Appunti completi per esame di Petrografia

INCLUSIONI FLUIDE

- Fase fluida canalizzata (si muove per flusso): l’acqua si può spostare con facilità

Attenzione! Nota che non stiamo parlando di liquidi, ma di fluidi, infatti alle P e T del metamorfismo

i liquidi sono fluidi supercritici, questi hanno la densità di un liquido con la mobilità di un gas. Il fluido

può essere presente in qualunque stato fisico e può avere composizione molto varie, molti fluidi

sono intrappolati nella r da quando si è formato il minerale.

Testimonianza della presenza delle fasi fluide:

- Minerali idrari frequenti nelle r metamorfiche

- Molte reazioni liberano acqua e CO2 durante il metamorfismo progrado

- I minerali metamorfici spesso includono inclusioni fluide (fluido che esisteva quando il min è

cresciuto e l’ha inglobato)

METAMORFISMO SISTEMA APERTO O CHIUSO?

Sistema chiuso è un sistema in cui niente entra e niente esce, aperto è un sistema che scambia con

l’esterno. Il sistema è sempre aperto se includiamo i fluidi, infatti il sistema r non è in grado di

confinarli. Se si escludono i componenti volatili (le fasi fluide, quali H2O, CO2, S, O2), il

metamorfismo viene considerato un processo isochimico: la composizione della r metamorfica

corrisponde a quella del protolite (la r di partenza da cui è derivata), cioè il sistema non vede variare

la propria composizione chimica. Si assume quindi che le trasformazioni metamorfiche siano

avvenute in un sistema chiuso. Eccezioni: metasomatismo (scambio di materia con l’esterno dei

componenti chimici della r, che forma alla formazione di depositi di interesse economico) e

differenziazione metamorfica (migrazione all’interno del sistema stesso).

COMPOSIZIONE CHIMICA / PROTOLITE

Condiziona la reattività di una r e quindi la

scomparsa/ comparsa delle fasi minerali. Diversi

protoliti producono r metamorfiche diverse in base

alla loro composizione chimica. Quali possono essere

i possibili protoliti? Vedi il grafico che mostra

l’abbondanza delle r nella crosta (vol %). Notiamo che

le metamorfiche son 1/3 in V delle r nella crosta,

questo perché la crosta è vecchia quindi è da lungo

tempo sottoposta a processi metamorfici, mentre la

crosta oceanica è + giovane? Le r magmatiche sono molto abbondanti sia in c oceanica che in

continentale, i basalti sono i + abbondanti, e sono seguiti da graniti e grano-dioriti che costituiscono

la c continentale, seguono le sieniti (r sature) e le peridotiti (mantello). Le r sedimentarie sono in

quantità minima, essa formano pellicole sottile che coprono le croste (molto estese, ma poco V). Le

peliti e argilliti sono le + abbondanti, arenarie/ arcose e alcari sono poco abbondanti. Tutti questi

tipi di r possono essere protoliti di una r metamorfica.

6 sistemi chimici con cui classificare le r metamorfiche, partendo dalla composizione chimica del

protolite:

- il sistema ultrabasico ha poca Si, il suo protolite sono peridotiti, cumuliti (pirosseniti,

ornablenditi) quindi le r del mantello (il quale è ricco in Mg).

- il sistema basico è povero in Si, i protoliti sono gabbri, basalti e marne (r sedimentarie miscele

di carbonati e sedimenti argillosi), potrebbero formare un sistema marnoso. Gabbri e basalti

(clinopirosseni) sono ricchi in Ca e siccome sono scuri hanno femici, dunque Fe e Mg.

- Il sistema pelitico, il protolite sono peliti cioè r sedimentarie argillose, le argille sono allumo-

silicati idrati (spiega l’abbondanza di Al, H2O), nelle argille persiste il quarzo che resiste al

trasporto e deposizione del materiale sedimentario (spiega presenza di Si), i fillosilicati

hanno nelle posizioni interstrato degli spazi che possono contenere ioni grandi con K.

- Il sistema carbonatico, i protoliti sono calcari ricco in Ca e le dolomie ricche in Ca e Mg, la

CO2 viene liberata se mettiamo a contatto con acido, la Si è molto poca (un calcare può

essere impuro ovvero contenere un po’ di Q).

- Sistema quarzo-feldspatico, i protoliti, sono r ricche in Q e felspati, granidi, granodioriti,

rioliti, tonaliti; quindi c’è molta Si, Al (visto che i feldspati sono allumo-silicati), Na e K molto

comuni nei feldspati.

- Sistema quarzoso i protoliti sono a quasi sono Q, come sabbie e radiolariti oceaniche (guscio

dei radiolari e siliceo e calcareo, il calcare è disciolto mentre la Si si deposita)

- Il sistema marnoso è posto tra il sistema basico, pelitico e carbonatico, può avere

composizione molto simile a un sistema basico, ma dal punto di vista della sua formazione

(miscuglio di carbonati argille e calcari) si può mettere al cavallo tra sistema pelitico e

carbonatico.

LE REAZIONI METAMORFICHE

Sono reazioni chimiche con reagenti e prodotti, esse sono

isochimiche e avvengono allo stato solido. Si parte da un min e se ne

ottengo altri. Una r tende a raggiungere l’equilibrio tramite reazioni

metamorfiche, la r cerca di raggiungere sempre lo stato energetico +

basso possibile.

muscovite + Q <-> K felspato + silicati di Al anidri + fluido

grafico: il sistema ha la composizione scritta in blu. Nel campo rosa e

blu abbiamo i reagenti e i prodotti. Per una r con questa

composizione sarà stabile la muscovite + Q a T e P del campo rosa,

cambiando T e P saranno stabili K-feldspato e silicati anidri di Al.

Paragenesi: associazione di min in equilibrio chimico e

termodinamico, se i min sono in contatto tra loro ed esso è netto

e pulito allora sono in equilibrio. Nell’ immagine ci sono r a 3

minerali

A. Notiamo una banda superiore con min blu e giallo e una

inferiore con min giallo e nero, i min blu e nero non si

toccano. La paragenesi è solo tra giallo- nero giallo-blu.

B. Il contatto avviene tra tutti e 3 i min, la paragenesi è tra tutti e 3

C. I min sono distribuiti in modo casuale e non in bande ma non si toccano tutti e 3. La

paragenesi è solo tra giallo- nero giallo-blu.

La r è stabile sono nel caso B, questo a dire che la r possiamo trovarla mentre è in fase metastabile

e instabile.

PRINCIPALI TIPOLOGIE DI REAZIONI METAMORFICHE

Questo tipo di reazioni non coinvolgono i volatili, il fluido è

presente nella r, ma esso non influenza la reazione. 2 tipi:

- trasformazioni polimorfe: passaggio da un polimorfo all’altro.

Sono poco frequenti.

- Reazioni fra minerali anidri: la reazione in blu è molto

frequente, l’albite è stabile bassa P e alta T, aumentando P o

variando T l’albite si trasforma in giadeite + Q. L’albite è molto

diffusa è un plagioclasio sodico.

Reazioni che possono consumare o produrre un fluido

(in base alla direzione della reazione). Avremmo dei

min idrati se il fluido è acqua e dei carbonati se è CO2

- Reazioni di deidratazione: liberano acqua.

Quella in rosso è molto comune, perché la muscovite

(mica bianca) il quarzo e K- feldspato sono molto

diffusi

- Reazioni di decarbonatazione: liberano CO2

Le curve di reazione si spostano nel grafico in base al tipo di fluido, mentre le curve delle reazioni

solido- solido non cambiano mai la propria posizione.

- Reazioni legate a soluzioni solide: si riferisce al fatto che

la > parte dei min ha composizione varie

- Reazioni di ossido riduzione: cambiamento dello stato

di ossidazione degli elementi

- Reazioni di scambio ionico: il fluido partecipa perché

trasporta gli ioni da un min all’altro

REAZIONI INCOMPLETE E STRUTTURE CORONITICHE

Aspetto delle reazioni in una r. i min in una r metamorfica sono detti blasti in seguito ad una reazione

ne produrremmo dei nuovi che chiamiamo neoblasti (prodotti). Non è detto che la reazioni arrivi a

completamento quindi avanziamo dei reagenti che chiamiamo relitti. Quindi spesso in una r

troviamo sia reagenti che relitti.

a) orlo di reazione monomineralico: tra il min giallo e

verde si sviluppa un min blu, quindi A e B non sono

in equilibrio. Se la reazione fosse stata completa i

min blu avrebbe completamente sostituito gli altri

2.

b) orlo di reazione polimineralico: tra il min giallo e

verde si sviluppano un min blu e nero. Tra i

prodotti c’è + di 1 min.

c) Corona: il min giallo non si trasforma a contatto

con un altro, ma si trasforma e basta (tipo albite <-

> giadeite + quarzo), formano strutture

coronitiche. Il min blu circonda il giallo

d) Corono: la corona in questo caso è polimineralica, il min giallo da 2 min senza reagire con un

altro min

e) Doppia corona: 2 reazioni, il min giallo genera i min nero e blue (corona esterna) e

successivamente genera il min verde e rosa (corona interna)

DIAGRAMMI DI FASE APPLICATI AI SIST. METAMORFICI

Ulteriori fattori condizionanti la comparsa dei min indice e in generale, la stabilità delle paragenesi

minerali I digrammi si possono ricavare sperimentalmente, direttamente (sul terreno),

teoricamente. Es clorite + cianite <->

staurolite + acqua.

Diagramma 1: T e rapporto Mg/Fe, si legge

come i diagrammi di fase dei Pl.

Aumentando T c’è una paragenesi

staurolite + acqua, a basse c’è clorite +

cianite. Vicino al bordo di sn, basse

T,avremo cloriti e stauroliti con solo Fe, al

bordo di dx, alte T, di solo Mg.

Diagramma 2: campo sn contiene clorite ricca in Fe + cianite, campo a dx contine staurolite di Mg +

acqua, campo intermedio ha staurolite di Fe e clorite di Mg, cioè la clorite può essere ricca in Fe o

Mg, se aumenta il tenero in Mg essa è stabile ad alte T. le curve di reazione che coinvolgono min in

soluzione solida si spostano al variare della composizione della soluzione solida.

Acqua e CO2 liberate da alcune reazioni vanno a formare il fluido, oltre ai min

anche la fase fluida può cambiare di composizione. Se nel corso del

metamorfismo consumiamo carbonato otteniamo + CO2 nella fase fluida, quindi

la fase fluida si arricchisce in CO2. Il grafico mostra come cambiano le curve di

reazione al variare della fase fluida. In alto c’è il rapporto H20/CO2, da acqua pura

a quasi CO2 pura. Aumentano la quantità d’acqua la curva si sposta a sn. Se CO2

aumenta la reazione richiede T + elevate, la reazione in questione è:

- calcite + quarzo <-> wollastonite (silicato di Ca) + CO2

l’altro grafico dice che aumentando il tenere di CO2 la curva si

sposta a T maggiori (y: rapporto CO2/H2O)

TIPI DI METAMORFISMO

Nella crosta a T e P diverse abbiamo diversi tipi di metamorfismo, essi inoltre dipendono dal

gradiente (30° al Km, è il gradiente medio). I vari gradienti non toccano tutti i tipi di metamorfismo.

Osserviamo che la crosta continentale e sottoposta a P orientate, se il magma risale riscalda la

crosta, lungo il piano di subduzione si verificano i terremoti tutte queste forze modificano le r allo

stato solido (metamorfismo). Le cond