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

Il diagramma rappresenta le forme polimorfe del composto Al SiO (andalusite, sillimanite e

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cianite). Poiché la cianite occupa la regione di alta pressione nel diagramma P – T si deduce che la

cianite sia il polimorfo a densità maggiore del composto Al SiO . La cianite di qualità gemma priva

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di inclusioni reagisce al crescere della temperatura formando sillimanite. La posizione della curva

che separa i campi della cianite e della sillmanite si basa sulla prima comparsa di sillimanite che si

forma a spese della cianite con il crescere della temperatura e sull’osservazione della reazione

inversa (la sillmanite si trasforma in cianite per decrescita della temperatura o incremento della

pressione). A causa delle incertezze esistenti in vari aspetti delle tecniche sperimentali la

localizzazione precisa dei confini fra le reazione è difficoltosa e le curve P – T possono in realtà

rappresentare zone di reazione relativamente ampie anche se nei diagrammi sono rappresentate

come linee e curve sottili. La cianite, l’andalusite o la sillimanite si possono trovare in rocce

metamorfiche di tutte le età prive di qualsiasi evidenza strutturale di trasformazioni in un altro

polimorfo del composto Al SiO . Questa osservazione implica che al sistema non è stata fornita

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l’energia di attivazione necessaria per trasformare un polimorfo di alta temperatura o alta pressione

nel polimorfo di pressione e temperatura inferiori, stabile in condizioni superficiali. In molte altre

rocce metamorfiche che contengono polimorfi del composto Al SiO sono state osservate alcune

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reazione ai bordi dei cristalli:

• Un nucleo di cianite con un bordo di sillmanite;

• Un nucleo di sillmanite con un bordo di cianite;

• Un centro di sillmanite con un bordo di andalusite;

• Un centro di andalusite con un bordo di cianite.

Tutte le tessiture indicano vari percorsi di pressione e temperatura attraverso le curve di equilibrio.

Il diagramma rappresenta alcuni percorsi compiuti dal composto Al SiO interpretati come il

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risultato di vari processi geologici.

Il diagramma definisce i campi di stabilità delle fasi nel sistema SiO . Il quarzo, sotto forma di

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quarzo – α, è la fase del composto SiO presente nelle rocce plutoniche, metamorfiche e

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sedimentarie e riflette una temperatura di origine generalmente inferiore a 1000°C. La tridimite e la

cristobalite si trovano in rocce vulcaniche di tutte le età; ciò significa che questi minerali possono

esistere allo stato metastabile per lunghi periodi di tempo. In altre rocce vulcaniche tridimite e

cristobalite originali possono essere state convertite in quarzo – α ma presentano ancora l’abito

cristallino originale (questi minerali sono pseudomorfosi di quarzo – α su polimorfi di alta

temperatura del composto SiO ). Il ritrovamento di tali fasi pseudomorfe suggerisce che l’energia di

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attivazione necessaria per le trasformazioni ricostruttive fu probabilmente fornita da un

riscaldamento per successivo metamorfismo della vulcaniti. I polimorfi di alta pressione di SiO ,

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coesite e stishovite, sono stati scoperti in crateri originatisi per impatto di meteoriti. La coesite si

trova anche come inclusione nei diamanti, in cristalli di granato piropo contenute in rocce di

altissimo grado metamorfico, ricche di granati, e in un nodulo xenolitico in un camino kimberlitico.

Questo modulo si è originato nel mantello ad una profondità di circa 170 – 200 km a pressioni

approssimativamente di 60 – 70 kbar (una regione di pressione nella quel sono stabili sia il

diamante che la coesite). L’associazione coesite, diamante e giadeite è il prodotto del seppellimento

di rocce crostali a grande profondità, il loro metamorfismo e la successiva esumazione verso la

superficie terrestre.

Il diagramma rappresenta il diagramma di stabilità per il composto CaCO che ha due forme

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polimorfe (calcite e aragonite). La calcite è il carbonato più comune sia essa di origine magmatica,

metamorfica o sedimentaria. Il diagramma indica che a pressione atmosferica il carbonato che si

forma dovrebbe essere la calcite, tuttavia non è così poiché il CaCO di precipitazione primaria

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dell’acqua di mare è comunemente sotto forma di aragonite. L’aragonite si forma e precipita come

fase metastabile che successivamente si converte in calcite. Questa trasformazione polimorfa può

essere molto lenta ed è molto più facile rispetto alle reazioni polimorfe di trasformazione del

diamante in grafite o della coesite in quarzo; se si fornisce energia sotto forma di calore l’aragonite

si trasforma velocemente in calcite.

Diagrammi a due componenti.

I diagrammi di stabilità a due componenti vengono di solito costruiti con un asse orizzontale delle

composizioni ed un asse verticale delle temperature. Questi diagrammi temperatura – composizione

(T – X) possono mostrare caratteristiche molto differenti a seconda che siano presenti:

• Soluzioni solide complete fra due termini estremi (o termini puri).

• Soluzioni solide parziali fra i due termini estremi espresse dalla comparsa di una lacuna di

miscibilità.

• Nessuna miscibilità fra le varie specie minerali che possono comparire lungo l’asse delle

composizioni.

Nel diagramma rappresenta il comportamento della serie delle olivine fra i due termini puri

Mg SiO (forsterite) e Fe SiO (fayalite). In analogia con il diagramma per la serie dei plagioclasi (i

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cui termini puri sono albite (NaAlSi O ) e anortite (CaAl Si O )), nel diagramma si hanno soluzioni

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solide per tutto l’intervallo delle composizioni. Entrambi i diagrammi delle olivine e dei plagioclasi

sono il risultato di esperimenti condotti a pressione atmosferica fissata ad un valore di 1 atm (=

1.01325 bar).

I due diagrammi delle olivine e dei plagioclasi sono chiamati anche diagrammi di miscibilità

completa allo stato liquido e allo stato solido e sono molto utili per valutare le relazioni di fusione

per le composizioni delle rocce ignee e per lo studio delle sequenze cristalline di un fuso. Nel

diagramma delle olivine la curva superiore è chiamata liquidus e rappresenta una linea o una

superficie lungo cui un fuso con una determinata composizione è in equilibrio con una fase

cristallina. La curva inferiore è chiamata solidus e rappresenta una linea o una superficie lungo cui

una fase cristallina con una determinata composizione è in equilibrio con il fuso. Tutto quello che si

trova sopra il liquidus è liquido: tutto quello al di sotto del solidus è solido.

Il diagramma descrive la cristallizzazione di un solido da un fuso; questo diagramma mostra che il

componente puro A fonde a T e il componente puro B fonde a T ma le composizioni intermedie

A B

(AB) che consistono di una singola fase (una soluzione solida fra i due componenti A e B) fondono

in un intervallo di temperature intermedie tra T e T . Una composizione M, a temperatura T sarà

A B B

completamente fusa. Quando questa composizione si raffredda a T inizierà a cristallizzare un

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termine della serie di soluzioni solide AB con composizione specifica xA, yB. Questi cristalli

iniziali saranno arricchiti nel componente B rispetto alla composizione del fuso M e la loro crescita

impoverirà progressivamente il fuso nel componente B. Come risultato di questo impoverimento la

composizione del fuso si muove lungo la curva del liquidus verso A come è indicato nella direzione

della freccia. Per l’abbassamento continuo della temperatura la fase solida di composizione iniziale

xA, yB reagirà con il liquido muovendosi lungo il solidus nella direzione indicata dalla freccia. Sia

nel fuso che nei prodotti cristallini aumenterà il contenuto di A con il decrescere della temperatura e

aumenterà la proporzione del solido rispetto a quella del liquido. Infine alla temperatura T i

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prodotti di cristallizzazione raggiungono una composizione che è quella del fuso M di partenza e la

quantità di liquido in equilibrio con i cristalli si riduce a zero. A questa temperatura, poiché resta

solo una fase solida (regione di subsolidus) la composizione dei prodotti cristallini resterà costante

durante tutto il successivo calo di temperatura e corrisponderà alla composizione iniziale M. Queste

modalità di cristallizzazione si applicano ad entrambi i diagrammi della serie delle olivine e dei

plagioclasi. Anche se gli esperimenti originali di fusione all’equilibrio e di cristallizzazione eseguiti

per costruire il diagramma dei plagioclasi indicavano per la serie dei plagioclasi soluzioni solide

complete ad alta temperatura, studi successivi hanno mostrato che ciò non è vero alle basse

temperature. Il sistema a due componenti per la serie degli alcalifeldspati (NaAlSi O – KalSi O ) è

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un esempio di soluzioni solide molto limitate a bassa temperatura mentre ad alta temperatura le

soluzioni solide sono complete.

L’assenza di soluzioni solide a bassa temperatura dipende principalmente dalla grande differenza fra

+ +

i raggi ionici di Na e di K . Le tessiture di assoluzione lamellare sono frequenti in questo sistema. I

nomi dei minerali indicati nella parte interna del diagramma indicano fasi polimorfe dell’albite,

NaAlSi O (monalbite = albite monoclina, albite di alta, intermedia e bassa) e di KAlSi O

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(sanidino, ortoclasio e microclino).

Nel diagramma è evidente il cambiamento del sistema descritto prima mediante l’aggiunta di H O.

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una pressione elevata della fase fluida abbassa sensibilmente le temperature di fusione mentre

l’elevata pressione applicata al sistema innalza la temperatura massima della lacuna di miscibilità

fino a portare la curva del solido ad intersecare la lacuna di miscibilità. Il punto e, chiamato punto

eutettico, è il punto di più bassa temperatura sul liquidus nel quale un fuso di composizione fissa è

in equilibrio con due feldspati di composizione diversa (cioè un feldspato ricco di Na e uno ricco in

K entrambi in soluzione solida). La cristallizzazione di un fuso di composizione e porta alla

formazione di due feldspati coesistenti, uno albitico (sodico) e uno potassico, senza la necessità di

passare per un successivo processo di essoluzione (che avviene allo stato solido) come richiede il

diagramma del feldspato senza l’aggiunta dell’acqua. La coesistenza dei cristalli a grana grossa di

albite e k – feldspato senza tessiture di essoluzione è frequente in graniti e pegmatiti; questo indica

che entrambi i minerali si sono formati per cristallizzazione diretta dal fuso magmatico. Quando fra

i componenti del sistema non è presente alcuna soluzione solida si ha un diagramma T –