Laurea Triennale in Geologia A.A. 2010-2011 Corso di PETROGRAFIA Laurea Triennale in Geologia Angelo Peccerillo tel: 075 5852608 e-mail: pecceang@unipg.it home page: www.unipg.it/pecceang/ Lezione del 13 Ottobre 2011

Struttura dei liquidi silicatici miscela di ossidi o miscela di silicati?

Silicati Tetraedro Si-O

                                                                                                                                                                                                                                          Tipi di silicati Fillosilicati Nesosilicati                                                                                                                         Inosilicati Tectosilicati

Minerali e fusi silicatici Nesosilicato Nesosilicato fuso (Fuso poco polimerizzato)

Minerali e fusi silicatici Silice liquida (~ magma acido) Silice cristallina (es. quarzo) Fuso molto polimerizzato

Minerali e fusi silicatici Inosilicato Inosilicato fuso Ossigeno ponte Ossigeno non-ponte Silicio Distruttori di polimeri (Ca, Mg)

Grado di polimerizzazione Fuso polimerizzato McBirney, Igneous Petrology Fuso depolimerizzato

Magmi: miscela di silicati Grado di polimerizzazione dei magmi Costruttori di polimeri (Si, P) Distruttori di polimeri (Ca, Mg, Fe, Na, etc.) H2O? CO2?

EFFETTO DEPOLIMERIZZATORE DELL’ACQUA + = O ° H O 2 O H + 2 = (O bridging) (vapore) CO2 si dissolve nei magmi come molecole di CO2

Componenti volatili dei magmi H2O, CO2, Cl, F, S, gas nobili

I Magmi (composizione) 0,1 GPa (GigaPascal) = 1 kbar = 1000 bar = 10000 m di H2O =  3.5 km Per sciogliere i volatili nei magmi sono necessarie elevate pressioni; se queste diminuiscono, come avviene quando il magma si avvicina alla superficie, i volatili essolvono dal fuso [si liberano formando una fase separata] generando vescicole. Solubilità di H2O e CO2 nei magmi in funzione della pressione. La solubilità di CO2, è molto più bassa rispetto a quella dell'acqua e raggiunge valori significativi soltanto ad alta pressione, all’interno del mantello. Esiste anche una certa variabilità della solubilità dell’acqua in funzione della composizione dei magmi.

Solubilità di H2O nei magmi riolitici a 0.1 GPa (3.5 km) Solubilità di CO2 nei magmi basici a 0.1 GPa (3.5 km) 5 0.1 4 0.08 3 0.06 H O % 2 CO2% 2 0.04 1 0.02 700 800 900 1000 1100 900 1000 1100 1200 1300 Temperatura °C Temperatura °C

Caratteristiche fisiche dei magmi Temperatura Viscosità Densità Capacità termica, entapia, entropia

TEMPERATURA

Temperatura Temperatura di Solidus Temperatura di Liquidus Cristalli + Liquido Tutto solido Tutto liquido Magma surriscaldato Roccia

Temperature di solidus e liquidus vs. Pressione BASALTO 600 800 1000 1200 1400 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Presione (GPa) Temperatura (°C) 1.0 RIOLITE Solidus idrato Solidus anidro Liquidus anidro Liquidus idrato 1.0 Solidus idrato Liquidus idrato 0.8 Solidus anidro Liquidus anidro 0.6 Presione (GPa) 0.4 0.2 solidus liquidus 0.0 600 800 1000 1200 1400 Temperatura (°C)

VISCOSITA’

Viscosità Figure 2-8 McBirney, Igneous Petrology .

Pascal.sec e Poise Sistema Internazionale è il pascal per secondo

Viscosità

Viscosità dei magmi anidri Hess, Origins of Igneous Rocks

Effetto di H2O sulla viscosità in un liquido riolitico 10 8 Log10  6 4 2 Stolper (1982) 2 4 6 8 H2O % + = O ° H O 2 O H + 2 = (O bridging) (vapore)

Effetto della pressione sulla viscosità Modeste variazioni conseguenti al cambio di coordinazione di Al da tetraedrica a ottaedrica con l’aumentare della pressione Scarfe et al. (1987) Geochem. Soc. Sp. Publ. 1, p. 59-67

Effetto della temperatura sulla viscosità 1000 1200 1400 2 4 6 8 10 T °C Riolite Basalto Log10 

Viscosità dei magmi e Vulcanologia Magmi acidi viscosi Magmi basaltici fluidi

Viscosità dei magmi e Vulcanologia Magma basico fluido = eruzioni effusive Magma acido viscoso = eruzioni esplosive

Viscosità dei magmi e petrografia Magma basico fluido = cristalli Magma acido viscoso = vetro L’elevata viscosità dei magmi acidi favorisce la formazione di vetro vulcanico Ossidiana - Pomice

DENSITA’

Densità r = SMiXi/SViXi Dove Mi = peso molecolare del componente i Xi = frazione molare del componente I Vi = volume molare del componente i Gli ossidi principali possono essere considerati come i componenti I vari ossidi hanno simimi volumi molari Ma i pesi molecolari sono molto diversi (es., Mi ~30 g/mol per Si1/2O and ~72 g/mol for FeO), e, pertanto, essi controllano la densità dei magmi I magmi hanno in genere una densità pari al 90% della roccia solida equivalente volumes per oxygen in anorthite, diopside, and fayalite melts are all ~13.5-13.7 cm3/mol; surprisingly, oxygen atoms in the anorthite liquid are more closely packed than in the diopside liquid

SiO2 Basici Intermedi Acidi La viscosità diminuisce dai magmi basici a quelli acidi

Schema sinottico di alcune caratteristiche fondamentali dei magmi Mobilità degli elementi = Capacità di formare minerali