GIORNATA GNM
Bologna, 19 Maggio 2005
Lo ZIRCONE:
aspetti mineralogici,
modificazioni strutturali e
relative implicazioni
petrologiche
Anna Carraro
Dipartimento di Mineralogia e Petrologia - Università di Padova
Presentazione
Struttura dello zircone
Stato metamittico
Morfologia dello zircone
Zonatura nello zircone magmatico
Zonatura nello zircone metamorfico
Datazioni U-Th-Pb
Zirconi derivati dal mantello superiore
ZIRCONE:
ZIRCONE: dall’arabo
dall’arabo zarqûn
zarqûn;;
dal
dal persiano
persiano zar
zar == oro
oro ee gun
gun == colore
colore
Perché studiamo lo ZIRCONE?
Lo
LoZIRCONE
ZIRCONEsisitrova
trovacome
comeminerale
mineraleaccessorio
accessorioininmolti
moltitipi
tipididirocce:
rocce:
- -nelle
nellerocce
roccemagmatiche
magmatichefelsiche
felsiche(es.
(es.graniti,
graniti,sieniti,
sieniti,ecc.),
ecc.),
sature
in
SiO
o
intermedie
sature in SiO2 2 o intermedie
««virtualmente
virtualmenteubiquitario
ubiquitario
- -nelle
nellerocce
roccemagmatiche
magmatichemafiche
maficheeeultramafiche
ultramafiche(es.
(es.basalti,
basalti,
camptoniti,
ecc.)
camptoniti, ecc.)
««occasionalmente,
occasionalmente,ininpiccole
piccolequantità
quantità
- -nelle
nellerocce
roccesedimentarie
sedimentarie
««come
comeminerale
mineraledetritico.
detritico.
Le
Lesue
suecaratteristiche
caratteristicheprincipali
principalisono:
sono:
- -elevata
durezza
elevata durezza
- -alta
altatemperatura
temperaturadidifusione
fusione
- -lentissima
diffusione
lentissima diffusionedegli
deglielementi
elementiinintraccia
traccia
nel
reticolo
cristallino.
nel reticolo cristallino.
Per
Perquesto,
questo,sopravvive
sopravvive
««aiaiprocessi
processididialterazione
alterazionemeteorica
meteoricaeetrasporto
trasporto
tipici
del
ciclo
sedimentario
tipici del ciclo sedimentario
««alle
allepiù
piùsevere
severecondizioni
condizionididimetamorfismo
metamorfismoeeanatessi.
anatessi.
La struttura dello ZIRCONE - ZrSiO4
Tetraedri
Tetraedriisolati
isolatiSiO
SiO4 4condividono
condividono
vertici
e
spigoli
con
dodecaedri
vertici e spigoli con dodecaedri
ZrO
ZrO8.8.Questi
Questicondividono
condividonospigoli
spigoliee
sisiestendono
estendonoinincatene
cateneparallele
paralleleaa
<100>.
<100>.
Proiezione su (100)
Proiezione su (001)
Catene
Catene[001]
[001]diditetraedri
tetraedri
SiO
che
condividono
SiO4 4 che condividonouno
uno
spigolo.
spigolo.
Proiezione su (100)
La struttura dello ZIRCONE - ZrSiO4
Lo zircone è tetragonale e cristallizza nel gruppo spaziale I 41\amd.
Proprietà
Proprietà fisiche
fisiche
Densità:
Densità: 4.6-4.7
4.6-4.7
Durezza:
Durezza: 7.5
7.5
Lucentezza:
Lucentezza: adamantina
adamantina
ωω == 1.923-1.960
1.923-1.960
εε == 1.968-2.015
1.968-2.015
δδ == 0.042-0.065
0.042-0.065
Colore:
Colore: marrone
marrone rossiccio,
rossiccio, giallo,
giallo,
grigio,
verde,
incolore.
grigio, verde, incolore.
Da
Da incolore
incolore aa marrone
marrone chiaro
chiaro inin
sezione
sezione sottile.
sottile.
MINERALI METAMITTICI
Minerali
Mineraliche
chehanno
hannoperso
persoin
inparte
parteoocompletamente
completamentelalaloro
loroiniziale
iniziale
cristallinità
cristallinitàin
inseguito
seguitoaadue
duecause
causeconcomitanti:
concomitanti:
- -autobombardamento
autobombardamentoradioattivo
radioattivo
- -cambiamento
delle
specie
cambiamento delle speciechimiche
chimichepresenti
presenti
in
inseguito
seguitoaaprocessi
processidi
didecadimento
decadimentoradioattivo
radioattivo
dei
deiradionuclidi
radionuclidiinizialmente
inizialmentepresenti
presentinella
nellaloro
loro
composizione.
composizione.
Lo stato metamittico nello ZIRCONE
Nello zircone naturale la metamittizzazione è il risultato congiunto di due
processi a lungo termine:
- radiation damage accumulation
- radiation damage annealing
Il danneggiamento strutturale è causato principalmente dal decadimento di
e 232Th (che possono sostituire Zr4+) e dei loro elementi figli, nelle
rispettive catene di decadimento.
238U, 235U
- Rimbalzo delle particelle alfa + nuclidi figli = struttura amorfa.
- Difetti puntuali (creati dalle particelle alfa) + stress tangente (proveniente
dalle regioni amorfe adiacenti) = rigonfiamento della struttura cristallina.
Gli effetti della radiazione si traducono in:
- espansione differenziale del reticolo cristallino, con fratturazioni;
- zone più o meno danneggiate;
- indebolimento dell'intera struttura cristallina;
- distruzione di tutte le tracce del reticolo cristallino
(STATO METAMITTICO).
Risultati di studi HRTEM su 4 cristalli di zircone
A) zircone quasi cristallino;
B) zircone moderatamente danneggiato:
C) zircone fortemente danneggiato;
D) zircone quasi amorfo.
(da Nasdala et al., 2004)
Variazione delle proprietà fisiche nello
ZIRCONE METAMITTICO
Le
Leproprietà
proprietàfisiche
fisichedello
dellozircone
zirconepossono
possonovariare
variarein
infunzione
funzionedel
delgrado
gradodi
di
metamittizzazione.
metamittizzazione.All’aumentare
All’aumentaredello
dellostato
statometamittico:
metamittico:
- -lalabirifrangenza
è
approssimativamente
birifrangenza è approssimativamenteinversamente
inversamente
proporzionale
all’intensità
della
radioattività;
proporzionale all’intensità della radioattività;
- -i ivalori
valoridi
didensità
densitàeegli
gliindici
indicidi
dirifrazione
rifrazionesono
sonovia
viavia
viapiù
piùbassi.
bassi.
D
Zircone normale
Intermedio
Zircone metamittico
4.6-4.7
4.2-4.6
3.9-4.2
ω
1.924-1.934
1.903-1.927
1.782-1.864
ε
1.970-1.977
1.921-1.970
1.827-1.872
δ
0.036-0.053
0.017-0.043
0-0.008
Radioattività
bassa
media
alta
Inoltre…..
Inoltre…..
- -lelevarietà
varietàmetamittiche
metamittichepossono
possonomostrare
mostrareun
unapprezzabile
apprezzabile
carattere
biassico;
carattere biassico;
- -ililcolore
coloreèètipicamente
tipicamenteverde
verdefoglia,
foglia,verde
verdeoliva
olivaooverde
verdebruniccio;
bruniccio;
- -leletrasformazioni
metamittiche
influenzano
anche
la
trasformazioni metamittiche influenzano anche la
composizione
composizionedello
dellozircone.
zircone.IlIlcontenuto
contenutodi
dispecie
specieidrate
idrate(OH
(OHee
HH2O)
O)può
puòraggiungere
raggiungereilil16.6
16.6wt%H
wt%H2O.
O.
2
2
Contenuto d’acqua nella struttura dello ZIRCONE
STATO METAMITTICO
L’incorporazione di idrogeno non è necessaria
per la formazione dello stato metamittico, ma
accompagna il processo di metamittizzazione.
La presenza di difetti strutturali e di locali
sbilanciamenti di carica nello zircone danneggiato
dalla radiazione favoriscono l’ingresso e l’accumulo
di specie idrate.
Potenziale localizzazione dei gruppi OHO
Si
Wavenumber [cm-1]
Zr
H
Posizioni generali
Dettaglio ingrandito
Il gruppo OH- associato a un
tetraedro SiO4 occupato,
coordinato da [Zr4+, Zr4+, Si4+],
forma un legame idrogeno
asimmetricamente biforcato.
(vista perpendicolare al piano (010)).
La morfologia dello ZIRCONE
I Icristalli
cristallidi
dizircone
zirconepiù
piùsemplici
semplicipresentano
presentanolala
combinazione
combinazionedi
diun
unprisma
prismaeedi
diuna
unabipiramide
bipiramide
tetragonale,
ma
si
hanno
anche
combinazioni
tetragonale, ma si hanno anche combinazioni
dei
deiprismi
prismi{100}
{100}ee{110}
{110}eedelle
dellepiramidi
piramidi{211},
{211},
{101}
{101}ee{301}.
{301}.
Fattori
Fattoriche
cheinfluenzano
influenzanolalaforma:
forma:
- -velocità
di
cristallizzazione
velocità di cristallizzazione
- -composizione
composizione
- -temperatura
temperaturadell’ambiente
dell’ambientedi
diformazione
formazione
Pupin
Pupin(1980)
(1980)ha
haproposto
propostouno
unoSCHEMA
SCHEMA
TIPOLOGICO
TIPOLOGICOche
chemette
mettein
inrelazione
relazionelo
losviluppo
sviluppo
relativo
delle
forme
cristalline
con
la
temperatura
relativo delle forme cristalline con la temperatura
eeililtipo
tipodi
diroccia
rocciaospite.
ospite.
Variazioni della
morfologia esterna
dello ZIRCONE
1-21: variabilità in termini
del rapporto lunghezza/larghezza e della tipologia.
25-27: granuli compositi con
fenomeni di riassorbimento.
28-30: granuli riassorbiti
magmaticamente, senza
sovracrescite.
31-34: zirconi da subrotondeggianti a multifacce in
rocce metamorfiche.
Morfologia interna dello ZIRCONE
Il ricordo degli eventi geologici e delle diverse
tappe di crescita di un cristallo sono visibili in
sezione sottile:
- al microscopio ottico
- nelle immagini in CL e BSE.
(a)
(a)Immagine
Immaginein
inCL
CLdi
diuno
uno
zircone
zirconemagmatico
magmaticocon
consemplice
semplice
zonatura
zonaturaoscillatoria
oscillatoria(o
(ozonatura
zonatura
di
crescita).
di crescita).
(b)
(b)Immagine
Immaginein
inCL
CLdi
diun
un
complesso
complesso zircone
zirconemetamorfico
metamorfico
con
construtture
struttureinterne
internecaotiche.
caotiche.
0.4 mm
a)
a)Zonatura
Zonaturaaasettori
settoriin
inuno
uno
zircone
plutonico,
con
zircone plutonico, con
cambiamento
cambiamentodella
dellamorfologia
morfologia
esterna
esternadurante
durantelalacrescita.
crescita.
b)
b)Zonatura
Zonaturaaasettori
settoriin
inuno
uno
zircone
vulcanico.
zircone vulcanico.
0.4 mm
Zonature di crescita
negli ZIRCONI
MAGMATICI.
1-2: successione quasi bimodale di
bande ricche e povere in elementi in
tracce.
3-12: zirconi con zonature che
abbracciano un ampio range
composizionale.
13-15: piccole differenze di composizione con zonature appena visibili.
16: zircone privo di zonature.
La barra vicina ad ogni figura corrisponde a circa 100 µm.
Le ZONATURE OSCILLATORIE e
A SETTORI sono il risultato della
distribuzione eterogenea degli
elementi in traccia.
DATAZIONI U-Th-Pb
I risultati riportati in numerosi lavori confermano che lo
ZIRCONE è altamente resistente al resetting isotopico nel
metamorfismo di alto grado e persino alle temperature del
magmatismo!
Lo ZIRCONE contiene concentrazioni misurabili di:
U (media: 1330 ppm) e
Th (media: 560 ppm).
U e Th si trovano nello zircone per sostituzione isomorfa di Zr4+ (R.I. = 0.87 Å)
da parte di U4+ (R.I. = 1.05 Å) e Th4+ (R.I. = 1.10 Å) e per la presenza di
inclusioni di thorite. Il Pb (R.I. = 1.32 Å) non è praticamente presente nello
zircone al momento della sua formazione.
Il tempo di dimezzamento degli isotopi naturali dell’uranio - 238U e 235U - è
abbastanza lungo per coprire tutta la storia della terra, ma abbastanza corto
perché gli elementi padre e figlio radiogenico possano essere misurati nei
minerali.
Sistema U-Pb nello zircone
Poiché
Poichésisipossono
possonoDATARE
DATARElelediverse
diversezone
zonedello
dellozircone,
zircone,èèpossibile
possibile
individuare
diversi
eventi
geologici
registrati
dal
minerale
e
ricostruire
individuare diversi eventi geologici registrati dal minerale e ricostruire
lalasua
suastoria
storiageologica.
geologica.
E’
E’importante
importantecapire
capirecome
comeililsistema
sistemaU-Pb
U-Pbnello
nellozircone
zirconesisicomporti
comportiin
in
differenti
differenticondizioni
condizionigeologiche:
geologiche:
1)
per
migliorare
1) per migliorarel’accuratezza
l’accuratezzadelle
delledeterminazioni
determinazionidelle
delleetà
età
degli
zirconi
degli zirconi
2)
2)per
perottenere
ottenerepiù
piùinformazioni
informazionicronologiche
cronologicheda
dasistemi
sistemi
isotopici
disturbati.
isotopici disturbati.
SHRIMP (Sensitive High-Resolution Ion Micro-Probe)
Le
Leanalisi
analisiSHRIMP
SHRIMPsono
sonoprecedute
precedutedallo
dallostudio
studiodelle
delleimmagini
immaginiin
inCL
CLeeBSE
BSE
che
cherivelano:
rivelano:nuclei
nucleiereditati,
ereditati,sovracrescite
sovracrescitemagmatiche
magmaticheoometamorfiche
metamorficheee
aree
areedi
diricristallizzazione,
ricristallizzazione,alterazioni,
alterazioni,fratture
frattureeeinclusioni.
inclusioni.
A) Immagine BSE di uno zircone
in gneiss con nucleo di 2700 Ma.
B) Immagine CL dello stesso
cristallo in (A).
C) Immagine BSE di uno zircone da
uno gneiss di 2880 Ma con nucleo
ereditato di 3060 Ma. Il nucleo è
più ricco in U.
D) Immagine BSE dello zircone con
4 fasi di crescita. Le fasi meno ricche
in U sono preferenzialmente cracked.
(da Davis et al., 2003)
Problemi relativi al sistema U-Pb dello zircone
Anche in rocce raffreddate rapidamente, i cristalli di zircone mostrano una
notevole variazione nel loro contenuto di elementi in traccia, compresi gli
elementi radioattivi U e Th.
I cristalli sono spesso fortemente zonati, con differenze nel contenuto degli
elementi in traccia di due o tre ordini di grandezza rispetto a distanze di pochi
micron.
Con il passare del tempo, il decadimento degli elementi radioattivi in questi
cristalli genera una zonatura
- nella concentrazione di Pb radiogenico
- nella misura in cui la struttura cristallina è danneggiata dalla radiazione,
se la temperatura rimane al di sotto di quella di annealing.
Ricordiamo gli effetti della radiazione sullo zircone:
- espansione differenziale del reticolo cristallino, con fratturazioni;
- zone più o meno danneggiate;
- indebolimento dell’intero cristallo;
- distruzione di tutte le tracce del reticolo cristallino.
ZIRCONI nell’area del Vicentino
(VVP - Provincia Vulcanica Veneta)
N
Marosticano
Monti
LESSINI
Colli Berici
15 km
Colli Euganei
a
L
E
G
E
N
D
A
a
Rocce sedimentarie Terziarie (a)
e basamento cristallino (b)
RITROVAMENTI
DI ZIRCONE
VVP - Provincia
Vulcanica Veneta
b
b
Piani di sovrascorrimento
e faglie esposte (a) e
sepolte (b)
Sedimenti
quaternari
Contrà Cubi
Campanella
Lonedo
Castelletto di Rotzo
Novale
Battilana
Gli ZIRCONI magmatici della VVP
(7x4 mm)
(7x4 mm)
(8 x3 mm)
(8 x3 mm)
(3x 1.5 mm)
(3x 1.5 mm)
Si
Sitratta
trattadi
diMEGACRISTALLI
MEGACRISTALLI
con
concaratteristiche:
caratteristiche:
--morfologiche
morfologiche
--cristallochimiche
cristallochimiche
--di
dicomposizione
composizioneisotopica
isotopica
dell’ossigeno
dell’ossigeno
simili
similiaaquelle
quelledi
dizirconi
zirconi
magmatici
magmaticidel
delmantello.
mantello.
Datazioni U-Pb degli zirconi della VVP
ATD
ATD
7
SP 104
SP 104
50.2±2.6
50.2±2.6
50.6±3.7
50.6±3.7
52.5±2.3
52.5±2.3
52.4±2.8
52.4±2.8 50.7±1.6
50.7±1.6
50.6±1.7
50.6±1.7
46.1±4.2
46.1±4.2
7
43.2±2.6
43.2±2.6
4
44.6±4.2
44.6±4.2
4
47.2 ±2.8
47.2 ±2.8
44.4± 4.2
44.4± 4.2
1
44.8± 3.6
44.8± 3.6
33.0±18.4
33.0±18.4
1
51.5±1.5
51.5±1.5
45.7±5. 2
45.7±5. 2
5
5
500 µ m
500 µ m
1 mm
1 mm
(a)
(a)
Età media: 44.9±2.8 Ma
MB 186
MB 186
9
31.1±0.6 3030.8±0.7
.8±0.7
31.1±0.6
10
10
9
9
49.6±1.1
49.6±1.1
53 .1±1.3
53
10 .1±1.3
10
48.9± 1.6 50 .2±1.2
48.9± 1.6 50 .2±1.2
47.4±1.2
47.4±1.2
31 .6±1.0
31 .6±1.0
30.4±0.7
30.4±0.7
31.0±0.9
31.0±0.9
11
11
Età media: 51.1±1.5 Ma
N5
N5
9
(b)
11
11
29.4±0.6
29.4±0.6 30.7±1.0
30.7±1.0
29 .5±0.9
29 .5±0.9
500 µ m
500 µ m
(c)
(c)
Età media: 30.45±0.51 Ma
49.2± 1.1
49.2± 1.1
51.3±3.3
51.3±3.3
54.9±2.6
54.9±2.6
1 mm
1 mm
(d)
(d)
Età media: 49±1.0 Ma
Diagrammi Tera-Wasserburg
1. 0
0 .4
ATD
SP 1 04
Interc ept at
47. 3 ± 3. 4 Ma
MSWD = 0.87
Pb/206Pb
0 .3
0. 6
0. 4
0 .2
207
20 7
Pb/20 6Pb
0. 8
Intercepts at
5 2.3 ± 2.5 & 5398 ± 7 80 Ma
MSWD = 0 .2 5
0 .1
0. 2
(a)
0. 0
10
200
1 20
30
50
80
70
90
40
90
2 38
U/
110
13 0
150
70
80
60
50
(b)
0 .0
70
170
90
110
20 6
Pb
238
13 0
206
U/
15 0
Pb
0.12
MB 186
0.10
Intercepts at
47.9 ± 3.6 & 3720 ± 1000 Ma
MSWD = 1.7
206
Pb
0.1 2
0.1 0
2 07
Pb/
0.08
207
Pb/ 2 06Pb
N5
0.1 4
Int ercep ts at
29. 1 ± 2. 0 & 367 3 ± 110 0 Ma
MSW D = 0.91
0.0 8
0.06
(c)
34
36
0.04
17 5
18 5
32
19 5
30
20 5
238
215
2 06
U/
Pb
28
225
0.0 6
(d)
70
0.0 4
235
90
66
1 00
62
58
54
1 10
50
1 20
2 38
U/
130
206
Pb
46
140
150
Età delle intrusioni magmatiche
Le età U-Pb degli zirconi corrispondono all’età stratigrafica dei due principali
eventi vulcanici mafici alcalini nell’area Veneta (Eocene Medio e Oligocene;
Piccoli, 1966; De Vecchi and Sedea, 1995).
LEGENDA
LEGENDA
BC
= basalti di colata
BC ==rocce
basalti
di colata
VC
vulcanoclastiche
VC =
rocce
vulcanoclastiche
(brecce d’esplosione,
(brecce d’esplosione,
tufi,ialoclastiti)
tufi,ialoclastiti)
CN = calcari
nummulitici
CN
=
calcari nummulitici
CDI =“Complesso
dolomitico
CDI =“Complesso
dolomitico
indifferenziato”
indifferenziato”
SR = Scaglia rossa
Scaglia rossa
BISR ==Biancone
BI ==Rosso
Biancone
RAV
ammonitico
RAV =veronese
Rosso ammonitico
veronese
CGN = Calcari
grigi di Noriglio
CGN
=
Calcari
grigi di Noriglio
cv = camini vulcanici
cv =d’esplosione
camini vulcanici
d’esplosione
cb = camini
di basalto
camini
di basalto
f cb ==filoni
basaltici
f
= filoni basaltici
Questo fatto, insieme
alle caratteristiche
tessiturali e compositive
escluderebbero la
possibilità che questi
zirconi fossero ereditati.
L’attività magmatica
Terziaria nel Veneto
sarebbe stato un processo
di lunga durata (circa 20 Ma)
che ha coinvolto almeno
due episodi di fusione del
mantello.
Composizione degli ZIRCONI MAGMATICI
Le
Lestrette
stretterelazioni
relazionistrutturali
strutturalidello
dellozircone
zirconecon
conaltri
altritipi
tipididinesosilicati
nesosilicati(come
(comeYPO
YPO4 4
xenotimo,
HfSiO
hafnone,
o
la
thorite
ThSiO
)
ne
influenzano
la
composizione
xenotimo, HfSiO4 hafnone, o la thorite ThSiO4 ) ne influenzano la composizionechimica.
chimica.
4
4
Lo
Lozircone
zirconepuò
puòcontenere
contenereun
ungran
grannumero
numerodidielementi
elementiinintraccia
traccia (ca.
(ca.20-25),
20-25),inin
particolare
particolareHf
HfeeY,
Y,gli
glielementi
elementidelle
delleTerre
TerreRare
Rare(REE),
(REE),P,
P,UUeeTh.
Th.
Lo
Lozircone
zirconecontiene
contienesempre
sempreHf:
Hf:
ililrapporto
HfO
/ZrO
è
variabile,
rapporto HfO2 2/ZrO2 2 è variabile,
ma
manormalmente
normalmentepari
pariaa0.01.
0.01.
Nelle
varietà
metamittiche
Nelle varietà metamittichepuò
può
raggiungere
il
valore
di
0.06.
raggiungere il valore di 0.06.
E.
E.Belusova
Belusovaha
haproposto
propostoun
un
diagramma
che
discrimina
diagramma che discrimina
zirconi
zirconiprovenienti
provenientida
davari
varitipi
tipi
didiroccia,
sulla
base
del
roccia, sulla base del
contenuto
contenutodegli
deglielementi
elementiYYeeU.
U.
Pattern delle REE in ZIRCONI MAGMATICI
Zirconi magmatici non alterati di origine
crostale hanno un pattern normalizzato
alla condrite, caratterizzato da
impoverimento in LREE e arricchimento
in HREE, con un’anomalia positiva in Ce
e un’anomalia negativa in Eu.
Zirconi kimberlitici, carbonatitici e da
rocce derivate dal mantello hanno un
pattern arricchito in HREE, piatto e
senza alcuna significativa anomalia
in Eu.
(da Hoskin & Schaltegger, 2003)
XENOCRISTALLI
di zircone in rocce
magmatiche e di
alto grado metamorfico
1-4: nucleo più ricco in U della periferia;
l’espansione del nucleo può provocare
la fratturazione della più rigida periferia.
5-8,11,18: superfici geometriche
separano il nucleo dalla periferia,
troncando le zonature interne.
2,3,9, 12-16, 19,20: ...oppure separano
nuclei arrotondati, non zonati.
Tessiture interne negli
ZIRCONI METAMORFICI
Sequenza comune di strutture di crescita:
1) nucleo
2) dominio zonato a settori
3) parte esterna con zonatura oscillatoria.
(da Schaltegger et al., 1999)
Tessiture di
ricristallizzazione
Ricristallizzazione e
nuova crescita di
zircone in rocce di
alto grado metamorfico
1-5: zircone euedrale originale tagliato
da domini ricristallizzati o di nuova
crescita, di composizione omogenea.
6-12: zirconi con zonature concentriche
molto irregolari, localmente sovrimposte
da zone di ricristallizzazione o di nuova
crescita.
13-19: zonature a settori che localmente
circondano zircone più vecchio.
20-22: tessiture caotiche, con
locale comparsa di domini di flusso.
23-25: zircone con tessitura a bande
omogenee.
ZIRCONI KIMBERLITICI
Caratteristiche
Caratteristiche
principali:
principali:
- -dimensioni
dimensionida
da
millimetriche
millimetriche
aacentimetriche;
centimetriche;
- -morfologia
morfologiaanedrale;
anedrale;
- -tessiture
tessitureinterne
interne
variabili.
variabili.
Inclusioni, intercrescite
e sovracrescite
Patterns di alterazione
DATAZIONI U-Th-Pb
I risultati riportati in numerosi lavori confermano che lo
ZIRCONE è altamente resistente al resetting isotopico nel
metamorfismo di alto grado e persino alle temperature del
magmatismo!
Lo ZIRCONE contiene concentrazioni misurabili di:
U (media: 1330 ppm) e
Th (media: 560 ppm).
U e Th si trovano nello zircone per sostituzione isomorfa di Zr4+ (R.I. = 0.87 Å)
da parte di U4+ (R.I. = 1.05 Å) e Th4+ (R.I. = 1.10 Å) e per la presenza di
inclusioni di thorite. Il Pb (R.I. = 1.32 Å) non è praticamente presente nello
zircone al momento della sua formazione.
Il tempo di dimezzamento degli isotopi naturali dell’uranio - 238U e 235U - è
abbastanza lungo per coprire tutta la storia della terra, ma abbastanza corto
perché gli elementi padre e figlio radiogenico possano essere misurati nei
minerali.
Sistema U-Pb nello zircone
Poiché
Poichésisipossono
possonoDATARE
DATARElelediverse
diversezone
zonedello
dellozircone,
zircone,èèpossibile
possibile
individuare
diversi
eventi
geologici
registrati
dal
minerale
e
ricostruire
individuare diversi eventi geologici registrati dal minerale e ricostruire
lalasua
suastoria
storiageologica.
geologica.
E’
E’importante
importantecapire
capirecome
comeililsistema
sistemaU-Pb
U-Pbnello
nellozircone
zirconesisicomporti
comportiin
in
differenti
differenticondizioni
condizionigeologiche:
geologiche:
1)
per
migliorare
1) per migliorarel’accuratezza
l’accuratezzadelle
delledeterminazioni
determinazionidelle
delleetà
età
degli
zirconi
degli zirconi
2)
2)per
perottenere
ottenerepiù
piùinformazioni
informazionicronologiche
cronologicheda
dasistemi
sistemi
isotopici
disturbati.
isotopici disturbati.
SHRIMP (Sensitive High-Resolution Ion Micro-Probe)
Le
Leanalisi
analisiSHRIMP
SHRIMPsono
sonoprecedute
precedutedallo
dallostudio
studiodelle
delleimmagini
immaginiin
inCL
CLeeBSE
BSE
che
cherivelano:
rivelano:nuclei
nucleiereditati,
ereditati,sovracrescite
sovracrescitemagmatiche
magmaticheoometamorfiche
metamorficheee
aree
areedi
diricristallizzazione,
ricristallizzazione,alterazioni,
alterazioni,fratture
frattureeeinclusioni.
inclusioni.
A) Immagine BSE di uno zircone
in gneiss con nucleo di 2700 Ma.
B) Immagine CL dello stesso
cristallo in (A).
C) Immagine BSE di uno zircone da
uno gneiss di 2880 Ma con nucleo
ereditato di 3060 Ma. Il nucleo è
più ricco in U.
D) Immagine BSE dello zircone con
4 fasi di crescita. Le fasi meno ricche
in U sono preferenzialmente cracked.
(da Davis et al., 2003)
Problemi relativi al sistema U-Pb dello zircone
Anche in rocce raffreddate rapidamente, i cristalli di zircone mostrano una
notevole variazione nel loro contenuto di elementi in traccia, compresi gli
elementi radioattivi U e Th.
I cristalli sono spesso fortemente zonati, con differenze nel contenuto degli
elementi in traccia di due o tre ordini di grandezza rispetto a distanze di pochi
micron.
Con il passare del tempo, il decadimento degli elementi radioattivi in questi
cristalli genera una zonatura
- nella concentrazione di Pb radiogenico
- nella misura in cui la struttura cristallina è danneggiata dalla radiazione,
se la temperatura rimane al di sotto di quella di annealing.
Ricordiamo gli effetti della radiazione sullo zircone:
- espansione differenziale del reticolo cristallino, con fratturazioni;
- zone più o meno danneggiate;
- indebolimento dell’intero cristallo;
- distruzione di tutte le tracce del reticolo cristallino.
ZIRCONI nell’area del Vicentino
(VVP - Provincia Vulcanica Veneta)
N
Marosticano
Monti
LESSINI
Colli Berici
15 km
Colli Euganei
a
L
E
G
E
N
D
A
a
Rocce sedimentarie Terziarie (a)
e basamento cristallino (b)
RITROVAMENTI
DI ZIRCONE
VVP - Provincia
Vulcanica Veneta
b
b
Piani di sovrascorrimento
e faglie esposte (a) e
sepolte (b)
Sedimenti
quaternari
Contrà Cubi
Campanella
Lonedo
Castelletto di Rotzo
Novale
Battilana
Gli ZIRCONI magmatici della VVP
(7x4 mm)
(7x4 mm)
(8 x3 mm)
(8 x3 mm)
(3x 1.5 mm)
(3x 1.5 mm)
Si
Sitratta
trattadi
diMEGACRISTALLI
MEGACRISTALLI
con
concaratteristiche:
caratteristiche:
--morfologiche
morfologiche
--cristallochimiche
cristallochimiche
--di
dicomposizione
composizioneisotopica
isotopica
dell’ossigeno
dell’ossigeno
simili
similiaaquelle
quelledi
dizirconi
zirconi
magmatici
magmaticidel
delmantello.
mantello.
Datazioni U-Pb degli zirconi della VVP
ATD
ATD
7
SP 104
SP 104
50.2±2.6
50.2±2.6
50.6±3.7
50.6±3.7
52.5±2.3
52.5±2.3
52.4±2.8
52.4±2.8 50.7±1.6
50.7±1.6
50.6±1.7
50.6±1.7
46.1±4.2
46.1±4.2
7
43.2±2.6
43.2±2.6
4
44.6±4.2
44.6±4.2
4
47.2 ±2.8
47.2 ±2.8
44.4± 4.2
44.4± 4.2
1
44.8± 3.6
44.8± 3.6
33.0±18.4
33.0±18.4
1
51.5±1.5
51.5±1.5
45.7±5. 2
45.7±5. 2
5
5
500 µ m
500 µ m
1 mm
1 mm
(a)
(a)
Età media: 44.9±2.8 Ma
MB 186
MB 186
9
31.1±0.6 3030.8±0.7
.8±0.7
31.1±0.6
10
10
9
9
49.6±1.1
49.6±1.1
53 .1±1.3
53
10 .1±1.3
10
48.9± 1.6 50 .2±1.2
48.9± 1.6 50 .2±1.2
47.4±1.2
47.4±1.2
31 .6±1.0
31 .6±1.0
30.4±0.7
30.4±0.7
31.0±0.9
31.0±0.9
11
11
Età media: 51.1±1.5 Ma
N5
N5
9
(b)
11
11
29.4±0.6
29.4±0.6 30.7±1.0
30.7±1.0
29 .5±0.9
29 .5±0.9
500 µ m
500 µ m
(c)
(c)
Età media: 30.45±0.51 Ma
49.2± 1.1
49.2± 1.1
51.3±3.3
51.3±3.3
54.9±2.6
54.9±2.6
1 mm
1 mm
(d)
(d)
Età media: 49±1.0 Ma
Diagrammi Tera-Wasserburg
1. 0
0 .4
ATD
SP 1 04
Interc ept at
47. 3 ± 3. 4 Ma
MSWD = 0.87
Pb/206Pb
0 .3
0. 6
0. 4
0 .2
207
20 7
Pb/20 6Pb
0. 8
Intercepts at
5 2.3 ± 2.5 & 5398 ± 7 80 Ma
MSWD = 0 .2 5
0 .1
0. 2
(a)
0. 0
10
200
1 20
30
50
80
70
90
40
90
2 38
U/
110
13 0
150
70
80
60
50
(b)
0 .0
70
170
90
110
20 6
Pb
238
13 0
206
U/
15 0
Pb
0.12
MB 186
0.10
Intercepts at
47.9 ± 3.6 & 3720 ± 1000 Ma
MSWD = 1.7
206
Pb
0.1 2
0.1 0
2 07
Pb/
0.08
207
Pb/ 2 06Pb
N5
0.1 4
Int ercep ts at
29. 1 ± 2. 0 & 367 3 ± 110 0 Ma
MSW D = 0.91
0.0 8
0.06
(c)
34
36
0.04
17 5
18 5
32
19 5
30
20 5
238
215
2 06
U/
Pb
28
225
0.0 6
(d)
70
0.0 4
235
90
66
1 00
62
58
54
1 10
50
1 20
2 38
U/
130
206
Pb
46
140
150
Età delle intrusioni magmatiche
Le età U-Pb degli zirconi corrispondono all’età stratigrafica dei due principali
eventi vulcanici mafici alcalini nell’area Veneta (Eocene Medio e Oligocene;
Piccoli, 1966; De Vecchi and Sedea, 1995).
LEGENDA
LEGENDA
BC
= basalti di colata
BC ==rocce
basalti
di colata
VC
vulcanoclastiche
VC =
rocce
vulcanoclastiche
(brecce d’esplosione,
(brecce d’esplosione,
tufi,ialoclastiti)
tufi,ialoclastiti)
CN = calcari
nummulitici
CN
=
calcari nummulitici
CDI =“Complesso
dolomitico
CDI =“Complesso
dolomitico
indifferenziato”
indifferenziato”
SR = Scaglia rossa
Scaglia rossa
BISR ==Biancone
BI ==Rosso
Biancone
RAV
ammonitico
RAV =veronese
Rosso ammonitico
veronese
CGN = Calcari
grigi di Noriglio
CGN
=
Calcari
grigi di Noriglio
cv = camini vulcanici
cv =d’esplosione
camini vulcanici
d’esplosione
cb = camini
di basalto
camini
di basalto
f cb ==filoni
basaltici
f
= filoni basaltici
Questo fatto, insieme
alle caratteristiche
tessiturali e compositive
escluderebbero la
possibilità che questi
zirconi fossero ereditati.
L’attività magmatica
Terziaria nel Veneto
sarebbe stato un processo
di lunga durata (circa 20 Ma)
che ha coinvolto almeno
due episodi di fusione del
mantello.