09 diagenesi metamorfiche File

Diagenesi
• All’interno della crosta terrestre con l’aumentare della
profondità aumentano la temperatura e la pressione
• In ambiente marino ma anche in una piana alluvionale
quando un sedimento sciolto viene sepolto sotto altri
sedimenti, si trova sottoposto a temperature e pressioni
crescenti
• in queste condizioni avvengono modificazioni fisiche e
chimiche che portano alla litificazione (trasformazione in
un solido.) chiamate DIAGENESI
•NB l’aumento della temperatura con la profondità
all’interno della Terra non è uguale dappertutto
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Gradiente geotermico
Gradiente: la variazione di una grandezza fisica lungo
una direzione: si misura in grandezza/unità di lunghezza
Gradiente geotermico: l’aumento di temperatura per
ogni chilometro di profondità nella crosta terrestre
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Flusso di calore e gradiente geotermico.
Il «modo» con cui aumenta la temperatura all’interno della Terra
Gradiente normale
20-30 °C/km
Gradiente più basso (2025 °C) in aree
continentali stabili
(Canada, Siberia)
Gradiente più alto (40-60
°C/km) in area di dorsale o
in aree di assottigliamento
crostale
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La temperatura e la pressione aumentano, all'interno della
terra, all’aumentare della profondità di seppellimento
Come regola, la temperatura aumenta da 20 a 30 °C ogni
chilometro1 (gradiente geotermico), mentre la pressione
di 250-300 bar/km
quindi a 10 km di profondità dovremmo trovare
temperature di circa 200-300 C° e pressioni di 2-3 kBar
Inoltre la temperatura aumenta in vicinanza di magmi
e lave e la pressione aumenta in zone dove le rocce
vengono spinte, compresse l’una contro le altre.
Conta anche la conducibilità termica delle rocce
(porosità, contenuto d’acqua…)
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Con gradiente geotermico: 30 °C /km e gradiente di
pressione: 0.22 kbar/km
NB 1 bar…quasi equivalente ad 1 atm.
NB gradiente di pressione di carico (omogenea in tutte le
direzioni) ovvero legato al peso delle rocce sovrastanti.
Lungo i margini compressivi anche pressione orientata
legata ai movimenti di placca
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Area stabile crosta
continentale spessa:
Isoterma 1300 °C a
-65 km Gradiente:
20 °C/km
Zona di subduzione e/o arco vulcanico
Isoterma 1300 °C a – 50 km
gradiente= 26 °C/km
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Area di distensione
Isoterma 1300 a 30 km:
Gradiente 40 °C/km
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Diagenesi
•
DIAGENESI: modificazioni post deposizionali di un
sedimento: alterazioni mineralogiche e fisiche.
• La diagenesi inizia subito dopo la deposizione e
termina o
1. per completa litificazione e formzione di una r.
sedimentaria o
2. per metamorfismo (300-350 °C, pari a 10-12 km di prof .)
• Due processi principali, ambedue tendono a
ridurre la porosità dei sedimenti
1 Cementazione (CaCO3 o SiO2)
2 Compattazione per carico litostatico
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Campo di esistenza della diagenesi
?
all’aumentare della temperatura le rocce già solidificate subiscono
ulteriori modificazioni > 300 °C metamorfismo
NB c’è continuità tra diagenesi e metamorfismo di basso grado
(condizioni anchimetamorfiche)
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Tutti i processi diagenetici
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2 fenomeni principali: compattazione e cementazione
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Diminuzione della porosità primaria
Diminuzione del volume -> subsidenza
(abbassamento superficie topografica)
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•Subsidenza naturale e subsidenza antropica
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CEMENTAZIONE
Arenaria
Formazione di cemento calcitico
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Ancora allo stato semisolido… pieghe
sindeposizionali
e/o fenomeni gravitativi vedi frane
sottomarine. Strutture per fuga di
acqua e anche strutture di carico
NB fanghi carbonatici: molli fino a qualche centinaio di metri, poi friabili,
da scalfire con le unghie; già a 800-1000 m: calcari da rompere a
martellate..(diagenesi precoce) NB con gradiente normale + 30 °C
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Se T > 300 °C Metamorfismo
• Trasformazione (= ricristallizzazione), allo
stato solido, di rocce preesistenti
(sedimentarie, magmatiche, metamorfiche)
• Si modificano la struttura o tessitura
(dimensione, forma e disposizione dei
cristalli/granuli) e la mineralogia
(traformazione isochimiche)
• in certi casi (rari) anche il chimismo globale
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I fattori del metamorfismo
Gradiente geotermico
• Temperatura
vulcanesimo
Pressione di carico
Peso delle rocce sovrastanti
• Pressione
Pressione orientata (tettonica
placche
• Azione dei fluidi
(metasomatismo)
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• Metamorfismo regionale o termodinamometamorfismo
• Metamorfismo di contatto: metamorfismo termico al
contatto con rocce magmatiche calde  prevale la temperatura
• Dinamo metamorfismo: dovuto alla pressione orientata:
compressione lungo importanti linee di faglia  prevale la P
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• Interno placche: alla base della crosta: met di contatto,
met di seppellimenti (basso grado, ), met regioanale
• Margini divergenti: met fondi oceanici (interazione
basalti – acqua di mare), met. Contatto (dicchi)
• Margini convergenti: met. Regionale di alta pressione,
met. di contatto (plutoni)
• Margini trasformi: cataclasiti e milonisi
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I fattori che portano ai vari tipi di
r. metamorfiche..
• grado metamorfico (coppia Temp/Press)
•“percorso metamorfico” (alta pressione, bassa temp..)
• composizione (mineralogia/chimismo) iniziale:
protolite
Non in ordine di importanza….
•«
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grado metamorfico
percorso metamorfico
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Struttura delle r. metamorfiche
• Struttura granulare: metamorfismo di contatto,
metamorfismo regionale in rocce con cristalli
equidimensionali, non allungati o lamellari
• Struttura porfiroblastica: alcuni grossi minerali
• struttura scistosa: «bande» di minerali diversi
metamorfismo regionale con forti spinte orientate e/o
rocce con minerali allungati e/o lamellari (miche,
anfiboli)
Scistosità: struttura legata all’orientamento/allungamento dei cristalli
Clivaggio: serie di fratture che..simulano.. piani di strato
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Marmo
•MARMO: r. met
regionale e di contatto.
I marmi più pregiati sono
bianchi, con tessitura
granoblastica (grandi cristalli
di calcite di dimensioni
uniformi e compenetrati),
senza più alcuna traccia della
stratificazione originaria. In
Italia: Alpi Apuanee
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Quarzite
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Struttura
Porfiroblastica
Qui: cristalli di
granato in una
roccia scistosa
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Scistosità:
risultato di forze
compressive su
minerali piatti e/o
allungato
sembrano «lamine»
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Allineamento di minerali lamellari
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Scisto
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Gneiss occhiadino
Alcuni cristalli più
grandi
ortogneiss
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Clivaggio
anche perpendicolare alla
stratificazione originaria
NB Fm. Hochwipfel
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Aumenta la dimensione media dei cristalli
Aumenta lo..spessore della scistosità
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Grado metamorfico: intensità del
processo metamorfico
in uno stesso grado di metamorfismo (T/P; press., temp.)
si formano differenti tipi di rocce da rocce con diverso
Chimismo di partenza
Concetto di minerale indice: minerale che si forma
ad un preciso livello T/P (temp./press.) e che quindi
indica una particolare facies metamorfica.
Facies: dal latino; riferito a cosa: aspetto esteriore,
Caratteristica, apparenza
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protoliti (le rocce NON metamorfiche di..partenza) possibili in
natura sono infiniti, ma le principali categorie composizionali di
rocce metamorfiche sono rappresentabili con 6 raggruppamenti,
che sono largamente rappresentativi delle comuni composizioni
geochimiche delle rocce ignee e sedimentarie:
1) Ultramafico: Altissimo Mg, Fe, Ni, Cr (peridotite,
dunite, pirossenite).
2) Mafico: alto Fe, Mg, Ca (basalto, gabbro, andesite,
diorite).
3) Argillitico o Pelitico: Alto Al, K, Si (argillite).
4) Carbonatico: Alto Ca, Mg, CO2 (calcare, dolomia).
5) Siliceo: Quasi solo SiO2 (arenaria quarzosa, selce).
6) Quarzo-feldspatico: Alto Si, Na, K, Al (granito,
granodiorite, ma anche arenarie (arcose, grovacca).
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Serie metamorfica di una roccia
sedimentaria tipo arenaria o argilla
• Fillade: grana finissima (cristalli
piccolissimi), quarzo e miche chiare
• micascisto: roccia composta da diversi
tipi di miche. Cristalli + grandi
• Gneiss: roccia composta da bande
chiare di quarzo e feldspati e da bande
scure di minerali quali biotite (miche)
o anfiboli (orneblenda)
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-
+
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Fillade
Micascisto
• ARDESIA: r. met. di basso
grado, derivante da argille
• I minerali principali: quarzo
(10-15 %) e miche (35-50 %
clorite, illite) e CaCO3) ed
ematite. Piani di clivaggio
molto netti. In Italia: Chiavari,
Lavagna (Liguria)
Gneiss
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A partire da una roccia basica: zeoliti (tettosilicati)
-> scisti verdi (anfiboli) -> anfiboliti -> granuliti
pirosseniche
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Come riconosco un’antica zona di
subduzione ?
• Affioramenti lungo una fascia allungata di Scisti blu o scisti
a glaucofane (anfibolo) che sono rocce metamorfiche di
alta pressione e bassa temperatura
• California, Giappone, Nuova Caledonia, Grecia, Turchia
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Grado metamorfico e facies metamorfica
Ca-plagioclasi, pirosseni e
granati, grana medio-grossa,
Foliazione scarsa o assente
-
Glaucofane: anfibolo
Na2 Al2 (SiO3)4 * (FeMg)4 (SiO3)4
+
Cloriti, epidoto
-
+
Granato, pirosseno sodico
Metamorfismo di un basalto
«una Facies metamorfica» è un insieme di associazioni mineralogiche
stabili
a determinate temperature
e pressioni che prende il nome dalla
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roccia più comune
Minerale indice:
• Sono minerali presenti quasi solamente
nelle r. metamorfiche
Esempi: cianite, sillimanite, andalusite
(Al2SiO5), staurolite, granati, epidoto.
• Ognuno si forma ad una precisa
temperatura e pressione.
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A partire da un’argilla:
quarzo e minerali argillosi
Cianite e sillimanite: sempre Al2SiO5
ma cianite (azzurra) triclina,
Sillimanite rombica.
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A partire da un basalto:
plagioclasi, olivina e pirosseni
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Metamorfismo termico o
di contatto
R. sedimentaria
carbonatica
Argillite
Arenaria
R. Sedimentaria clastica
NB osservate le scale dimensionali: decine- centinaia di metri
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Nel Friuli Venezia Giulia praticamente non ce
ne sono..o quasi
fillade
• Marmi sul M. Avanza
• Filladi in Cadore e presso
Sappada.
• In alcune rocce sedimentarie
paleozoiche leggermente
metamorfosate (Fm. Hochwipfel )
Dove: settore Nord ovest
della regione al confine con il
Cadore, Carnia, margine
settentrionale
Oppure..
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Metamorfismo dinamico
non si formano rocce nuove..
• Lungo linee di faglia sia trasformi che inverse/
sovrascorrimenti
• vicino alla superficie topografica: la pressione e gli
attriti lungo il piano di movimento rompono la
roccia > r. cataclastiche
• A profondità maggiore attrito e pressione orientata,
ma anche pressione di carico -> ricristallizzione >
rocce milonitiche
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Esempi di fasce cataclastiche
Villanova, Prealpi Giulie
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Gerchia (PN)
sempre linea
Barcis – Staro
Selo
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Esempi di r. milonitizzate
In Corsica: Sempre lungo
linee di faglia formate durante
l’orogenesi varisica (Paleozoico)
Faglie ora non
Più attive…
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