Geologia e Georisorse
Modulo II
Georisorse
Georisorse
Introduzione & Plate tectonics
Sergio Rocchi
Dipartimento di Scienze della Terra - Università di Pisa
Mail: [email protected]
Lezioni: http://www.dst.unipi.it/dst/rocchi/SR
Registro: http://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=89302::::&ri=8039
1
3
4
georisorse
• risorse vitali
• aria
• acqua
• suolo
• risorse energetiche
• combustibili fossili
• elementi fissili
• calore terrestre
• risorse materiali
• metalli
• minerali, rocce, gas
5
7
georisorse
georisorse - disponibilità
materiali litoidi
non
esauribili minerali non-metalliferi (p.p.)
minerali/rocce
energia
vitale
vitale
energia
esauribili
metalli
minerali/rocce
minerali metalliferi
minerali non-metalliferi (p.p.)
energia solare
energia eolica
energia idrica
energia geotermica
biocombustibili
combustibili fossili
combustibili nucleari
biomasse
RSU
acqua potabile
suoli agricoli
non rinnovabili
energia
Craig et al. (2010)
• risorse energetiche
• risorse materiali
6
impatto ambientale dell’uso delle georisorse
• risorse energetiche
rinnovabili
• risorse vitali
8
risorse vs riserve
Rockström et al. (2010)
• combustibili fossili
• elementi fissili
• calore terrestre
• risorse vitali
• aria
• acqua
• suolo
• risorse materiali
• metalli
• minerali, rocce, gas
Press et al. (2006)
9
11
risorse vs riserve
consumi di georisorse
Craig et al. (2010)
• consumo
di risorse
minerali
pro-capite
nell’arco
vitale
Craig et al. (2010)
10
12
da roccia a risorsa
popolazione
• processo di
concentrazione
• oggi: 7 miliardi
• concetto di
frazionamento
Craig et al. (2010)
Craig et al. (2010)
13
15
dinamica della popolazione
elementi dalle stelle
• Big Bang
• 1010K
• nuclei leggeri
• elettroni per T>5x103K
• spallation
Big Bang
fusione stellare
• bombardamento raggi
cosmici di nuclei di 12C, 16O
National Geographic (Jan 2011)
• stellar fusion
• alta densità di materia
• T>5x107K
• Taz: 5x109K: Si–>Fe
cattura di neutrone
• neutron capture
• flusso di neutroni da
supernova
• neutrone si trasforma in
protone
14
processi genetici delle georisorse
spallazione
Rogers (2008)
elementi nel pianeta Terra
classificazione cosmochimica degli elementi
• La comprensione della natura dell'interno della Terra è basata, oltre i 100
km di profondità, sullo studio di un processo fisico: la propagazione delle
onde sismiche
• Per comprendere la natura chimica dell'interno della Terra e degli altri
pianeti del Sistema Solare si studiano le meteoriti
• I materiali che compongono le meteoriti sono: silicati, solfuri e metalli
• L'analisi di queste fasi indica come ogni elemento sia preferenzialmente
segregato in una di queste fasi
• Si possono così classificare gli elementi in
• elementi dalle stelle
• elementi del pianeta Terra
• frazionamento materiali geologici
• processi petrogenetici e geodinamica
• elementi litofili
concentrati preferenzialmente nelle fasi silicatiche
• elementi siderofili!
concentrati preferenzialmente nelle fasi metalliche
• elementi calcofili!
concentrati preferenzialmente nelle fasi a solfuri
• elementi atmofili!
concentrati preferenzialmente in fase gassosa
16
17
19
frazionamento materiali geologici
classificazione cosmochimica degli elementi
• Frazionamento chimico
ATMOFILI
N
He Ne Ar Kr Xe
LITOFILI
Li Be B
F
Na Mg Al Si
K Ca
SIDEROFILI
O
• Evoluzione chimica del pianeta Terra
atmosfera
idrosfera
•
•
•
•
H Cl Br I
crosta
mantello
Sc Ti
Rb Sr Y
Zr Nb
Cs Ba REE Hf
U Th
• Frazionamento materiali
nucleo
C P W Ta
Fe Ni
nucleo
mantello
crosta
atmosfera
• Ciclo delle rocce
V Cr Mn Zn
Co Ga Sn
Ru Rh Pd
Os Ir Pt Au
Ge As Se
Mo Sb Te
Re
S
Cu Ag cd In
Hg Tl Pb Bi
solfuri
CALCOFILI
18
20
classificazione geochimica degli elementi
• Elementi “incompatibili”
• Difficilmente accomodabili
nelle strutture dei minerali
ignei (e metamorfici)
• Troppo grandi (LILE: Large
Ion Lithophile Element)
• Carica troppo alta, legame
prevalentemente covalente
(HFSE: High Field Strength
Element)
• Abbondanti nella crosta
gradiente (geo)termico
• Gradiente geotermico
–variazione della Temperatura con la
profondità
• Sorgenti di calore
–accrezione e differenziazione primaria
•
•
•
–decadimento isotopi radioattivi
•
• Elementi “compatibili”
• Facilmente accomodabili nei
minerali ignei che
cristallizzano per primi
• Abbondanti nel mantello
energia gravitazionale --> calore
feedback
dissipazione calore da nucleo verso esterno
•
U, Th, K concentrati nella crosta
40% del flusso di calore
• Trasferimento di calore
–Radiazione
–Conduzione
–Convezione
Gill (1996)
21
Evoluzione chimica della Terra
gradiente (geo)termico
23
nucleo - mantello - crosta - atmosfera
• crosta
• i magmi che dal mantello risalgono verso la crosta concentrano quindi
gli elementi basso-fondenti e incompatibili (tra cui K, Th, U)
• crosta oceanica
• prodotto della fusione per decompressione della peridotite del mantello
• SiO2!50 wt%
• ha vita max ! 200 Ma, età media ! 60 Ma
• crosta continentale
• prodotto della fusione per idratazione della peridotite del mantello
• SiO2!57 wt%
• ha vita max ! 4 Ga, età media ! 600 Ma
• crosta continentale inferiore diversa da crosta continentale superiore
Rogers (2008)
• soltanto la Terra ha una crosta non basaltica, a causa della esistenza di
acqua liquida superficiale, che innesca il processo sedimentario; la
tettonica delle placche (subduzione di crosta oceanica alterata e
sedimenti sovrastanti) porta acqua anche nel mantello sup.
22
24
Evoluzione chimica della Terra
evoluzione chimica della Terra
nucleo - mantello - crosta - atmosfera
nucleo - mantello - crosta - atmosfera
• nucleo
S
• accrezione planetesimale=energia per mantenere la terra primordiale allo stato
fuso
• separazione gravitazionale delle fasi metalliche verso il nucleo=ulteriore energia
per mantenere più a lungo il pianeta allo stato fuso=più efficace segregazione
degli elementi siderofili dal mantello verso il nucleo
• lega Fe-Ni (onde P indicano densità minore: probabilmente ci sono anche fasi tipo
solfuri ! 10%)
Ca Fe
Mg
Ca
Na crosta continentale superiore
K
Al
Si
Fe
crosta continentale inferiore
Al
Si
Al
crosta oceanica
• mantello
• fasi silicatiche (70% della massa della Terra)
• sottoposto a fusione parziale per generare magmi basaltici: durante la fusione
alcuni elementi maggiori (Na, Al, Si, Fe) entrano preferenzialmente nel liquido,
mentre altri (refrattari come Mg) rimangono preferenzialmente nel solido; anche
alcuni elementi in traccia (in particolare quelli con grande raggio ionico, detti
incompatibili) sono più facilmente accomodati nella struttura più aperta del liquido
• i magmi che dal mantello risalgono verso la crosta concentrano quindi gli elementi
basso-fondenti e incompatibili (tra cui K, Th, U) nella crosta
Mg
Ni
Fe
Si
Fe
mantello
S
(O)
nucleo
25
evoluzione chimica della Terra
27
evoluzione chimica della Terra
composizione chimica della Terra
nucleo - mantello - crosta - atmosfera
• CO2 - (Osservatorio Mauna Loa)
• Variazione stagionale (7 ppm = 2%)
• Causa: fotosintesi stagionale
• Variazione globale: crescita
• Causa: incremento consumo
combustibili fossili (effetto serra)?
Press et al. (2006)
• CO2 - (molti osservatori)
• Variazione stagionale, oscillazioni più pronunciate
nellʼemisfero Nord
• Causa: fotosintesi stagionale
• Variazione globale: crescita uguale nei due emisferi,
crescita T parallela a crescita CO2
• Causa: aumento T ! aumento CO2 (fotosintesi vs antropo)
aumento CO2 ! aumento T
inverno emisfero nord
min fotosintesi
ACK
DB
FEE
estate emisfero nord
max fotosintesi
Gill (1996)
evoluzione chimica della Terra
Rogers (2008)
26
28
evoluzione chimica della Terra
nucleo - mantello - crosta - atmosfera
frazionamento materiali
• atmosfera
• N2, SO2, H2O, Ar dalla attività
vulcanica = degassamento mantello
• O2 dalla attività biologica
• oggi: bilancio dinamico tra atmosfera,
idrosfera e litosfera: C ! sedimenti
• produzione antropica di CO2
Gill (1996)
Press et al. (2006)
Rogers (2008)
29
le rocce
evoluzione chimica della Terra
frazionamento materiali
31
condizioni di formazione
la classificazione di
primo rango è di tipo
genetico:
• Rocce Ignee
• Plutoniche
• Vulcaniche
• effusive
• esplosive
• Rocce Metamorfiche
• Rocce Sedimentarie
Press et al. (2006)
30
le rocce
AGI Glossary of Geology
Roccia ignea
a rock that solidified from molten or
partly molten material (1200-700°C),
i.e. from a magma
Roccia metamorfica
any rock derived from pre-existing rocks
by solid state mineralogical and/or
structural changes in response to
marked changes in temperature
(200-800°C), pressure, shearing stress,
generally at depth in the crust
Roccia sedimentaria
a rock resulting from:
• consolidation of loose sediment that has
accumulated in layers (<200°C)
• precipitation from solution
• remains or secretions of plants and animals
distribuzione dei materiali nella Terra
il ciclo delle rocce
• la crosta è fatta per il 95% da rocce ignee o da rocce
metamorfiche di derivazione ignea (ortoderivati)
• la superficie terrestre è coperta per il 75% da rocce
sedimentarie o da rocce metamorfiche di derivazione
sedimentaria (paraderivati)
• la distribuzione dipende dal ciclo delle rocce
• il ciclo delle rocce, unitamente ai cicli geochimici,
fraziona i materiali terrestri
32
33
distribuzione dei materiali nella Terra
il ciclo delle rocce
diagenesi
rocce
sedimentarie
metamorfismo
• il magma ha
composizione
variabile
biosfera
• anione più
abbondante: O
vita
Magma andesitico
Al2O3
SiO2
MgO+CaO
SiO2
MgO+CaO
Al2O3
MgO+CaO
FeO+Fe2O3
FeO+Fe2O3
Magma riolitico
FeO+Fe2O3
Al2O3
Na2O+K2O
altri
SiO2
Na2O+K2O
altri
Na2O+K2O altri
• componente più
idrosfera
rocce
rocce
rocce
metamorfiche metamorfismo plutoniche vulcaniche atmosfera
abbondante: SiO2
evoluzione
• tipi di magma più
solidificazione
eruzione
abbondanti
• Basaltico (80%)
magma
crosta sup
Magma basaltico
• Andesitico (10%)
crosta inf fusione
mantello parziale
• Riolitico (10%)
Gas
disciolti
nel magma
Scmincke (2008)
34
processo igneo e georisorse
• il magma
• ambientazione geodinamica dell’attività ignea
• margini divergenti
• margini convergenti
• margini trascorrenti
• rift intracontinentali
• isole oceaniche
• margini passivi
• tipologia intrusioni ignee
36
il magma
temperatura
• il magma è caratterizzato da alte
temperature
intervalli termici di cristallizzazione
dei magmi a bassa Pressione
• misura/stima temperatura:
1400
• durante le eruzioni, da distanza, con sistemi
ottici
• durante le eruzioni, in situ, con sonde
termiche
• esperimenti di laboratorio
• calcoli teorici di tipo termodinamico
• Temperature misurate durante eruzioni
laviche: 1000 – 1250°C
• il magma esiste anche a temperature più
basse (fino a circa 700°C), sia durante
eruzioni non laviche, sia all'interno della
crosta terrestre
magma completamente liquido
1300
Temperatura °C
met.
composizione
depositi organici
sedimenti clastici morte
sedimentazione
trasporto
erosione
alterazione
35
il magma
Tliquidus
1200
1000
900
Tsolidus
800
liquido
+
solido
700
600
roccia completamente solida
50
60
SiO2 wt%
70
37
genesi del magma
A. T della sorgente aumenta
(poco verosimile nel mantello,
più probabile nella crosta)
B. P della sorgente diminuisce
(decompressione adiabatica
per assottigliamento del
mantello sovrastante)
C. Solidus si sposta verso T più
basse (apporto di fluidi nella
sorgente)
ambiente geodinamico e attività ignea
• vulcani attivi subaerei
TEMPERATURA
PRESSIONE - PROFONDITA'
•il magma si genera quando la
temperatura è sufficientemente alta
da permettere la fusione (parziale) di
porzioni del mantello o della crosta
•il mantello (normalmente solido) se
fonde (parzialmente) dà luogo a
magmi basaltici
•la crosta (normalmente solida) se
fonde (parzialmente) dà luogo a
magmi riolitici
•la fusione è possibile se:
39
geoterma
C
A
liquido
B
solido
solido
+
liquido
curva temperature
di Solidus
(inizio fusione)
curva T di
Liquidus
(fusione
completa)
Rogers (2008)
38
ambientazione geodinamica dell’attività ignea
40
Ambiente geodinamico e attività sismica
• terremoti
•dove e perché
Rogers (2008)
• margini divergenti
• margini convergenti
• zone di subduzione
• zone di collisione
• margini trascorrenti
• zone intraplacca
• margini passivi
Etna - 2002
41
43
attività ignea - margini divergenti
ambientazione geodinamica dei processi ignei
42
margini divergenti
ambiente geodinamico - volume magmi
struttura della crosta oceanica
• La dorsale è segmentata da
fratture trasversali
• Le fratture oceaniche sono
caratterizzate da movimento
trasforme
Rogers (2008)
Scmincke (2008)
Rogers (2008)
44
45
margini divergenti
margini divergenti
struttura crosta oceanica
47
ofioliti
Rogers (2008)
Rogers (2008)
margini divergenti
46
margini divergenti
attività vulcanica
48
genesi dei magmi
Sinton & Detrick (JGR, 1992)
Rogers (2008)
49
margini divergenti
rapporti sorgente-magma
Rogers, Our dynamic Planet,
Cambridge (2008)
• olivina (Ol)
• pirosseni
• ortopirosseni (Opx)
• clinopirosseni (Cpx)
litosfera oceanica - litosfera oceanica
Ol
media peridotiti ofiolitiche
• se M ! 90 ! roccia
ultrafemica, classificazione
con diagramma Ol-Opx-Cpx
dunite
litosfera oceanica - litosfera continentale
media xenoliti peridotitici
Classificazione rocce
ultrafemiche (M≥90)
PERIDOTITI
• se M < 90 ! roccia da
classificare con diagramma
doppio triangolare QAPF
harzburgite
ortopirossenite
olivinica
lherzolite
websterite
olivinica
wehrlite
clinopirossenite
olivinica
litosfera continentale - litosfera continentale
PIROSSENITI
ortopirossenite
websterite
Opx
clinopirossenite
Cpx
margini divergenti
rapporti sorgente-magma
TEMPERATURA
PRESSIONE - PROFONDITA'
51
margini convergenti - zone di subduzione
M = minerali femici
• anfiboli
• biotite
attività ignea
50
52
zone di subduzione
• adiabatic
decompression melting
• alto grado di fusione
parziale (fino a 20-30%)
geoterma
liquido
C
A
B
solido
solido
+
liquido
curva temperature
di Solidus
(inizio fusione)
curva T di
Liquidus
(fusione
completa)
Rogers (2008)
zone di subduzione
53
55
zone di subduzione
struttura sismica
struttura sismica
• sismicità 1977-1997
• quando la placca più
pesante e meno rigida
affonda sotto l'altra
(SUBDUZIONE), la frizione
genera terremoti localizzati
sul contatto tra la placca
subdotta e mantello
seismic waves anomalies
http://www.minerals.si.edu/tdpmap/
• i sismi sono distribuiti su una
fascia detta Piano (o zona) di
Wadati-Benioff
www.usgs.gov
zone di subduzione
54
zone di subduzione
struttura sismica
56
struttura termica
• placca vecchia (130 Ma)
• spessa
• pesante
• subduzione veloce
• litosfera giovane (15 Ma)
• sottile
Rogers, Our dynamic Planet (Cambridge, 2008)
• leggera
• subduzione lenta
www.usgs.gov
Rogers (2008)
zone di subduzione
57
zone di subduzione
quadro generale e distribuzione magmi
rapporti sorgente - magma
PRESSIONE - PROFONDITA'
TEMPERATURA
liquido
C
A
B
solido
+
liquido
curva temperature
di Solidus
(inizio fusione)
Rogers (2008)
genesi magmi
58
• ingresso fluidi nel
mantle wedge
• depressione curva
di solidus
geoterma
solido
zone di subduzione
curva T di
Liquidus
(fusione
completa)
attività ignea
margini convergenti - zone di collisione
litosfera oceanica - litosfera oceanica
litosfera oceanica - litosfera continentale
litosfera continentale - litosfera continentale
Rogers (2008)
59
60
61
attività ignea
attività ignea
margini convergenti - zone di collisione
zone di collisione - genesi del magma
• ispessimento
crustale
• calore decadimento
radioattivo
• aumento T
PRESSIONE - PROFONDITA'
TEMPERATURA
geoterma
liquido
C
A
B
solido
solido
+
liquido
curva temperature
di Solidus
(inizio fusione)
curva T di
Liquidus
(fusione
completa)
62
attività ignea
63
margini convergenti - zone di collisione
• quando la porzione di litosfera oceanica interposta
tra due continenti è stata completamente
subdotta, i due continenti entrano in COLLISIONE
• avendo caratteristiche fisiche simili, nessuno dei
due tende a sprofondare sotto l'altro, per cui si
accartocciano l'uno contro l'altro
64
Margini trascorrenti / conservativi
• le placche scorrono l'una contro l'altra
• il margine è una faglia trasforme
• intensa attività sismica
• no attività vulcanica
• esempi:
• San Andreas fault (Messico-western USA)
• North Anatolian Fault (Turchia) & Dead Sea Transform
• South Alpine Fault (New Zealand)
http://www.minerals.si.edu/tdpmap/
margini trascorrenti / conservativi
65
Margini trascorrenti / conservativi
San Andreas Fault
67
South Alpine Fault, New Zealand
m
0k
50
http://www.ig.utexas.edu/research/projects/plates/plates.htm
margini trascorrenti / conservativi
Margini trascorrenti / conservativi
North Anatolian Fault & Dead Sea Transform
South Alpine Fault, New Zealand
NEW ZEALAND
deep seismicity
PLACCA
EUROASIATICA
Esempi:
Alpine Fault
New Zealand
PLACCA
ANATOLICA
PLACCA
AFRICANA
PLACCA
ARABICA
http://eol.jsc.nasa.gov
NEW ZEALAND
shallow seismicity
68
attività ignea
69
zone intraplacca - rift intracontinentali
zone intraplacca - rift intracontinentali - genesi del magma
• Rift continentale
TEMPERATURA
PRESSIONE - PROFONDITA'
• depressione tettonica allungata (rift valley = depressione
fisiografica riempita da vulcaniti e sedimenti continentali
• limitata da faglie (fratture della crosta) dirette
• Faglie legate a estensione dell’intera litosfera
• Caratteristiche delle zone di rift
•
•
•
•
alti flussi di calore
magmatismo bimodale (basalti e rioliti)
anomalie gravimetriche (massimi in corrispondenza della rift valley)
anomalie magnetiche (minimi in corrispondenza della rift valley)
geoterma
liquido
C
Rift attivo
legato alla attività di una plume mantellica
(risalita di materiale molto caldo dal mantello
profondo, dimensioni tipiche delle cupole
raggio = 500-1000 km)
A
B
solido
+
liquido
solido
curva temperature
di Solidus
(inizio fusione)
attività ignea
70
zone intraplacca - rift intracontinentali
Yemen
Etiopia
http://www.minerals.si.edu/tdpmap/
Oceano
Indiano
Rift passivo
legato alla dinamica delle placche che
possono allontanarsi provocando uno stress
tensionale dellʼintera litosfera
zone intraplacca - isole oceaniche
Golfo di Aden
Somalia
curva T di
Liquidus
(fusione
completa)
attività ignea
Il continente africano si sta
dividendo lungo una frattura
della litosfera continentale
(East African Rift)
Mar Rosso
Afar
71
attività ignea
72
attività ignea
73
zone intraplacca - mantle plumes/hot spots
attività ignea
75
zone intraplacca - isole oceaniche- genesi del magma
PRESSIONE - PROFONDITA'
TEMPERATURA
• adiabatic
decompression
melting
geoterma
liquido
C
A
B
solido
solido
+
liquido
http://www.minerals.si.edu/tdpmap/
curva temperature
di Solidus
(inizio fusione)
attività ignea
74
zone intraplacca - mantle plumes/hot spots
• La localizzazione degli hot spots è considerata fissa nel tempo,
rispetto a un riferimento profondo (es. interfaccia nucleo-mantello)
• La localizzazione degli hot spots è usata per ricostruire I movimenti
delle placche nel passato
curva T di
Liquidus
(fusione
completa)
attività ignea
Large Igneous Provinces (LIP)
• immensi espandimenti di lava
• volume di 106 km3 (migliaia di M. Etna)
• tempi brevi (ca. 1 Ma)
76
77
attività ignea
Large Igneous Provinces (LIP)
79
attività ignea
margini passivi
Wignall (2001)
78
attività ignea
Large Igneous Provinces (LIP)
provincia
Panjal-Emeishan Basalts
età (Ma)
80
ambiente geodinamico e composizione dei magmi
volume (x106 km3)
260
1.0
Siberian Traps
250
1.8
Central Atlantic Magmatic Province
200
4.0
Karoo-Ferrar Traps
180
2.5
Paranà-Etendeka Traps
130
1.2
Ontong-Java Plateau
120
50.0
Kerguelen Plateau
110
20.0
Caribbean-Colombian Province
90
4.0
Deccan Traps
65
2.0
Brito-Arctic Province
55
4.0
Ethiopian Traps
30
0.8
Columbia River Plateau
16
0.2
Rogers (2008)
81
ambiente geodinamico e composizione dei magmi
83
bacini sedimentari - Senegal offshore
• riflettori sismici
• correlazione con anomalie grav-mag
• saucer-shaped igneous sills
basalti tholeiitici
poveri in K
ricchi in Si
MORB
basalti alcalini
ricchi in Na
poveri in Si
OIB
intrusioni tabulari
basalti calcoalcalini
ricchi in Al
CAB / VAB
andesiti
basalti alcalini
ricchi in Na (K)
poveri in Si
OIB
trachiti - rioliti
North Sea,
Hansen & Cartwright,
JSG (2006)
saucer-shaped sills
Rocchi et al (Terra Nova, 2007)
messa in posto dei magmi
82
tipologia intrusioni ignee
intrusioni tabulari
84
bacini sedimentari - Senegal offshore
• hydrothermal venting
• sotto la superficie della
Terra solida
(raffreddamento lento)
•intrusioni profonde
(plutoni, batoliti)
•intrusioni superficiali
(dicchi, sill, laccoliti)
Miocene unconformity
http://pubs.usgs.gov/of/
2004/1007/volcanic.html
• sopra la superficie della Terra
solida (raffreddamento veloce;
talvolta vetro)
•vulcani
North Sea
Svensen et al., Nature (2004)
saucer-shaped sills
Rocchi et al (Terra Nova, 2007)
24
intrusioni tabulari
85
bacini sedimentari - North Sea, Karoo
10 km
intrusioni tabulari
87
crosta medio-sup - laccolite/plutone sheeted (Patagonia)
Karoo Large Igneous Province (LIP)
South Africa, 183 Ma
Torres del Paine, Cile
foto S. Paterson - USC
North Atlantic Volcanic Province (LIP) Paleocene
Polteau et al (EPSL, 2008)
Michel et al., Geology (2008)
intrusioni tabulari
crosta sup - laccoliti multilivello (Isola d’Elba)
86
88
intrusioni tabulari
• Henry Mts (Utah)
• Trachyte Mesa Sill
intrusioni tabulari
89
riempimento delle intrusioni - flusso di magma
91
intrusioni tabulari
interesse nell’esplorazione petrolifera
• Henry Mts, Black Mesa Sill
Saint-Blanquat et al. (Tectonoph, 2006)
• hydrocarbon potential
• sill intrusions in sedimentary basins
• hydrocarbon maturation
• unconventional traps
Yellow Sea
Lee et al (Marine Petrol Geol, 2006)
Horsman et al. (TrRSocEd, 2010)
intrusioni tabulari
riempimento delle intrusioni - flusso di magma
90
92
processo metamorfico e georisorse
protolite
METAMORFISMO = trasformazione
strutturale e/o mineralogica
roccia metamorfica
Horsman et al. (TrRSocEd, 2010)
metamorphism
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tipologie di metamorfismo
IUGS subcommission metamorphic rocks
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agente
• Metamorphism is a subsolidus process leading to
changes in mineralogy and/or texture (for example
grain size) and often in chemical composition in a
rock. These changes are due to physical and/or
chemical conditions that differ from those normally
occurring at the surface of planets and in zones of
cementation and diagenesis below this surface.
They may coexist with partial melting.
• Metamorfismo di contatto
• termometamorfismo
• pirometamorfismo
• Metamorfismo regionale
• metamorfismo orogenico
• metamorfismo di subduzione
• metamorfismo di seppellimento
• metamorfismo di fondo oceanico
• Metamorfismo idrotermale
• Metamorfismo di faglia
• Metamorfismo da impatto
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fattori del metamorfismo
• Temperatura
• Pressione
protolite
• Ultramafico
• altissimo Mg, Fe, Ni, Cr
• peridotite, dunite, pirossenite
• Mafico
• alto Fe, Mg, Ca
• basalto, gabbro, andesite, diorite
• Argillitico (pelitico)
• alto Al, K, Si
• argillite
• Sforzo (Stress)
• forza che agisce sulla roccia
• Deformazione (Strain)
• risposta della roccia allo stress applicato
• Pressione litostatica
• uniforme, di tipo idrostatico
• Sforzo differenziale (Deviatoric stress)
• pressione diversa in direzioni diverse
• risolvibile in tre componenti perpendicolari tra loro:
• σ1 è lo sforzo massimo
• σ2 è lo sforzo intermedio
• σ3 è lo sforzo minimo
• in situazione "idrostatica" i tre sforzi sono uguali
• lo stress differenziale influenza strutture
• lo stress differenziale non influenza l'associazione di minerali
• Fluidi
• Tempo
• Carbonatico
• Siliceo
• alto Ca, Mg, CO2
• calcare, dolomia
• quasi solo SiO2
• arenaria quarzosa, selce
• Quarzo-feldspatico
• alto Si, Na, K, Al
• granito, granodiorite, arcose, grovacca,
metamorfismo
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ambientazione geodinamica del metamorfismo
serie di facies metamorfiche e ambiente
condizioni fisiche
• Serie di facies ad
alto dP/dT
• margini convergenti
• zone di subduzione
• Diagenesi
• fino a 150-200°C
• fino a 0.2 GPa
• Anchimetamorfismo
• Serie di facies a
medio dP/dT
• margini convergenti
• collisione
• primi effetti metamorfimo /
ultimi stadi diagenetici
• indice di cristallinità dell’illite
(larghezza del picco (001) a
2/3 dell’altezza)
• Serie di facies a
basso dP/dT
• metamorfismo di
contatto
• Metamorfismo
• Metasomatismo
caratterizzazione fisica del metamorfismo
facies metamorfiche
• basate principalmente sulle
associazioni di minerali che
si formano da protoliti
mafici
• minori variazioni basate
sulle rocce pelitiche
• i limiti tra le facies
rappresentano le condizioni
P-T in cui minerali chiave
entrano o escono (per
reazione) cambiando così
l'associazione di equilibrio
• i limiti tra le facies sono
sfumati, graduali
98
100
ambientazione geodinamica del metamorfismo
margini convergenti - zone di subduzione
• Depressione delle isoterme (introduzione di litosfera “fredda” nel mantello)
101
103
ambientazione geodinamica del metamorfismo
ambientazione geodinamica del metamorfismo
margini convergenti - zone di subduzione
metamorfismo di contatto
• Facies di bassa
pressione
• Facies delle
cornubianiti
• metamorfismo al
contatto di intrusioni
ignee
Crestmore (CA,USA)
Skiddaw (UK)
Rogers (2008)
102
104
ambientazione geodinamica del metamorfismo
ambientazione geodinamica del metamorfismo
margini convergenti - zone di collisione
margini divergenti
Rogers, Our dynamic Planet,
Cambridge (2008)
105
ambientazione geodinamica del metamorfismo
margini divergenti
acqua di mare
fredda e ossigenata
107
Testi consigliati
• Craig, J.R., Vaughan, D.J., Skinner, B.J., 2010. Earth Resources and the Environment, 4 ed.
Prentice Hall, 528 pp.
ossidi: Fe-Mn
metamorfismo
solfuri: Fe-Cu-Zn facies
grado
• Diamond, J., 1998, nuova ed. 2006. Armi, acciaio e malattie. Einaudi, 400 pp.
• Diamond, J., 2005. Collasso. Einaudi, 566 pp.
zeoliti
lave
• Gill, 1996. Chemical fundamentals of geology, 294 pp.
bassissimo
• Press , F., Siever, R., Grotzinger, J., Jordan, T.H., 2006. Understanding Earth, 4 ed. Freeman.
• Rockström, J., et al., 2009. A safe operating space for humanity. Nature 461, 472-475.
• Rogers, G., 2007. An Introduction to Our Dynamic Planet. Cambridgepp.
scisti verdi
dicchi
• Tanelli, G., 2009. Georisorse e Ambiente. Aracne, 280 pp.
salamoie riducenti
alta T
• Wignall, P.B., 2001. Large igneous provinces and mass extinctions. Earth Science Reviews 53, 1-33.
anfiboliti
gabbri
• Schmincke, H.U., 2004. Volcanism. Springer, 324 pp.
basso
medio
rocce fresche
106
processo sedimentario e georisorse
