FACIES METAMORFICHE Per Facies Metamorfica si intende una

FACIES METAMORFICHE
Per Facies Metamorfica si intende
una determinata associazione di
minerali sviluppati in un particolare
intervallo T-P, a partire da un dato
chimismo del protolite.
Due rocce che hanno chimismo identico e che
appartengono alla stessa facies posseggono la
stessa associazione di minerali.
Due rocce con chimismo differente, appartenenti
alla stessa facies, hanno paragenesi diverse.
Fondamentalmente il metamorfismo è un processo
ISOCHIMICO (il protolito e la roccia metamorfica hanno
la stessa composizione chimica).
I fluidi (H2O+CO2 e minoritariamente F, Cl, B, CO, CH4) hanno
un ruolo fondamentale nella petrogenesi ma il loro effetto è
limitato al TRASPORTO di elementi chimici da una porzione
all’altra del protolite ed il loro allontanamento ha effetti
rilevanti solo per ALCUNI elementi chimici (es. B, Cs).
Le rocce metamorfiche possono essere caratterizzate da
strutture OLOCRISTALLINE con chimismi simili ma
associazioni mineralogiche completamente diverse.
NON è possibile distinguere chimicamente
un basalto da una eclogite!!!
Per questo motivo la classificazione delle rocce
metamorfiche NON si dovrebbe basare sul chimismo.
- Grado Metamorfico
Intensità massima del processo metamorfico.
Dipende fondamentalmente dalla massima
temperatura raggiunta.
- Zona Metamorfica
Porzione di corpo roccioso caratterizzato dalla
comparsa di un particolare minerale, stabile a partire
da una certa temperatura ( relazione con il grado
metamorfico).
-Serie di Facies Metamorfica
Sequenza di particolari facies metamorfiche
sviluppate in un particolare campo di P/T (es. Basso,
Medio e Alto P/T).
Esistono 10 FACIES METAMORFICHE
100
Sedim.
300
Temperatura (°C)
500
Profondità (km)
Curva di Solidus
di un protolito
argilloso
20
40
900
Ambiente
Magmatico
10
30
700
Campo
non
esistente
in natura
100
300
Sedim.
30
40
Campo
non
esistente
in natura
Facies Anfibolitica
20
700
900
F. Px
F.
Hornfels Sanidinitica
fibolo
Facies Epidoto-An
Profondità (km)
500
Facies Scisti Verdi
F. PrehnitePumpellyite
a
F. Zeolitic
10
Temperatura (°C)
Ambiente
Magmatico
Facies Granulitica
Facies
Scisti Blu
Facies Eclogitica
100
700
900
F. Px
F.
Serie di
Facies M
Sanidinitica
etamoHornfels
rfica HT
/ LP
iF
aci
es
M
Facies Anfibolitica
rie
d
F.
Epidoto-Anfibolo
Profondità (km)
500
Facies Scisti Verdi
F. PrehnitePumpellyite
Se
P
/H
LT
m.
eta
.M
di F
20
300
e
eri
aS
F. Zeolitic
10
Temperatura (°C)
eta
mo
rfi
ca
Me
d
io T
Facies Granulitica
Facies
Scisti Blu
30
40
Campo
non
esistente
in natura
/P
Facies Eclogitica
Facies Zeolitica
A temperature molto basse i basalti alterati
idrotermalmente sviluppano minerali secondari quali le
zeoliti (tettosilicati idrati; es. laumontite) e minerali delle
argille (fillosilicati come la caolinite).
~15-16% H2O
Laumontite: CaAl2Si4O12·4H2O
Caolinite: Al2Si2O5(OH)4
Profondità (km)
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
40
Facies
Scisti Blu
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
30
Facies Scisti Verdi
20
Temperatura (°C)
300
F. PrehniteePumpellyit
10
a
F. Zeolitic
~13-14 % H2O
100
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies a Prehnite-Pumpellyite
La Prehnite (Ca2Al2Si3O10(OH)2) non è una zeolite (è un
fillosilicato).
~2-3 % H2O
Come le zeoliti questi minerali rilasciano H2O quando sono
riscaldati e sono associati a minerali argillosi.
Profondità (km)
40
Facies
Scisti Blu
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
30
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
~6-7 % H2O
20
Temperatura (°C)
300
Facies Scisti Verdi
(Ca2(Mg,Fe)Al2SiO4Si2O7
(OH)2·(H2O)).
10
a
F. Zeolitic
Pumpellyite
100
F. PrehniteePumpellyit
L’intervallo termico di
stabilità è molto basso (~150300 °C), simile a quello della
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies a Scisti Verdi
I meta-basalti in questa facies contengono l’assemblaggio
tipico: Actinolite + Clorite + Epidoto + Albite + Quarzo.
I primi tre minerali danno il colore verde a queste rocce.
Clorite: Fillosilicato
100
Profondità (km)
40
Facies
Scisti Blu
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
Ca2(Mg,Fe2+)5(Si8O22)(OH)2
30
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
Actinolite: Anfibolo calcico senza Al
20
Facies Scisti Verdi
Ca2Al2Fe3+(Si2O7)(SiO4)O(OH)
10
F. PrehniteePumpellyit
Epidoto: Sorosilicato
a
F. Zeolitic
(Mg,Fe2+,Fe3+,Mn,Al)12[(Si,Al)8O20](OH)16
Temperatura (°C)
300
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies a Scisti Verdi
Si chiamano scisti verdi perché
spesso appaiono effettivamente
verdi macroscopicamente.
100
Profondità (km)
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
Facies
Scisti Blu
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
40
Facies Scisti Verdi
30
F. PrehniteePumpellyit
20
a
F. Zeolitic
10
Temperatura (°C)
300
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies Anfibolitica
I meta-basalti in questa facies si trasformano in un
assemblaggio essenzialmente di Plagioclasio + Anfibolo +
Quarzo. L’anfibolo è sempre molto abbondante (>30%). La
somma Plagioclasio + Anfibolo deve essere >75%.
Profondità (km)
40
Facies
Scisti Blu
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
30
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
20
Facies Scisti Verdi
10
a
F. Zeolitic
Ca2(Mg4Fe3+)(Si7Al)O22(OH)2
Temperatura (°C)
300
F. PrehniteePumpellyit
L’anfibolo delle anfiboliti è di
tipo Orneblenda:
100
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies Anfibolitica
L’anfibolo in questa facies è di
tipo alluminifero.
100
Profondità (km)
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
Facies
Scisti Blu
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
40
Facies Scisti Verdi
30
F. PrehniteePumpellyit
20
a
F. Zeolitic
10
Temperatura (°C)
300
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies Granulitica
Rocce formate a temperature molto elevate durante
metamorfismo orogenico.
Un meta-basalto sviluppa paragenesi anidra di
Clinopirosseno + Plagioclasio ± Quarzo ± Ortopirosseno.
Profondità (km)
40
Facies
Scisti Blu
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
30
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
20
Facies Scisti Verdi
10
Temperatura (°C)
300
F. PrehniteePumpellyit
Il Cpx deriva dalla
deidratazione dell’anfibolo,
anche se questo può resistere
fino a T >950 °C.
100
a
F. Zeolitic
Pl e Cpx sono anche i
costituenti tipici dei basalti.
In pratica si ritorna alla
paragenesi originale di un
basalto.
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies Granulitica
100
Profondità (km)
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
Facies
Scisti Blu
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
40
Facies Scisti Verdi
30
F. PrehniteePumpellyit
20
a
F. Zeolitic
10
Temperatura (°C)
300
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies a Scisti Blu
Nome derivato dall’anfibolo blu tipico che si forma a
partire da meta-basalti: Glaucofane
(Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2)
100
Profondità (km)
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
Facies
Scisti Blu
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
40
Facies Scisti Verdi
30
F. PrehniteePumpellyit
20
a
F. Zeolitic
10
Temperatura (°C)
300
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies Eclogitica
I meta-basalti in questa facies sono caratterizzati dalla
paragenesi peculiare: Omfacite + Granato.
L’omfacite (clinopirosseno) è un mix tra Diopside
(CaMgSi2O6) e Giadeite (NaAlSi2O6): (Ca,Na)(Mg,Al)Si2O6
Il plagioclasio non è stabile in queste condizioni.
100
Profondità (km)
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
40
Facies
Scisti Blu
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
30
Facies Scisti Verdi
20
Temperatura (°C)
300
F. PrehniteePumpellyit
10
a
F. Zeolitic
Le eclogiti rappresentano
sempre parti di cunei
accrezionali.
Le massime P registrate in
minerali di eclogiti superano i
6 GPa (~200 km di profondità).
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Facies Eclogitica
100
Profondità (km)
700
900
F. Px
F.
Horfels Sanidinitica
Facies Anfibolitica
Facies
Scisti Blu
500
ibolo
Facies Epidoto-Anf
40
Facies Scisti Verdi
30
F. PrehniteePumpellyit
20
a
F. Zeolitic
10
Temperatura (°C)
300
Facies
Eclogitica
Facies
Granulitica
Variazione del contenuto in H2O nei minerali metamorfici:
Protolite (es. Basalto):
Paragenesi anidra
Facies Zeolitica:
Laumontite 15,3% H2O
Caolinite 14% H2O
Facies Prehnite-Pumpellyite:
Prehnite 2,3% H2O
Pumpellyite 6,7% H2O
Facies Scisti Verdi:
Actinolite 2,1% H2O
Clorite 12,1% H2O
Zoisite 2,0% H2O
Cloritoide 7,4% H2O
Facies Anfibolitica:
Orneblenda 2,2% H2O
Facies Scisti Blu:
Glaucofane 2,3% H2O
Facies Eclogitica-Granulitica: Paragenesi anidre
Classificazione delle Rocce Metamorfiche
•Rocce ad elevato grado metamorfico tendono ad
avere una grana più grossa rispetto alle rocce di
basso grado metamorfico.
•Tuttavia, la dimensione dei grani di una roccia
metamorfica dipende anche dalla grana della
roccia di partenza (protolite) e dall’intensità delle
sollecitazioni.
Minerali che crescono in
condizioni di elevate
sollecitazioni meccaniche (ad
esempio lungo un piano di faglia)
tenderanno di essere di piccole
dimensioni, anche in condizioni di
grado metamorfico elevato.
Per le rocce metamorfiche la composizione del
materiale di partenza è estremamente importante.
Più il materiale di partenza è a grana fine 
minore è la stabilità dei singoli costituenti del
protolite (elevato rapporto superficie/volume) 
maggiore è la facilità con cui avvengono le reazioni
metamorfiche.
Un protolito a grana grossa mostrerà sempre
“relitti” degli originali minerali non trasformati del
tutto (ricristallizzati) durante il processo
metamorfico
.
I criteri di classificazione più importanti sono:
1) Minerali presenti nella roccia;
2) Struttura meso-macroscopica;
Più
importanti
3) Natura della roccia prima del
metamorfismo (se visibile);
4) Condizioni genetiche di formazione
(Temperatura e Pressione);
5) Composizione chimica della roccia.
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
Grado di scistosità della roccia
(generale isorintamento dei minerali)
Grado di clivaggio
(sfaldabilità secondo piani preferenziali)
Grado di foliazione
(distribuzione dei minerali secondo bande
composizionalmente differenti)
Ardesia->Fillade->Scisto->Gneiss->Migmatite
(metamorfismo regionale)
Tessitura anisotropa
foliazione crescente
Marmo->Quarzite
(metamorfismo di contatto/seppellimento)
Tessitura isotropa
oppure massiva
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
ARGILLOSCISTO (Slate): Roccia metamorfica a grana molto
fine (con dimensioni medie dei minerali <0,1 mm) di grado
metamorfico molto basso con foliazione ben sviluppata.
In pratica si tratta di uno
scisto a grana molto fine (ARDESIA).
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
FILLADE (Phyllite): Roccia metamorfica a grana fine (con
dimensioni medie dei minerali tra 0,1 ed 1 mm) di basso grado
con scistosità perfetta. Le superfici di foliazioni mostrano una
caratteristica lucentezza. Praticamente è intermedia tra
un’ardesia (grado molto basso) ed uno scisto (grado medioalto).
In pratica si tratta di uno
scisto a grana fine.
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
SCISTO (Schist): Roccia metamorfica con scistosità ben
definita da orientazione preferenziale di granuli di minerali non
isodiametrici a dimensioni medie >1 mm. Per le rocce ricche in
fillosilicati questo termine è da usare solo per le varietà a
grana media. Es.: scisto verde, micascisto, cloritoscisto,
calcescisto, etc.
In pratica si tratta di uno
scisto a grana media.
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
GNEISS (Gneiss): Roccia metamorfica a grana medio-grossa
con struttura scistosa (o, meglio, gneissica) più o meno
deformata. Vari tipi di Gneiss sono: Gneiss a granato-biotite,
gneiss granitico, orto-gneiss, gneiss migmatitico, gneiss a
bande, gneiss femico, etc.
In pratica si tratta di uno
scisto a grana grossa.
Nomi che fanno riferimento alla STRUTTURA
GRANOFELS (Granofels): Roccia metamorfica dura e compatta
senza scistosità a grana da molto fine a grossa.
HORNFELS (Hornfels): Un tipo di granofels generato per
metamorfismo di contatto.
Nomi per rocce molto deformate
Milonite (Mylonite): roccia metamorfica caratterizzata da
scistosità in genere ben sviluppata, prodotta in seguito a
riduzione meccanica della granulometria durante la
deformazione non cataclastica e ricristallizzazione (ad elevate
temperature) in zone
localizzate (zone di faglia e
di taglio). Foliazione a scala
fine, spesso associata con
lineazione di minerali.
Comune è la presenza di strutture
tipo “Ribbon”, con cristalli
fortemente allungati o aggregati di
quarzo a grana fine prodotti per
deformazione intensa ad elevata T.
Nomi per rocce molto deformate
Ultramilonite (Ultra-mylonite): roccia metamorfica
caratterizzata dalla quasi totale assenza di porfiroclasti (>90%
della roccia è composta da matrice a grana fine).
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). Anisotropie poco visibili o
assenti, con porfiroclasti e frammenti litici angolari in matrice
fine.
Cataclasi
Nomi per rocce molto deformate
Pseudotachilite (Pseudotachylyte): roccia metamorfica a grana
molto fine (fino a vetrosa) di colore scuro che si rinviene in
piccole vene a riempimento delle fratture che si sviluppano in
zone di faglia.
Le pseudotachiliti si
formano in condizioni
di alta temperatura
(fino a 1000 °C)
causata da calore di
frizione in seguito ad
elevata deformazione.
Il rapido
raffreddamento è
responsabile della
formazione del vetro.
Nomi legati all’origine del protolito
Meta-: prefisso che si basa sulla natura del
materiale originario che è stato poi
metamorfosato. Es: metagranito, metapelite,
metabasite, metabasalto, metapsammite,
metagabbro, metamarna, etc.
Orto- e Para-: prefisso che indica la
derivazione di una roccia metamorfica
rispettivamente da un protolito igneo o
sedimentario. Es. Ortogneiss (gneiss con
protolito igneo, es. granito o riolite);
Paragneiss (gneiss con protolito sedimentario,
es. Arenaria o argilla).
METAARENITI
Precursore:
Arenite
Quarzo
Felspato
ORTOGNEISS
Precursore:
Granito
Quarzo
Feldspato
Biotite
PARAGNEISS
Precursore:
Granito
Quarzo
Feldspato
Muscovite
Marmo
Termini speciali
Roccia metamorfica composta essenzialmente da carbonati (calcite e/o
dolomite). I loro minerali ricristallizzano in calcite e/o dolomite a grana più
grande sotto l’effetto delle pressioni e temperature del metamorfismo
regionale e/o di contatto.
scisto
ardesia
scisto
calcare
scisto
marmo
Skarn = Marmo + Componente silicatica del magma
Metamorfismo di principalmente regionale e/o di contatto.
Precursore: rocce carbonatiche con più o meno impurezze di
tipo pelitico/marnoso (hornfels calcosilicatici)
Paragenesi: minerali silicatici (granato e pirosseno) e calcite
Struttura: prevalentemente massiva ed isotropa
Skarn = Marmo + Componente silicatica del magma
Gli skarn si distinguono in
endoskarn (protolito
magmatico) ed exoskarn
(protolito carbonatico) e la
loro messa in posto è
accompagnata da reazioni
metasomatiche con
importanti implicazioni per
l’estrazione di risorse
minerarie (Au, Cu, Fe, Mo,
Pb, Ag, Zn)
Termini speciali
Quarzite: roccia metamorfica composta da più
dell’80% da quarzo.
Hornfels: roccia metamorfica NON scistosa a
grana da fine a molto fine, composta soprattutto
da silicati e ossidi vari, legata a metamorfismo di
contatto di una roccia sedimentaria pelitica
(argillosa o siltosa).
Migmatite: roccia silicatica, composta da una
parte restitica (detta Paleosoma o Melanosoma;
roccia metamorfica vera a propria) e una parte più
chiara (Neosoma o Leucosoma; in teoria sarebbe
una roccia ignea) formata per cristallizzazione di
un fuso parziale della roccia originaria.
Quarzite
Metamorfismo di basso grado
(regionale, di contatto, o di seppellimento)
Prrcursore: principalmente quarzoarenite
Tessitura prevalentemente massiva (alta percentuale di quarzo)
e raramente scistosa (se è presente mica)
Cornubianiti (hornfels)
Metamorfismo di contatto di medio ed alto grado
Precursore: rocce pelitiche
Paragenesi: quarzo, andalusite/sillimanite, K-felspato
Struttura: prevalentemente massiva, compatta ed isotropa con
eccezioni di protolito filladico o scisto metapelitico
Migmatite
Sono rocce particolari con componenti metamorfiche
ed ignee (fuse). Si trovano in aree caratterizzate da
metamorfismo di grado molto elevato.
In genere il Neosoma ha una
composizione riolitica (ricca in
SiO2) mentre il Paleosoma è più
basico.
Paleosoma
(melanosoma)
Neosoma
(leucosoma)
Protoliti Sedimentari
PROTOLITO
EQUIVALENTE METAMORFICO
Conglomerato
Metaconglomerato
(o breccia)
----------------------------------------Arenaria
Meta-arenaria o Quarzite
----------------------------------------Argilla
Ardesia  Fillade  Scisto  Gneiss
grado: basso . . . . . medio. . . . elevato
----------------------------------------Calcare
Marmo
Progressivo Metamorfismo di una
argilla
argilla
ardesia
Pressione e temperatura aumentano!!!
scisto
fillade
Transizione da Argilla ad Argilloscisto
Entrambe le rocce mostrano una grana molto fine
(dimensione media dei grani <0,1 mm). Il metamorfismo
e la deforazione provocano la ricristallizzazione dei
minerali argillosi in miche di piccole dimensioni e
provocano il ri-orientamento in tessiture fortemente
planari, dando alla roccia un perfetto Clivaggio.
io
gg
va
cli
di
ni
Pia
argilla
1 mm
ardesia
1 mm
Transizione da Argilla ad Argilloscisto
Argilloscisti
Possono essere chiamate anche ARDESIE se di colore grigio
scuro. Sono a grana estremamente fine composti da minerali
argillosi con subordinati quarzo, miche e feldspati e contenenti
sostanze carboniose o bituminose che conferiscono a queste
rocce il tipico colore grigio-nerastro.
Metamorfismo di basso-bassissimo grado.
Transizione da Argilloscisto a Fillade
Le miche continuano a ricristallizzare e crescono sempre di più
in dimensione (dimensione media dei grani 0,1-1 mm). I piani di
foliazione della fillade diventano meno netti rispetto
all’argilloscisto. I campioni macroscopici di filladi appaiono
luccicanti. Il luccichio è dato dai cristalli di mica che riflettono
bene la luce (nelle ardesie le miche sono troppo piccole).
ardesia
fillade
1 mm
1 mm
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 (dimensione media dei grani >1 mm).
La roccia mantiene una marcata scistosità. Gli scisti sono
comunemente caratterizzati da porfiroblasti di minerali come
granato e silicati di alluminio.
fillade
scisto
1 mm
1 mm
Transizione da Scisto a Gneiss
A temperature e pressioni più elevate le miche iniziano a
collassare e rilasciano l’acqua (o, meglio, il gruppo OH) dal loro
reticolo, formando minerali anidri come granati, feldspati e
silicati di alluminio. Queste reazioni, associate alla differenza
meccanica tra miche e quarzo+feldspati producono la
caratteristica struttura a bande degli gneiss (rocce sempre
scistose ma con grana più grossa ed assenza di foliazione).
scisto
1 mm
Gneiss (campione macroscopico)
1 cm
Transizione da Ardesia a Gneiss
Ardesia
Fillade
Scisto
Gneiss