Dall’Universo al Pianeta azzurro Tano Cavattoni, Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini Dall’Universo al Pianeta azzurro

Capitolo 6 Le rocce metamorfiche Aronta è quel che’al ventre li s’atterga che ne’ monti di Luni, dove ronca lo Carrarese che di sotto alberga, ebbe tra’ bianchi marmi la spelonca per sua dimora; onde a guardar le stelle e ‘l mar non gli era la veduta tronca. Dante Alighieri Inferno XX

§6.1 Metamorfismo e ricristallizzazione I minerali e le rocce sono stabili solo nelle condizioni in cui si formano. Ai cambiamenti di temperatura e pressione corrispondono cambiamenti mineralogici e di struttura nelle rocce, che si adattano alle nuove condizioni. Tutto ciò avviene in tempi molto lunghi mentre la roccia resta allo stato solido. Le nuove condizioni di temperatura e pressione determinano il fenomeno della ricristallizzazione.

§6.1 Metamorfismo e ricristallizzazione La maggiore temperatura favorisce la mobilità degli atomi e degli ioni che formano i cristalli.

§6.1 Metamorfismo e ricristallizzazione La maggiore pressione genera nuove strutture cristalline più stabili di quelle preesistenti.

§6.2 Temperatura, pressione e metamorfismo Procedendo verso l’interno del nostro pianeta, temperatura e pressione variano in modo correlato: entrambe aumentano con la profondità.

§6.2 Temperatura, pressione e metamorfismo In un grafico temperatura-pressione, il processo metamorfico occupa un’area compresa tra processo sedimentario e processo magmatico sfumando in questi.

§6.2 Temperatura, pressione e metamorfismo L’entità delle trasformazioni subite dalle rocce è definita grado metamorfico. Esso diventa sempre più accentuato con la profondità: si passa da un grado metamorfico basso a uno intermedio e infine a uno elevato al cambiare delle condizioni fisiche.

§6.2 Temperatura, pressione e metamorfismo Affinché una roccia subisca metamorfismo non sono sufficienti però solo variazioni di temperatura e pressione: è fondamentale l’azione catalitica dei fattori cinetici senza i quali molte reazioni o non avverrebbero o avverrebbero molto lentamente. presenza di fluidi (H2O e CO2) che favoriscono la mobilità degli ioni all’interno del reticolo cristallino formazione di spazi intergranulari prodotti dalle deformazioni indotte dalla pressione orientata che permette la circolazione dei fluidi comparsa e scomparsa di specifici minerali sotto il controllo della temperatura in grado di catalizzare le reazioni chimiche.

§6.2 Temperatura, pressione e metamorfismo Le rocce che si formano dalla fusione parziale dei minerali che compongono una roccia prendono il nome di migmatiti. La migmatite (dal greco Μῖγμα = mescolanza) è una roccia ibrida, in parte ignea e in parte metamorfica Si forma a grande profondità nella crosta terrestre, quando la temperatura delle rocc metamorfiche qui esistenti è così alta da innescare il processo di fusione parziale, detto anatessi. Le migmatiti sono formate da aree di colore chiaro e composizione granitica, dette neosoma, mescolate in modo eterogeneo ad aree di roccia metamorfica scura, di chimismo intermedio o leggermente basico, dette paleosoma. Il neosoma non è altro che il materiale fuso che si è consolidato e cristallizzato nel posto stesso in cui si è formato

Tipi di metamorfismo In base all’ambiente geologico, il metamorfismo viene generalmente diviso in REGIONALE e LOCALE Il Metamorfismo Regionale si esplica su larghi volumi di roccia e gli effetti si misurano su larga scala (scala regionale). E’ dovuto all’azione sia della temperatura sia della pressione metamorfismo di subduzione; metamorfismo di collisione In molti casi questo tipo di metamorfismo è associato alla messa in posto di batoliti granitoidi di origine crostale e/o mantellica. Le deformazioni sono comuni. Durata di svariati milioni di anni.

Tipi di metamorfismo Il Metamorfismo Locale esplica i suoi effetti a scale molto più ridotte rispetto al metamorfismo regionale Metamorfismo di Contatto In vicinanza di corpi ignei. Metamorfismo dovuto all’azione prevalente del calore rilasciato dal corpo magmatico (favorito dalla presenza di gas e fluidi del magma). La zona di contatto è detta Aureola Metamorfica e ha uno spessore da pochi metri ad alcune centinaia di metri. Magma Basico (1000 °C; aureola sottile); Magma Acido (700 °C; aureola spessa). Senza deformazioni. Rocce tipiche: hornfels e marmi. Metamorfismo Cataclastico (o di frizione) In vicinanza di faglie e sovrascorrimenti. E’ dovuto all’azione prevalente della pressione che causa frammentazione e granulazione della roccia originaria. Rocce tipiche: brecce di faglia e pseudotachiliti.

§6.3 Metamorfismo regionale Una stessa roccia originaria può formare rocce metamorfiche diverse a seconda del grado di metamorfismo cui è sottoposta. Queste rocce di diverso grado che hanno origine dalla stessa roccia formano una serie metamorfica.

§6.3 Metamorfismo regionale Alcuni minerali, chiamati minerali indice, si formano solo in un limitato intervallo di temperatura e pressione. La presenza dei minerali indice testimonia le condizioni in cui è avvenuto il processo metamorfico.

§6.3 Metamorfismo regionale

§6.3 Metamorfismo regionale Rocce metamorfiche diverse, caratterizzate da metamorfismo dello stesso grado, occupano nel grafico temperatura-pressione la stessa area e appartengono alla stessa facies metamorfica.

§6.3 Metamorfismo regionale

TIPI di PRESSIONI nel METAMORFISMO PRESSIONE LITOSTATICA PRESSIONE ORIENTATA o DIREZIONALE È identica alla IDROSTATICA NON DEFORMA ma si limita a RIDURRE i VOLUMI DEFORMA MINERALI e ROCCE

§6.4 Pressione litostatica e pressione orientata La pressione litostatica, dovuta al peso delle rocce sovrastanti, si esercita con la stessa intensità da tutte le direzioni, non provocando deformazione delle rocce.

§6.4 Pressione litostatica e pressione orientata La pressione orientata agisce lungo una direzione prevalente e determina di conseguenza deformazione delle rocce.

§6.4 Pressione litostatica e pressione orientata La pressione orientata fa disporre i minerali di forma allungata o appiattita, come gli anfiboli o le miche, lungo piani perpendicolari alla direzione della pressione e fa assumere alla roccia un aspetto a bande.

rocce metamorfiche §6.5 Struttura delle Il metamorfismo conferisce nuove strutture alle rocce che modifica. I cristalli possono essere di dimensioni assai variabili, ma in genere sono distinguibili a occhio nudo. La struttura di una roccia metamorfica è determinata dalla dimensione, dalla forma e dalla disposizione dei cristalli.

§6.5 Struttura delle rocce metamorfiche La struttura scistosa è caratterizzata dalla disposizione dei cristalli per bande grossolanamente parallele, più o meno ondulate. Un campione di scisto.

§6.5 Struttura delle rocce metamorfiche Il clivaggio è determinato da un sistema di piani di fratturazione paralleli e molto sottili trasversali alla originaria stratificazione sedimentaria. argilloscisto.

rocce metamorfiche §6.5 Struttura delle Se i piani che caratterizzano la roccia metamorfica sono sottili, la roccia ha struttura foliata. Un campione di fillade.

rocce metamorfiche §6.5 Struttura delle Quando, come accade spesso nel metamorfismo di grado elevato, lo spessore dei piani è considerevole, si parla di struttura zonata. Un campione di gneiss.

rocce metamorfiche §6.5 Struttura delle Le rocce metamorfiche formate da cristalli compatti, privi di un orientamento preferenziale, sono caratterizzate da una struttura granulare. Un campione di marmo.

Un campione di gneiss occhiadino. §6.5 Struttura delle rocce metamorfiche Alcune rocce metamorfiche, come gli gneiss, hanno la struttura occhiadina, caratterizzata da noduli cristallini chiari circondati da sottili bande scure. Un campione di gneiss occhiadino.

§6.6 La serie metamorfica delle argille Le rocce sedimentarie costituite da argilla che subiscono un metamorfismo di basso grado si trasformano in argilloscisti. I cristalli degli argilloscisti si ricristallizzano, trasformandosi in mica e conferiscono alla roccia un aspetto foliato. Se le miche continuano a ricristallizzarsi le rocce si trasformano in filladi. Ulteriori reazioni di ricristallizzazione portano alla formazione di grossi cristalli di mica, di quarzo e di feldspati e la roccia diventa uno scisto.

§6.6 La serie metamorfica delle argille A temperature e pressioni più elevate si formano minerali come il granato e i feldspati e le rocce si trasformano in gneiss. Sottoposti a condizioni di temperatura e di pressione molto elevate, alcuni gneiss si trasformano in migmatiti. In generale si può dire che, nelle rocce, al crescere del grado di metamorfismo, aumenta la dimensione dei cristalli e aumenta lo spessore della foliazione, fino a creare bande di un certo spessore.