Microstrutture metamorfiche - People
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Vai a: Programma del Corso Università di Pisa Facoltà di Scienze MFN Corso di Laurea in Scienze Geologiche Laboratorio Petrografia a.a. 2012 / 2013 Rocce Metamorfiche Sergio Rocchi Dipartimento di Scienze della Terra email: [email protected] Programma e lezioni: http://www.dst.unipi.it/dst/rocchi/SR/LMR.html Registro lezioni: http://virmap.unipi.it/cgi-bin/virmap/vmibo?docenti:8135160;main cos’è il metamorfismo ? METAMORFISMO trasformazione strutturale e/o mineralogica studio delle rocce metamorfiche • PROTOLITE • cos’era la roccia prima dell’evento metamorfico? • STORIA • sequenza di eventi metamorfici che hanno prodotto la struttura/tessitura e la mineralogia osservate. Le rocce metamorfiche acquisiscono la loro struttura durante la (ri)cristallizzazione totale o parziale di un solido (protolite). La ricristallizzazione di una roccia avviene in risposta al cambiamento delle condizioni fisiche in cui si trova. I parametri fisici determinanti sono la Temperatura e la Pressione, e le sue eventuali caratteristiche di anisotropia • FACIES • condizioni P-T del climax metamorfico e della sequenza metamorfica completa • NOME • classificazione della roccia minerali e metamorfismo • I minerali che si formano in una roccia metamorfica dipendono da: • condizioni P-T • natura della roccia di partenza = PROTOLITE • I protoliti possibili in natura sono infiniti, ma le principali categorie composizionali di rocce metamorfiche sono rappresentabili con SEI raggruppamenti, che sono largamente rappresentative delle comuni composizioni delle rocce ignee e sedimentarie (e metamorfiche) Tipi di 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 • Carbonatico • alto Ca, Mg, CO2 • calcare, dolomia • Siliceo • quasi solo SiO2 • arenaria quarzosa, selce • Quarzo-feldspatico • alto Si, Na, K, Al • granito, granodiorite, arcose, grovacca minerali costituenti le rocce metamorfiche ultramafico mafico carbonatico argillitico quarzo-felds. siliceo 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 felds. alcalini cloriti biotite miche bianche sillimanite cianite andalusite granati cordierite giadeite lawsonite epidoti pumpellyite zeoliti glaucofane calcite magnetite quarzo plagioclasi felds. alcalini biotite miche bianche cloriti granati sillimanite cianite andalusite cordierite egirina crossite stilpnomelano ematite magnetite i minerali metamorfici importanti • presenti anche nelle rocce ignee come fondamentali • quarzo • feldspati • plagioclasi BT • microclino • olivina • pirosseni • opx • cpx • anfiboli • orneblenda • miche • biotite • presenti anche nelle rocce ignee come accessori • cordierite • granato • muscovite • presenti anche nelle rocce ignee come secondari • clorite • epidoti • calcite • presenti soltanto nelle rocce metamorfiche • albite • staurolite • cloritoide • andalusite, sillimanite, cianite • pirosseni • omfacite (giadeite) • anfiboli • glaucofane • tremolite-actinolite • antofillite • miche • fengite, paragonite • lawsonite altri minerali metamorfici importanti • serpentino • talco • zeoliti • prehnite • pumpellyite • stilpnomelano • carpholite • rutilo • vesuviana • wollastonite facies metamorfiche Facies metamorfiche = ambientazione fisica del metamorfismo 50 facies eclogitica 40 1.2 facies scisti blu 1.0 30 0.8 0.6 facies pu-ac facies pr-pu zeolitica pr-ac 0.4 0.2 facies scisti verdi ab-ep 0 0 100 200 facies facies granulitica anfibolitica 20 10 facies cornubianitica px hbl san 300 400 500 600 700 0 800 900 1000 Temperatura (°C) 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 profondità (km) Pressione (GPa) 1.4 serie di facies metamorfiche • Per semplicità, si possono definire tre serie di facies: • Serie di facies ad alto dP/dT • Serie di facies a medio dP/dT • Serie di facies a basso dP/dT Classificazione rocce metamorfiche nomenclatura rocce metamorfiche • Le rocce metamorfiche si classificano in base a: • Tessitura • grana (dimensioni dei cristalli) • grado di sviluppo di anisotropia (foliazione) • Composizione • Chimica = natura del protolite • Mineralogica = paragenesi sviluppata durante il processo metamorfico • Il nome della roccia deve essere indicativo del rapporto CRISTALLIZZAZIONE – DEFORMAZIONE • La nomenclatura delle rocce metamorfiche è semplice e flessibile • Si possono aggiungere al nome dei prefissi o aggettivazioni per evidenziare importanti o inusuali aspetti mineralogici o tesssiturali • Rocce mono/bi-mineraliche hanno nomi speciali: • Marmo, Quarzite, Serpentinite, Eclogite • Importante è la consuetudine nomenclatura tessiturale grana tessitura fine media grossa cornubianite (hornfels) granofels marmo quarzite anfibolite granofels marmo quarzite anfibolite molto foliata ardesia fillade scisto gneiss molto foliata e deformata per taglio milonite scisto milonitico gneiss occhiadino poco foliata nomenclatura in base al Protolite PROTOLITE argilliti (peliti) ROCCE METAMORFICHE argillite, (marna) (r. ignea peralluminosa) ardesia, fillade, scisto, micascisto, gneiss, migmatite rocce basiche basalto, gabbro, (andesite, diorite) metabasalto, spilite, scisto verde, anfibolite, scisto blu, eclogite rocce ultrafemiche peridotite serpentinite rocce carbonatiche (dunite, pirossenite) calcari, dolomie marmo rocce acide granito, riolite, metagranito, metariolite (intermedie) arenaria feldspatica gneiss rocce silicee arenaria quarzosa, diaspro, selce quarzite • Para– : prefisso indicante derivazione da protolite sedimentario • Orto– : prefisso indicante derivazione da protolite igneo • Meta-Protolite : tessitura del protolite conservata nomenclatura facies - protolite basico Rocce con protolite basico (basalto, gabbro, andesite) 50 1.4 eclogite scisto blu 1.0 0.8 anfibolite 0.6 scisto verde 0.4 spilite (fondo oceanico) 0.2 granulite mafica 20 10 cornubianite 0 0 100 200 30 300 400 500 600 700 Temperatura (°C) 800 900 1000 0 profondità (km) Pressione (GPa) 40 1.2 nomenclatura facies - protolite pelitico Rocce con protolite pelitico (argillite) 50 eclogitica felsica 40 1.2 1.0 0.8 gneiss granulite felsica 20 scisto 0.6 30 fillade 0.4 10 ardesia 0.2 cornubianite 0 0 100 200 300 400 500 600 700 profondità (km) Pressione (GPa) 1.4 0 800 900 1000 Temperatura (°C) nomi speciali - 1 • spilite • basalto di fondo oceanico con albite, clorite, idrossidi • prasinite • simile a scisto verde • scisto verde • metabasite verde, foliata; clorite, epidoto, actinolite • anfibolite • metabasite o metasedimento verde scuro (foliata); orneblenda e plagioclasio • serpentinite • metaperidotite massiva verde, nera (rossastra); serpentino • scisto blu • metabasite foliata scura (verdevioletto-blu); anfibolo sodico blu • eclogite • metabasite massiva rossa e verde; granato e pirosseno omfacitico • granulite • massiva, tessitura poligonale • minerali anidri: plagioclasio, pirosseno, granato • charnockite • Kfs + iperstene • Enderbite: • tonalite a opx • migmatite • roccia mista con porzioni scure ricche in biotite e porzioni chiare quarzofeldspatiche nomi speciali - 2 • ardesia (slate) • grana finissima e clivaggio planare perfettamente sviluppato (disposizione piano-parallela di fillosilicati), non legato alla stratificazione • fillade • cornubianite • roccia a grana fine non foliata • quarzite • quarzo • porfiroide • porfiroclasti di quarzo ± sanidino, basso grado da rioliti • grana fine-media con superfici di scistosità penetrative a lucentezza • marmo sericea (disposizione piano • puro parallela dei fillosilicati) • Fillade s.s. • quarzo < 50% • Fillade quarzifera • 50% < quarzo < 75% • Fillade carbonatica • 10% < carbonati < 50% • carbonati > 95% • impuro • carbonati > 75% • skarn • ricco di minerali calcio-silicatici; prodotto di metasomatismo su calcari al contatto di intrusioni ignee Rapporto Cristallizzazione - Deformazione • grado di ricristallizzazione • scarso • importante • grado di anisotropia • deformazione dei singoli granuli • importante • assente (struttura originale: sedimentaria, piroclastica, effusiva, intrusiva) • orientazioni preferenziali • importanti • assenti Rapporto Cristallizzazione - Deformazione ricristallizzazione scarsa ricristallizzazione importante costiuenti nome essenziali specifico deformazione singoli granuli importante deformazione singoli granuli assente struttura ignea struttura sedim./pirocl. DINAMO metamorfismo metamorfismo metamorfismo INCIP./IDROT. INCIPIENTE fault rocks cataclasiti miloniti blastomilonite pseudotachilite fault rocks metabasalto greenstone spilite serpentinite propilite metagranito metagrovacca metatefra quarzo carbonati serpentino px + grt quarzite marmo serpentinite eclogite forti orientazioni preferenziali orientaz.pref. assenti metamorfismo ULTRA metamorfismo REGIONALE metamorfismo TERMICO argillite fillade scisto micascisto scistoverde scisto blu anfibolite para/orto gneiss granulite (charnockite) migmatite leucosoma melanosoma neosoma paleosoma migmatiti Microstrutture rocce metamorfiche cornubianite argillite macchiettata scisto macchiettato buchite skarn (granulite) (charnockite) studio delle rocce metamorfiche • PROTOLITE • cos’era la roccia prima dell’evento metamorfico? • STORIA • sequenza di eventi metamorfici che hanno prodotto microstruttura e associazione mineralogica • le rocce metamorfiche acquisiscono la loro struttura durante la (ri) cristallizzazione totale o parziale di un solido (protolite) • la ricristallizzazione di una roccia avviene in risposta al cambiamento delle condizioni fisiche (Temperatura e Pressione, con le sue eventuali caratteristiche di anisotropia) • FACIES • condizioni P-T del climax metamorfico e della sequenza metamorfica completa • NOME • classificazione della roccia struttura La struttura di una roccia metamorfica è definita come l'assetto tridimensionale delle fasi che la compongono, a scala megascopica (affioramento), mesoscopica (campione a mano) e microscopica (sezione sottile). A scala microscopica permane una certa ambiguità sul termine da usare, in relazione alle diverse consuetudini di autori di diverso ceppo linguistico. In italiano si possono comunque usare i termini microstruttura o tessitura sostanzialmente come sinonimi. rocce ignee rocce metamorfiche rocce sedimentarie liquido solido solido (+liquido) solido solido variazioni solido sottrazione calore diminuione T solidificazione (cristallizzazione, etc) processi tardo-magmatici processi secondari P, T, σ1, σ2, σ3 erosione precitrasporto pitadeposizione zione riequilibratura totale o parziale diagenesi processi secondari processi secondari • genesi della microstruttura • equilibratura a P, T • relitti mineralogici • equilibratura a s1, s2, s3 • relitti microstrutturali • studio della microstruttura • tessiture intergranulari • tessiture intragranulari equilibratura a P, T • attivazione • migrazione • nucleazione • crescita • diffusione • minimizzazione dell’energia • migrazione interfaccia, potere di cristallizzazione (serie cristalloblastica) Attivazione-Migrazione-Nucleazione • le variazioni di T e P attivano nel protolite delle reazioni subsolidus (T<Tsolidus per quel tipo di roccia a quella P) • alcuni componenti chimici si distaccano dalle proprie posizioni reticolari cristalline e iniziano a migrare all'interno del corpo roccioso • queste specie chimiche, da sole o unitamente ad altre, possono formare dei nuclei cristallini che, se si stabilizzano, possono crescere e divenire cristalli Crescita • L'accrescimento dei cristalli comporta: • allontanamento dei componenti inadatti e apporto dei componenti richiesti: entrambi questi movimenti avvengono per diffusione allo stato solido (meccanismo inefficiente) e/o per diffusione facilitata dalla fase fluida presente negli spazi intergranulari (meccanismo molto efficiente) • migrazione dell'interfaccia in competizione con i cristalli adiacenti (serie cristalloblastica) serie cristalloblastica • L'attitudine di una fase minerale a sviluppare facce cristalline proprie è stata riferita da Becke (1903) al potere di cristallizzazione e da Eskola (1939) alla energia di forma del minerale, definita da Ramberg (1947) come differenza di Energia Libera tra un cristallo euedrale e un cristallo anedrale delle stesse dimensioni della stessa fase. Becke nel 1913 ha espresso la tendenza alla idioblastesi per i vari minerali in un elenco, detto serie cristalloblastica, qui riportato in ordine di tendenza idioblastica decrescente. • rutilo, titanite, pirite • granato, sillimanite, tormalina, staurolite • epidoti, magnetite, ilmenite • andalusite, pirosseni, anfiboli • miche, clorite, cianite • calcite • plagioclasio, quarzo, cordierite • microclino • Questa serie costituisce soltanto una indicazione statistica sommaria, basata sull'osservazione, alla quale sono possibili eccezioni. Crescita • minimizzazione energia libera • i cristalli, crescendo, tendono ad assumere configurazioni di minima energia • essendo l'energia totale delle interfacce = ∑i ∫Ai γdS ∑i • (dove Ai indica la interfaccia i-esima, che nella sua porzione infinitesima dS ha energia interfacciale γ) • i cristalli tendono ad aumentare di dimensioni (per diminuire Acristallo) e ad orientarsi relativamente in modo che il limite del granulo sia costituito da orientazioni cristallografiche ad indici razionali e bassi, alta densità di atomi e distanze interplanari minime (per diminuire γ) Crescita Diffusione Dimensione e forma dei cristalli sono regolate dall'efficacia del meccanismo di diffusione e dalle energie interfacciali. L'intensità della diffusione è regolata dalla prima legge di Fick: z Ji = − Di dxi dzi z dove Ji = flusso di particelle del componente i in cm2/sec attraverso una superficie perpendicolare alla direzione z; Di = coefficiente di diffusione del componente i nella fase considerata; dxi/dzi = gradiente della concentrazione molare di i lungo la direzione z. Questa relazione indica come nello stesso mezzo (roccia) ogni componente abbia diversa intensità di diffusione, e come lo stesso componente abbia diversa intensità di diffusione in mezzi diversi. Così le dimensioni dei cristalli che crescono sono controllate (anche) dal parametro diffusione. equilibratura a σ1, σ2, σ3 • riorientazione • rotazione meccanica • dissoluzione sotto pressione ortogonale a σ1 • cristallizzazione parallela a σ1 • diffusione allo stato solido • ricristallizzazione • cristallizzazione • reticoli con asse maggiore ortogonale a σ1 Equilibratura a σ1 , σ2 , σ3 • In risposta alla anisotropia del campo della pressione i cristalli della roccia possono disporre la loro morfologia esterna e/o i loro reticoli cristallini in maniera correlata a tale campo (asse maggiore ortogonale a σ1). I cristalli non equidimensionali preesistenti all'evento metamorfico possono, senza distorsione dei loro reticoli cristallini: • ruotare meccanicamente • essere sottoposti a dissoluzione sotto pressione (principio di Riecke) sulle facce ortogonali a σ1 e cristallizzazione sulle facce parallele a σ1, con trasporto delle specie chimiche tramite una fase fluida • essere sottoposti a diffusione allo stato solido dei componenti lungo gradienti di potenziale chimico dalle facce sottoposte a compressione verso quelle sottoposte a tensione (principio di Nabarro-Herring). Equilibratura a σ1 , σ2 , σ3 • Alcune fasi possono ricristallizzare con una disposizione del reticolo cristallino più favorevole al nuovo campo di pressioni; in questo processo sarà favorita la crescita dei cristalli con orientazione favorevole, a scapito di quelli con orientazione sfavorevole. • Alcune fasi possono cristallizzare ex-novo, disponendo i loro reticoli cristallini con l'asse maggiore ortogonale alla pressione massima; questo fenomeno è particolarmente evidente per minerali con forti anisotropie reticolari, quali miche e inosilicati. • Le fasi che eventualmente cristallizzano successivamente all'evento metamorfico possono ricalcare le orientazioni preesistenti, formando per esempio archi poligonali mimetici su micropieghe. variazioni vs. relitti • il nuovo evento può condurre a: • obliterazione completa di ogni traccia dell’evento precedente • permanenza di relitti dell’eventuale precedente evento metamorfico (polimetamorfismo o metamorfismo polifase) • permanenza di relitti metamorfici e di relitti dell’originario protolite sedimentario o igneo • causa permanenza relitti • insufficiente energia di attivazione • deficit energetico: stato metastabile • diffusione inefficace • deficit cinetico: mancato raggiungimento equilibrio Stati metastabili (RELITTI) • Non tutte le reazioni metamorfiche giungono a completezza, per due motivi fondamentali: • nonostante sotto le nuove condizioni fisiche esista uno stato (prodotto) a energia libera più bassa dello stato di partenza, è possibile che al sistema non venga fornita inizialmente l'energia necessaria ad attivare la reazione (energia di attivazione), e il sistema rimanga così nelle condizioni di partenza, in uno stato metastabile • la eventuale bassa efficacia del meccanismo di diffusione può abbassare la velocità della reazione al punto che questa non riesce a completarsi e così non tutta la roccia raggiunge l'equilibrio sotto le nuove condizioni fisiche • In questi casi rimarranno dei relitti rispettivamente totali e parziali della mineralogia e della struttura del protolite. Polimetamorfismo e Metamorfismo Polifase • Dopo il raggiungimento totale o parziale dell'equilibrio, la variazione di condizioni fisiche può ripetersi, dando luogo a un metamorfismo progrado (T più alte) o retrogrado (T più basse). E' possibile che il nuovo evento obliteri completamente la mineralogia e la struttura preesistente, ma è anche possibile che permetta la conservazione di relitti della prima fase oltre a quelli del protolite. E così via per eventuali successivi eventi metamorfici. • Una successione di eventi metamorfici nell’ambito di uno stesso evento geologico (es.: orogenesi Ercinica) è detta Metamorfismo Polifase. • Una successione di eventi metamorfici riferibili a diversi eventi geologici (es.: orogenesi Ercinica e orogenesi Alpina) è detta Polimetamorfismo. • Metamorfismo Polifase e Polimetamorfismo sono difficilmente distinguibili a scala microstrutturale, e sono necessari studi di geologia stratigrafica e strutturale sul terreno, associati a studi di geocronologia isotopica in situ. Studio delle microstrutture (tessiture) • tessiture INTERGRANULARI • dimensioni dei cristalli • forma dei cristalli • distribuzione e orientazione dei cristalli • tessiture INTRAGRANULARI • inclusioni • scistosità interna • deformazione e frammentazione dei cristalli • ombre di pressione • pseudomorfosi • corone TESSITURE INTERGRANULARI - dimensioni dei cristalli • tutti i cristalli con dimensioni simili • tessitura omeoblastica • • • • granoblastica lepidoblastica nematoblastica fibroblastica • cristalli con dimensioni significativamente variabili • tessitura eteroblastica • porfiroblastica • porfiroclastica • Le dimensioni dei cristalli forniscono informazioni sull'evoluzione del processo metamorfico: tanto più avanzato quanto più grandi sono i cristalli TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura granoblastica • tessitura omeoblastica (cristalli delle stesse dimensioni) • i cristalli presentano limiti suturati (=consertali) • in rocce a tessitura isotropa con cristalli equidimensionali (=isodiametrici) bande di quarzo a tessitura granoblastica (Terra Vittoria, Antartide) dimensione immagine 4.0 x 2.5 cm TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura granoblastica calcite, forsterite e diopside a tessitura granoblastica Marmo a forsterite e diopside N.B. nei marmi una tessitura granoblastica ben sviluppata è talvolta detta Saccaroide dimensione immagine 2.0 x 1.5 cm TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura eteroblastica • blasti di dimensioni significativamente variabili grandi blasti di quarzo e piccoli blasti di quarzo e orneblenda (Terra Vittoria, Antartide) dimensione immagine 4.0 x 2.5 cm TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura porfiroblastica • grandi blasti • fasi ad alta energia di forma (granato, andalusite...) • matrice a grana più fine • rapporto tra porfiroblasti e matrice > 5:1) porfiroblasti di granato in eclogite a granato, omphacite, rutilo glaucofane e fengite Zona Sesia (Piemonte) dimensione immagine 3.0 x 2.2 cm TESSITURE INTERGRANULARI - forma dei cristalli • idioblasti = euedrali • xenoblasti = anedrali • TESSITURE • TESSITURE • idioblastica Rocce (o porzioni di roccia) monomineraliche tendono alla formazione di giunti tripli a 120°. • xenoblastica • granoblastica • saccaroide • poligonale • pavimentosa • mosaico • protogranulare TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura Poligonale tessitura granoblastica in cui i limiti tra i granuli sono molto semplificati, con contatti rettilinei o moderatamente curvi e numerosi giunti tripli a 120° tessitura poligonale tessitura pavimentosa tessitura a mosaico cristalli di anfibolo con limiti granulari rettilinei e giunti tripli a 120° (v. frecce rosse) Anfibolite TESSITURE INTERGRANULARI - • isotropa • TESSITURE • • • • • • decussata diablastica a covoni (sheaf) sferuloblastica fibroblastica archi poligonali • clastica • mortar • cataclastica (fault rocks) • vitroclastoblastica dimensione immagine 0.12 x 0.08 cm distribuzione-orientazione dei cristalli • anisotropa • TESSITURE • fortemente foliate • • • • • • • argillitica (slaty) filladica scistosa milonitica (fault rocks), s-c flaser gneissica migmatitiche • debolmente foliate • semi-argillitica, semiscistosa • a covoni, a pettine • porfiroclastica TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura anisotropa la disposizione dei cristalli e degli elementi strutturali è diversa nelle diverse direzioni Anfibolite (Smolijan, Bulgaria) dimensione immagine 2.5 x 2.0 cm TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura decussata impalcatura di granuli inequidimensionali con orientazione casuale particolarmente evidente in rocce composte in maggioranza da minerali ad abito prismatico o appiattito, tipica di rocce cornubianitiche TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura diablastica intreccio di cristalli allungati o attraversamento di strutture da parte di cristalli allungati, usualmente prismatici TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura a covoni inglese: sheaf francese: gerbe TESSITURE INTERGRANULARI - archi poligonali cristalli non deformati disposti a ricalcare (mimare) l'andamento di micropieghe cristalli di biotite cresciuti staticamente a ricalcare l’andamento di micropieghe isoclinali; le miche degli archi sono quindi postcinematiche relativamente alla fase deformativa che ha generato le pieghe - Gneiss migmatico TESSITURE INTERGRANULARI - dimensione immagine 3.6 x 2.0 mm archi poligonali biotite mimetica non deformata su micropiega dimensione immagine 1.4 x 0.9 cm TESSITURE INTERGRANULARI - scistosità • scistosità • foliazione o lineazione in una roccia metamorfica profondamente cristallizzata e/o ricristallizzata • imprime alla roccia una facile fissilità • Le pressioni orientate (=deformazione) tendono a generare anisotropie nella roccia. Uno stesso volume di roccia può essere interessato da più episodi deformativi (con diversa orientazione delle pressioni) ognuno dei quali genera nella roccia una scistosità più o meno marcata. Una roccia può presentare scistosità che conserva memoria di più fasi deformative, per ognuna delle quali può essere ricostruito il campo delle pressioni σ1, σ2, σ3. • criteri di cronologia relativa • una scistosità che ne attraversa (o taglia) un'altra è posteriore a questa • una scistosità piegata è antecedente alla scistosità di piano assiale che si sviluppa approssimativamente parallelamente al piano assiale delle pieghe, con leggera convergenza verso il nucleo TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura occhiadina • tessitura occhiadina • augen texture TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura occhiadina ocelli di quarzo monogranulare (frecce rosse) o poligranulare in seguito a formazione di subgrain boundaries (frecce verdi) o in stadio intermedio (freccia gialla) dimensione immagine 2.0 x 1.5 cm TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura occhiadina TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura gneissica • Si possono descrivere sei • foliazione evidente, fissilità categorie di tessiture gneissiche: assente • gneiss granitico (dioritico, etc...) • Il termine tessitura gneissica è piuttosto ampio e contempla • gneiss a bande • gneiss occhiadino (augen unità tessiturali quali: • lamelle di mica o prismi di anfibolo paralleli • cristalli o nastri di quarzo allungati • struttura lenticolare ondulata • aggregati micaceo-feldspatici • livelli che possono avere origine: gneiss) • pencil gneiss • gneiss conglomeratico • gneiss non foliato • parzialmente mimetica su stratificazione sedimentaria • completamente tettonica • enfatizzata dalla differenziazione metamorfica TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura lepidoblastica disposizione preferenziale su piani paralleli degli assi maggiori di blasti di fasi con abito tipicamente appiattito o lamellare (es.: miche, clorite) cristalli di muscovite (sezione hk0) Micascisto dimensione immagine 0.7 x 0.5 cm TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura nematoblastica orientazione parallela di blasti di fasi con abito prismatico (es.: anfiboli, sillimanite); quando i cristalli sono aciculari (es.: sillimanite fibrolitica), la tessitura prende il nome di fibroblastica prismi di orneblenda ad allungamento parallelo Anfibolite TESSITURE INTERGRANULARI - prismi di orneblenda ad allungamento parallelo Anfibolite dimensione immagine 2.6 x 2.3 cm dimensione immagine 2.8 x 1.6 cm tessitura nematoblastica TESSITURE INTERGRANULARI - tessitura Fibroblastica orientazione parallela di blasti di fasi con abito aciculare (es.: sillimanite fibrolitica, actinolite) prismi aciculari di sillimanite (fibrolite) ad allungamento parallelo Gneiss a biotite e sillimanite dimensione immagine 4.0 x 2.7 mm Studio delle microstrutture (tessiture) • tessiture INTERGRANULARI • dimensioni dei cristalli • forma dei cristalli • distribuzione e orientazione dei cristalli • tessiture INTRAGRANULARI • pseudomorfosi • porfiroclasti • ombre di pressione • corone • inclusioni scistosità interna • deformazione e frammentazione dei cristalli TESSITURE INTRAGRANULARI - pseudomorfosi • Cristalli singoli oppure, più frequentemente, aggregati di piccoli cristalli con forma esterna tipica di un altra fase mineralogica: tali cristalli o aggregati sono detti pseudomorfici sulla fase che dà loro la forma esterna, la quale può trovarsi anche come relitto all'interno dell’ aggregato in forma di plaghe in continuità ottica e quindi cristallografica • Si verifica quando le fasi prodotte da una reazione metamorfica sostituiscono totalmente o parzialmente i cristalli della fase reagente • tipi di pseudomorfosi • monogranulare: un singolo cristallo ha forma esterna di una fase diversa [es.: clorite con forma di biotite e dolomite con forma di calcite] • poligranulare: un aggregato poligranulare di cristalli, generalmente con orientazione casuale, tutti di una stessa fase, ha forma di un cristallo di un’altra fase [es.: aggregato di cristalli di clorite in forma di granato o di muscovite in forma di cianite] • poligranulare multifase: un aggregato costituito da cristalli di più fasi mineralogiche ha forma esterna di una fase diversa [es.: aggregato cristalli di cianite+clorite +muscovite in forma di staurolite] • su aggregato: un cristallo di una fase ha la forma esterna (tendenzialmente scheletrica) di un aggregato poligranulare di un'altra fase mineralogica [es.: cristalli di staurolite in forma di aggregato polilamellare di biotite o di granato in forma di aggregato di mica]. TESSITURE INTRAGRANULARI - pseudomorfosi fenoblasto relitto di cloritoide quasi totalmente sostituito in pseudomorfosi da un aggregato policristallinno (pseudomorfosi poligranulare) di biotite e muscovite Micascisto a cloritoide e biotite dimensione immagine 1.4 x 0.9 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - tessitura porfiroclastica • grandi clasti immersi in una matrice a grana più fine • rapporto dimensionale tra porfiroclasti e matrice > 5:1 porfiroclasti di feldspato alcalino e quarzo Granito milonitico (Brasile) dimensione immagine 2.0 x 3.0 cm Ortogneiss occhiadino dimensione immagine 2.3 x 2.6 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - tessitura porfiroclastica porfiroclasti di quarzo deformati ( v. frecce rosse) Porfiroide Ortano, Isola d’Elba dimensione immagine 5.0 x 3.5 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - porfiroclasti porfiroclasti relitti di clinopirosseno frammentati e dislocati in isole di forma ocellare (v. frecce rosse) Scisto a glaucofane e clorite dimensione immagine 0.12 x 0.08 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - ombre di pressione • alcuni singoli grandi blasti (o clasti) possono presentarsi avvolti dalla matrice (localmente impoverita in quarzo e arricchita in miche) in una direzione, e bordati da piccoli cristalli (generalmente di quarzo, ma talvolta anche di minerali micacei), nell'altra direzione • si formano quando esiste un contrasto di rigidità tra cristallo pre-sincinematico e matrice per cristallizzazione sincinematica di componenti (soprattutto SiO2) andati in soluzione sotto l'azione della pressione (σ1) e migrati verso zone sottoposte a pressione minore (σ2, σ3) TESSITURE INTRAGRANULARI - ombre di pressione • regioni in regime tensionale poste ai lati di cristalli relativamente rigidi, nelle quali si formano nuovi cristalli quarzo a tessitura granoblastica in ombre di pressione ai lati di porfiroclasto di granato granato quarzo quarzo dimensione immagine 2.0 x 1.5 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - ombre di pressione granato ricostruzione del campo clorite di sforzi che ha generato l’ombra di pressione clorite σ3 dimensione immagine 1.0 x 0.7 cm clorite in ombre di pressione ai lati di porfiroclasto di granato dimensione immagine 1.5 x 1.0 cm σ1 σ1 σ3 TESSITURE INTRAGRANULARI - corone • corona • aggregato di una o più fasi mineralogiche che borda un cristallo • corona multifase • due o tre fasi rappresentate da piccoli cristalli spesso in forma di concrescimenti vermiculari (simplectiti) e/o fibrosi, talvolta aggregati in arrangiamenti concentrici (corona complessa) • chelifiti • corone al bordo di minerali femici in rocce basiche TESSITURE INTRAGRANULARI - tessitura coronitica TESSITURE INTRAGRANULARI - tessitura coronitica granato granato granato dimensione immagine 1.0 x 1.3 cm omphacite dimensione immagine 2.1 x 1.6 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - corona di clorite che circonda granato corona di granato che circonda omphacite inclusioni e scistosità interna • alcuni cristalli, in genere porfiroblasti, contengono inclusioni • inclusioni a orientazione isotropa • tessitura peciloblastica • inclusioni a orientazione anisotropa: scistosità interna • scistosità interna (Si) • discordante con la scistosità esterna • piegata • in continuità con la scistosità esterna, pervasiva della roccia TESSITURE INTRAGRANULARI - tessitura peciloblastica peciloblasti di granato con inclusioni di xenoblasti di quarzo dimensione immagine 2.0 x 2.2 mm TESSITURE INTRAGRANULARI - tessitura peciloblastica peciloblasti di granato con inclusioni di xenoblasti di quarzo Micascisto dimensione immagine 5.5 x 4.0 mm TESSITURE INTRAGRANULARI - inclusioni e scistosità interna • relazioni cronologiche tra blastesi e deformazione • BLASTESI POSTCINEMATICA • Un cristallo contenente una Si in continuità con Se è cresciuto dopo la fase deformativa di Se in regime statico, e la sua cristallizzazione è perciò definita postcinematica • BLASTESI PRECINEMATICA • Una scistosità interna (Si) ad un cristallo in discordanza con la scistosità esterna (Se) indica che questo cristallo ha inglobato Si precedentemente alla fase deformativa che ha generato Se e ha ruotato il cristallo (la cui formazione risulta così precinematica relativamente alla fase Se) nella matrice • BLASTESI SINCINEMATICA • Un cristallo contenente una Si piegata è cresciuto durante la fase deformativa, per cui la sua cristallizzazione è detta sincinematica; una superficie di scistosità progressivamente più deformata verso l'esterno testimonia un aumento della deformazione al procedere della cristallizzazione TESSITURE INTRAGRANULARI - Si continua con Se TESSITURE INTRAGRANULARI - blastesi postcinematica struttura elicitica in porfiroblasto di albite (scistosità interna al cristallo concordante con la scistosità esterna) miche che attraversano la foliazione pre-esistente aggregato di cristalli di clorite a disposizione casuale che globalmente forma una pseudomorfosi poligranulare su granato chiastolite (andalusite) con (i) zona centrale recante inclusioni allineate in concordanza con la sccistosità esterna, (ii) zona esterna con inclusioni a croce e (iii) bordi discordanti con la scistosità esterna granato con nucleo sincinematicoa struttura rotazionale e bordo idioblastico postcinematico miche mimetiche formanti un arco poligonale su una piega preesistente TESSITURE INTRAGRANULARI - blastesi postcinematica TESSITURE INTRAGRANULARI - TESSITURE INTRAGRANULARI - Si discordante con Se blastesi precinematica esempi di cristalli precinematici (relitti) a) estinzione ondulata e lamelle di deformazione in quarzo b) granato fratturato avvolto dalla scistosità c) frange di pressione attorno a pirite d) biotite piegata a fisarmonica e) granato frammentato f) plagioclasio con geminazioni meccaniche deformate g) granato fasciato di clorite secondo la foliazione h) cristallo di anfibolo in trasformazione al bordo in aggregati di piccoli cristalli (tessitura mortar) TESSITURE INTRAGRANULARI - polimetamorfismo TESSITURE INTRAGRANULARI - 1 2 3 4 5 Si piegata 6 snowball garnet porfiroblasto di andalusite cresciuto durante lo schiacciamento /compressione/appiattimento di una scistosità/foliazione pre-esistente porfiroblasto cresciuto durante il piegamento/ accartocciamento di una scistosità/foliazione pre-esistente blastesi sincinematica TESSITURE INTRAGRANULARI scistosità interna delineata da inclusioni di cristalli di quarzo in peciloblasto sincinematico di albite Si piegata relazioni cronologiche tra scistosità diverse S1 biotite S2 fasi D M deform blastesi 1 S1 muscov 2 --- biotite 3 S2 --- scistosità sovraimposte in Micascisto a biotite e muscovite S1 pieghettata, i fillosilicati che disegnano S1 sono deformati la superficie S2 è una scistosità di crenulazione (strain-slip cleavage: si definisce come vera e propria scistosità soltanto quando sulla superficie c’è blastesi d nuovi cristalli, magari degli stessi minerali della fase deformativa precedente) i cristalli di biotite sono precinematici rispetto a S2, ma, poiché erano cresciuti staticamente su S1, sono postcinematici rispetto a S1. relazioni cronologiche tra scistosità diverse stadi successivi durante un piegamento asimmetrico stadi successivi durante un piegamento simmetrico TESSITURE INTRAGRANULARI - deformazione dei cristalli • quarzo • si deforma più spesso in maniera plastica con formazione di bande e lamelle che tendono a disporsi parallelamente alla scistosità esterna all'aumentare della T e del gradiente deformativo, estinzione ondulata e decomposizione in aggregati di piccoli cristalli allungati senza estizione ondulata disposti secondo la scistosità esterna (subgrain boundaries); quando gli aggregati sono fortemente allungati si dicono nastri (ribbons) • feldspato alcalino • fessure di tensione, estinzione ondulata e geminazioni primarie piegate; all'aumentare della deformazione appaiono kink bands e pertiti di sostituzione che possono dare una struttura a scacchiera • plagioclasio • fessure di tensione, estinzione ondulata; kink bands, geminazioni primarie piegate e geminazioni meccaniche a fiamma • miche • estinzione ondulata, flessioni, kink bands e poligonizzazione (sotto gradienti deformativi crescenti) • anfiboli • rottura in aggregati policristallini a pseudo-mortaio; bande di deformazione; dissociazione in subgranuli e (poi) in granuli dispersi secondo la scistosità esterna. • pirosseni • bande di deformazione, lamelle di essoluzione e geminazioni polisintetiche • olivina • kink banding e (ad alta T) deformazione super-plastica, con forti tassi di allungamento tramite processi di autodiffusione (principio di Nabarro-Herring) • i cristalli che presentano effetti deformativi sono cresciuti precedentemente alla fase deformativa (blastesi precinematica) TESSITURE INTRAGRANULARI - tessitura Mortar • aggregati di piccoli granuli quarzo-feldspatici (senza miche) negli interstizi tra grandi granuli arrotondati delle stesse fasi • la tessitura MORTAR è in genere considerata un prodotto di cataclasi, ma può risultare anche da deformazione plastica e ricristallizzazione dinamica TESSITURE INTRAGRANULARI - nastri nastri, ribbons (inglese) rubans (francese) superfici di taglio duttile (protolite: granito porfirico) nastri policristallini di quarzo: gli originari cristalli di quarzo son stati appiattiti, stirati con formazione di subgrain boundaries e riorientazione per diffusione allo stato solido e/o dissoluzione sotto pressione: gli assi c del quarzo sono appiattiti nel piano di foliazione lunghi nastri policristallini di quarzo, a formare livelli di granuli subrettangolari senza una orientazione ottica comune: la ricrristallizzazione del quarzo è in questo caso di tipo prevalentemente statico TESSITURE INTRAGRANULARI - nastri Nastri di quarzo modellati intorno a un porfiroclasto di microclino Granito milonitico (Brasile) microclino dimensione immagine 1.2 x 0.7 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - kink bands Kink bands in sezioni basali di biotite Metatonalite (Le Serre, Calabria) dimensione immagine 1.5 x 1.0 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - Geminazioni piegate in cristallo di plagioclasio. Notare anche il rigetto delle geminazioni (frecce verdi) che evidenzia una dislocazione interna al cristallo. Migmatite (Terra Vittoria, Antartide) dimensione immagine 1.0 x 0.6 mm geminazioni piegate kink bands e geminazioni meccaniche dimensione immagine 2.0 x 1.4 mm Kink bands in cristallo di plagioclasio (v. frecce rosse). Notare anche le geminazioni meccaniche con terminazioni a fiamma (frecce verdi). Migmatite (Terra Vittoria, Antartide) TESSITURE INTRAGRANULARI - subgrain boundaries subgrain boundaries in porfiroclasto di quarzo in granito milonitico (Brasile) dimensione immagine 0.7 x 0.5 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - cristalli frammentati • Alcuni cristalli possono presentarsi spezzati, e i frammenti possono essere saldati tramite • involucri, a composizione costante o diversa dal frammento e/o tra loro • piccoli cristalli equidimensionali, generalmente di quarzo • piccoli cristalli fibrosi che si dipartono dalle pareti dei frammenti o dalla zona di frattura • La presenza di frammenti di cristalli saldati indica • cristallizzazione sincinematica dei cristalli se la saldatura è avvenuta tramite involucri, granuli o fibre a composizione uguale a quella dei frammenti • cristallizzazione precinematica dei cristalli spezzati nel caso in cui la saldatura sia avvenuta tramite involucri, granuli o fibre a composizione diversa da quella dei frammenti. TESSITURE INTRAGRANULARI - saldatura di fratture fratture in feldspato alcalino saldate da cristalli equidimensionali di quarzo dimensione immagine 0.8 x 1.0 cm TESSITURE INTRAGRANULARI - saldatura di fratture fratture in granato saldate da cristalli fibrosi di clorite granato clorite che sigilla fratture nel granato dimensione immagine 1.0 x 1.5 cm migmatiti • le migmatiti sono rocce strutturalmente composite, pervasivamente inomogenee a scala macroscopica, con una porzione leucocrata di composizione (quarzo-)feldspatica • nelle migmatiti sono generalmente distinguibili: • paleosoma : roccia parentale (leggermente) modificata, con l’aspetto di una normale roccia metamorfica (talvolata detta mesosoma) • neosoma : porzione di roccia di neoformazione = leucosoma + melanosoma • leucosoma : porzione più leucocrata (contenente più quarzo e/o feldspati) rispetto al paleosoma • melanosoma : porzione contenente principalmente minerali scuri (femici), presente in alcune migmatiti • restite : termine interpretativo, indica una porzione residuale, dalla quale è stato estratto del materiale più mobile • in base alle relazioni tra le diverse porzioni litologiche, si possono descrivere diversi tipi strutturali di migmatiti tipi strutturali di migmatiti • agmatica (brecciata) • dictionitica • schollen (raft, a zattere) tipi strutturali di migmatiti • flebitica (venata) • stromatica (layered, a strati) • surreitica (dilatazionale, boudinata) tipi strutturali di migmatiti • piegata • ptigmatica • oftalmica (augen, occhiadina) tipi strutturali di migmatiti • stictolitica (macchiettata) • schlieren • nebulitica fault rocks Tessitura isotropa Tessitura anisotropa incoerente Breccia di faglia (frammenti visibili > 30%) Fault Gouge(Cataclasite incoerente) Cataclasite foliata (frammenti visibili < 30%) La riduzione tettonica della grana è dominante rispetto a ricristallizzazione e neomineralizzazione. crescita cristalli sgnificativa ! ! ! Breccia di frizione! Breccia di frizione fine Microbreccia di frizione Protocataclasite Cataclasite Ultracataclasite serie delle cataclasiti dimens. frammenti > 5 mm 1 mm < dimens. frammenti < 5 mm 90-100 % dimens. frammenti < 1 mm Protomilonite varietà fillonitiche Milonite Ultramilonite 50-90 serie delle miloniti % 10-50 % 0-10 % Blastomilonite FAULT ROCKS - strutture s-c c o e re n t e Natura della matrice. proporz. di frammenti Pseudotachilite vetro (devetrificato) FAULT ROCKS - struttura flaser • lenti e livelli di porzioni di protolite a tessitura granulare circondati da una matrice di materiale fortemente deformato e frantumato con un aspetto generale di grossolana struttura di flusso (nel flaser gabbro le lenti sono costituite da feldspati) • tessitura tipica di dinamometamorfismo FAULT ROCKS - protomilonite FAULT ROCKS - milonite FAULT ROCKS - milonite milonite su protolite granitico strutture S-C e mica fish FAULT ROCKS - ultramilonite milonite su protolite granitico Terra Vittoria, Antartide FAULT ROCKS - blastomilonite • Roccia milonitica nella quale durante il processo dinamico è avvenuta blastesi (ricristallizzazione o cristallizzazione) di nuove fasi minerali FAULT ROCKS - protocataclasite dimensione immagine 2.0 x 1.5 cm FAULT ROCKS - cataclasite FAULT ROCKS - cataclasite dimensione immagine 2.2 X 3.0 cm cataclasite su Quarzogabbro a orneblenda cataclasite grana medio-fine protolite cataclasite grana fine Descrizione microscopica rocce metamorfiche guida alla descrizione microscopica DATI • osservazione macroscopica • strutture a scala mesoscopica • microstruttura • tessiture intergranulari • tessiture intragranulari • sommario • associazione di equilibrio • relitti mineralogici e strutturali di eventi metamorfici precedenti • relitti mineralogici e strutturali del protolite • paragenesi • associazione di equilibrio • minerali o associazioni relitte INTERPRETAZIONE • protolite • chimismo : si ricostruisce in base al tipo e abbondanza dei minerali presenti • struttura : si ricostruisce in base a eventuali relitti • storia strutturale • sequenza eventi metamorfici • facies metamorfica • condizioni P-T metamorfismo • P-T-t path • classificazione testi consigliati • Bard J.P. (1990): Microtextures des roches magmatiques et metamorphiques.Paris-New YorkBarcelona-Milano, Masson, pp. 208. • D'Amico C., Innocenti F.& Sassi F.P. (1987): Magmatismo e metamorfismo. UTET, pp. 536. • D'Amico C. (1973): Le rocce metamorfiche. Patron (Bologna), pp.333. • D'Argenio B., Innocenti F.& Sassi F.P. (1994): Introduzione allo studio delle rocce. UTET, pp.162. • Deer W.A., Howie R.A. & Zussman J. (1992) : An introduction to the rock-forming minerals. Longman. • Kerr P.F. Optical mineralogy. McGraw-Hill, pp. 492. • Pichler, H. & Schmitt-Riegraf C. (1997) : Rock-forming minerals in thin sections. Chapman & Hall, 220 pp. • Phillips W. & Griffen, D.T. (1981) : Optical mineralogy - The nonopaque minerals.Freeman & C. 677 pp. • Roubault M. (1963): Determination des mineraux des roches aux microscope polarisant. LamarrePoinat, pp. 364. • Shelley D. (1992): Igneous and metamorphic rocks under the microscope. London, Chapman & Hall, pp. 445. • Yardley B.W.D., MacKenzie W.S.& Guilford C. Atlas of metamorphic rocks and their textures. Longman. • Yardley B.W.D. (1993): An introduction to metamorphic petrology. Longman, pp.248
