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Riassunto esame mineralogia, prof. Langella, libro consigliato Mineralogia,. Klein

Riassunto per l’esame diMineralogia, basato su appunti personali e studio autonomo del testo consigliato da docente Langella “Mineralogia” di C. Klein, dell'università degli Studi del Sannio - Unisannio, facoltà di Scienze matematiche fisiche e naturali.

Esame di Mineraologia docente Prof. A. Langella

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ESTRATTO DOCUMENTO

• Alcuni elementi compaiono quasi esclusivamente allo stato nativo (stato elementare a cui

appartengono i metalli nobili come oro (Au) e platino (Pt)) altri non possono mai combinarsi

e non formare mai minerali (gas nobili come elio (He), radio (Rd), argon (Ar)) ma possono

comunque restare intrappolati nei reticoli cristallini. Altri elementi non hanno alcuna

tendenza a formare dei minerali propri tendendo a restare dispersi entro minerali già

costituiti da altri elementi. Questi elementi dispersi danno minerali propri solo in particolari

condizioni geologiche particolari.

Decina Campo di Elemento Abbondanza Abbondanza

variabilità di decina cumulativa

Numero Specie

(% in peso) (% in peso) (% in peso)

I 100…10 2 O, Si 75.13 75.13

(2 elementi)

II 10…1 7 Al, Fe, Ca, 23.00 98.13

Na, Mg, K,H (9 elementi)

-1

III 1…10 6 Ti, C, Cl, P, 1.48 99.61

S, Mn (15 elementi)

-1 -2

IV 10 … 10 10 F, Ba, N, Sr, 0.33 99.94

Cr, Zr, V, Ni, (25 elementi)

Zn, Cu

-2 -3

V 10 …10 14 Sn, Rb, W, 0.05025 99.99

Li, B, Y, Co, (39 elementi)

Pb, Cs, Mo,

Br, Th

-3 -4

VI 10 … 10 21 Yb, Sm, La, 0.008525 ~100.00

Se, Cd, As, (60 elementi)

U, Be, Hf,

Ar, Ga, Ge, I

-4 -5

VII 10 … 10 10 Sb, Nb, Ta, 0.000266 100.00

Pt, Eu, In, (69 elementi)

Bi, Tl, Ag

-5 -6

VIII 10 … 10 9 Hg, Pd, Os, 0.000020

Rh, Te, He (75 elementi)

-6 -7

IX 10 … 10 3 Au, Ne, Ru 0.000001 (78 elementi)

-7 -10

X 10 …10 4 Kr, Xe, RA, <<0.000001

Pa (8 elementi)

• Data l’assoluta predominanza dell’ossigeno su tutti gli altri elementi, in special modo

considerando i volumi, i minerali possono essere visti come impacchettamenti ordinati di

2-

ioni O nei cui interstizi si accumulano tutti gli altri elementi.

• Dai rapporti quantitativi tra gli elementi maggiori risulta che i minerali più abbondanti sono

i silicati, in particolare gli alluminosilicati dei metalli alcalino – terrosi e dei minerli di

transizione.

Feldspati 58.0%

Pirosseni

Anfiboli 16.5%

Olivina Silicati 91.5%

Quarzo 12.5%

Miche (3.5%) e minerali 4.5%

delle argille

Ossidi di ferro 3.5%

Calcite 1.5% Non silicati 8.5%

Tutti gli altri minerali 3.5%

Totale 100%

• La composizione diversa della crosta continentale rispetto a quella oceanica mette in

evidenza come i contenuti siano il risultato di ripetuti e complessi cicli di trasformazione che

hanno segregato una porzione residuale da un’altra porzione più facilmente removibile che

arricchisce l’idrosfera e l’atmosfera. La crosta continentale è seconda, per genesi e

composizione, alla crosta oceanica che rappresenta il prodotto iniziale della

rimobilizzazione del mantello che è la sorgente primaria da cui trae origine la quasi totalità

di ogni elemento chimico reperibile attualmente sulla superficie terrestre. Conoscendo i

processi di mobilizzazione e di condensazione degli elementi chimici nel passaggio

mantello crosta oceanica crosta terrestre

si conosce l’intera storia evolutiva chimico – mineralogica della Terra.

Il mantello terrestre si estende dalla discontinuità di Gutenberg (-2898 km) che lo separa dal nucleo

a quella di Mohorovicic (Moho) localizzata in media a – 5 – 8 km sotto gli oceani e a – 33 – 35 km

sotto i continenti. Il mantello è costituito da tre gusci rilevati con metodi geofisici:

Mantello inferiore (da – 2898 a – 984 km); probabilmente omogeneo dal punto di vista

1) composizionale.

Zona di transizione (da – 984 a – 413 km).

2) Mantello superiore (da – 413 a – 35 km); di composizione eterogenea.

3)

Di tutto il mantello superficiale solo il guscio superficiale è accessibile grazie ai frammenti

trascinati dai basalti e alla risalita delle kimberliti. Il mantello superiore non è omogeneo sia sotto il

punto di vista geofisico che sotto quello di vista chimico che da quello mineralogico. Sono state

riconosciute regioni di tre tipi: residuale, fertile e metastomizzato. Gli xenoliti trascinati nei basalti

sono quasi tutti residuali, privi della componente basso – fondente passata a costituire il fuso

basaltico. Gli xenoliti nelle kimberliti sono in parte residuali ed in parte metastomizzati, arricchiti in

vari elementi chimici di provenienza superficiale (crostale) anche se spesso provengono da

profondità maggiori (oltre 150 km). Il mantello fertile è quasi un’estrapolazione geochimica ed è da

considerarsi solo come modello teorico.

Ossidi Crosta Mantello

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

SiO 57.1 59.3 49.4 44.99 46.2 45.1 46.2 43.70

2

Al O 15.0 15.0 15.4 1.40 2.16 3.97 4.75 3.12

2 3

Cr O - - - 0.32 0.35 - 0.43 0.47

2 3

Fe O 2.5 2.4 2.7 (*) (*) (*) (*) (*)

2 3

FeO 6.0 5.6 7.6 7.89 6.82 7.82 7.70 8.86

MnO 0.2 0.1 0.3 0.11 0.11 0.14 0.13 0.17

NiO - - - 0.26 0.31 - 0.23 0.24

MgO 5.5 4.9 7.6 42.60 42.0 38.3 35.5 39.66

CaO 8.4 7.2 12.5 0.82 1.64 3.50 4.36 3.24

Na O 2.5 2.5 2.6 0.11 0.17 0.33 0.40 0.27

2

K O 1.7 2.1 0.3 0.04 0.15 0.03 n.d. 0.07

2

TiO 0.9 0.7 1.4 0.06 0.12 0.22 0.23 0.15

2

P O 0.2 0.2 0.2 - - - n.d. 0.05

2 5 Intera crosta base anidra

(1) Crosta continentale

(2) Crosta oceanica

(3) Mantello impoverito

(4) Mantello metastomizzato

(5) Mantello fertile

(6) Mantello primitivo

(7) Mantello sudalpino

(8)

(*) Fe O calcolato come FeO

2 3

Il mantello superiore è di composizione ultrabasica con MgO e SiO presenti in quantità quasi

2

uguali e con minori quantità di FeO, Al O e CaO. Questi cinque ossidi costituiscono il 99.5% del

2 3

sistema chimico caratteristico del mantello superiore. I minerali predominanti negli xenoliti sono

l’olivina, l’ortopirosseno, il granato e il clinopirosseno nelle proporzioni corrispondenti a quelle di

alcune rocce preridotiche affioranti anche se nei campioni metastomizzati sono presenti tracce di

cromite, flogopite e anfibolo. Insieme alle minime ma importanti tracce di diamante, grafite,

moissanite, rutilo, ilmenite, zircone e solfuri queste evidenze mineralogiche indicano:

• Che gran parte del mantello a noi accessibile è a cavallo della trasformazione allotropica tra

grafite e diamante e della relazione ilmenite rutilo + magnetite.

• Che le temperature a queste profondità sono elevate per permettere la separazione di una

fase liquida solfurea da una silicatica più refrattaria come non avviene nel mantello inferiore

dove, sulla base di considerazioni geofisiche, le due fasi dovrebbero essere ancora associate

tra loro.

• Che a queste temperature elevate (> 1400°C) un minimo calo di pressione localizzato

provoca nel mantello fertile l’ulteriore separazione in forma liquida dei componenti silicatici

basso – fondenti da quelli refrattari e la loro concentrazione in piccole masse di

composizione basica. Questi processi di rifusione con la separazione delle bolle liquide sono

più forti dove il mantello è metastomizzato (punto in cui allo 0.55 di elementi chimici basso

– fondenti intrinseci a tutto il mantello si aggiungono a piccole quantità di altri elementi

quali Fe, K, TI, S e Nb e di H O CO di origine crostale portati in profondità tramite un

2 2

processo di subduzione. Però è anche stato ipotizzato che questo metasomatismo abbia

origine diversa e cioè che sia connesso alla migrazione continua dal basso, dal mantello

inferiore, degli elementi leggeri la cui risalita centrifuga sarebbe facilitata dal moto di

rotazione della Terra.

• Che la massima concentrazione di elementi leggeri si ha dove il mantello si inarca verso la

superficie (mantle plume) o, viceversa, dove la crosta è più sottile; qui vi è anche il massimo

apporto di calore dall’interno verso la superficie terrestre (hot spot), queste inarca ture del

mantello costituiscono punti di debolezza della litosfera soprastante e quindi sono punti di

concentrazione del materiale fuso arricchito negli elementi basso – fondenti. In questi punti

il mantello, fosse esso originariamente fertile o metastomizzato, si scompone in due parti:

una parte “residuale” e un’altra costituita da materiale fuso molto mobile che approfitta di

ogni discontinuità della crosta per risalire in superficie (magma basaltico primario).

La crosta oceanica.

Il basalto prodottosi per fusione parziale nel mantello arriva in superficie più facilmente nel punto

in cui la crosta è più sottile quindi sul fondo degli oceani. I punti di emissione privilegiati sono le

fratture profonde a partire dalle quali divergono le zolle o le placche che costituiscono la superficie

terrestre; in subordine dell’altro magma basaltico, proveniente dal mantello, può essere emesso dai

singoli apparati vulcanici situati internamente alle placche. La composizione dei basalti oceanici

varia in funzione di numerosi fattori:

• Il tipo di mantello da cui hanno avuto origine per fusione parziale.

• La profondità alla quale ha avuto luogo la fusione.

• L’interazione subita con le rocce del mantello e della crosta durante la risalita e la

durata di questa.

• La rapidità con cui si sono consolidati al momento della messa in posto sul fondo

oceanico.

• I fenomeni ai quali sono stati sottoposti successivamente alla messa in posto e

l’interazione con l’acqua di mare.

Il magma basaltico proveniente dal mantello risulta leggermente diverso a seconda della posizione

geotettonica di fuoriuscita. Il più comune, più abbondante e più omogeneo è quello che fuoriesce

dalle grandi fratture medio – oceaniche (MORB): esso è uniformemente tholeiitico nel contenuto

degli elementi maggiori, ma è leggermente differenziato nel contenuto di elementi minori

soprattutto di quelli incompatibili igromagmatofili.

Basalto medio – oceanico normale. Non differisce molto nel suo contenuto in SiO dalla

2

composizione presunta del mantello ma è molto impoverito in MgO e arricchito in Al O e CaO

2 3

rispetto a questo. Vi è un notevole arricchimento di elementi minori tra cui Na e Ti e la scomparsa

di Cr e Ni.

Basalto medio – oceanico arricchito. Contiene in parte gli stessi elementi maggiori e minori presenti

in quello normale ma in aggiunta presenta notevoli tracce di Rb, Ta, Th e La mentre risulta

impoverito in Y e terre rare pesanti. La differenza è importante perche rivela delle eterogeneità nel

mantello sottostante i diversi punti di emissione dei basalti e indica l’esistenza di fenomologie di

fusione parziale anche nelle lave che arrivano in superficie dalle profondità maggiori e sono quindi

ritenute primarie.

La composizione della crosta oceanica è cambiata nel corso del tempo da termini piuttosto ricchi in

MgO ai termini attuali. Ciò viene interpretato come il risultato di un continuo rimescolamento di

materiale crostale entro il mantello e di un progressivo inspessimento della crosta con ovvie

conseguenze sul bilancio complessivo della litosfera terrestre. Un altro tipo di magma basaltico

proveniente dal mantello viene a giorno attraversando le placche oceaniche in zone circoscritte

lontane dalle fratture medi oceaniche: questo è il basalto intraoceanico caratterizzato rispetto al

magma basaltico delle grandi fratture medio – oceaniche da un marcato arricchimento negli

elementi più incompatibili (Nb) e dall’impoverimento di Rb e Nd. Questo basalto probabilmente

trae origine da una porzione molto profonda del mantello (forse 650 km) e viene a giorno positiva

(hot spot) seguendone il movimento pulsante nel tempo. Verso i margini delle placche, nella zona in

cui esse vengono in contatto reciproco, nella crosta oceanica sono state riscontrati anche basalti

fortemente alcalini, ricchi in K, Rb e Sr che alcuni interpretano come contaminati dalle rocce

superficiali mentre altri come primari e provenienti dalle maggiori profondità di un mantello

arricchito. Essi sarebbero rapidamente arrivati a giorno grazie alle vie aperte dalle grandi fratture

che bordeggiano le placche. Si calcola che circa il 75% del volume di basalti emessi sulla crosta

oceanica recente sia costituito da magma basaltico delle grandi fratture medio – oceaniche mentre il

residuo 25% sia formato da basalti degli altri due tipi. La crosta oceanica attuale e recente è

costituita quasi totalmente da basalti, dai prodotti del loro disfacimento e della loro reazione con

l’acqua marina (smectiti) e da depositi di soluzioni idrotermali ricche in metalli pesanti (Pb, Cu,

Mn, Fe) che, circolando attraverso le fratture degli stessi basalti, si scaricano in continuazione sul

fondo marino (black smokers). Però allontanandosi dalle fratture di adduzione e quindi spostandosi

lateralmente in direzione di una crosta oceanica più matura e più antica si osserva che questa è

ricoperta da una coltre continua e gradualmente più spessa di prodotti derivati sia dal disfacimento

del basalto ad opera dell’acqua di mare sia dall’apporto di correnti marine provenienti dalle coste,

sia da depositi di microorganismi, tutti mescolati con polveri di probabile origine cosmica. In questo

modo si formano altri due orizzonti caratteristici della crosta oceanica:

Vulcanoclastiti, argille metallifere e fanghi silicei a idrossidi di Fe e Mn.

a) Calcari, argille e arenarie di derivazione terrigena.

b)

Le argille metallifere sono una mescolanza di smectiti derivanti dall’alterazione del vetro vulcanico

e di solfuri di metalli pesanti, inizialmente sono mescolate con opale e successivamente sono

direttamente sostituite da quest’ultimo. L’opale deriva, in parte, da alterazione idrotermale e

sottomarina del basalto in parte dall’accumulo di gusci di radiolari. Per le sue caratteristiche fisiche

e mineralogiche esso serve da trappola per vari elementi metallici e li incorpora in modo più o meno

stabile. Allontanandosi ulteriormente dalla sorgente i fanghi silicei si impoveriscono in metalli base

arricchendosi in calcite e materiale argilloso di derivazione terrigena, infine vengono sostituiti da

depositi marnosi e calcarei che passano ulteriormente a argille e arenarie corrispondenti alla

normale sedimentazione, confondendosi così con altri depositi sedimentari, la cui origine oceanica

non è più definibile con sicurezza.

La crosta continentale.

La spessa crosta che costituisce le placche continentali è formata in prevalenza da rocce plutoniche

calco – alcaline (granito idi), dai loro equivalenti metamorfici e da altre rocce metamorfiche di cui è

riconoscibile la derivazione sedimentaria, in particolare a spese di argille, grovacche e calcari.

Frequenza delle principali rocce sulla crosta terrestre (% in peso).

Rocce sedimentarie

Sabbie 1.7

Argille 4.2 7.9

Carbonati (+ evaporiti) 2.0

Rocce ignee


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Sgt.Fury

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9 mesi fa


DETTAGLI
Esame: Mineraologia
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze geologiche
SSD:
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Sgt.Fury di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Mineraologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Sannio - Unisannio o del prof Langella Alessio.

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