non descrivono completamente i sistemi metapelitici. Il quarzo (SiO2) viene considerato sempre presente (quindi non si rappresenta). A F M Lo stesso vale per l’H2O. Resta un altro elemento importante nei sistemi pelitici che non è considerato. Quale? Il K2O

Andalusite, Cianite, Sillimanite Il diagramma AFM Il Diagramma AFM propone di dividere il Fe dal Mg. A F M Si può quindi provare ad aggiungere un nuovo componente (K2O). In questo modo però si passerebbe da un triangolo ad un tetraedro. K Andalusite, Cianite, Sillimanite A F M

Il diagramma AFM Il Diagramma AFM propone di dividere il Fe dal Mg. A F M Andalusite, Cianite, Sillimanite: Al2SiO5 Cordierite: Mg2Al4Si5O18 Cloritoide: (Fe,Mg)2Al4Si2O10(OH)4 Granato: (Alm-Pir): (Fe,Mg)3Al2Si3O12 Clorite: (Mg,Fe)12[(Si,Al)8O20](OH)16 Staurolite: (Fe,Mg)2Al9(SiO4)4O6(OH)2 K Andalusite, Cianite, Sillimanite A F M Staurolite Come si fa ad inserire il K nel diagramma, senza complicare la resa grafica? Cloritoide Cordierite Granato Clorite Si usa la proiezione di K sul piano AFM.

Il diagramma AFM Biotite (Mix tra Flogopite e Annite) Il Diagramma AFM propone di dividere il Fe dal Mg. A F M K Che minerale si può proiettare sul piano AFM? Muscovite K-Feldspato Nel vertice K non esiste alcun minerale. Biotite Si usa allora la proiezione dalla Muscovite o dal K-Feldspato La biotite, ad esempio, ha K, A, F ed M (si trova all’interno del tetraedro). Biotite (Mix tra Flogopite e Annite) Flogopite: KMg3Si3AlO10(OH)2 Annite: KFe3Si3AlO10(OH)2

Il diagramma AFM Il Diagramma AFM propone di dividere il Fe dal Mg. A F M K Che minerale si può proiettare sul piano AFM? Muscovite K-Feldspato Nel vertice K non esiste alcun minerale. Biotite Si usa allora la proiezione dalla Muscovite Proiezione della Biotite sul piano AFM o dal K-Feldspato La biotite, ad esempio, ha K, A, F ed M (si trova all’interno del tetraedro). Dove si troverà la proiezione della biotite nella faccia AFM?

Proiezione della Biotite sul piano AFM Il diagramma AFM Alla fine dei conti a che serve questa “proiezione”? A F M K Si considerano quattro componenti (Al, K, Fe, Mg) con tre soli vertici (triangolo, non tetraedro). Biotite Proiezione della Biotite sul piano AFM

Come cambierà l’assemblaggio con l’aumento del grado metamorfico? Aumento della Temperatura Immaginiamo di avere una roccia con la composizione del cerchio rosso. Quale assemblaggio sarà stabile in queste condizioni? Clorite + Biotite Clorite ricca in Fe o in Mg? Ricca in Fe Biotite ricca in Fe o in Mg? Ricca in Fe (annitica) Il granato sarà presente? No Cosa dovrebbe cambiare per avere granato? Più Fe o più Mg? Più Fe Come cambierà l’assemblaggio con l’aumento del grado metamorfico?

Granato, Clorite, Biotite Aumento della Temperatura Immaginiamo di avere una roccia con la composizione del cerchio rosso. Quale assemblaggio sarà stabile in queste condizioni? Clorite + Biotite Il granato sarà presente? No Come cambierà l’assemblaggio con l’aumento del grado metamorfico? Aumento della Temperatura Granato, Clorite, Biotite La posizione del campione (cerchio rosso) non è cambiata. Qual è l’assemblaggio mineralogico stabile in queste condizioni di alta Temperatura, con la stessa composizione chimica? Il granato aumenta la stabilità (diventa più ricco in Mg), il campo di stabilità della clorite diminuisce (diventa più povera in Fe) e le altre fasi praticamente non cambiano, quindi…

Granato, Clorite, Biotite Aumento della Temperatura Immaginiamo di avere una roccia con la composizione del pallino nero. Quale assemblaggio sarà stabile in queste condizioni? Clorite + Biotite Il granato sarà presente? No Come cambierà l’assemblaggio con l’aumento del grado metamorfico? Aumento della Temperatura Granato, Clorite, Biotite La posizione del campione (cerchio rosso) non è cambiata. Vedremo questa transizione di assemblaggio mineralogico durante il campo in Sardegna.

Zona a Oligoclasio Zona a Granato Zona a Biotite Zona a Clorite Punta Falcone Isola Piana Zona a Granato Zona a Biotite Zona a Clorite Zona a Oligoclasio Micascisti + Paragneiss ad oligoclasio e granato + Quarziti Paragneiss + Micascisti + subordinate Quarziti e Filladi Copertura post-Ercinica Asinara

Il diagramma AFM Aumento della Temperatura

Compare la Staurolite come fase di più alto grado metamorfico. Il diagramma AFM Staurolite Ulteriore aumento della Temperatura Compare la Staurolite come fase di più alto grado metamorfico.

Staurolite, Granato, Biotite Il diagramma AFM Staurolite Ulteriore aumento della Temperatura Staurolite, Granato, Biotite Quale sarà l’assemblaggio a questo punto?

Il diagramma AFM Pelite ricca in Al Zona a Granato Pelite povera in Al

Il diagramma AFM Zona a Staurolite Pelite ricca in Al Pelite povera in Al

Il diagramma AFM Pelite ricca in Al Zona a Cianite Pelite povera in Al

Il diagramma AFM Zona a Sillimanite Pelite ricca in Al Pelite povera in Al

Il diagramma AFM Zona a Sillimanite + K-Feldspato Pelite ricca in Al Pelite povera in Al Zona a Sillimanite + K-Feldspato

Il diagramma AFM Facies Granulitica Pelite ricca in Al Pelite povera in Al Facies Granulitica

Ricordate i Saperi IMPRESCINDIBILI… - Classificazione delle rocce ignee plutoniche e vulcaniche secondo le raccomandazioni IUGS. - Classificazione delle rocce metamorfiche tramite concetti di facies e grado metamorfico, gradiente geotermico, composizione del protolito e microstruttura. - Composizione degli elementi maggiori nelle rocce in funzione dei minerali presenti. - Processo di cristallizzazione frazionata e fusione parziale. Significato di temperatura di solidus e di liquidus. - Composizione del mantello e della crosta terrestre in termini di chimismo e minerali principali. - Sistemi binari con formazione di eutettico, peritettico e soluzione solida. - Sistemi ternari con formazione di eutettico, soluzioni solide e linee cotettiche e peritettiche. Principi di Alkemade. - Principali associazioni magmatiche. - Utilizzo del microscopio polarizzatore ed identificazione delle principali fasi minerali.

Ricordate i Saperi IMPRESCINDIBILI… Se, alla fine del corso, non saranno acquisite le conoscenze sui punti precedentemente elencati, non sarà possibile superare l’esame finale.

…Bene, spero che a questo punto possiate prendere il volo…

GRAZIE PER L’ATTENZIONE E BUONO STUDIO La sezione relativa al processo metamorfico è stata redatta con l’aiuto dei colleghi Daniele Castelli, Lino Cirrincione, Patrizia Fiannacca, Franco Rolfo e Sara Ronca.