Riassunto della puntata precedente: Diagramma di fase binario con Peritettico Cristallizzazione all’equilibrio e frazionata

Sistema binario con soluzione solida (s.s.). Finora abbiamo visto solo un particolare tipo di sistema: Sistema binario con eutettico e peritettico. In natura esiste un altro tipo di relazione tra due componenti (minerali): Sistema binario con soluzione solida (s.s.).

Cosa vuol dire sistema binario con soluzione solida (s.s.)?. Quasi tutti i sistemi che abbiamo visto e che vedremo hanno una soluzione solida alle alte temperature. SiO2 e NaAlSi3O8 formano soluzione solida perfetta a alte temperature? Sì SiO2 e NaAlSi3O8 formano soluzione solida perfetta a basse temperature? No (restano due fasi separate e ben distinte)

Sistema binario con soluzione solida Uno degli esempi naturali più importanti è rappresentato dal sistema dei PLAGIOCLASI Ab 20 40 60 80 An Plagioclasio Fuso Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C 1118 1557 + Albite (NaAlSi3O8) Anortite (CaAl2Si2O8) Con il simbolo intendiamo la % di Anortite (ossia della molecola ricca in Ca) nel plagioclasio. X An Diagramma isobarico T-X a pressione atmosferica (da Bowen (1913) Amer. J. Sci., 35, 577-599).

Sistema binario con soluzione solida Classificazione dei plagioclasi: An 0-10% = Albite An 11-30% = Oligoclasio An 31-50 = Andesina An 51-70 = Labradorite An 71-90 = Bitownite An 91-100 = Anortite (K) (Na) (Ca) Feldspati alcalini Plagioclasi

X X X X Sistema binario con soluzione solida Formula generica dei plagioclasi: (Ca,Na)Al(Al,Si)Si2O8 An 0-10% = Albite An 11-30% = Oligoclasio An 31-50 = Andesina An 51-70 = Labradorite An 71-90 = Bitownite An 91-100 = Anortite Albite = (Ca,Na)Al(Al,Si)Si2O8 X X Anortite = (Ca,Na)Al(Al,Si)Si2O8 X X In realtà l’An può ospitare un pò di Na e l’Ab può ospitare un pò di Ca. Oligoclasio = (Ca0,11-0,30,Na1-%Ca)Al(Al%Ca,Si1-%Ca)Si2O8 Andesina = (Ca0,31-0,50,Na1-%Ca)Al(Al%Ca,Si1-%Ca)Si2O8 Labradorite = (Ca0,51-0,70,Na1-%Ca)Al(Al%Ca,Si1-%Ca)Si2O8 Bytownite = (Ca0,71-0,90,Na1-%Ca)Al(Al%Ca,Si1-%Ca)Si2O8

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a Ab 20 40 60 80 An Plagioclasio Fuso Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Come si chiama un plagioclasio con il 60% della molecola anortitica (Ca)? Liquidus di Solidus Plagioclasio Labradorite + Curva Fuso di Che percentuale di molecola albitica (Na) ha questo plagioclasio? Curva 40%

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 100% Fuso 0% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 100% Fuso 0% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C T1

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 100% Fuso 0% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C T2

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 c b a 99% Fuso 1% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C T3 Un fuso a composizione “a” comincerà a cristallizzare ad una temperatura T3 di…? Curva Cosa succede a fusi a composizione “b” o “c” alla stessa temperatura?

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 99% Fuso 1% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C c T3 di…? Qual è la composizione dei primi cristalli di Plagioclasio? Curva

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Il primo cristallo che si forma è SEMPRE più ricco in Ca rispetto al fuso dal quale cristallizza. c Come si stabilisce la composizione del primo cristallo? Si traccia un’isoterma rispetto alla temperatura di liquidus.

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 72% Fuso 28% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C T4 e d Composizione del Plagioclasio? d = 0,80 X An plag Composizione del fuso residuo? e = 0,45 X An liq

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 72% Fuso 28% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C T4 e d Durante la cristallizzazione, sia il fuso residuo che i plagioclasi cambiano continuamente composizione.

X/Y *100 Sistema binario con soluzione solida T4 Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 72% Fuso 28% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C X T4 e d Percentuale di cristalli? Y X/Y *100 1.5(cm)/3.5(cm) *100 = ~28%

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 38% Fuso 62% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Composizione del Plagioclasio? g f T5 f = 0,73 X An plag Composizione del fuso residuo? g = 0,38 X An liq

X/Y *100 Sistema binario con soluzione solida T5 Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 38% Fuso 62% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C X Percentuale di cristalli? g f T5 X/Y *100 Y 2.5(cm)/4(cm) *100 = ~62%

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 19% Fuso 81% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Composizione del Plagioclasio? i T6 h h = 0,68 X An plag Composizione del fuso residuo? i = 0,29 X An liq

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 b a 19% Fuso 81% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Cosa avremmo, alla stessa T, se fossimo partiti da un fuso a composizione “b”? i T6 h ? X An plag ? X An liq

X/Y *100 Sistema binario con soluzione solida T6 Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 19% Fuso 81% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C X Percentuale di cristalli? i T6 h X/Y *100 Y 3.25(cm)/4(cm) *100 = ~81%

X/Y *100 Sistema binario con soluzione solida T6 Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 b a 19% Fuso 81% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C X Percentuale di cristalli (partendo da un fuso “b”)? i T6 h Y X/Y *100 1.5(cm)/4(cm) *100 = ~37%

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 0% Fuso 100% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Composizione del Plagioclasio? T7 k j j = 0,60 X An plag di…? Composizione del fuso residuo? Curva k = 0,21 X An liq

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 0% Fuso 100% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Che succede se abbassiamo ancora la temperatura? k j T8 Assolutamente nulla

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a 0% Fuso 100% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C c Durante la cristallizzazione: T7 k j Il plagioclasio cambia da “c” a “j” Il liquido cambia da “a” a “k”

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 b a 0% Fuso 100% Plagioclasio Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C c Quale sarà la composizione dell’ultima goccia di fuso, partendo da un liquido “b”? T7 k j

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 a b c Ab 20 40 60 80 An Peso % An Qual è la temperatura di liquidus di un sistema a composizione “b”? 1 2 4 5 6 3 2 Qual è la temperatura di solidus di un sistema a composizione “a”? 3 Qual è la temperatura di liquidus e di solidus di un sistema a composizione “c”? 4 6

Sistema binario con soluzione solida Partiamo da una composizione iniziale del liquido a = An60 = 60 g An + 40 g Ab: XAn = 60/(60+40) = 0.60 Qual è la composizione del primo cristallo formato da un fuso a composizione “c”? a b c Ab 20 40 60 80 An Peso % An 12 1 2 4 5 6 3 Qual è la composizione dell’ultima goccia di un fuso a composizione “a”? 10 Qual è la composizione del primo cristallo formato da un fuso a composizione “b”? 14 Qual è la composizione dell’ultima goccia di un fuso a composizione “b”? 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8

Quanto abbiamo visto vale a pressione ambiente ed in condizioni ANIDRE 20 40 60 80 An Fuso Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C + Plagioclasio 700 800 900 1000 Cosa succede a pressioni più elevate (5 kbar) ed in condizioni di sovrasaturazione di H2O?

Cosa vuol dire in concreto? La temperatura di liquidus si abbassa sensibilmente (~400-500 °C). Fuso 1500 1400 Plagioclasio + 1300 Fuso Cosa vuol dire in concreto? TX 1200 T °C 1100 Fuso + Plagioclasio Da un fuso “a” anidro alla temperatura Tx avremo plagioclasi della stessa composizione “a”. 1000 900 800 Plagioclasio 700 Ab 20 40 60 80 An Peso % An

Cosa vuol dire in concreto? Se si passa a condizioni idrate, gli stessi plagioclasi si ritrovano in condizioni di supra-liquidus. Fuso 1500 1400 Plagioclasio + 1300 TX 1200 Cosa vuol dire in concreto? T °C 1100 Fuso + Plagioclasio 1000 I plagioclasi verranno riassorbiti dal sistema e ritorneranno a far parte della fase fusa. 900 800 Plagioclasio 700 Ab 20 40 60 80 An Peso % An

a Più comunemente si riscontra in natura una diminuzione della pressione e del contenuto in volatili dei magmi. Fuso 1500 1400 Plagioclasio + 1300 1200 T °C 1100 Fuso + Plagioclasio Il fuso a composizione “a” ad una temperatura di ~1200 °C che perde volatili (per essoluzione) si ritroverà in condizioni di subsolidus. 1000 900 800 Plagioclasio 700 Ab 20 40 60 80 An Peso % An

Cosa vuol dire questo? Fuso 1500 1400 Plagioclasio Il processo di cristallizzazione può essere favorito non solo dalla diminuzione di temperatura, ma anche dalla diminuzione del contenuto in volatili del sistema magmatico. + 1300 1200 T °C 1100 Fuso + Plagioclasio 1000 900 800 Plagioclasio 700 Ab 20 40 60 80 An Peso % An

In natura le cose sono molto più complicate di questa simulazione… Fuso 1500 1400 Plagioclasio In condizioni idrate la comparsa del plagioclasio come fase di liquidus è ritardata. + 1300 1200 T °C 1100 Fuso + Plagioclasio Quali altre fasi possono cristallizzare? 1000 Il contenuto di Al nel fuso residuo aumenta o diminuisce? 900 800 Plagioclasio E il contenuto in Ca? Resta lo stesso? 700 Ab 20 40 60 80 An Peso % An

Sistema binario con soluzione solida La fusione all’equilibrio è esattamente l’opposto: - Se si riscalda un plagioclasio con composizione An60 il primo fuso avrà una composizione = g a composizione An20 e 1340 °C. a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso b c g h - Se la fusione continua, sia il liquido che il plagioclasio cambiano composizione: - L’ultimo plagioclasio a fondere avrà una composizione = c (An87) a 1475 °C.

Sistema binario con soluzione solida La fusione all’equilibrio è esattamente l’opposto: ATTENZIONE Il processo di fusione non è MAI totale. Questo vuol dire che la composizione del liquido generato da un plagioclasio non sarà MAI uguale alla composizione del plagioclasio di partenza. a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso b c g h

Sistema binario con soluzione solida Domanda: Quali sono le principali sorgenti dei magmi? Le rocce di mantello a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso Domanda: Quali sono le principali rocce di mantello? Le Peridotiti b c g h Domanda: E’ possibile trovare plagioclasio nelle peridotiti? Si, ma solo a pressioni <1 GPa Domanda: Che profondità corrisponde ad una pressione di 1 GPa? ~30 km

Sistema binario con soluzione solida Cristallizzazione frazionata: La continua reazione tra i cristalli di plagioclasi (ricchi in Ca) ed il fuso residuo (sempre più ricco in Na) avviene con cinetiche relativamente lente. a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso c b d f g h

Sistema binario con soluzione solida Cristallizzazione frazionata: Nel caso di raffreddamenti rapidi, potrebbe non essere facile per il cristallo ricco in Ca reagire con il fuso e trasformarsi in un cristallo con meno Ca. a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso c b d f g h

Sistema binario con soluzione solida Cristallizzazione frazionata: Cosa succede in questo caso? La parte centrale del plagioclasio resta un po’ più ricca in Ca rispetto alla porzione più esterna del cristallo (che si forma da un fuso più ricco in Na). Nucleo (primo cristallo formato) ricco in Ca a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso c b d f g h Bordo (formatosi dopo il nucleo) più ricco in Na

Sistema binario con soluzione solida Cristallizzazione frazionata: Cosa succede in questo caso? La parte centrale del plagioclasio resta un po’ più ricca in Ca rispetto alla porzione più esterna del cristallo (che si forma da un fuso più ricco in Na).

Sistema binario con soluzione solida Cristallizzazione frazionata: In casi estremi, i cristalli appena formati vengono rimossi dal fuso residuo, impedendo la continua reazione con il fuso. Ad ogni temperatura Xtotale = Xliquido a causa della rimozione dei cristalli. Il liquido finale potrà diventare estremamente ricco in Ab. a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso c b d f g h

Sistema binario con soluzione solida Cristallizzazione frazionata: a In base a questo processo, la composizione dei plagioclasi nei liquidi via via più evoluti sarà sempre più ricca in Na. Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso c b d f g h

Sistema binario con soluzione solida Cristallizzazione frazionata: Questo è il motivo per cui i plagioclasi dei basalti/gabbri (rocce basiche, poco evolute) sono ricchi in Anortite (labradorite o bytownite) mentre i plagioclasi delle andesiti/dioriti (rocce intermedie, più evolute) sono più ricchi in Albite (oligoclasio o andesina). a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso c b d f g h

Sistema binario con soluzione solida Ca# Ca/(Ca+Na) Al# Al/(Al+Si) Correlazione tra contenuto in An del plagioclasio e (a) valore Ca# del fuso e (b) valore di Al# del fuso Da: Panjasawatwong et al., 1995, Contrib. Mineral. Petrol., 118, 420-432)

Sistema binario con soluzione solida Fusione frazionata: In questo caso il primo liquido formato (g) viene rimosso immediatamente. Se la composizione del plagioclasio di partenza è XAn = 0,60 il primo liquido = g Se si il liquido g viene rimosso (frazionato) ed in seguito cristallizza all’equilibrio, il plagioclasio finale avrà la composizione = i a Ab 20 40 60 80 An Peso % An 1100 1200 1300 1400 1500 T °C Plagioclasio Fuso c b d f g h i

Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine Sistema binario con soluzione solida Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine Fo (Forsterite) (Mg2SiO4) Fa (Fayalite) (Fe2SiO4) formano una serie di soluzioni solide. Più in generale la loro formula é (Mg,Fe)2SiO4 Fo 20 40 60 80 Fa 1300 1500 1700 T oC Olivina Fuso 1900 a b c d Peso% Forsterite Diagramma di fase isobarico T-X a pressione atmosferica (da Bowen e Shairer (1932), Am. J. Sci., 24, 177-213.

Sistema binario con soluzione solida Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine Nel caso dei plagioclasi, il primo cristallo che si formava durante la cristallizzazione è più ricco o più povero in Ca? Fo 20 40 60 80 Fa 1300 1500 1700 T oC Olivina Fuso 1900 a b c d Peso% Forsterite Più anortitico (più ricco in Ca). Diagramma di fase isobarico T-X a pressione atmosferica (da Bowen e Shairer (1932), Am. J. Sci., 24, 177-213.

Sistema binario con soluzione solida Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine Nel caso delle olivine, il primo cristallo che si forma durante la cristallizzazione è più ricco o più povero in Mg? Fo 20 40 60 80 Fa 1300 1500 1700 T oC Olivina Fuso 1900 a b c d Peso% Forsterite Più forsteritico (più ricco in Mg). Diagramma di fase isobarico T-X a pressione atmosferica (da Bowen e Shairer (1932), Am. J. Sci., 24, 177-213.

Più ricche in Mg Sistema binario con soluzione solida Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine Le olivine dei basalti (se presenti) sono più o meno ricche in Mg delle olivine delle trachiti (se presenti)? Fo 20 40 60 80 Fa 1300 1500 1700 T oC Olivina Fuso 1900 a b c d Peso% Forsterite Più ricche in Mg Diagramma di fase isobarico T-X a pressione atmosferica (da Bowen e Shairer (1932), Am. J. Sci., 24, 177-213.

Sistema binario con soluzione solida Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine Il rapporto Fe/Mg in un’olivina è funzione del rapporto Fe/Mg del fuso dal quale cristallizza. Fo 20 40 60 80 Fa 1300 1500 1700 T oC Olivina Fuso 1900 a b c d Peso% Forsterite Più alto è il rapporto Mg/Fe nel fuso, più alto sarà il rapporto Mg/Fe nell’olivina in equilibrio con quel fuso.

Sistema binario con soluzione solida Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine Il rapporto Fe/Mg in un’olivina è più alto o più basso del rapporto Fe/Mg del fuso dal quale cristallizza? Fo 20 40 60 80 Fa 1300 1500 1700 T oC Olivina Fuso 1900 a b c d Peso% Forsterite Più basso. L’olivina che cristallizza da un fuso accetta nel suo reticolo più Fe o più Mg? Mg

> 1 = 1 < 1 ~0,33 ± 0,02 Sistema binario con soluzione solida Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine Il rapporto (FeO/MgO)olivina/(FeO/MgO)fuso è: Fo 20 40 60 80 Fa 1300 1500 1700 T oC Olivina Fuso 1900 a b c d Peso% Forsterite > 1 = 1 < 1 ~0,33 ± 0,02

Kd ~0,33 ± 0,02 Sistema binario con soluzione solida Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine Il rapporto (FeO/MgO)olivina/(FeO/MgO)fuso è definito: Fo 20 40 60 80 Fa 1300 1500 1700 T oC Olivina Fuso 1900 a b c d Peso% Forsterite Kd (Coefficiente di distribuzione Fe/Mg tra olivina e fuso) ~0,33 ± 0,02

1,2 * 0,33 = 0,40 Sistema binario con soluzione solida Altri esempi di sistemi binari con s.s.: le olivine (FeO/MgO)fuso = 1.2% (Kd = 0,33) FeOfuso = 9,00% MgOfuso = 7,50% Fo 20 40 60 80 Fa 1300 1500 1700 T oC Olivina Fuso 1900 a b c d Peso% Forsterite Calcolare il rapporto FeO/MgO nell’olivina in equilibrio con questo fuso: (FeO/MgO)olivina = 1,2 * 0,33 = 0,40

Fo in ol An in pl 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Diagrammi di covarazione di minerali nei gabbri oceanici (Sito ODP 735B)

Mg# in cpx An in pl Mg# = Mg/(Mg+Fe) 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,90 0,78 0,66 0,54 Mg# = Mg/(Mg+Fe)

Fo in ol Mg# in cpx 0,38 0,54 0,70 0,86 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

Mg# in cpx Mg# in opx 0,38 0,54 0,70 0,86 0,90 0,78 0,66

Sistema binario con soluzione solida Altro esempio un po’ più complicato: I Feldspati Alcalini Liquido Solido (un solo feldspato) Feldspato ricco in Or + Liq Feldspato ricco in Ab + Liq Lacuna di miscibilità (Solvus) Feldspati alcalini Plagioclasi

Sistema binario con soluzione solida Cosa succede durante una cristallizzazione in equilibrio? Altro esempio un po’ più complicato: I Feldspati Alcalini Liquido Solido (un solo feldspato) Feldspato ricco in Ab + Liq (K) (Na) Feldspati alcalini Plagioclasi (K) (Na) Feldspati alcalini Plagioclasi Feldspato ricco in Or + Liq Lacuna di miscibilità (Solvus)

Sistema binario con soluzione solida Cosa succede durante una cristallizzazione in equilibrio? Liquido Solido (un solo feldspato) Lacuna di miscibilità (Solvus) Feldspato ricco in Ab + Liq (K) (Na) (Ca) Feldspati alcalini Plagioclasi (K) (Na) Feldspati alcalini Plagioclasi Quando si incontra il Solvus la parte più ricca in K comincia a separarsi dal feldspato alcalino di sodio. Feldspato ricco in Or + Liq Da un singolo feldspato si formano quindi due feldspati, uno più ricco in Na e l’altro più ricco in K.

Sistema binario con soluzione solida Cosa succede durante una cristallizzazione frazionata? Liquido Solido (un solo feldspato) Lacuna di miscibilità (Solvus) Feldspato ricco in Ab + Liq (K) (Na) (Ca) Feldspati alcalini Plagioclasi (K) (Na) Feldspati alcalini In teoria si potrebbe raggiungere il minimo termico. Feldspato ricco in Or + Liq Le composizioni del feldspato e del liquido residuale possono diventare molto ricche in Na. Cosa succede al cristallo (unico) finale che continua a raffreddarsi molto lentamente?

Sistema binario con soluzione solida Cosa succede durante una cristallizzazione frazionata? Liquido Solido (un solo feldspato) Lacuna di miscibilità (Solvus) Feldspato ricco in Ab + Liq (K) (Na) (Ca) Feldspati alcalini Plagioclasi (K) (Na) Feldspati alcalini Anche in questo caso, da un singolo feldspato si formano due feldspati uno più ricco in Na e l’altro più ricco in K. Feldspato ricco in Or + Liq

Sistema binario con soluzione solida Cosa succede durante una cristallizzazione frazionata? Liquido Solido (un solo feldspato) Lacuna di miscibilità (Solvus) Feldspato ricco in Ab + Liq (K) (Na) (Ca) Feldspati alcalini Plagioclasi (K) (Na) Feldspati alcalini Anche in questo caso si può raggiungere il minimo termico e la formazione dello stesso tipo di feldspato singolo visto in precedenza. Feldspato ricco in Or + Liq Di nuovo si può avere la formazione due feldspati diversi, uno più ricco in Na e l’altro più ricco in K.

Sistema binario con soluzione solida Cosa succede durante una cristallizzazione frazionata? Liquido Solido (un solo feldspato) Lacuna di miscibilità (Solvus) Feldspato ricco in Ab + Liq (K) (Na) (Ca) Feldspati alcalini Plagioclasi (K) (Na) Feldspati alcalini Questo è un PUNTO EUTETTICO? Feldspato ricco in Or + Liq NO. E’ solo un MINIMO TERMICO

Sistema binario con soluzione solida In quali condizioni si può verificare lo smescolamento di due feldspati? Pertiti [smescolamento di lacinie (strisce) ricche in Na in feldspato potassico]. Liquido Solido (un solo feldspato) Lacuna di miscibilità (Solvus) Feldspato ricco in Ab + Liq (K) (Na) (Ca) Feldspati alcalini Plagioclasi Questo è un PUNTO EUTETTICO? NO. E’ solo un MINIMO TERMICO (K) (Na) Feldspati alcalini Feldspato ricco in Or + Liq Amazzonite Tipico esempio di microclino pertitico utilizzato in gioielleria. Antipertiti [smescolamento di lacinie (strisce) ricche in K in feldspato sodico].

Sistema binario con soluzione solida In quali condizioni si può verificare lo smescolamento di due feldspati? Le Pertiti e le Antipertiti si formano sia in condizioni di cristallizzazione all’equilibrio che frazionata. (K) (Na) (Ca) Feldspati alcalini Plagioclasi (K) (Na) Feldspati alcalini Plagioclasi Con l’ulteriore diminuzione della T… Quello che è necessario è che il singolo feldspato incontri la lacuna di miscibilità e che il raffreddamento sia sufficientemente lento per dar tempo al singolo feldspato di separare le porzioni più potassiche da quelle più sodiche. Quale sarà la composizione finale dei feldspati alcalini? Pertiti e Antipertiti non si rinvengono nei feldspati alcalini di rocce vulcaniche ma solo in quelli di rocce plutoniche.

Effetto della PH2O sul sistema Ab-Or Sistema binario con soluzione solida Effetto della PH2O sul sistema Ab-Or ~15 km di profondità

Esempi naturali ancora più complessi…

Esempi naturali ancora più complessi… Tutto liquido Tutto solido

Esempi naturali ancora più complessi… Come si chiamerà il solido finale? Non si tratta di magnesite pura ma magnesite con un po’ di calcite (ossia una soluzione solida = ss) Magnesite ss

Esempi naturali ancora più complessi… A questo punto scompare il fuso (perché il solido raggiunge la composizione del fuso di partenza). In questo caso alla fine avremo una magnesite non pura ed una dolomite quasi pura. In pratica due minerali diversi, nessuno dei quali con una composizione teorica estrema. Solvus

Esempi naturali ancora più complessi… A questo punto scompare il fuso (perchè il solido raggiunge la composizione del fuso di partenza). Cosa succede a questa T? Da cosa è composto il sistema?

Esempi naturali ancora più complessi… Con la diminuzione della T i due componenti diventano sempre più puri. Il liquido solidifica formando due minerali

1600 1400 1200 Temperatura (°C) Di An Liquido Solido (due minerali) Anortite + Liq Diopside + Liq Liquido Solido (un solo feldspato) Feldspato ricco in Or + Liq Feldspato ricco in Ab + Liq 1000 1200 Temperatura (°C) Or Ab Stesso fuso Primo fuso Primo fuso Fuso diverso Sistema binario con Eutettico Sistema binario con Minimo Termico In un sistema binario con Eutettico la composizione del primo fuso è sempre la stessa. Inoltre l’ultima goccia di fuso in condizioni di equilibrio e disequilibrio ha sempre la composizione dell’eutettico.

1600 1400 1200 Temperatura (°C) Di An Liquido Solido (due minerali) Anortite + Liq Diopside + Liq Liquido Solido (un solo feldspato) Feldspato ricco in Or + Liq Feldspato ricco in Ab + Liq 1000 1200 Temperatura (°C) Or Ab Primo fuso Fuso diverso Sistema binario con Eutettico Sistema binario con Minimo Termico In un sistema binario con Minimo Termico la composizione del primo fuso dipende dalla composizione del solido di partenza. L’ultima goccia di fuso in condizioni di equilibrio dipende dalla composizione del solido di partenza. Solo in condizioni di cristallizzazione frazionata perfetta l’ultima goccia di fuso può raggiungere il minimo termico.

Esempi naturali ancora più complessi… Su elearning2 ho caricato un file pptx contenente oltre duecento diagrammi di fase binari con le più svariate composizioni e rapporti tra fasi…

Credits Alcune figure e schemi da: J. Winter - Lezioni per il corso di Igneous Petrology P. Tomascak - Lezioni di Geologia Plummer, McGear and Carlson Physical Geology (1999) McGraw Hill ed.

Per commenti, chiarimenti o informazioni su queste slides: Ogni anno cerco di migliorare la qualità della presentazione ed aggiungo nuove informazioni. Cercate quindi su internet di scaricare sempre la versione più aggiornata di queste slides. Per commenti, chiarimenti o informazioni su queste slides: michele.lustrino@uniroma1.it

Suggerimenti per migliorare la cultura musicale e per vivere meglio: (da ascoltare in religioso silenzio e attenzione fino alla fine) 1) Un gruppo napoletano molto in voga nei miei anni di università (https://www.youtube.com/watch?v=MVNgLcJ0PiY) 2) Il culto delle ostriche azzurre in un brano magico (https://www.youtube.com/watch?v=7pFdkkjGiEs) 3) Un brano incantato di un film bellissimo (https://www.youtube.com/watch?v=vBWCphAu8ik)