Lezione14_Le_rocce_metamorfiche_I

DEFINIZIONE di METAMORFISMO
Durante il processo metamorfico i minerali
pre-esistenti di una roccia vengono portati a
temperature e pressioni diverse da quelle
originali di formazione.
Essendo variate le condizioni iniziali, la
paragenesi dei minerali cambia, con
modifiche, strutturali e/o chimiche.
Queste modificazioni avvengono in condizioni di
subsolidus.
Ovvero allo stato solido
(Al di sotto della temperatura di solidus di un sistema)
Fuso
+ Di
La trasformazione allo stato solido di un
materiale geologico in un altro, in risposta alla
variazione di temperatura, pressione o
composizione chimica dell’ambiente è definita:
Metamorfismo
Le rocce prodotte da questo processo sono versioni
ricristallizzate
di rocce preesistenti (sedimentarie, ignee o altre
rocce metamorfiche).
L’intervallo termico del
metamorfismo è:
Temperature superiori a quelle della
diagenesi (>200 °C);
Le temperature massime in genere sono
<800 °C (temperature alle quali può
iniziare la fusione di particolari tipi di
rocce, specie in presenza di H2O).
CAMPO P-T nel quale si realizzano i PROCESSI METAMORFICI
INTERVALLO
GENERICO DI
TEMPERATURAPRESSIONE DEL
METAMORFISMO
TIPI di PRESSIONI nel METAMORFISMO
PRESSIONE
PRESSIONE
LITOSTATICA ORIENTATA o
DIREZIONALE
È identica alla
IDROSTATICA
NON DEFORMA ma
si limita a RIDURRE
i VOLUMI
DEFORMA
MINERALI e
ROCCE
DEFINIZIONE di METAMORFISMO
L’evento metamorfico può essere classificato
sulla base di diversi criteri quali:
- Estensione del metamorfismo (es. regionale o locale);
- Ambiente geologico (es. orogenico, di seppellimento,
di fondale oceanico, di contatto, etc.);
- Causa particolare del metamorfismo (es. di impatto,
idrotermale, di contatto, etc.);
- Numero di eventi (mono-metamorfismo o polimetamorfismo);
- Variazione della temperatura (es. prògrado o
retrògrado).
Tipi di metamorfismo
In base all’ambiente geologico, il metamorfismo
viene generalmente diviso in REGIONALE e
LOCALE
Il Metamorfismo Regionale si esplica su
grandi volumi di roccia e gli effetti si misurano su larga
scala (scala regionale).
- Metamorfismo Orogenico (o Regionale s.s.);
1) metamorfismo di subduzione; 2) metamorfismo di
collisione.
Questo tipo di metamorfismo è associato alla formazione
di catene montuose (es. Ande, Alpi).
Le deformazioni sono comuni. Durata di vari milioni di
anni.
Il Metamorfismo Locale esplica i suoi effetti a
scale molto più ridotte rispetto al metamorfismo
regionale.
-Metamorfismo di piano di faglia;
Per attrito tra prodotto dallo scivolamento di due blocchi
di roccia lungo un piano di faglia.
-Metamorfismo di Contatto;
In presenza della messa in posto di corpi ignei.
Metamorfismo = calore rilasciato dal corpo magmatico
(favorito dalla presenza di fluidi del magma). La zona di
contatto è detta Aureola Metamorfica e può avere uno
spessore da pochi metri a pochi km. Rocce tipiche: hornfels
(rocce silicatiche), marmi (rocce carbonatiche), skarn
(rocce silico-carbonatiche).
Spazio Pressione-Temperatura (PT)
Temperatura (°C)
200
400
600
800
Metamorfismo di contatto
0
0
Non registrato
in natura (se
non nei casi di
metamorfismo
da impatto)
30
25oC/km =
Crosta non
più attiva
Metamorfismo
regionale
35
40oC/km =
Arco
continentale
25 20 15 10
Profondità (km )
5
60oC/km =
Arco
vulcanico
Protoliti:
Ultrafemico
–Elevato MgO, FeO, Ni, Cr
(peridotite, dunite, pirossenite)
Femico
– Alto FeO, MgO, CaO, bassa SiO2
(basalto, gabbro, andesite, diorite)
Pelitico
–Elevata Al2O3, K2O, SiO2
(argilla)
Carbonatico
–Elevato CaO, MgO, CO2
(calcare, dolomia)
Siliceo
–Quasi solo SiO2
(arenaria quarzosa, selce)
Quarzosofeldspatico
–Elevata SiO2, Na2O, K2O, Al2O3
(granito, granodiorite, arcose, grovacca)
I minerali costituenti le rocce metamorfiche
(in funzione della composizione del protolite)
ultrafemico
femico
carbonatico
pelitico
quarzoso-feldspatico
olivine
augite
diopside
ortopirosseno
tremolite
antofillite
serpentini
cloriti
talco
flogopite
cromite
magnetite
augite
omfacite
giadeite
ortopirosseno
glaucofane
orneblenda
actinolite
epidoti
lawsonite
plagioclasi
biotite
zeoliti
quarzo
calcite
sfene
granati
magmetite
ilmenite
calcite
dolomite
aragonite
olivine
diopside
tremolite
wollastonite
talco
flogopite
periclasio
vesuviana
grafite
granati
pirite
pirrotina
quarzo
miche bianche
biotiti
cloriti
plagioclasi
felds. alcalini
pirofillite
sillimanite
cianite
andalusite
staurolite
granati
calcite
cloritoide
cordierite
tormalina
caolino
magnetite
ilmenite
quarzo
plagioclasi
feld. alcalini
cloriti
biotite
miche bianche
sillimanite
cianite
andalusite
granati
cordierite
giadeite
lawsonite
epidoti
pumpellyite
zeoliti
glaucofane
calcite
magnetite
Eventi metamorfici:
Monometamorfismo
Protolito
P
*
a
P
*
*
*
T
T
Polimetamorfismo
P
a
*
*
T
b a = Monofase
b = Polifase
P
*
*
Picco di
temperatura
Picco di
pressione
b Non è
*
* *
*
T
assolutamente
facile stabilire se
si tratta di uno
solo o di più
eventi
metamorfici.
I Processi metamorfici si realizzano in genere
per un innalzamento della Temperatura
Temperatura
Temperatura massima raggiunta nell’evoluzione metamorfica
Inizio
dell’incremento
termico
A
C
Termine della
cristallizzazione
metamorfica
D
B
Inizio della
cristallizzazione
metamorfica
Assemblaggio finale
Protolito (T = X; t = 0)
Tempo
100
Sedim.
A
20
30
500
700
900
Ambiente
Magmatico
D
C
B
Da B a C Metamorfismo Prògrado
Da C a D Metamorfismo Retrògrado
Campo
non
esistente
40 in natura
Temperatura
Profondità (km)
10
300
Temperatura (°C)
C
D
B
A
Tempo
Temperatura (°C)
100
300
500
700
Sedim. Da B a C Metamorfismo Prògrado
Da C a D Metamorfismo Retrògrado
A
B
D
30
Campo
non
esistente
40 in natura
Ambiente
Magmatico
Da B a B’ si registra un
elevato rapporto DP/DT
C
20
B’
Temperatura
Profondità (km)
10
900
C
D
B
A
Tempo
100
300
Sedim.
A
500
700
D
900
C
B
10
Ambiente
Magmatico
Basso rapporto DP/DT
20
30
Campo
non
esistente
40 in natura
Temperatura
Profondità (km)
Temperatura (°C)
C
D
B
A
Tempo
Deformazione
Come risultato della tettonica delle placche, la crosta è
costantemente sotto stress. Le rocce rispondono allo stress
(alle sollecitazioni) in vari modi.
La risposta può essere rigida (e in questo caso le rocce tendono
a rompersi) o duttile (e in questo caso le rocce tendono a
deformarsi).
In modo molto generale possiamo dire che la crosta
superiore è caratterizzata da un comportamento di
tipo rigido (perché è relativamente più fredda).
Deformazione
Deformazione Fragile
Basse T, Deformazione rapida
Deformazione Duttile
Alte T, Deformazione lenta
Effetti della Pressione Orientata sulla morfologia dei minerali
I cristalli tendono ad appiattirsi per dissoluzione nelle
aree (S) sottoposte a maggior pressione; il materiale
ricristallizza nelle aree (D) in cui la pressione è minore.
L’asse maggiore
della deformazione
si dispone in un
D
piano
perpendicolare alla
direzione di
massima intensità
della pressione
orientata.
S
D
S
D
D
S
La Scistosità è una struttura planare derivante dalla
disposizione parallela o sub-parallela di minerali prodotta
da processi metamorfici di PRESSIONE ORIENTATA.
1
Anisotropie nelle rocce
a. Stratificazione Composizionale
b. Orientazione preferenziale di
fillosilicati
c. Forma di cristalli deformati
d. Variazione nella dimensione
dei cristalli
e. Orientazione preferenziale di
fillosilicati in una matrice
isotropa
f. Orientazione preferenziale di
aggregati minerali lenticolari
g. Orientazione preferenziale di
fratture
h. Combinazione dei precedenti
casi.
STRUTTURE DELLE ROCCE
METAMORFICHE
La ricristallizzazione di una roccia
metamorfica può essere
essenzialmente di due tipi:
Ricristallizzazione
dell’aggregato
sotto l’effetto
della sola
pressione
litostatica.
Ricristallizzazione
dell’aggregato
sotto l’effetto
della pressione
litostatica e di
quella orientata.
L’aggregato ideale, formato da un’unica fase
cristallina le cui facce hanno tutte la stessa
tensione superficiale, genera giunti tripli con
angoli perfettamente uguali a 120˚.
La microstruttura delle
rocce metamorfiche, si
genera tramite il
processo definito
cristalloblastesi
(germogliamento). Tale
microstruttura è definita
CRISTALLOBLASTICA.
La Blastesi comporta
sia la formazione di
nuove specie
mineralogiche che la
ricristallizzazione
degli stessi minerali
presenti nel protolite.
Termini descrittivi importanti:
Microstruttura: la disposizione dei costituenti
della roccia (inter-relazioni geometriche, forme e
caratteristiche interne) osservabile al
microscopio.
Struttura: Come il precedente ma a scala
macroscopica (con il campione in mano).
Scistosità: Orientazione preferenziale di
minerali o aggregati di minerali
inequidimensionali prodotta da processi
metamorfici. I minerali inequidimensionali non
sono isodiametrici (isodiametrico = ~dello stesso
diametro nelle 3 dimensioni).
Il concetto di scistosità è alla base della
classificazione delle rocce metamorfiche:
Scistosità ben sviluppata: Presente in rocce
con elevato numero di minerali
inequidimensionali disposti con elevato
grado di orientazione preferenziale. Le
superfici sono pervasive con meno di 1 cm
di spaziatura).
La roccia che può essere facilmente rotta in
piani sottili (<1cm) ha una struttura scistosa
e viene definita:
SCISTO
Scistosità poco sviluppata: Presente in
rocce con pochi minerali inequidimensionali
e/o con minerali disposti con basso grado di
orientazione preferenziale o con elevato
grado di orientazione preferenziale ma con
zone ripetitive piuttosto distanti
(spaziatura superiore ad 1 cm).
La roccia che può essere difficilmente rotta
in piani ha una struttura gneissica e viene
definita:
GNEISS
Scistosità assente: Presente in rocce con
pochi o senza minerali inequidimensionali non
disposti con alcun grado di orientazione
preferenziale.
La roccia che non mostra alcuna anisotropia
planare ha una struttura granofelsica e
viene definita:
GRANOFELS
Lo sviluppo della scistosità è essenzialmente
legato alla presenza di fillosilicati.
In genere maggiore è la presenza di
fillosilicati, maggiore sarà lo sviluppo della
scistosità.
Rocce di grado metamorfico elevato sono
caratterizzate da bassi contenuti di H2O e
quindi basso o assente contenuto in
fillosilicati.
Gli Gneiss sono rocce con bassa percentuale
di fillosilicati, quindi hanno scarsa scistosità
Se le dimensioni dei minerali sono abbastanza
uniformi, si parla di microstruttura OMEOBLASTICA.
Microstruttura Granoblastica Omeoblastica.
Notate come i plagioclasi (a sx) e la calcite (a dx) si incrociano
con giunzioni triple a ~120°. Questa è la caratteristica tipica
della microstruttura Granoblastica.
Se le dimensioni dei minerali sono differenti, le rocce
hanno una microstruttura ETEROBLASTICA o
PORFIROBLASTICA ed i cristalli più grandi sono
detti porfiroblasti.
Microstruttura
Eteroblastica
(Porfiroblastica).
Notate il grosso
cristallo di quarzo
deformato rispetto
alla dimensione degli
altri granuli.
Nel caso in cui i
cristalli più grandi
fosseri dei “relitti” di
cristalli
dell’assemblaggio del
protolito non ancora
trasformati si parla
di microstruttura
BLASTOPORFIRICA.
Un tipo di microstruttura eteroblastica è quella
OCCHIADINA (Augen).
Se esiste una iso-orientazione dei minerali appiattiti o
lamellari (es. miche) si parla di microstruttura
LEPIDOBLASTICA.
Lepidoblastica
Grano-Lepidoblastica
Se esiste una iso-orientazione dei minerali prismatici
o allungati (es. anfiboli, sillimanite, pirosseni, epidoti)
si parla di microstruttura NEMATOBLASTICA.
Se esiste una iso-orientazione dei minerali fibrosi o
aciculari (es. sillimanite fibrolitica o actinolite) si
parla di microstruttura FIBROBLASTICA.
Se i granuli inequigranulari sono orientati a caso si
parla di microstruttura DECUSSATA o
DIABLASTICA.
Quando i porfiroblasti contengono inclusioni di altri
minerali sono definiti PECILOBLASTI e la
microstruttura è definita PECILOBLASTICA.
La microstruttura
peciloblastica
descrive
porfiroblasti nel
cui interno sono
presenti inclusioni
di altri minerali.
In questo esempio: tormalina (arancione) e
K-feldspato (grigio) includono piccoli
granuli di mica e quarzo.
Tutti i cristalli hanno grosso
modo le stesse dimensioni:
TESSITURE
Omeoblastica
Idioblasti =
cristalli euedrali
I cristalli hanno dimensioni
significativamente variabili
TESSITURE
Eteroblastica:
Xenoblasti =
cristalli anedrali
Concetti base per la classificazione delle
rocce metamorfiche
-La classificazione deve essere effettuata attraverso lo
studio mineralogico e petrografico di un campione
-Termini che fanno riferimento esclusivamente alla
composizione chimica dovrebbero essere evitati.
- I tre nomi di base principali (ai quali vanno aggiunti
prefissi e suffissi) utilizzati per la classificazione delle
rocce metamorfiche sono:
SCISTO
GNEISS
GRANOFELS
Distribuzione spaziale dei singoli minerali o di
gruppi di minerali.
Si distinguono:
Strutture
ISOTROPE o
MASSIVE
Strutture
ANISOTROPE
I minerali che
costituiscono
l’aggregato mostrano
una distribuzione
casuale.
L’orientamento dei
minerali è condizionato
dall’azione di pressioni
direzionali.
HORNFELS
SCISTI e GNEISS
Foliazione e Lineazione
Nel caso di una scistosità ben sviluppata:
Disposizione planare pervasiva dei minerali è
chiamata
Foliazione
Disposizione lineare dei minerali è chiamata
Lineazione
Minerali che tendono a definire piani di foliazione sono in
genere i fillosilicati come le miche. I minerali che tendono a
definire una lineazione sono minerali allungati, come gli
anfiboli, e qualche volta il quarzo ed i feldspati.
Foliazione e Lineazione
(Struttura Scistosa)
Foliazione: una disposizione planare parallela dei minerali di
una roccia. Esempio: FILLADE.
Foliazione e Lineazione
(Struttura Scistosa)
Lineazione: disposizione parallela-lineare dei minerali in una
roccia. Come esempio si può considerare un mucchio di penne
tenute in mano, tutte parallele le une alle altre. Esempio: GNEISS
DIORITICO.
Foliazione e Lineazione
(Struttura Scistosa)
GNEISS
Foliazione e Lineazione
(Struttura Scistosa)
GNEISS
Foliazione e Lineazione
(Struttura Scistosa)
GNEISS
Foliazione e Lineazione
(Struttura Scistosa)
GNEISS
Foliazione e Lineazione
(Struttura Scistosa)
GNEISS
Granofels
(Assenza di scistosità)
Granulite: roccia senza scistosità. Esempio: ECLOGITE (basalto
metamorfosato ad elevate pressioni e temperature e composto
essenzialmente da granato e clinopirosseno).
Granofels
(Assenza di scistosità)
Hornfels: Granofels a grana fine formata per metamorfismo
di contatto (alta T) a partire da un protolite argilloso.