Studio petrologico di un’area di studio - Si sceglie l’area da investigare (es. Etna, Campi Flegrei, Vesuvio, etc.). - Si raccolgono campioni di rocce in un areale grande a piacimento (a seconda del grado di dettaglio dello studio). - Si producono sezioni sottili di ogni campione e le si studia. I campioni più interessanti (e quelli meno alterati) vengono poi granigliati, polverizzati ed infine analizzati mediante varie tecniche analitiche.

Per ogni campione si ottiene un set di dati che comprende gli elementi maggiori (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P; espressi in ossidi) e una parte degli elementi in traccia (non si analizzano tutti gli elementi presenti in natura, ma solo quelli utili per la geochimica e petrologia, ossia meno di una trentina in totale). - Si costruiscono diagrammi XY e si studia il comportamento reciproco di questi elementi.

Ognuno di questi puntini neri rappresenta un’analisi di un campione di roccia. In questo diagramma sono rappresentate le composizioni di soli due ossidi di tutti i campioni: SiO2 e CaO. 5 10 15 Le rocce con più elevato contenuto in SiO2 (rocce acide) hanno bassi valori di CaO, mentre rocce con più bassi valori di SiO2 (rocce basiche) hanno valori più elevati in CaO. CaO 45 50 55 60 65 70 75 SiO2

Questo tipo di correlazione si chiama CORRELAZIONE NEGATIVA Il parametro che si usa come ascissa (SiO2) è il parametro di riferimento contro il quale si confrontano gli altri ossidi (in questo caso CaO). 5 10 15 CaO 45 50 55 60 65 70 75 SiO2

INDICE DI DIFFERENZIAZIONE E’ molto comune l’utilizzo della SiO2 come ascissa Questo perché la SiO2 è considerata un INDICE DI DIFFERENZIAZIONE 5 10 15 Ossia la SiO2 in genere aumenta sempre durante i processi di cristallizzazione frazionata. CaO 45 50 55 60 65 70 75 SiO2

Diagrammi con SiO2 come ascissa vengono chiamati DIAGRAMMI HARKER (dal nome del primo ricercatore che li ha proposti)

Anche il diagramma classificativo TAS (Total Alkali vs Anche il diagramma classificativo TAS (Total Alkali vs. Silica) ha come ascissa la SiO2 5 10 15 La cristallizzazione frazionata porta in genere alla formazione di fusi residuali più ricchi in SiO2. CaO 45 50 55 60 65 70 75 SiO2

Tutte le fasi che iniziano a cristallizzare da un fuso basaltico (es Tutte le fasi che iniziano a cristallizzare da un fuso basaltico (es. olivina, pirosseni, plagioclasi, magnetite, etc.) hanno un contenuto in SiO2 più basso del liquido da cui cristallizzano. 5 10 15 SiO2 olivina = 39 wt.% pirosseno = 55 wt.% plagioclasio = 45 wt.% magnetite = 0 wt.% CaO 45 50 55 60 65 70 75 SiO2

Supponiamo che il primo cristallo che si forma da un fuso basaltico sia di clinopirosseno: Augite: Ca (Mg,Fe)Si2O6) SiO2 = 47 wt.% CaO = 22 wt.% 10 20 30 CaO 35 40 45 50 55 60 65 SiO2

Ovviamente, il fuso residuale sarà più ricco in SiO2 e più povero in CaO. La sua composizione dipende da quanto clinopirosseno ha frazionato. 10 20 30 CaO 35 40 45 50 55 60 65 SiO2 Liquido di partenza (basalto) Minerale che cristallizza (cpx) Liquido residuale (basalto-clinopirosseno)

Si può quantificare la % di una o più fasi che sono state frazionate per passare da un fuso ad un altro con la REGOLA DELLA LEVA. % di frazionato per passare da ad = (6/7)*100 = 85,7% 10 20 30 CaO 35 40 45 50 55 60 65 SiO2 Liquido di partenza (basalto) 7 cm 1 cm Minerale che cristallizza (cpx) 6 cm Liquido residuale (basalto-clinopirosseno)

Supponiamo che si fraziona un 10% di cpx B Cpx 47,57 2,81 5,78 7,59 0,09 13,02 22,48 0,52 0,10 0,05 100,00 C Magma -10% Cpx A Magma D C normalizz. a 100% SiO2 51,30 TiO2 1,75 Al2O3 15,99 Fe2O3 11,97 MnO 0,13 MgO 5,95 CaO 8,54 Na2O 3,57 K2O 0,70 P2O5 0,10 TOT. 100,00 46,54 1,47 15,41 11,21 0,12 4,65 6,29 3,52 0,69 0,10 90,00 51,71 1,63 17,12 12,46 0,13 5,16 6,99 3,91 0,77 0,11 100,00 + - + + = - - + + +

Supponiamo che si fraziona un 30% di cpx B Cpx 47,57 2,81 5,78 7,59 0,09 13,02 22,48 0,52 0,10 0,05 100,00 C Magma -30% Cpx A Magma D C normalizz. a 100% SiO2 51,30 TiO2 1,75 Al2O3 15,99 Fe2O3 11,97 MnO 0,13 MgO 5,95 CaO 8,54 Na2O 3,57 K2O 0,70 P2O5 0,10 TOT. 100,00 37,03 0,91 14,26 9,69 0,10 2,05 1,80 3,41 0,67 0,09 70,00 52,90 1,30 20,37 13,85 0,15 2,92 2,57 4,88 0,96 0,12 100,00 + - + + + - - + + +

Isola di Sant’Elena – Oceano Atlantico Meridionale

Isola di Sant’Elena – Oceano Atlantico Meridionale L’isola è situata sulla litosfera oceanica a 750 km dalla Dorsale Medio Atlantica. L’isola ha un’altezza massima di 883 m e un’area di 122 km2. Solo il 5% dell’isola affiora al disopra del livello del mare. Le rocce dell’isola sono basalti alcalini che si evolvono per cristallizzazione frazionata in trachiti e fonoliti.

Tessituta porfirica con indice di porfiricità molto variabile

Ol + Cpx > Plg Plg > Ol + Cpx

La composizione chimica delle rocce è controllata dall’abbondanza modale dei minerali che le costituiscono

Liquid Line of Descent (linea di discesa dei liquidi o traiettoria di evoluzione dei liquidi residui)

Esempio di una SERIE MAGMATICA.

Due “momenti” dell’evoluzione Isola di Sant’Elena (Oceano Atlantico meridionale) Grande intervallo di SiO2 Grande variazione di TiO2 Due “momenti” dell’evoluzione Grande variazione di TiO2 Piccolo intervallo di SiO2

Esempio di una SERIE MAGMATICA.

Due “momenti” dell’evoluzione Grande intervallo di SiO2 Piccola variazione di Al2O3 Grande variazione di Al2O3 Due “momenti” dell’evoluzione Piccolo intervallo di SiO2

Esempio di una SERIE MAGMATICA.

Due “momenti” dell’evoluzione Piccolo intervallo di SiO2 Due “momenti” dell’evoluzione Grande variazione di MgO Piccole variazione di MgO Grande intervallo di SiO2

Esempio di una SERIE MAGMATICA.

Esempio di una SERIE MAGMATICA.

Esempio di una SERIE MAGMATICA.

Esempio di una SERIE MAGMATICA.

SiO2 e MgO sono diversi indici di differenziazione Quale diagramma fornisce più informazioni? Diversi indici di differenziazione possono evidenziare processi petrogenetici differenti.

I diversi allineamenti delle analisi chimiche delle rocce dipendono dal tipo di minerali che frazionano: Olivine, Pirosseni, Plagioclasi, Magnetite e pochi altri. Questi sono i minerali più comuni che si frazionano a partire da un magma di composizione basaltica. In una SERIE MAGMATICA formata per cristallizzazione frazionata, il fuso più primitivo si definisce magma parentale o genitore.

Variazione della SiO2 rispetto al MgO Durante le prime fasi di evoluzione di un fuso basaltico la SiO2 NON aumenta sempre. La SiO2 resta costante all’inizio della cristallizzazione frazionata Variazione del MgO rispetto alla SiO2

Olivina Pirosseno SiO2 = 39 wt.% 52 wt.% MgO = 45 wt.% 16 wt.%

Frazionamento di 50% di olivina e 50% pirosseno SiO2 = (39 wt.% + 52 wt.%) / 2 = 45.5 MgO = (45 wt.% + 16 wt.%) / 2 = 30.5

Spinello Plagioclasio Olivina Clinopirosseno

Vettori di cristallizzazione: la composizione del magma A si trasforma nella composizione del magma B per cristallizzazione frazionata di olivina. % di olivina frazionata = [y / (x+y)] * 100 (regola della leva)

% di olivina+pirosseno frazionati = [z / (w+z)] * 100 La composizione del magma C si trasforma nella composizione del magma D per cristallizzazione frazionata di 50% olivina e 50% pirosseno. % di olivina+pirosseno frazionati = [z / (w+z)] * 100 (regola della leva)

Cambiamento chimica dell'olivina di composizione di composizione Durante il raffreddamento del magma, il minerale che si fraziona dal magma cambia sempre di composizione (soprattutto se si tratta di una soluzione solida come olivina, pirosseno e plagioclasio). Quindi il vettore di cristallizzazione risulta essere una linea curva. Cambiamento di composizione chimica del magma di composizione Cambiamento chimica dell'olivina

Vettori di cristallizzazione Spinello Vettori di cristallizzazione Cpx Olivina Plagioclasio Spinello Plagioclasio Olivina Clinopirosseno

Vettori di cristallizzazione Plagioclasio Olivina Cpx Spinello L’assemblaggio frazionato responsabile per il vettore di cristallizzazione è composto da: Ol+Cpx

L’assemblaggio frazionato responsabile per il vettore di cristallizzazione è composto da: 2 1 = Cpx+Sp 3 2 = Ol+Sp 1 3 = Ol+Cpx+Sp

Clinopirosseno Plagioclasio 1 L’assemblaggio frazionato responsabile per il vettore di cristallizzazione è composto da: Ol+Cpx Spinello Olivina

Clinopirosseno Olivina Cpx Plagioclasio 1 Spinello Olivina

Monte Etna - Sicilia Il più grande vulcano in Europa ed uno dei più grandi al mondo L’edificio vulcanico si estende per 40 km ed ha un’altezza di 3.3 km

1 eruzione dell’Etna emette 10000 volte la CO2 prodotta fino ad oggi dall’attività antropica.

Un magma primitivo dell’Etna ha CaO/Al2O3 =0.65 Ol Cpx Plg Spl CaO = 0.5wt% 21wt% 15wt% 0wt% Al2O3 = 0wt% 6wt% 30wt% 5.5wt% CaO/Al2O3 = ---- 3.5 0.5 ---- Un magma primitivo dell’Etna ha CaO/Al2O3 =0.65 Cpx Ol Spl Plg

Un magma primitivo dell’Etna ha CaO/Al2O3 =0.65 Ol Plg Cpx CaO/Al2O3=3.5 Un magma primitivo dell’Etna ha CaO/Al2O3 =0.65