Processi di solidificazione del magma e formazione delle rocce

Il processo di solidificazione del magma

Partendo da un ipotetico magma femico di origine profonda e di temperatura iniziale molto elevata. Un magma femico inizia a solidificare a temperature molto elevate, abbiamo detto che l’olivina inizia a solidificare a 1890°, poi solidificano gli altri minerali in successione. Questo stadio in cui la maggior parte del magma solidifica è lo stadio ortomagmatico  stadio che si verifica all’interno della crosta terrestre in cui la cristallizzazione avviene in maniera frazionata e regolata dalle condizioni di pressione e temperatura. Che cosa vuol dire che la cristallizzazione avviene in maniera frazionata? Vuol dire che non tutti i minerali possono solidificare e cristallizzare insieme, il primo è l’olivina perché la sua temperatura di solidificazione è di 1890°, poi intanto il magma si raffredda e via via che si raffredda si formano sempre nuovi minerali che solidificano a temperature sempre più basse.

La serie discontinua e continua

C’è stato però un certo signor Bowen che ha modellizzato, interpretato la solidificazione del magma nello stadio ortomagmatico come un processo che può avvenire in due modi diversi; questi due modi diversi li ha chiamati: serie discontinua e serie continua. La serie discontinua si chiama così perché è un modo di solidificazione del magma in cui si forma un minerale che solidifica e questo crea uno squilibrio chimico (perdita di equilibrio chimico) fra la frazione di cristalli già solidificati sul fondo del serbatoio magmatico e la frazione ancora rimasta fusa del magma. Cosa succede? Che quella porzione di cristalli già solidificati in parte resta a contatto col residuo liquido che è ancora caldo e quindi per ripristinare una certa condizione di equilibrio chimico il magma ancora fuso, incandescente fonde una parte dei cristalli che si erano appena formati e rimette in circolo nel residuo fuso un po’ di Fe e Mg. Con quel po’ di Fe e di Mg che sono tornati in circolo nel magma si possono formare pirosseni che sono silicati di Mg, Fe, Ca; però formandosi i pirosseni, tutto il Mg, il Fe ancora presenti e anche buona parte del Ca restano imprigionati nei pirosseni e di nuovo manca l’equilibrio tra frazione solida e frazione liquida. Il magma rifonde una parte dei pirosseni che si sono appena formati e rimette in circolo un po’ di Mg, Fe e Ca e con questi si formano gli anfiboli, solidificano gli anfiboli, viene a mancare l’equilibrio tra la frazione solida e la frazione liquida e anche un po’ di anfiboli vengono rifusi e con quello si forma la biotite e siamo arrivati al fondo della serie discontinua. Discontinua perché procede a tappe, prima solidifica qualcosa che in parte viene rifuso. L’altro meccanismo è la serie continua, in quest’altro meccanismo di solidificazione non c’è bisogno di far solidificare qualche minerale e poi rifonderlo perché qui siamo in presenza della serie isomorfa dei plagioclasi. I plagioclasi erano minerali isomorfi che cristallizzano tutti nello stesso sistema, il triclino e che possono avere cationi vicarianti tra loro. Cosa succede? Il primo a formarsi è l’anortite (plagioclasio di calcio CaAl2Si2O8), l’anortite solidifica poi non c’è bisogno di rifonderla, basta che un po’ di silicio butti fuori un po’ di Al dal cristallo e in contemporanea un po’ di sodio butti fuori il Ca. È continuo perché non c’è fusione. Si passa dall’anortite che è plagioclasio calcico a plagioclasi che hanno 90% Ca e 10% sodio, poi sempre meno Ca e più sodio, quelli intermedi che sono 50 e 50 ad arrivare all’albite che è NaAlSi3O8, plagioclasio solido.

La formazione del granito e delle pegmatiti

Arrivati al fondo di queste due serie abbiamo un pochino di biotite, un pochino di albite, molto K-feldspato e quarzo; quest’ultimo gruppo di minerali sono gli ultimi a solidificare e formano il granito. Le due serie sono contemporanee salvo il fatto che la serie isomorfa (continua), dei plagioclasi, comincia intorno ai 1400°. Arrivati al fondo, tutto quello che poteva solidificare è solidificato perché sul fondo del serbatoio magmatico avremo uno strato di peridotite, poi ci sarà uno strato di gabbro, poi ci sarà un alone di diorite, un alone di grano diorite e all’apice del serbatoio magmatico il granito. Ma di solito dal serbatoio magmatico almeno i vapori e le acque riescono ad aprirsi delle vie nelle rocce incassanti, quindi qualcosa sfugge dal serbatoio magmatico, allora passiamo allo stadio pegmatitico: stadio in cui per la presenza di fluidi abbondanti cioè vapori e acque, i minerali che si formano possono cristallizzare molto bene e formano grossi cristalli. Dove si forma? Si forma in anfratti che sono diramazioni del serbatoio magmatico, cioè magmi che si intrudono nelle rocce incassanti e formano cristalli grandi e le rocce si chiamano pegmatiti.

Stadi successivi e corpi plutonici

Successivamente questi vapori che riescono a sfuggire dal magma, intrudendosi nelle rocce incassanti incontrando uno stadio che è chiamato stadio pneumatolitico. A forza di intrudersi nelle rocce incassanti questi vapori si raffreddano e scendono al di sotto della temperatura 375°, al di sotto di questo valore abbiamo quello che si chiama punto critico l’acqua che fino a quel momento era vapore anche se molto compressa comincia a diventare liquida e quindi passiamo allo stadio idrotermale dove le rocce incassanti sono impregnate da acque molto calde che formano poi eventualmente le sorgenti termali.

Questo è uno stereogramma grafico a tre dimensioni che noi possiamo tagliare a fette e possiamo vedere che se facciamo un taglio qua otteniamo peridotite perché abbiamo una percentuale enorme di olivina e pochi altri minerali diversi; se tagliamo qua abbiamo plagioclasi, pirosseni, un po’ di mica e anfiboli e abbiamo il gabbro; se tagliamo qui abbiamo ortoclasio, K-feldspato, quarzo, pochissimi plagioclasi, mica, rarissimi anfiboli e abbiamo il granito. In quelle intrusive abbiamo quelle effusive corrispondenti: alla peridotite e al gabbro corrisponde il basalto, alla grano diorite e al granito corrispondono la riolite, le pomici e le ossidiane. I corpi plutoni si dividono in: batoliti se sono grosse masse di rocce intrusive che sono derivate dalla solidificazione del magma nel suo serbatoio magmatico. Se invece il magma mentre solidificava nel serbatoio magmatico si è aperto delle vie verso la superficie abbiamo corpi iniettati, intrusivi, discordanti che tagliato di netto gli strati e corpi intrusivi, concordanti.