di un processo all’equilibrio molto semplificato Esempio di cristallizzazione di un magma basaltico senza volatili SIMULAZIONE di un processo all’equilibrio molto semplificato Che sia chiaro: questa è solo una semplificazione di un processo in realtà molto più complesso di quanto rappresentato in queste diapositive…

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 100% Fuso Temperatura 1300° Si parte da una massa interamente fusa, a composizione basaltica. Durante il raffreddamento cominceranno a formarsi vari tipi di minerali. Dal momento che questi hanno composizioni diverse dal fuso dal quale cristallizzano, il fuso residuo cambierà continuamente di composizione.

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 100% Temperatura 1300° Fuso In un sistema chiuso (senza scambio di materia) la composizione del fuso originario è sempre uguale alla somma della composizione del fuso residuo e dei cristalli formati. Cominciamo la nostra simulazione immaginando di avere un fuso a 1300 °C ad una profondità di 15 kbar (~45-50 km).

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 100% Temperatura 1290° Fuso Fuso @ 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 100% Temperatura 1280° Fuso Controllate la colonna rossa a destra (che indica la diminuzione della temperatura) e la colonna in alto a sinistra (che indica la percentuale di fuso residuo). Fino a 1280 °C non succede nulla (ossia siamo in condizioni di supra-liquidus). A 1270 °C succede qualcosa. Cominciano a comparire i primi cristalli. Fuso @ 1300 °C

Temperatura di Liquidus Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 99% Attenzione: Cominciate a notare la variazione di colore (composizione) del fuso residuo Temperatura 1270° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Come si chiama la temperatura alla quale, in un processo di cristallizzazione, cominciano a comparire i primi cristalli? Temperatura di Liquidus Fuso @ 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 98% Percentuale di solido cristallizzato: 2% Temperatura 1260° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Notate che la percentuale di solido cristallizzato è complementare alla percentuale di fuso residuo. Fuso @ 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 97% Percentuale di solido cristallizzato: 3% Temperatura 1250° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Fuso @ 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 95% Percentuale di solido cristallizzato: 5% Temperatura 1240° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Fuso @ 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 90% Percentuale di solido cristallizzato: 10% Temperatura 1230° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Fuso @ 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 85% Percentuale di solido cristallizzato: 15% Temperatura 1220° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Fuso @ 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 80% Percentuale di solido cristallizzato: 20% Temperatura 1210° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Fuso @ 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 75% Percentuale di solido cristallizzato: 25% Temperatura 1200° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Notate la differenza di colore (composizione) del fuso a 1300 e a 1200 °C) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 70% Percentuale di solido cristallizzato: 30% Temperatura 1190° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 65% Percentuale di solido cristallizzato: 35% Temperatura 1180° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 60% Percentuale di solido cristallizzato: 40% Temperatura 1170° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 55% Percentuale di solido cristallizzato: 45% Temperatura 1160° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 50% Percentuale di solido cristallizzato: 50% Temperatura 1150° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 45% Percentuale di solido cristallizzato: 55% Temperatura 1140° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 40% Percentuale di solido cristallizzato: 60% Temperatura 1130° Fuso (residuo) TL - Cristallo 1 (es. olivina) - - - - - - Cristallo 2 (es. pirosseno) - - - - - - - Cristallo 3 (es. plagioclasio) - - - - - - - - - - - - - - - Fuso @ 1300 °C - - - - Fuso @ 1200 °C - - - - - - - - - - - -

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 35% Percentuale di solido cristallizzato: 65% Temperatura 1120° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 30% Percentuale di solido cristallizzato: 70% Temperatura 1100° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 25% Percentuale di solido cristallizzato: 75% Temperatura 1090° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 20% Percentuale di solido cristallizzato: 80% Temperatura 1080° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 18% Percentuale di solido cristallizzato: 82% Temperatura 1070° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 15% Percentuale di solido cristallizzato: 85% Temperatura 1060° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 12% Percentuale di solido cristallizzato: 88% Temperatura 1050° 1050° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 10% Percentuale di solido cristallizzato: 90% Temperatura 1040° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 8% Percentuale di solido cristallizzato: 92% Temperatura 1030° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 5% Percentuale di solido cristallizzato: 95% Temperatura 1020° Fuso (residuo) TL Cristallo 1 (es. olivina) - - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 3% Percentuale di solido cristallizzato: 97% Temperatura 1010° Fuso (residuo) TL - Cristallo 1 (es. olivina) - Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C Fuso @ 1010 °C

Temperatura di Solidus Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 0% Percentuale di solido cristallizzato: 100% Temperatura 1000° TL - Cristallo 1 (es. olivina) - Come si chiama la temperatura alla quale, in un processo di raffreddamento, scompare l’ultima goccia di fuso? Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) TS Cristallo 4 (es. magnetite) Temperatura di Solidus Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C Fuso @ 1010 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 0% Percentuale di solido cristallizzato: 100% Temperatura 990° TL - Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) TS Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C Fuso @ 1010 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 0% Percentuale di solido cristallizzato: 100% Temperatura 980° TL - Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) TS Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C Fuso @ 1010 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 0% Percentuale di solido cristallizzato: 100% Temperatura 970° TL - Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) TS Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C Fuso @ 1010 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 0% Percentuale di solido cristallizzato: 100% Temperatura 960° TL - Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Cristallo 3 (es. plagioclasio) TS Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C Fuso @ 1010 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Percentuale di fuso residuo: 0% Percentuale di solido cristallizzato: 100% Temperatura 950° TL - Cristallo 1 (es. olivina) Cristallo 2 (es. pirosseno) Al di sotto della temperatura di solidus non succede più nulla. La temperatura diminuisce ma i cristalli non aumentano più di dimensione. Cristallo 3 (es. plagioclasio) TS Cristallo 4 (es. magnetite) Fuso @ 1300 °C Fuso @ 1200 °C Fuso @ 1100 °C Fuso @ 1010 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Principali commenti: Questo è solo UN ESEMPIO MOLTO SEMPLIFICATO. Nella simulazione si parte da un magma femico (nell’esempio di colore nero) e si arriva ad un magma residuo felsico (nell’esempio di colore grigio chiaro). Non tutte le fasi cristallizzano contemporaneamente. Alcune fasi cristallizzano in un largo intervallo di temperature, mentre altre si formano per intervalli più limitati.

Simulazione di un processo di cristallizzazione Principali commenti: Nei sistemi naturali è sempre presente una fase volatile (soprattutto H2O e CO2). Queste fasi possono essolvere quando superano una data concentrazione nel fuso residuo oppure possono formare fasi idrate (es. miche ed anfiboli) o fasi con CO2 (es. carbonati primari). Nei sistemi naturali alcune fasi formate ad alte temperature possono venire parzialmente disciolte a temperature e/o a pressioni più basse.

Simulazione di un processo di cristallizzazione Principali commenti: L’intervallo totale di temperatura di questo sistema semplificato (TL-TS) è 270 °C. L’olivina è la prima fase a comparire (fase di liquidus). Si forma da 1270 a 1150 °C. Il clinopirosseno è la seconda fase a comparire. Si forma da 1220 a 1080 °C. Per un certo intervallo cristallizza insieme all’olivina. Il plagioclasio è la terza fase a comparire. Si forma da 1130 a 1000 °C. La magnetite si forma per ultima (da 1060 a 1000 °C).

Simulazione di un processo di cristallizzazione Principali commenti: Qual è la fase di liquidus di questo sistema simulato? Olivina - Si può stabilire in modo preciso la composizione della/e fase/e di liquidus di un sistema? Si, con la petrologia sperimentale. Si porta a fusione completa la roccia e la si fa raffreddare lentamente in laboratorio. Il primo cristallo che si forma rappresenta il minerale di liquidus di quel certo sistema.

Simulazione di un processo di cristallizzazione Principali commenti: Quali sono le fasi di solidus di questo sistema simulato? Come si ragiona? Se provassimo a fondere la roccia, quali sarebbero i primi cristalli a fondere? Olivina? Clinopirosseno? Plagioclasio? Magnetite?

Simulazione di un processo di cristallizzazione Principali commenti: Quali sono le fasi di solidus di questo sistema simulato? Come si ragiona? Se provassimo a fondere la roccia, quali sarebbero i primi cristalli a fondere? Plagioclasio Magnetite

Simulazione di un processo di cristallizzazione Principali commenti: La sequenza temporale di formazione (olivina, clinopirosseno, plagioclasio, magnetite) è sempre la stessa per tutti i fusi basaltici? NO, ovviamente L’ordine di cristallizzazione dipende dalla composizione del fuso, dalla pressione e temperatura e dal tipo e quantitativo di volatili presenti nel magma.

Rocce ossidianacee (ossidiane) Simulazione di un processo di cristallizzazione Principali commenti: Tutti i fusi basaltici cominciano a cristallizzare a 1270 °C e terminano la cristallizzazione a 1000 °C? NO, ovviamente L’intervallo temporale della cristallizzazione è estremamente variabile. In casi estremi si può anche non avere affatto cristallizzazione. Che tipo di rocce si hanno in questo caso? Rocce ossidianacee (ossidiane)

Porfirica o Afirica? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Porfirica o Afirica? Clinopirosseno Olivina Plagioclasio Magnetite

Porfirica o Afirica? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Porfirica o Afirica? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Fenocristalli di? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Fenocristalli di? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Olivina e Clinopirosseno Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Olivina e Clinopirosseno Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Fenocristalli euedrali, subedrali o anedrali? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Fenocristalli euedrali, subedrali o anedrali? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Fenocristalli euedrali, subedrali o anedrali? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Fenocristalli euedrali, subedrali o anedrali? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Porfirica iatale o Porfirica seriata? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Porfirica iatale o Porfirica seriata? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Porfirica iatale o Porfirica seriata? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Porfirica iatale o Porfirica seriata? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Isotropa o Anisotropa? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Isotropa o Anisotropa? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Isotropa o Anisotropa? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce una microstruttura di questo tipo? Isotropa o Anisotropa? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Olocristallina, Ipoialina o Ipocristallina? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce la pasta di fondo? Olocristallina, Ipoialina o Ipocristallina? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Olocristallina, Ipoialina o Ipocristallina? Simulazione di un processo di cristallizzazione Come si definisce la pasta di fondo? Olocristallina, Ipoialina o Ipocristallina? Olivina Clinopirosseno Plagioclasio Magnetite

Cristalli (vol. %) Temperatura (°C) Condizioni magmatiche pre-eruttive Condizioni sin-eruttive Eruzione Esempio di tipica sequenza di cristallizzazione di un basalto dell’Islanda (Chevrel et al., 2013, EPSL, 384, 109-120)

Proporzioni modali (%) Orneblenda Quarzo Biotite Apatite Magnetite Plagioclasio Spinello Ortopirosseno Clinopirosseno Olivina Liquido residuo Proporzioni modali (%) Temperatura degli esperimenti (°C) Nandedkar et al., 2014. Contribution to Mineralogy and Petrology, 167:1015 Frazionamento di minerali in magmi generati lungo un arco vulcanico (subduzione)

Orneblenda Quarzo Biotite Apatite Magnetite Plagioclasio Spinello Ortopirosseno Clinopirosseno Olivina Proporzioni modali (%) Temperatura degli esperimenti (°C) Nandedkar et al., 2014. Contribution to Mineralogy and Petrology, 167:1015 Frazionamento di minerali in magmi generati lungo un arco vulcanico (subduzione) …Cosa notate di diverso rispetto alla sequenza di cristallizzazione dei magmi dell’Islanda?

Magmi generati in zone di subduzione (arco vulcanico) Orneblenda Quarzo Biotite Apatite Magnetite Plagioclasio Spinello Ortopirosseno Clinopirosseno Olivina Proporzioni modali (%) Temperatura degli esperimenti (°C) Nandedkar et al., 2014. Contribution to Mineralogy and Petrology, 167:1015 Magmi generati in zone di subduzione (arco vulcanico) Cristalli (vol. %) Temperatura (°C) Condizioni magmatiche pre-eruttive Condizioni sin-eruttive Eruzione Esempio di tipica sequenza di cristallizzazione di un basalto dell’Islanda (Chevrel et al., 2013, EPSL, 384, 109-120) Magmi generati in ambienti lontani da subduzione Quando compare il plagioclasio? E gli ossidi di Fe-Ti?

Orneblenda Quarzo Biotite Apatite Magnetite Plagioclasio Spinello Ortopirosseno Clinopirosseno Olivina Proporzioni modali (%) Temperatura degli esperimenti (°C) Nandedkar et al., 2014. Contribution to Mineralogy and Petrology, 167:1015 1600 T (°C) 1500 1400 1300 1200 1100 1000 Di An 20 40 60 80 Per quale motivo il plagioclasio compare più tardi nei magmi formati in zona di subduzione? 1 atm (0,1 MPa) Cristalli (vol. %) Temperatura (°C) Condizioni magmatiche pre-eruttive Condizioni sin-eruttive Eruzione Esempio di tipica sequenza di cristallizzazione di un basalto dell’Islanda (Chevrel et al., 2013, EPSL, 384, 109-120) 1 GPa (pressione H2O)

Eason e Dunn 2015 (EPSL) A parità di tutti i parametri, maggiore è il contenuto di H2O più bassa è la T di liquidus. Con limitati contenuti di H2O il plagioclasio comincia a cristallizzare a T elevate (~1210 °C). Con contenuti di H2O più elevati il plagioclasio comincia a cristallizzare a T più basse (~1160 °C).

Orneblenda Quarzo Biotite Apatite Magnetite Plagioclasio Spinello Ortopirosseno Clinopirosseno Olivina Proporzioni modali (%) Temperatura degli esperimenti (°C) Nandedkar et al., 2014. Contribution to Mineralogy and Petrology, 167:1015 FeOtot/MgO 5 3 4 2 1 45 55 65 75 SiO2 % Serie Calcalcalina Serie Tholeiitica Cristalli (vol. %) Temperatura (°C) Condizioni magmatiche pre-eruttive Condizioni sin-eruttive Eruzione Esempio di tipica sequenza di cristallizzazione di un basalto dell’Islanda (Chevrel et al., 2013, EPSL, 384, 109-120) Per quale motivo gli ossidi di Fe-Ti (es. magnetite) compaiono precocemente nei magmi di subduzione?

Cristallizzazione Frazionata Simulazione di un processo di cristallizzazione A differenza del precedente esempio, in questa simulazione il fuso si separa dai cristalli in via di formazione. Come si chiama questo tipo di processo? Cristallizzazione Frazionata Fuso 100% Temp. 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Per semplificare il più possibile il processo, ora facciamo riferimento solo al fuso residuo e non consideriamo i vari cristalli che via via vanno formandosi. Come visto in precedenza, il fuso residuo cambia di continuo composizione (colore) Avete capito per quale motivo, durante una cristallizzazione (sia essa frazionata o all’equilibrio) il fuso residuo cambia di continuo composizione? Fuso 100% Temp. 1300 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Forse è meglio ripetere un pò questo che è un concetto fondamentale per capire la petrogenesi delle rocce ignee. Immaginiamo di studiare un sistema con due solo componenti. In pratica è come se avessimo un magma con due soli elementi: Si (palline bianche) e Mg (palline rosse).

Simulazione di un processo di cristallizzazione Immaginiamo che durante il raffreddamento di un magma si cominci a formare un minerale composto solo da Mg (palline rosse) e che questo minerale, per una serie di motivi (es. maggiore densità) si separi completamente dal fuso residuo.

Simulazione di un processo di cristallizzazione Il risultato finale sarà che, a partire da un sistema composto da due palline (rosse e bianche), in seguito ad un processo di allontanamento selettivo (rimozione o frazionamento delle sole palline rosse) avremo un fuso residuo con composizione diversa da quella di partenza. Solido frazionato (cristalli) Fuso residuo

Simulazione di un processo di cristallizzazione In conclusione il processo di cristallizzazione frazionata è il principale processo responsabile per la varietà di composizioni di rocce ignee in natura. Altri processi importanti sono il mescolamento di magmi a chimismo differente, l’assimilazione di rocce incassanti e il zone refining (ma quest’ultimo influisce essenzialmente solo sul contenuto degli elementi in traccia). Adesso vediamo un altro esempio un pò più vicino a quello che accade in realtà

Simulazione di un processo di cristallizzazione Invece delle palline rosse e bianche partiamo da un liquido di colore rosa. Da questo liquido, in seguito a raffreddamento si formeranno dei cristalli rossi. Di conseguenza il fuso tenderà a diventare sempre più bianco. Durante il frazionamento (allontanamento) dei minerali, il colore (composizione) del fuso residuo varia in modo complementare rispetto alla composizione del solido cristallizzato.

Simulazione di un processo di cristallizzazione Invece delle palline rosse e bianche partiamo da un liquido di colore rosa. Da questo liquido, in seguito a raffreddamento si formeranno dei cristalli rossi. Di conseguenza il fuso tenderà a diventare sempre più bianco. Magma a composizione A Magma a composizione B

Simulazione di un processo di cristallizzazione Immaginiamo che, durante un processo di raffreddamento di un magma, per qualche motivo una parte del fuso si possa separare dalla massa principale. Fuso 100% Temp. 1290 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Teniamo da parte il magma estratto in un contenitore e continuiamo con la cristallizzazione 1 Fuso 100% La massa principale di magma non varia di composizione ma viene solo ridotta in volume. Temp. 1290 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 Fuso 100% Temp. 1280 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 Fuso 99% Temp. 1270 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 Fuso 98% Temp. 1260 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 Fuso 97% Temp. 1250 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 Fuso 95% Temp. 1240 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 Fuso 90% Temp. 1230 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 Fuso 85% Temp. 1220 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 Fuso 80% Temp. 1210 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Dopo 100 °C di raffreddamento immaginiamo di isolare un altro quantitativo di magma. 1 Fuso 75% Temp. 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 75% A questo punto avremo la massa principale di magma residuo più due contenitori con magmi a composizione differente Temp. 1200 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 70% Temp. 1190 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 65% Temp. 1180 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 60% Temp. 1170 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 55% Temp. 1160 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 50% Temp. 1150 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 45% Temp. 1140 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 40% Temp. 1130 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 35% Temp. 1120 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 Fuso 30% Temp. 1110 °C

Per la terza volta estraiamo un altro quantitativo di magma. Simulazione di un processo di cristallizzazione Per la terza volta estraiamo un altro quantitativo di magma. 1 2 3 Fuso 25% Ora abbiamo tre tipi diversi di magmi Temp. più il magma residuo 1100 °C (simile in composizione al magma nel contenitore n. 3)

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 3 Fuso 20% Temp. 1090 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 3 Fuso 18% Temp. 1080 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 3 Fuso 15% Temp. 1070 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 3 Fuso 12% Temp. 1060 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 3 Fuso 10% Temp. 1050 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 3 Fuso 8% Temp. 1040 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 3 Fuso 5% Temp. 1030 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1 2 3 Fuso 3% Temp. 1020 °C

Per l’ultima volta estraiamo un altro quantitativo di magma. Simulazione di un processo di cristallizzazione Per l’ultima volta estraiamo un altro quantitativo di magma. 1 2 3 4 Fuso 1% Temp. 1010 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione In conclusione, arrivati alla temperatura di solidus del sistema originario (1000 °C), cosa avremo, nel caso di una cristallizzazione frazionata? 1 2 3 4 X Fuso 0% Temp. 1000 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1. Avremo un magma della stessa composizione del magma originale. 2. Avremo però anche altri tre tipi di magmi, a composizione chimica diversa. Questi quattro magmi potranno, a loro volta, cristallizzare all’equilibrio (e dare quindi quattro tipi diversi di rocce ignee): 1 2 3 4 X Fuso 0% Temp. 1000 °C Es. Basalto Es. Andesite Es. Dacite Es. Riolite

Simulazione di un processo di cristallizzazione 1. Avremo un magma della stessa composizione del magma originale. 2. Avremo però anche altri tre tipi di magmi, a composizione chimica diversa. Questi quattro magmi potranno però anche cristallizzare in modo frazionato, dando origine ad un numero molto elevato di rocce ignee. 1 2 3 4 X Fuso 0% Temp. 1000 °C Es. Basalto Es. Andesite Es. Dacite Es. Riolite

Simulazione di un processo di cristallizzazione IN CONCLUSIONE: Il processo di cristallizzazione frazionata può portare alla formazione di rocce ignee a diversa composizione chimica e mineralogica partendo da un unico magma genitore. 1 2 3 4 X Fuso 0% Temp. 1000 °C

X NON si può stabilire tramite TAS! IN CONCLUSIONE: Formazione di una serie magmatica (in questo caso serie subalcalina). Simulazione di un processo di cristallizzazione 77 73 69 65 61 57 53 49 Basalto 45 41 37 Picro- basalto 1 3 5 7 9 11 Foidite Fono- tefrite 13 Tefri- fonolite Fonolite Trachite Trachidacite Trachi- Andesite Basaltica Dacite Riolite Tefrite Basanite basaltica andesite 15 IN CONCLUSIONE: Il processo di cristallizzazione frazionata può portare alla formazione di rocce ignee a diversa composizione chimica e mineralogica partendo da un unico magma genitore. 1 2 3 4 X Fuso 0% Serie tholeiitica o calcalcalina? Temp. NON si può stabilire tramite TAS! 1000 °C

Simulazione di un processo di cristallizzazione Un ultimo punto da chiarire: Come è possibile che in natura avvenga una separazione di un fuso da una massa principale in fase di raffreddamento?

Simulazione di un processo di cristallizzazione Un ultimo punto da chiarire: Proviamo a simulare il processo di cristallizzazione frazionata con esempi naturali.

Camera magmatica principale Venuta a giorno del magma genitore (evento possibile e non necessario). Questa roccia può essere la roccia di tipo 1 vista in precedenza Inizia la cristallizzazione. Il magma genitore comincia a cambiare composizione. Una parte del magma si isola in camere magmatiche secondarie. Camera magmatica principale Magma Genitore

Camera magmatica principale Venuta a giorno del magma genitore (evento possibile e non necessario). Questa roccia può essere la roccia di tipo 1 vista in precedenza Inizia la cristallizzazione. Il magma genitore comincia a cambiare composizione. Una parte del magma si isola in camere magmatiche secondarie. Camera magmatica secondaria Camera magmatica secondaria Camera magmatica principale Magma Genitore

Camera magmatica principale Una parte del magma in queste camere secondarie può venire eruttata e dare origine ad un nuovo tipo di roccia. Camera magmatica secondaria Camera magmatica secondaria Camera magmatica principale Magma Genitore

Camera magmatica principale Si possono formare altre camere magmatiche dove i magmi derivati possono continuare ad evolvere ed, eventualmente, dare origine a nuovi tipi di rocce. Camera magmatica secondaria Camera magmatica secondaria Camera magmatica secondaria Camera magmatica principale Magma Genitore

Camera magmatica principale Camera magmatica secondaria Nel frattempo si possono formare altre camere secondarie, dando origine a rocce ancora più differenziate Camera magmatica secondaria Camera magmatica secondaria Camera magmatica secondaria Camera magmatica principale Magma Genitore Può verifirarsi un nuovo arrivo in superficie di magma genitore (nel frattempo la camera principale potrebbe essere stata riempita con l’arrivo di nuovo magma genitore).

Camera magmatica principale Non di rado si verificano anche processi di contaminazione crostale (digestione di rocce incassanti; processi tipo AFC = Assimilation plus Fractional Crystallization) Camera magmatica secondaria Camera magmatica secondaria Camera magmatica secondaria Camera magmatica secondaria Camera magmatica principale Magma Genitore

Ipotetica vista in pianta di un complesso vulcanico costituito da vari tipi di rocce ignee legate essenzialmente le une alle altre tramite processi di cristallizzazione frazionata e derivanti da un unico magma genitore.

77 73 69 65 61 57 53 49 Basalto 45 41 37 Picro- basalto 1 3 5 7 9 11 Foidite Fono- tefrite 13 Tefri- fonolite Fonolite Trachite Trachidacite Trachi- Andesite Basaltica Dacite Riolite Tefrite Basanite % SiO 2 % Na O+K O basaltica andesite ?

I campioni prelevati da questo ipotetico vulcano potrebbero essere tutti allineati lungo una direzione. Potrebbero costituire quella che si chiama SERIE MAGMATICA. 77 73 69 65 61 57 53 49 Basalto 45 41 37 Picro- basalto 1 3 5 7 9 11 Foidite Fono- tefrite 13 Tefri- fonolite Fonolite Trachite Trachidacite Trachi- Andesite Basaltica Dacite Riolite Tefrite Basanite % SiO 2 % Na O+K O basaltica andesite In questo caso le varie rocce sarebbero tutte legate le une alle altre tramite un processo di cristallizzazione frazionata. Il magma genitore per tutte le rocce sarebbe uno solo. ?

Mappa digitale del rilievo dei Colli Albani

Carta geologica dei Colli Albani

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 grande brano DUB di un gruppo napoletano (https://www.youtube.com/watch?v=jp4wLi5Ptog) 2) Uno dei più grandi chitarristi mai esistiti capaci di trasferire emozioni (https://www.youtube.com/watch?v=KN6AV-NsGVA) 3) I creatori della musica pop (i più innovativi di tutti) (https://www.youtube.com/watch?v=o2tVdnQDDEk)