A.A. 2012-2013
Corso di PETROGRAFIA
Laurea Triennale in Geologia
Angelo Peccerillo
tel: 075 5852608
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Lezione del 8 Novembre 2012
Metamorfismo progrado e metamorfismo retrogrado
Quando le rocce formatesi in condizioni superficiali vengono portate in
profondità all'interno della Terra, esse vengono sottoposte a pressioni e
temperature crescenti e si trasformano in rocce metamorfiche di grado sempre
più elevato.
Il metamorfismo che si realizza in condizioni di P e T crescenti, viene detto
metamorfismo progrado.
Tuttavia, una volta formate, molte rocce metamorfiche sono sottoposte a
sollevamento, specialmente dopo la collisione continentale, e vengono portate
verso la superficie (riesumazione metamorfica), dove le possiamo osservare in
affioramento, dopo l'asportazione della copertura rocciosa da parte degli agenti
erosivi.
Nel corso del passaggio dalle condizioni di metamorfismo più o meno alto alla
superficie terrestre, le rocce subiscono un decremento di P e T. I minerali e le
strutture di alto grado metamorfico tendono a raggiungere l'equilibrio nelle
decrescenti condizioni termobariche.
Le trasformazioni mineralogiche e strutturali che si verificano durante il
decremento di P-T prendono il nome di metamorfismo retrogrado (diaftoresi).
Metamorfismo progrado e metamorfismo retrogrado
Le reazioni che si realizzano durante il metamorfismo progrado sono generalmente
più veloci di quelle del metamorfismo retrogrado.
La differenza tra le cinetiche di reazione dipende essenzialmente dal fatto che nel
metamorfismo progrado sono generalmente presenti abbondanti quantità di fluidi che
accelerano le trasformazioni mineralogiche.
I fluidi vengono largamente persi nelle reazione che si verificano durante la risalita
della temperatura e il successivo metamorfismo retrogrado si verifica in condizioni di
bassa pressione di fluidi con conseguente rallentamento delle reazioni metamorfiche.
Inoltre, il metamorfismo progrado procede generalmente per tempi più lunghi (di
parecchi milioni o decine di milioni di anni) rispetto a quelli della riesumazione e del
metamorfismo retrogrado. Ne deriva che pochi minerali di neoformazione si
sviluppano dalle associazioni di alta P-T che sopravvivono in condizioni di
disequilibrio.
Pertanto, mentre le strutture e le composizioni mineralogiche di bassa P-T raramente
sopravvivono al metamorfismo progrado, quelle di alto grado metamorfico si
conservano quasi immutate durante il metamorfismo retrogrado. Ciò ci consente di
trovare in superficie rocce metamorfiche formate a profondità di diecine o centinaia di
km all'interno della Terra.
Reazioni metamorfiche
Quando i minerali che compongono una roccia sono sottoposti ad alte
pressioni e temperature, diventano instabili e si trasformano in altri
minerali, più o meno per le stesse ragioni per cui un blocco di argilla si
trasforma in mattone se messo a cuocere in una fornace.
I minerali che si formano durante l'aumento del metamorfismo sono diversi a
seconda:
•
delle condizioni di metamorfismo (pressione, temperatura, fluidi - cioè del
grado metamorfico)
•
della composizione chimico-mineralogica della roccia originaria
(protolito).
Poiché lo spettro composizionale delle rocce ignee e sedimentarie è molto
ampio e le condizioni di metamorfismo sono molto variabili, la
composizione mineralogica delle rocce metamorfiche può essere
estremamente variabile
Reazioni metamorfiche
Le reazioni metamorfiche avvengono in seguito a diversi meccanismi.
In alcuni casi si ha una semplice trasformazione della struttura dei minerali che
conservano la loro composizione chimica. Gli esempi più noti sono le
trasformazioni:
andalusite ↔ cianite ↔ sillimanite
calcite ↔ aragonite
Andalusite, cianite e sillimanite sono tre modificazioni strutturali (polimorfi) del
composto Al2SiO5. Calcite e aragonite sono due polimorfi del composto CaCO3.
Altre reazioni determinano una completa trasformazione mineralogica, sia con
liberazione di fluidi che senza un ruolo di queste fasi. Esempi di queste due
reazioni sono:
muscovite + quarzo → sillimanite + K-feldspato + H2O
albite → giadeite + quarzo
Reazioni metamorfiche
muscovite + quarzo → sillimanite + K-feldspato + H2O
andalusite ↔ cianite ↔ sillimanite
calcite ↔ aragonite
albite → giadeite + quarzo
Caratteristiche diagnostiche e paragenesi di alcuni minerali metamorfici
Nome
Colore
Sfaldatura
Lucentezza
Abito
Paragenesi
Muscovite
Incolore, appare
grigio-perlaceo
nelle rocce
Molto
sviluppata
Sericea
Forte
riflettività
Lamellare
molto
evidente
In scisti e gneiss in associazione quarzo, con
K-feldspato, plagioclasio sodico, biotite etc.
Sericite
Bianco sericeo o
verde pallido
Molto
Sviluppata
Sericea
Lamellare a
grana fine
In filladi e altre rocce di basso grado
metamorfico
Clorite
Verde
Ben sviluppata
Scarsa
Lamellare
In rocce di basso grado metamorfico. Molto
abbondante in rocce basiche
Epidoti
Generalmente
Verde Brillante
Buona
Lucentezza
vitrea
Piccoli
prismi
allungati
In rocce di basso metamorfi-smo, derivate in
genere da vulcaniti basiche
Granati
Generalmente
rosso intenso
Poco evidente
Subvitrea
Poligonale
quasi rotondeggiante
In rocce di medio e alto grado metamorfico
derivate da argille o rocce ignee acide
Calcite
Incolore o grigio
chiaro, ma poco
dura e scalfibile
dal ferro
Romboe-drica
edidente
Vitrea
incolore
Generalmente
allotriomorfa.
Scalfibile
dal metallo
E' il costituente fondamentale dei marmi.
Facilmente riconoscibile per
l'effervescenza all'attacco acido
Talco
Bianco o sericeo
Molto buona.
Sensazione di
untuosità al tatto
Scarsa
Lamellare
In rocce di basso-medio grado, da protoliti
basici o ultrabasici
Tipi di metamorfismo
Burial
Tipi di metamorfismo
Metamorfismo termico (o di contatto)
Il metamorfismo termico si realizza nelle rocce intorno alle intrusioni
magmatiche; il fattore principale è costituito dalla temperatura.
Le reazioni metamorfiche avvengono nelle rocce incassanti al contatto
con le intrusioni (da cui anche la denominazione metamorfismo di
contatto).
Le rocce termometamorfiche, pertanto, formano delle aureole intorno ai
corpi intrusivi. Le rocce più prossime all'intrusione sono interessate da
metamorfismo di grado più alto rispetto alle rocce distali.
Le rocce di metamorfismo di contatto vengono indicate con il termine
di cornubianiti.
Tipi di metamorfismo
Metamorfismo termico (o di contatto)
Tipi di metamorfismo
Metamorfismo dinamotermico (o regionale)
Il metamorfismo dinamotermico (detto anche metamorfismo regionale
perché si sviluppa su zone molto estese) coincide con le fasce
orogeniche. Le rocce metamorfiche sono diffuse lungo le catene
montuose profondamente erose.
Il ruolo delle pressioni orientate nel metamorfismo regionale è
evidenziato dalla grande abbondanza di rocce con strutture anisotrope
(scistose, gneissiche, etc.), anche se non mancano rocce con struttura
isotropa (granoblastica). Queste si formano generalmente nella crosta
profonda dove prevalgono le pressioni idrostatiche.
I minerali presenti nelle rocce di metamorfismo regionale sono
rappresentati da una grande varietà di tipi tra cui i più comuni sono le
miche chiare, la clorite, sillimanite, granato, anfibolo, cianite, biotite.
Tipi di metamorfismo
Metamorfismo dinamotermico (o regionale)
Metamorfismo
regionale
Tipi di metamorfismo
Metamorfismo di seppellimento
Il metamorfismo di seppellimento si realizza al contatto tra zolle convergenti,
specialmente nelle parti profonde delle serie sedimentarie delle fosse oceaniche.
Esso è caratterizzato da pressioni elevate e da temperature abbastanza basse,
dell’ordine di 200-350°C. Le pressioni sono sia di carico che deformative, per
cui le strutture che si sviluppano sono di tipo orientato. Minerali indice di questo
metamorfismo sono la giadeite e il glaucofane.
Metamorfismo di
seppellimento
Tipi di metamorfismo
Metamorfismo di fondo oceanico
Il metamorfismo di fondo oceanico interessa le rocce che costituiscono i fondi
degli oceani.
Esso è caratterizzato da pressioni sono molto basse, da temperature abbastanza
elevate, legate al calore rilasciato dal mantello sottostante e dai magmi che
risalgono lungo le zone di dorsale, e da un'elevata pressione di fluidi
conseguente all'infiltrazione di acqua marina.
L'intensa circolazione di fluidi acquosi produce importanti fenomeni di
metasomatismo per cui le rocce di fondo oceanico subiscono un generale
arricchimento in Na2O e CaO.
Tipi di metamorfismo
Metamorfismo dinamico o cataclastico
Il metamorfismo dinamico o cataclastico si verifica in zone di grandi fratture
crostali, all'interfaccia tra grandi blocchi rocciosi in movimento differenziale.
L'energia liberata dall'attrito tra blocchi rocciosi genera intensa frantumazione
dei minerali, incremento di temperatura ed estesa ricristallizzazione.
Le strutture tipiche delle rocce cataclastiche sono fortemente anisotrope e sono
caratterizzate da grossi cristalli fortemente fratturati, inclusi in una matrice di
cristalli di minute dimensioni.
Le rocce di metamorfismo dinamico sono le miloniti, cataclasiti e
pseudotachiliti.
I minerali metamorfici
I minerali metamorfici sono costituiti da un gran numero di specie.
Alcuni (es. quarzo, anfibolo, pirosseno, plagioclasio, etc.) si trovano anche in
rocce ignee e sedimentarie. Altri sono molto abbondanti soltanto nelle rocce
metamorfiche (es. muscovite, granato), pur essendo presenti anche in altri
litotipi. Infine esistono minerali esclusivi del metamorfismo. Questi includono
cloritoide, staurolite, cordierite, andalusite, cianite, sillimanite, vesuviana,
wollastonite, etc.
Alcuni minerali (es. glaucofane, albite, sillimanite, etc.) cristallizzano in campi
di pressione e temperatura abbastanza ristretti; altri (es. quarzo, calcite) si
formano in un ampio campo di condizioni metamorfiche.
I minerali caratteristici di certe rocce metamorfiche sono detti minerali indice;
la loro comparsa nei terreni metamorfici segna la transizione da una zona
metamorfica ad un'altra, indicando la transizione verso un diverso di
metamorfismo.
Il termine viene ora usato anche per indicare quei minerali che sono stabili in
campi abbastanza ristretti di T-P e che possono fornire informazioni sul tipo e
grado di metamorfismo.
•Minerale
•Formula chimica
•Tipo di metamorfismo e protolito
•Actinolite
•Ca2(Mg,Fe)7Si8O22
•(OH)2
•Basso-medio grado metamorfico. Protoliti basici
•Albite
•NaAlSi3O8
•Basso grado metamorfico in rocce di varia
composizione
•Andalusite*
•Al2SiO5
•Bassa P e media T in rocce derivate da peliti
ricche in Al
•Antofillite*
•(Mg,Fe)7Si8O22(OH)2
•Basso grado metamorfico in rocce basiche
•Biotite
•K(Mg,Fe)3AlSi3O10
•(OH)2
•Medio-alto grado metamorfico in rocce di varia
composizione
•Calcite
•CaCO3
•Clorite
•(Mg,Fe,Al)6(Al,Si)4O10(
OH)8
•Basso grado metamorfico in vari tipi di roccia
•Cloritoide
•(Mg,Fe)2(Al,Fe3+)
Al3Si2O10(OH)4
•Metamorfismo dinamotermico di basso e medio
grado in rocce pelitiche
•Cianite*
•Al2SiO5
•Alta pressione del metamorfismo regionale in
rocce pelitiche ricche in Al2O3.
•Cordierite*
•(Mg,Fe)2Al4Si5O18
•Metamorfismo di contatto e regionale di bassa
pressione e temperatura medio-alta
•Diopside
•CaMgSi2O6
•Alto grado metamorfico termico e regionale
•Minerale
•Formula chimica
•Tipo di metamorfismo e protolito
•Epidoto
•Ca2(Al,Fe3+)3Si3O12
•(OH)
•Basso grado metamorfico in
composizioni, specialmente basiche
•Giadeite*
•NaAlSi2O6
•Rocce di metamorfismo di seppellimento
•Glaucofane*
•Na2Mg3Al2Si8O22(O
H)2
•Alta
pressione
(metamorfismo
seppellimento) su rocce basiche
•Granato
•(Fe,Mg,Mi,Ca)3
•(Al,Fe3+)2Si3O12
•Presente in vari gradi di metamorfismo
con composizione del minerale che varia in
funzione del protolito e delle condizioni PT
•Hedenbergite
•CaFeSi2O6
•Skarn
•K-feldspato
•KalSi3O8
•Alto grado del metamorfismo regionale e
termico
•Lawsonite*
•CaAl2Si2O7(OH)2.H
2O
•Metamorfismo di basso grado in rocce
basiche
•Muscovite
•KAl3Si3O10(OH)2
•Tipica di metamorfismo regionale medioalto in rocce pelitiche
•Olivina
•(Mg,Fe)2SiO4
Protolito ultrabasico o dolomie impure
varie
di
Minerale
Formula chimica
Tipo di metamorfismo e protolito
•Orneblenda
•(Ca,Na)2-3
(Mg,Fe,Fe3+,Al)5
•(Al,Si8O22(OH)2
•Alto grado del metamorfismo termico e regionale
•Ortopirosseno
•(Mg,Fe)SiO3
•Metamorfismo di alta temperatura. Tipico delle
granuliti
•Plagioclasio
•(NaAlSi3O8, CaAl2Si2O8)
•I termini albitici sono tipici del basso
metamorfismo. I termini intermedi si trovano in
rocce di medio-alto grado metamorfico
•Prehnite
•Ca2Al2Si3O10(OH)2
•Basso grado del metamorfismo di seppellimento
•Pumpellyite*
•Ca4(Mg,Fe)(Al,
Fe3+)5Si6O23(OH)3.
•2H2O
•Basso grado del metamorfismo di seppellimento
Minerale
Formula chimica
Tipo di metamorfismo e protolito
•Sillimanite*
•Al2SiO5
•Alto grado del metamorfismo regionale in rocce
pelitiche
•Staurolite*
•(Mg,Fe)2(Al,Fe3+)9
•Si4O22(OH)2
•Metamorfismo regionale di medio grado di
rocce pelitiche
•Talco*
•Mg3Si4O10(OH)2
•Basso-medio
dinamotermico
ultrabasiche
•Tremolite*
•Ca2Mg5Si8O22(OH)2
•Basso grado metamorfico in composizioni
basiche
•Vesuviana
Ca19(Al,Fe)10(Mg,Fe)3
[Si2O7]4[SiO4]10
(O,OH,F)10
•Termometamorfismo di alto grado in rocce
calcaree e negli skarn.
•Wollastonite*
•CaSiO3
•Metamorfismo di contatto di alta temperatura
su calcari impuri
grado
di
metamorfismo
in composizioni basiche e