Processo magmatico,
genesi ed evoluzione dei magmi
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3.1
Il processo magmatico
Il processo magmatico è l’insieme dei fenomeni
che per raffreddamento e solidificazione del magma
portano alla formazione delle rocce ignee.
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3.1
Il processo magmatico
Le rocce ignee, dette anche magmatiche o eruttive
sono distinte in due grandi categorie:
le rocce vulcaniche e le rocce plutoniche.
Rocce vulcaniche
Le rocce vulcaniche, o vulcaniti, o rocce effusive,
sono originate dalla solidificazione di un magma
che giunge alla superficie terrestre.
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3.1
Il processo magmatico
Le rocce ignee, dette anche magmatiche o eruttive
sono distinte in due grandi categorie:
le rocce vulcaniche e le rocce plutoniche.
Rocce plutoniche
Le rocce plutoniche, o plutoniti, o rocce intrusive,
sono originate dalla solidificazione per lento raffreddamento
di un magma che ristagna all’interno della crosta.
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3.2
Il magma
Il magma è costituito da una fase liquida prevalente,
il «fuso», da una o più fasi solide minerali
ed eventualmente da una fase gassosa.
Si presenta generalmente
come un liquido incandescente caratterizzato
da temperature variabili tra 650 e 1300 °C.
Le temperature più basse si registrano
nei magmi di tipo granitico, che originano le rocce plutoniche.
Le temperature più elevate si registrano
nei magmi di tipo basaltico, associati alle lave eruttate dai vulcani.
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3.2
Il magma
La composizione di un magma è sempre silicatica
e può avere una notevole variabilità.
Elementi come Si e Al sono presenti nel liquido magmatico
all’interno di ioni complessi, i quali tendono a
organizzarsi in strutture embrionali di tipo silicatico.
I tetraedri (Si, Al)O4 si legano
tra loro in maniera via via più
complessa (polimerizzazione).
Durante il raffreddamento le strutture embrionali silicatiche
costituiscono i «germi cristallini» a cui si legano gli ioni metallici
ed eventualmente gli ossidrili (OH–), formando così i vari minerali silicatici,
fino a completa solidificazione del magma.
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3.2
Il magma
Il magma che giunge sulla superficie terrestre,
perde i gas disciolti e viene a diretto contatto
con l’aria o con l’acqua prende il nome di lava.
La lava presenta caratteristiche diverse
dal magma da cui deriva.
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3.2
Il magma
Anche durante la salita verso la superficie terrestre,
il magma subisce vari cambiamenti, sia fisici sia chimici:
possono separarsi e cristallizzare
alcuni componenti chimici, a causa della diminuzione
di pressione e del raffreddamento;
nuovi componenti possono essere prelevati
dalle rocce crostali con le quali il magma viene in contatto.
Ogni minerale ha un suo specifico punto di fusione, che però
è influenzato da molti fattori tra cui la pressione.
In profondità, per effetto del carico delle rocce sovrastanti,
la temperatura di fusione dei minerali,
e quindi delle rocce che li contengono, aumenta.
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3.2
Il magma
La temperatura alla quale i silicati rimangono
allo stato fuso viene abbassata notevolmente
dalla presenza di acqua nel magma.
Un magma contenente acqua può rimanere fuso
a temperature inferiori rispetto a un magma privo di acqua, può quindi
avvicinarsi molto di più alla superficie terrestre prima di solidificare
e ha maggior probabilità di traboccare sotto forma di lava.
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3.2
Il magma
L’acqua e gli altri gas presenti in un magma
sono indicati collettivamente con il nome di «volatili».
Oltre all’acqua, i principali volatili sono: idrogeno,
diossido di carbonio, zolfo, azoto, argon, cloro, fluoro.
L’emissione dei volatili dal magma che trabocca
in superficie è chiamata degassazione.
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3.2
Il magma
La densità e la viscosità di un magma ne determinano
la fluidità e la mobilità, due fattori che influenzano
il tipo di effusione e di apparato vulcanico.
La densità dipende dalla composizione chimica
e dalle condizioni di temperatura e pressione.
La viscosità dipende dalla composizione chimica,
in particolare dal contenuto in silice.
I magmi acidi, ricchi di silice, sono
meno densi e più viscosi;
I magmi basici, poveri di silice, sono
più densi e meno viscosi.
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3.3
Genesi dei magmi
I magmi si formano attraverso il processo
di fusione parziale.
La maggior parte dei magmi
presenti in natura,
di composizione basica, è
costituita da magmi primari.
MANTELLO
CROSTA
MAGMA PRIMARIO
MAGMA PRIMARIO
BASALTICO
BASALTICO
Derivano dalla fusione parziale di rocce del mantello
superiore, le peridotiti, costituite di olivina, pirosseni
e minerali accessori (spinello, granato, anfibolo, mica).
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3.3
Genesi dei magmi
Una minoranza di magmi, di composizione acida,
prende il nome di magmi anatettici.
MANTELLO
CROSTA
MAGMA ANATETTICO
MAGMA ANATETTICO
GRANITICO
GRANITICO
Si generano per fusione parziale di rocce della crosta,
grazie a un processo chiamato anatessi crostale,
spesso in corrispondenza dei limiti convergenti di placca.
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3.3
Genesi dei magmi
La crosta terrestre è costituita in larga prevalenza
da due tipi di rocce:
GRANITO
roccia felsica intrusiva
BASALTO
roccia mafica effusiva
Più in generale si può dire che
tra le rocce felsiche dominano le intrusive e
tra le rocce mafiche dominano le effuisve.
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3.3
Genesi dei magmi
Magma basaltico
Magma granitico
Profondità di origine (km)
100÷150
Meno di 40
Temperatura (°C)
1200÷1400
650÷800
Viscosità
Bassa
Elevata
Densità (g/cm3)
2,6÷2,9
2,2÷2,5
Contenuto di SiO2
Basso (magma basico)
Elevato (magma acido)
Temperatura di fusione
Diminuzione in risalita
Aumento in risalita
Arrivo in superficie
Molto frequente
Molto raro
Prodotti
Basalto molto frequente
Gabbro molto raro
Riolite molto rara
Granito molto frequente
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3.3
Genesi dei magmi
Nei due tipi di magma, la pressione influisce
sulla temperatura di fusione in modo opposto:
il magma felsico (granitico) tende a solidificare
avvicinandosi alla superficie;
il magma mafico (basaltico) tende a raggiungere
la superficie allo stato fluido.
Per questa ragione tra le rocce ignee intrusive prevalgono
di gran lunga i graniti, mentre tra quelle effusive prevalgono
i basalti.
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3.3
Genesi dei magmi
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3.4
Cristallizzazione magmatica e differenziazione
La risalita dei magmi basici dal mantello verso la crosta
è dovuta alla minore densità dei fusi magmatici rispetto
alle rocce peridotitiche circostanti.
La risalita è più facile se i magmi sono poco viscosi.
Giunti nella crosta, che ha minore densità,
i magmi rallentano la loro risalita.
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3.4
Cristallizzazione magmatica e differenziazione
La risalita dei magmi comporta il loro raffreddamento,
che determina la progressiva cristallizzazione
dei diversi minerali.
Una successione ordinata di cambiamenti
nella cristallizzazione magmatica è detta serie di reazione.
Si parla di reazione continua, quando il minerale
formatosi per primo cambia gradualmente composizione
mediante sostituzione di ioni.
Si parla di reazione discontinua, quando
la cristallizzazione procede da una specie minerale
all’altra con cambiamento di struttura cristallina.
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3.4
Cristallizzazione magmatica e differenziazione
In una serie discontinua, al diminuire
della temperatura, i minerali già formati
si trasformano in altri a temperatura
di solidificazione più bassa.
È tipica dei minerali mafici:
olivina, pirosseno, anfibolo, biotite.
In una serie continua, al diminuire
della temperatura, i minerali cambiano
gradualmente la loro composizione.
Per esempio i plagioclasi passano
da una composizione ricca in calcio
a una composizione ricca in sodio.
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3.4
Cristallizzazione magmatica e differenziazione
La tipica serie di reazione dei minerali durante
la solidificazione del magma è detta serie di Bowen.
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3.4
Cristallizzazione magmatica e differenziazione
Se i minerali già cristallizzati vengono separati
dalla restante massa fusa si parla
di cristallizzazione frazionata.
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3.4
Cristallizzazione magmatica e differenziazione
Lo stadio finale della cristallizzazione di un magma
è detto idrotermale a causa dell’abbondanza di acqua
circolante, dovuta alla scomparsa dei componenti silicatici
e alle temperature relativamente basse.
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3.4
Cristallizzazione magmatica e differenziazione
La differenziazione magmatica è il processo
nel quale il magma originario viene separato
a formare rocce di differente composizione mineralogica.
La composizione mineralogica di una roccia ignea
dipende sia dalle caratteristiche del fuso iniziale,
sia dalle modalità del processo di cristallizzazione.
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