Metamorfismo e Deformazione:
Evoluzione della Crosta
Parte II
PACE
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
•Il nome di una roccia metamorfica in genere si basa sul quello
che la roccia era prima di essere metamorfosata (ossia sul
protolito).
•Il nome della roccia si basa anche sul grado o l’intensità
intensità del
metamorfismo,
metamorfismo, chiamato grado metamorfico.
•Il grado metamorfico è fondamentalmente funzione della
temperatura.
temperatura.
•Rocce ad elevato grado metamorfico tendono ad avere una
grana più
più grossa rispetto alle rocce di basso grado
metamorfico.
metamorfico.
•Tuttavia,
Tuttavia, la dimensione dei grani di una roccia metamorfica
può dipendere anche dalla grana della roccia di partenza
(protolito)
protolito) e dall’
dall’intensità
intensità delle sollecitazioni.
sollecitazioni.
Minerali che crescono in condizioni di
elevate sollecitazioni tenderanno di essere
di piccole dimensioni,
dimensioni, anche in condizioni di
grado metamorfico elevato.
elevato.
PACE
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Come visto per le rocce sedimentarie clastiche,
clastiche, anche per le
rocce metamorfiche la composizione del materiale di
partenza è estremamente importante.
importante.
Più
Più è a grana fine il protolito minore è la stabilità
stabilità dei singoli
costituenti (elevato rapporto superficie/volume)
superficie/volume) Â reazioni
metamorfiche facilitate.
Un protolito a grana grossa mostrerà
mostrerà sempre “relitti”
relitti” degli
originali minerali non trasformati dal processo metamorfico.
metamorfico.
Fondamentalmente il
metamorfismo è un processo
ISOCHIMICO (il protolito e la
roccia metamorfica hanno la
stessa composizione chimica).
chimica).
Il sistema (almeno in teoria)
teoria) è
chiuso (scambio di temperatura
ma non di materia).
materia).
PACE
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi da ricordare:
ricordare: relativamente pochi.
pochi.
Non esiste un unico principio classificativo usato per la
descrizione delle rocce metamorfiche (a differenza delle
rocce ignee e più
più o meno simile a quanto visto per le rocce
sedimentarie).
sedimentarie).
I criteri più
più importanti sono:
sono: composizione mineralogica e
struttura mesoscopica (oltre alla natura del protolito).
protolito).
I nomi delle rocce metamorfiche consistono in una base ed in
una serie di prefissi e suffissi.
suffissi. Il nome di base può essere un
nome speciale (es.
es. Anfibolite)
Anfibolite) o un nome che descrive la
struttura (es.
es. Gneiss). Il nome di base indica la paragenesi
più
più importante (es.
es. anfibolo+plagioclasio o feldspati+quarzo)
feldspati+quarzo)
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
SCISTO: roccia metamorfica con scistosità
scistosità ben definita da
orientazione preferenziale di granuli di minerali non isodiametrici.
isodiametrici.
Per le rocce ricche in fillosilicati questo termine è da usare solo per
le varietà
varietà a grana media. Es.: scisto verde,
verde, micascisto,
micascisto, cloritoscisto,
cloritoscisto,
calcescisto,
calcescisto, etc.
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
GNEISS: roccia metamorfica a grana mediomedio-grossa con struttura
scistosa più
più o meno deformata.
deformata. Roccia con abbondante feldspato (in
genere >20%) con varie percentuali di quarzo e fillosilicati.
fillosilicati. Es.:
Gneiss a granatogranato-biotite, gneiss granitico,
granitico, ortoorto-gneiss, gneiss
migmatitico,
migmatitico, gneiss a bande,
bande, gneiss femico,
femico, etc.
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
ARDESIA: roccia metamorfica a grana molto fine di grado
metamorfico molto basso con clivaggio e foliazione ben sviluppati.
sviluppati.
Praticamente è uno scisto a grana molto fine.
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
FILLADE: roccia metamorfica a grana fine di grado basso con
scistosità
scistosità perfetta.
perfetta. Le superfici di foliazioni mostrano una
caratteristica lucentezza.
lucentezza. Praticamente è intermedia tra un’
un’ardesia
(grado molto basso) ed uno scisto (grado mediomedio-alto)
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
HORNFELS (o GRANOFELS): roccia metamorfica senza
scistosità
scistosità, struttura gneissica e lineazioni.
lineazioni. Macroscopicamente
possono essere facili da confondere con tante altre rocce quali
basalti,
basalti, rioliti afiriche,
afiriche, calcari neri.
neri. Ovviamente la distinzione è
facile con lo studio in sezione sottile.
sottile.
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi per rocce molto deformate
Milonite:
Milonite: roccia metamorfica prodotta in seguito a riduzione
meccanica della granulometria,
granulometria, come conseguenza di deformazione
non cataclastica in zone localizzate (zone di faglia e di taglio).
taglio).
Foliazione a scala fine, spesso associata con lineazione di minerali.
minerali.
Ultramilonite:
Ultramilonite: roccia metamorfica caratterizzata dalla quasi totale
assenza di megacristalli (>90% della roccia è composta da matrice a
grana fine).
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi per rocce molto deformate
Cataclasite:
Cataclasite: roccia metamorfica che ha subito il fenomeno di
cataclasi (deformazione di rocce in seguito a frantumazione e
stiramento).
stiramento).
Cataclasi
PACE
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi per rocce molto deformate
Breccia di faglia:
faglia: cataclasite con truttura tipo breccia formata in
una zona di faglia.
faglia.
Breccia di faglia
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi per rocce molto deformate
Pseudotachilite:
(sembra
Pseudotachilite: roccia metamorfica a grana molto fine (sembra
vetrosa)
vetrosa) in piccole vene.
vene.
Pseudotachilite
PACE
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Nomi legati all’
all’origine del protolito
Questo tipo di classificazione si basa sulla natura del materiale
originario che è stato poi metemorfosato.
metemorfosato.
Es: metagranito,
metagranito, metapelite,
metapelite, metabasite,
metabasite, metabasalto,
metabasalto,
metapsammite,
metapsammite, metagabbro,
metagabbro, metamarna,
metamarna, etc.
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Termini speciali
Minerali femici:
ferrofemici: termine collettivo per indicare minerali ferromagnesiaci.
magnesiaci.
minerali felsici:
quarzo, feldspati e
felsici: termine collettivo per indicare quarzo,
feldspatoidi.
feldspatoidi.
Roccia femica:
femica: roccia costituita da almeno il 50% di minerali femici
(ma questa definizione non è tanto precisa).
precisa).
Roccia felsica:
felsici.
felsica: roccia costituita soprattutto da minerali felsici.
Metaes. MetaMetaMeta-: prefisso per indicare una roccia metamorfica (es.
gabbro,
gabbro, metameta-pelite,
pelite, metameta-sedimento,
sedimento, etc.).
OrtoOrto- e ParaPara-: prefisso che indica la derivazione di una roccia
metamorfica rispettivamente da un protolito igneo o sedimentario.
sedimentario.
Es. Ortogneiss (gneiss con protolito igneo,
igneo, es.
es. granito o riolite);
riolite);
Paragneiss (gneiss con protolito sedimentario,
sedimentario, es.
es. Arenaria o argilla).
argilla).
Acido,
Acido, Intermedio,
Intermedio, Basico ed Ultrabasico:
Ultrabasico: come le rocce ignee.
ignee.
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Termini speciali
Scisto verde:
verde: roccia scistosa il cui colore verde è dovuto alla
presenza di minerali quali clorite,
clorite, actinolite (un tipo di
anfibolo),
anfibolo), epidoti ed altri minerali metamorfici
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Termini speciali
Scisto blu:
blu: roccia scistosa il cui colore blu è legato alla presenza di
un particolare tipo di anfibolo (glaucofane).
verità il colore blu
glaucofane). (a dir la verità
si vede bene solo in sezione sottile)
sottile)
PACE
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Termini speciali
Anfibolite:
più del 50%
Anfibolite: roccia femica composta essenzialmente da più
di anfibolo verde (orneblenda)
orneblenda) e plagioclasio.
plagioclasio. La somma anfibolo +
plagioclasio in genere è >75% in volume.
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Termini speciali
Granulite:
Granulite: roccia metamorfica costituita essenzialmente da
ortopirosseno e senza muscovite. I minerali anidri sono più
più
abbondanti di quelli idrati.
idrati. Composizioni estremamente variabili.
variabili.
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Termini speciali
Eclogite:
Eclogite: roccia metamorfica senza plagioclasio con granato e un
particolare tipo di clinopirosseno (onfacite).
onfacite).
Diamante da 3 mm di lato
in eclogite
PACE
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Termini speciali
Marmo:
Marmo: roccia metamorfica composta essenzialmente da
carbonati (calcite e/o dolomite).
PACE
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Classificazione delle Rocce Metamorfiche
Termini speciali
Roccia calccalc-silicatica:
silicatica: roccia con 00-50% carbonati e composta
da silicati di calcio (epidoti,
epidoti, diopside,
diopside, granato,
granato, wollastonite,
wollastonite,
anortite,
anortite, anfiboli calcici,
calcici, etc.).
Quarzite:
Quarzite: roccia metamorfica composta da più
più dell’
dell’80% da
quarzo.
quarzo.
Hornfels:
Hornfels: roccia metamorfica non scistosa a grana molto fine,
composta soprattutto da silicati e ossidi vari,
vari, legata a
metamorfismo di contatto.
contatto.
Migmatite:
Migmatite: roccia silicatica eterogenea a scala macroscopica,
macroscopica,
composta da una parte restitica (detta paleosoma o
melanosoma;
melanosoma; roccia metamorfica vera a propria)
propria) e una parte più
più
chiara (neosoma o leucosoma;
leucosoma; in teoria sarebbe una roccia
ignea)
ignea) formata per cristallizzazione di un fuso parziale della
roccia originaria.
originaria.
PACE
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Protoliti Sedimentari
PROTOLITO
EQUIVALENTE METAMORFICO
Conglomerato
Metaconglomerato
(o breccia)
----------------------------------------Arenaria
Quarzite
(di tutti i tipi)
----------------------------------------Argilla
Ardesia  Fillade  Scisto  Gneiss
grado:
grado: basso . . . . . medio.
medio. . . . elevato
----------------------------------------Calcare
Marmo
PACE
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Progressivo Metamorfismo di una
argilla
argilla
ardesia
cosa succede ad un’
un’argilla quando pressione e
temperatura aumentano?
aumentano?
scisto
PACE
fillade
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12
Transizione da Argilla ad Ardesia
Entrambe le rocce mostrano una grana molto fine. Il
metamorfismo e la deforazione provocano la ricristallizzazione
dei minerali argillosi in miche e provocano il riri-orientamento in
tessiture fortemente planari,
planari, dando alla roccia un perfetto
Clivaggio.
io
gg
va
cl i
di
ni
Pia
argilla
1 mm
PACE
ardesia
1 mm
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Transizione da Argilla ad Ardesia
Ardesie
Possono essere chiamate anche ARGILLOSCISTI a grana estremamente minuta
composti da minerali argillosi con subordinati quarzo,
quarzo, miche e feldspati e
contenenti sostanze carboniose o bituminose che conferiscono a queste rocce il
tipico colore grigiogrigio-nerastro.
nerastro.
Metamorfismo di bassobasso-bassissimo grado
PACE
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Clivaggio
Clivaggio orizzontale, parallelo ai
piani di deposizione
vertical cleavage
i di
Pian sizione
depo ggio
a
(Cliv ale)
in
g
ori
Piani di clivaggio
PACE
Si, il clivaggio è una
proprietà dei minerali, ma
questo termine si applica
anche per spiegare come
si rompono le ardesie.
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Transizione da Ardesia a Fillade
Le miche continuano a ricristallizzare e crescono sempre di più
più
(anche se non sono ancora visibili ad occhio nudo).
nudo). La tessitura
della roccia diventameno perfettamente planare.
planare. Le filladi in
campioni macroscopici appaiono luccicanti.
luccicanti. Il luccichio è dato
dai cristalli di mica che riflettono bene la luce
ardesia
fillade
1 mm
PACE
Notate che con il termine
planare si possono indicare
1 mm
anche tessiture ondulate come
quelle in questa microfoto
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Transizione da Fillade a Scisto
Le reazioni di ricristallizzazione portano alla formazione di
cristalli di mica, quarzo e feldspati abbastanza grandi da
essere visti ad occhio nudo.
nudo. La roccia può perdere la sua
foliazione (nonostante l’abbondanza delle miche)
miche) e
comunemente è caratterizzata da porfiroblasti di minerali
come granato e silicati di Al. (minerali
(minerali sinsin-cinematici)
cinematici)
fillade
scisto
1 mm
PACE
1 mm
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Transizione da Scisto a Gneiss
A più
più elevate temperature e pressioni,
pressioni, le miche iniziano a collassare
e sputano fuori l’acqua (o, meglio,
meglio, il gruppo OH) dal loro reticolo,
reticolo,
formando minerali anidri come granati,
granati, feldspati e silicati di Al.
Queste reazioni,
reazioni, associate alla differenza meccanica tra miche e
quarzo+feldspati producono la caratteristica struttura a bande degli
gneiss.
scisto
PACE
1 mm
Gneiss (campione
(campione macroscopico)
macroscopico)
1 cm
Sia gli gneiss che gli scisti hanno grani visibili,
visibili, ma gli scisti sono dominati da
miche,
miche, mentre gli gneiss sono caratterizzati da un contenuto in feldspati >
20% e mostrano una tipica alternanza di colori.
colori.
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Corindone
Gneiss di alto grado
formatisi da un protolito
molto ricco in Al
(sedimentario,
sedimentario, quindi un
paragneiss)
paragneiss) possono
contenere il minerale
corindone (Al2O3).
La variante rossa di questo
minerale è chiamato Rubino;
se blu viene chiamato
Zaffiro.
Se non utilizzabile come
gemma,
gemma, questo minerale
viene usato come abrasivo.
abrasivo.
PACE
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Migmatite
Alcuni gneiss possono
trasformarsi in migmatiti. Le
migmatiti sono rocce
particolari con componenti
metamorfiche ed ignee
(fuse).
Le migmatiti si
rinvengono
generalmente in
aree caratterizzate
da metamorfismo di
grado molto elevato.
PACE
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Migmatite
I due tipi di strati hanno nome diverso:
diverso:
Gli strati più
più scuri sono detti Paleosoma (o melanosoma)
melanosoma) e
rappresentano la porzione più
più restitica del protolito,
protolito, mentre
la parte più
leucosoma) e
più chiara è detta Neosoma (o leucosoma)
rappresenta il prodotto della fusione parziale del protolito
In genere il
neosoma ha una
composizione
granitica (ricca in
SiO2) mentre il
paleosoma è più
più
basico
Paleosoma
Neosoma
PACE
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Metamorfismo progressivo
AUMENTO DELL’INTENSITA’ DEL METAMORFISMO
Scisto
(protolith)
Protolito
Basalto
Minerali
micacei
abbondanti
Argilla o altro
Scistosità
Gneiss
Massivo
Stratificato
Aumento della grandezza dei cristalli
Minor
contenuto
in minerali
micacei
Debole
clivaggio
Banding
Aumento dello spessore della foliazione
Notate che avvengono fondamentalmente le stesse modifiche tessiturali
sia se il protolito è un sedimento argilloso o una roccia ignea a grana fine.
Le caratteristiche di un protolito igneo,
igneo, tuttavia,
tuttavia, sono differenti...
differenti...
PACE
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Protolito Igneo
A bassi gradi,
gradi, il vetro e minerali come i feldspati nelle rocce
ignee vulcaniche in genere ricristallizzano per formare un
minerale con la struttura che ricorda le miche chiamato clorite
e rocce a grana mediomedio-fine. Questo tipo di metamorfismo viene
quindi chiamato facies a scisti verdi.
In condizioni di metamorfismo di grado medio ed elevato,
elevato, le
rocce femiche (effusive ed intrusive) producono una roccia a
grana più
più grossa chiamata anfibolite, che può essere definita
come uno gneiss con contenuto in anfibolo molto elevato.
elevato.
A gradi elevati,
elevati, le anfiboliti possono contenere un altro
minerale come il granato e perdere del tutto l’originale
contenuto in plagioclasio,
plagioclasio, formando le eclogiti.
Rocce intrusive a chimismo intermedio ed acido
ricristallizzaranno per formare gneiss, con tessiture identiche
ai prodotti di elevato grado delle argille.
argille.
PACE
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Scisti Verdi
Gli scisti verdi sono verdi perché
perché la paragenesi originale è
ricristallizzata formando minerali metamorfici verdi.
verdi.
Questa sezione sottile mostra:
mostra: (p) plagioclasio (originariamente
ricco in Ca ma poi ricristallizzato in un tipo più
più sodico)
sodico) in una
matrice (m), composta fondamentalmente di un minerale a
grana fine di colore verde:
verde: la clorite.
clorite.
N.B. La clorite non si
chiama così
così perché
perché
contiene cloro.
cloro. Il
suo nome deriva dal
greco e vuol dire
verde.
verde.
PACE
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Anfibolite
Gli scisti verdi metamorfosati a gradi più
più
elevati si trasformano in rocce a grana
grossa chiamate anfiboliti.
Queste possono essere rocce massive
con grossi cristalli di granato,
granato, come
visto nella foto a sinistra (Gore
Mountain nelle Montagne di Adirondack
NY, USA), o...
Qualcosa che assomiglia molto di più
più
ad uno gneiss (foto
(foto a destra).
destra).
Diversamente dagli gneiss derivati
da protolito sedimentario,
sedimentario, le
anfiboliti sono composte soprattutto
di anfibolo e non di mica.
PACE
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Conservazione delle strutture del
protolito
metameta-argilla (scisto)
scisto)
metameta-arenaria
Questo scisto era un tempo composto da una alternanza di
argille ed arenarie.
arenarie. Il metamorfismo ha prodotto una serie di
nuovi minerali stabili alle nuove condizioni di temperatura e
pressione,
pressione, ma le strutture stratificate del sedimento sono
rimaste pressochè
pressochè intatte.
intatte.
PACE
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Metaconglomerato
Differenti tipi di rocce rispondono in modo differente alle
sollecitazioni.
sollecitazioni. Molti clasti granitici restano arrotondati,
arrotondati,
mentre il sedimento a grana fine e i clasti vulcanici sono
fortemente deformati.
deformati.
PACE
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Metaconglomerato
In condizioni di elevate sollecitazioni sotto pressioni
orientate, tutti i materiali finiscono per deformarsi.
deformarsi.
I clasti in questa roccia erano probabilmente arrotondati.
arrotondati.
Questa deformazione molto elevata può produrre una
roccia a grana molto fine, dal momento che i minerali
ricristallizzano in dimensioni sempre più
più piccole.
piccole.
PACE
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Foliato o non foliato?
Rocce metamorfiche veramente non foliate
sono rare.
Solo il metamorfismo di
contatto (che si verifica
quando le rocce vengono
riscaldate ma non deformate)
deformate)
ed il metamorfismo di
seppellimento possono dare
rocce non deformate.
deformate.
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Calcare e Marmo
Perché molti calcari sono opachi
e a volte scuri, mentre molti
marmi sono bianco brillante?
Il colore scuro dei calcari deriva in parte dal materiale
clastico incorporato (argille)
argille) e dalla materia organica a volte
presente.
.
presente
I processi metamorfici fanno scomparire le tracce
organiche volatili (soprattutto C) rendendo il colore più
più
chiaro,
chiaro, e quando le argille ricristallizzano durante la
deformazione si trasformano in miche.
miche.
PACE
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21
Calcare e Marmo
Ovviamente esiste tutta una serie di
rocce a tessitura intermedia da
calcari a marmi (es.
es. Calcari cristallini)
cristallini)
Quindi la sola differenza tra calcare e marmo sta nella
tessitura.
tessitura. Un calcare (es.
es. calcilutite)
calcilutite) ed un marmo non
possono essere distinti su base chimica.
chimica. In genere i marmi
mostrano cristalli di calcite a granulometria maggiore.
maggiore.
Attenzione:
Attenzione: in termini commerciali Marmo = qualsiasi pietra
dura lucidabile (es.
es. granito,
granito, tonalite,
tonalite, anortosite,
anortosite, etc.)
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Arenarie e quarziti
Perché le quarziti sono molto più dure delle arenarie?
arenaria:
arenaria: grani uniti da
cemento
quarzite:
quarzite: nessun
cemento
I grani nelle rocce clastiche sedimentarie sono cementati tra di
loro e il cemento in genere è relativamente debole.
debole. Quando queste
rocce vengono metamorfosate,
metamorfosate, la prima cosa che cambia è il
cemento.
cemento. I grani sono letteralmente “fusi”
fusi” insieme,
insieme, producendo un
insieme di grani densamente interdigitato.
interdigitato.
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22
P-T in zone di subduzione (P-T)
200
0
400
600
Metamorfismo di contatto
5
40oC/km... Arco
zona di
PACE
5000
35
subduzione
Non visto
in natura
25
10 °C/km…
C/km…
30
più
più attiva
Metamorfismo
regionale
10000
Crosta non
Pressione (atm)
continentale
25oC/km…
C/km…
800
0
vulcanico
o
Temperatura (°C)
20 15 10
depth (km)
60oC/km…
C/km… Arco
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Protolito igneo in zone di subduzione
Le zone di subduzione sono le uniche zone dove si verifica un
metamorfismo di (relativamente)
relativamente) bassa temperatura ed elevata
pressione.
pressione.
La crosta oceanica (basalto)
basalto) in queste condizioni si trasforma
prima in un assemblaggio chiamato scisti blu, ed infine in eclogite,
eclogite,
una roccia a grana grossa composta da clinopirosseno (jadeite) e
granato.
granato.
Scisto blu:
blu: bassa T ma elevata P
PACE
eclogite: elevata T molto elevata P
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TIPI di REAZIONI
METAMORFICHE
Nei sistemi metamorfici, le reazioni sono,
fondamentalmente, di tre tipi:
1.
solido  solido
2.
solido  (solido + fluido)
3.
Ossido-riduzione
PACE
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1- reazioni solido-solido
Comprendono i processi di collasso di alcune fasi e
crescita di altre senza l'intervento di fluidi altro che
come agenti catalitici [= che favoriscono la reazione
senza prenderne parte]. Queste reazioni includono:
·Transizioni
polimorfe;
·Reazioni destabilizzanti (discontinue);
·Processi di essoluzione
(smiscelamenti di soluzioni solide).
PACE
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Transizioni polimorfe
Offrono indicazioni definitive sulle temperature e pressioni alle
alle
quali si realizzano. Infatti, non sussistendo un coinvolgimento di
altre sostanze, non sono condizionate né
né dal chimismo globale
dell’
dell’insieme solido né
né da quello dei fluidi presenti nella roccia.
Tra le più
più interessanti
figurano quelle che
coinvolgono gli equilibri di
fase degli allumosilicati
[=andalusite, sillimanite e
cianite] nel sistema Al2SiO5
e dei carbonati di calcio
[=calcite ed aragonite] nel
sistema CaCO3 nonché
nonché delle
varie fasi della silice nel
sistema SiO2.
PACE
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Termobarometria: silicati di Al
temperatura (°C)
andalusite
cianite
sillimanite
Polimorfi di
Al2SiO5
PACE
0
800
5
600
25 20 15 10
Profondità (km)
400
30
200
35
0
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Reazioni destabilizzanti
La maggior parte dei minerali delle rocce sottoposte a
metamorfismo progrado è stabile solo entro un certo intorno
termobarico. Superati per eccesso certi valori di temperatura e/o
e/o di
pressione si innescano reazioni che destabilizzano alcune fasi a
favore di altre.
Temperatura °C
la presenza di altre fasi
agisce da catalizzatore
delle reazioni
400
al
1,0
1,5
gi
a
2,0
2,5
PACE
600
de alb
ite ite
+
qu
ar
z
800
1000
1200
it e
on o
s t rz
lla ua
wo + q
e + ria
t it la
or su
a n ros
g
In generale, l’l’aumento
di T favorisce le fasi
con più
più elevato volume
molare; l’l’aumento di P,
quelle con minor volume
molare.
Pressione GPa
200
bi
te
gi + ne
ad f e
eit lin
e
a
o
gr
os
su
la
a
ria nor
+ q t it e
ua
rz o
+
cia
n it
e
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Processi di essoluzione
Sono processi che si verificano in minerali formati da soluzioni
solide di più
più termini (es. olivine, pirosseni).
A particolari condizioni di T e P un componente di un endend-member
in una soluzione solida si può smescolare e dare origine ad un nuovo
ed indipendente minerale
In questo caso il Ca presente in un ortopirosseno (pirosseno in teoria senza Ca)
Ca)
viene letteralmente “sputato fuori dal reticolo”
reticolo” e costretto a formare un nuovo
minerale (clinopirosseno
).
(clinopirosseno).
Il risultato finale è che da un ortopirosseno con un po’
po’ di Ca si origina un
ortopirosseno senza Ca (quindi un vero orthopirosseno)
orthopirosseno) e un po’
po’ di clinopirosseno.
clinopirosseno.
La composizione chimica totale resta invariata.
PACE
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Sintesi sulle reazioni solido-solido
•Le temperature elevate stabilizzano le fasi con elevati
volumi molari; le alte pressioni favoriscono le fasi con minor
volume molare.
•Le transizioni tra polimorfi, non essendo affette da
inquinamenti chimici dell'ambiente circostante in quanto non
possono accettare modifiche composizionali, rappresentano
importanti indicatori di P e di T.
•Nelle reazioni destabilizzanti, la stabilità
stabilità di una fase ha un
campo ridotto se ne esiste un'altra con cui può reagire.
•Anche i processi di essoluzione possono fornire
informazioni sulla P e T di equilibrio di un certo
assemblaggio mineralogico.
PACE
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2- Reazioni solido-(solido + fluido)
La tipica reazione solido -> solido + fluido è esprimibile più
più
correttamente tramite la forma: Et+A
= B + fluido.
A e B sono le fasi solide o insiemi di fasi solide ed Et
rappresenta l’l’energia termica.
Le sequenze in cui il fluido liberato è rappresentato
essenzialmente da H2O prevedono transizioni del tipo:
· minerali argillosiÂ
argillosiÂcloritiÂ
cloritiÂmicheÂ
micheÂanfiboliÂ
anfiboliÂsilicati anidri.
anidri.
· silicati calcicocalcico-alluminiferi idratiÂ
idratiÂplagioclasi.
plagioclasi.
Le reazioni in cui il fluido liberato è rappresentato
essenzialmente da CO2 prevedono transizioni del tipo:
carbonati + quarzo  silicati di Ca e Mg + CO2
PACE
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27
Curve di
0,3
X CO2
CaCO3 + SiO2
=
Calcite + Quarzo =
PACE
=1
800
GP a
1,0
X CO2
= 0,5
600
= 0,1
0,6
calcite
+
quarzo
+
fluidi
400
wollastonite
+
fluidi
P fluidi
0,2
200
X CO2
0,2
decarbonatazione
XCO2 = 0,13
0,1
calcite
+
quarzo
+
fluidi
PCO2 = 1 atm
Pfluidi GPa
(PCO2 + PH2O)
Temperatura °C
wollastonite
+
fluidi
1000
in funzione della
composizione dei fluidi che
controllano la pressione
totale.
L'aumento della frazione
molare di CO2, a parità
parità di
pressione totale, fa
aumentare la temperatura
di trasformazione perché
perché
la CO2 prodotta dalla
reazione tende a
soprasaturare l’l’ambiente
CaSiO3
Wollastonite
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3- Reazioni di ossido-riduzione
Si tratta di reazioni che stabilizzano minerali con ferro
trivalente [=forma ossidata] a spese del bivalente se l’l’ambiente
è ossidante o l’l’opposto nel caso di ambienti riducenti. Altri
elementi, la cui valenza può variare, sono, ad esempio, Mn, Cu,
Eu.
Eu.
Le rocce hanno la possibilità
possibilità di mantenere costante la
pressione parziale dell’
dell’ossigeno se esistono insiemi di minerali
che possono reagire tra loro stabilizzando fasi contenenti
ferro bivalente, nel caso di bassa PO2, o ferro trivalente, nel
caso in cui la PO2 tende ad aumentare. Tali insiemi sono definiti
tamponi al pari delle coppie acido – base che stabilizzano il pH
delle soluzioni.
PACE
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3- Reazioni di ossido-riduzione
ESEMPIO di TAMPONI
stabili a bassa fO2
stabili ad alta fO2
acronimo
fayalite
Quarzo + Magnetite
QFM
+ Ossigeno
3Fe2SiO4 +
PACE
O2
3SiO2
+ 2Fe3O4
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Curve che descrivono la variazione della fO2
rispetto alla temperatura per alcuni tamponi.
Trattandosi del logaritmo negativo, a valori più
bassi corrispondono fugacità più elevate.
HM
NNO
QFM
MW
10
-Log10 fO2 (bars)
Una volta determinata la
temperatura alla quale è
avvenuta una certa reazione,
sulla base della presenza di
alcuni minerali è possibile
individuare la fO2 presente
5
15
20
25
30
PACE
500
700
900
Temperatura °C
1100
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FACIES METAMORFICA
Per facies metamorfica s’intende un ambiente
P-T in cui si sviluppano determinate
associazioni di minerali in funzione oltre che
delle variabili intensive anche del chimismo dei
vari protoliti.
Due rocce che hanno chimismo identico ed
appartengono alla stessa facies debbono possedere
identiche paragenesi
Due rocce con chimismo differente, appartenenti
alla stessa facies, hanno paragenesi diverse
PACE
I campi non sono
a contatto a
causa delle
incertezze sulla
composizione dei
fluidi che può
far variare i
valori di P e T
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FACIES METAMORFICHE
Queste sono le
facies
metamorfiche a
partire da un
protolite femico
(basaltico s.l.).
s.l.).
Ovviamente se il
protolite di
partenza è un
granito o un
calcare ci
saranno altri
minerali stabili
PACE
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30
Concetti base da non dimenticare mai:
- Grado Metamorfico: Intensità del processo
metamorfico. Dipende fondamentalmente dalla
temperatura (elevato grado = elevata temperatura)
- Zona Metamorfica: Porzione di corpo roccioso
caratterizzato da un certo grado metamorfico.
Insieme di rocce che, se di composizione chimica
analoga, presentano le stesse associazioni di minerali
- Facies Metamorfica: Particolare assemblaggio di
minerali in perfetto equilibrio gli uni con gli altri
(quindi formati alle stesse condizioni metamorfiche
di pressione, temperatura e contenuto di volatili).
Ambiente P-T in cui si sviluppano determinate
associazioni di minerali. Esistono 7-10 facies.
- Serie di Facies Metamorfica: Sequenza di
particolari facies metamorfiche sviluppatesi in un
particolare campo di P/T (es. Basso, Medio Alto P/T)
PACE
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Credits
Alcune figure e schemi da:
da:
L. Morbidelli - Le rocce ed i loro costituenti
J. Winter - Lezioni per il corso di Igneous Petrology
K. Bucher, M. Frey – Petrogenesis of metamorphic rocks
A. Tomasack - Lezioni per il corso di Geologia
G. Negretti – Fondamenti di petrografia
GS Solar (SUNY College at Buffalo)
Plummer, McGeary and Carlson,
Carlson, Physical Geology
WG Minarik (Univ. of Maryland)
Hamblin and Christiansen,
Christiansen, Earth’
Earth’s Dynamic Systems
Geology magazine; Amethyst Galleries, Inc.
Ball State University
PACE
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GRAZIE PER
L’ATTENZIONE
E
BUONO STUDIO
PACE
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