11. Le rocce metamorfiche

Per studiare Introduzione allo studio delle rocce (D’Argenio B., Innocenti F. & Sassi F.P UTET, Torino) i capitoli sulle definizione dei concetti generali, le strutture e i criteri classificativi

Definizioni Il Metamorfismo è il processo petrogenetico che trasforma la mineralogia e la struttura di una roccia pre-esistente. Le trasformazioni avvengono in condizioni di subsolidus (allo stato solido), in risposta a cambiamenti di Pressione e Temperatura Inoltre … Fluidi acquosi (±CO2) possono essere presenti in micro- nanoporosità, in inclusioni fluide nei minerali o lungo i bordi dei minerali. Il metamorfismo e magmatismo possono coesistere nello spazio e nel tempo In estrema sintesi, ci sono 2 tipi di metamorfismo Regionale, legato alle zone di collisione tra placche Contatto, legato alla vicinanza di una sorcente di calore come un’intrusione magmatica

Trasformazioni mineralogiche Orneblendite roccia ignea intrusiva: minerale nero, orneblenda (Mg,Fe,Ca anfibolo); bianco, plagioclasio (Na,Ca) + quarzo) Val d’Ultimo (Italia) Eclogite roccia metamorfica: rosso, granato (Mg,Fe,Ca); verde, onfacite (Na,Ca clinopirosseno) Norvegia

Trasformazioni strutturali Pl + Qtz+ Bio Bio + Qtz ± Pl A-feld Granito, struttura pseudoporfirica isotropa con grossi (cm) cristalli euedrali di ortoclasio in un aggregato allontriomorfo granulare costituito da plagioclasio + quarzo + biotite Metagranito, struttura anisotropa costituita da grossi (cm) cristalli ovoidali di alcali-feldspato circondati da livelli (foliazione) ricchi di biotite + quarzo ± plagioclasio

Fattori di controllo Temperatura (T) Pressione (+ Deformazione) (P) Presenza di fluidi La loro variazione rappresenta il “motore” del processo petrogenetico metamorfico. Dove sono avvenuti, nella storia geologica della Terra, e dove avvengono tuttora queste variazioni di T, P e fluidi?

3. Dove si formano le montagne 2. Fondo oceanico (dove le placche litosferiche si allontanano) 3. Dove si formano le montagne (zone di collisione tra placche litosferiche) 1. All’interno di bacini sedimentari 3. Al contatto con intrusioni magmatiche

Temperatura Per convenzione, si ritiene che il processo metamorfico inizi a temperature superiori a 150 ± 50°C Al di sotto di quella T, avvengono i processi diagenetici, compresi la maturazione della materia organica depositata in bacini sedimentari (origine degli idrocarburi; carbone) La T facilita la ricristallizzazione dei minerali del protolite, aumentandone la dimensione dei minerali Rocce metamorfiche a grana grossa sono, spesso, il risultato di trasformazioni metamorfiche avvenute ad alte temperature

Temperatura (Una storia del fango) Slate o Ardesia: Roccia Metamorfica formatasi a c. 200°C

Temperatura Granato Mica bianca Granato Mica bianca (grana grossa) (grana fine, invisibile ad occhio nudo. Produce la lucentezza sericea della superficie) Fillade a granato: Roccia Metamorfica formata a c. 300-400°C Granato Mica bianca (grana grossa) Micascisto a Granato Roccia Metamorfica formata a c. 500°C

Temperatura Qtz + Crd Gt Bt 15 mm Fels a Granato e Cordierite, Vibo Marina (Calabria) T >700°C Coll. Didattica DTSGA-BO

! Granito Ortogneiss Attenzione! La dimensione dei granuli può essere anche un carattere ereditato dal protolite.

Temperatura Migmatite Esslingen, 2009 Migmatite Roccia Metamorfica di alta temperatura (>700°C) fino a fusione parziale (coesistenza di metamorfismo e magmatismo)

Grado Metamorfico Il grado metamorfico è proporzionale alla temperatura a cui è avvenuta la ricristallizzazione della roccia metamorfica In prima approssimazione, una roccia metamorfica a grana grossa è una roccia di alto grado metamorfico (sempre che il protolite non fosse stato una roccia a grana grossa) Sarebbe meglio fare considerazioni sui minerali metamorfici presenti. Ad es: rocce metapelitiche a Bio sono di grado più alto di metapeliti a Mus In prima approssimazione Verde, basso grado met. Giallo, medio grado met. Rosso, alto grado met. I minerali cambiano in funzione del chimismo della roccia. La T può essere stimata qualitativamente sulla base del tipo di minerale indice, come abbiamo imparato

Fattori di controllo Temperatura (T) Pressione (+ Deformazione) (P) Presenza di fluidi

Pressione e Deformazione Le rocce sono generalmente metamorfosate all’interno della crosta della Terra, nelle zone di collisione tra continenti (dove nasce una catena di monti). Spesso, durante il metamorfismo le rocce subiscono la P delle rocce adiacenti Quando si esercita più pressione lungo una direzione preferenziale, la roccia si deforma. A seconda della velocità di applicazione della pressione e alle condizioni PT alle quali avviene la deformazione possiamo avere Deformazioni fragili (fratture, faglie) (Fig. A) Deformazioni duttili [pieghe (v. Fig. B), foliazioni, lineazioni] www.cgrove417.org/fry/Science/Earth...Faultpic.jpg B Corsica, maggio 2009

Pressione Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. (a) Sezione di un campione con minerali aciculari/lamellari orientati casualmente. (b), la roccia fluisce viscosamente in risposta alla compressione (il tutto avviene in 105-106 Ma!!) I minerali ruotano e tendono ad una posizione di equilibrio che ha un’orientazione normale alla direzione della pressione. La struttura chiamata foliazione è il risultato macroscopico della compressione.

Foliazione Foliazione = Ogni struttura planare sistematicamente ripetuta in un campione di roccia Da cosa sono costituiti i piani??? Alternanza litologica Variazione di grana Piani di fratture Orientazione della forma dei granuli Orientazione preferenziale di minerali Combinazione tra i suddetti

Scistosità E’ un tipo particolare di foliazione La scistosità è una struttura planare costituita dall’orientazione preferenziale di minerali o aggregati di minerali lamellari (miche).

Lineazione Ogni struttura lineare sistematicamente ripetuta in un campione di roccia

Fattori di controllo Temperatura (T) Pressione (+ Deformazione) (P) Presenza di fluidi

Fluidi Fluidi sono presenti in tutti i processi petrogenetici Fluido metamorfico: fase costituita essenzialmente da H2O, CO2 e altri soluti come K+, Na+, Cl-, Si4+ .... Quindi, trasportano massa (cioè elementi) IMPORTANTE: i fluidi sono i responsabili di importanti processi di trasformazione di rocce, ad es.: Trasformano rocce anidre in rocce idrate idratazione (a.d. alterazione deuterica) serpentinizzazione

Fluidi N// Anf NX Cpx Anf 200μm Tesi Marco Palmieri (2009) Anf, anfibolo (~ 2 wt% H2O) Cpx, clinopirosseno (~ 0 wt% H2O) IMPORTANTE: i fluidi reagiscono con i minerali per produrre minerali secondari (c.d. “alterazione deuterica”)

Fluidi N// Qt NX Pl Bio Chl 200μm Pl, plagioclasio Qt, quarzo Bio, biotite (~ 3-4 wt% H2O) Chl, clorite (~ 10-12 wt% H2O) Tesi Marco Palmieri (2009) IMPORTANTE: i fluidi reagiscono con i minerali per produrre minerali secondari (c.d. “alterazione deuterica”)

Fluidi Attualmente, uno dei luoghi dove avviene un’intensa interazione tra fluidi e rocce è il fondale oceanico. Il calore prodotto dal magma innesca dei circuiti idrotermali che trasformano e idratano le rocce femiche (gabbri, basalti) ed ultrafemiche (peridotiti) della crosta oceanica Da: JG Sclater, NATURE 2003

Serpentinite Mt Ol Serp 4 mm Roccia metamorfica prodotta da reazioni di idratazione di rocce femiche e ultrafemiche Queste reazioni trasformano l’olivina e l’ortopirosseno in serpentino (Fe,Mg)2SiO4 + H2O = Mg3Si2O5(OH)4 + Fe3O4 Le rocce metamorfiche ricche di serpentino si chiamano … serpentiniti (rocce di colore verde scuro/nero) Ol Mt Serp 4 mm

Serpentinite Cava di “Rosso di Levanto” – Reggimonti (SP) basalto breccia

“Oficalcite” Breccia di serpentinite Serpentinite Vene di calcite

Valle d’Aosta Nome Petrografico Nome Commerciale Protolite Serpentinite Nome Commerciale Verde Alpi Protolite Peridotiti Serpentinite screziata, struttura non orientata (massiva). Le differenze di colore: Verde chiaro, porzioni di “serpentino” puro; Verde scuro, microaggregato di serpentino+magnetite Bianco, vena di calcite

Lombardia Nome Petrografico Nome Commerciale Provenienza Protolite: Serpentinoscisto Nome Commerciale Verde Serpentino Provenienza prov. Sondrio Protolite: Peridotiti, Pirosseniti Struttura scistosa