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

Riassunto per l’esame di Mineralogia, 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 naturali.

Esame di Mineralogia docente Prof. A. Langella

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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

2

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

2

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

2

attivazione necessaria per le trasformazioni ricostruttive fu probabilmente fornita da un

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

2

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

3

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

3

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

2 4 2 4

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

3 8 2 2 8

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

1

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

2

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

3 8 3 8

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

3 8 3 8

(sanidino, ortoclasio e microclino).

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

2

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 – X

completamente diverso.

Il diagramma illustra un sistema a due componenti legati da una cristallizzazione eutettica. Le fasi A

e B sono sostanze pure e fra di esse non vi è alcuna soluzione solida. La temperatura di fusione per

A è T e quella per B è T . L’aggiunta di una determinata quantità di B ad un fuso costituito da A

A B

abbassa la temperatura del liquido che può coesistere con A, lungo la curva tra T ed e (punto

A

eutettico che è la temperatura minima del campo del liquido). Allo stesso modo viene abbassata la

temperatura T . La temperatura più bassa alla quale sono in equilibrio i cristalli ed il fuso è T , la

B C

temperatura dell’eutettico. Per abbassamento della temperatura (T ) del fuso di composizione M

B

cominceranno a formarsi cristalli del termine puro B alla temperatura T . La cristallizzazione di B

1

dal fuso continuerà lungo la curva del liquidus (compresa tra T ed e) con una crescita

B

contemporanea della concentrazione di A nel fuso residuo. Al punto eutettico e la fase A inizierà a

cristallizzare insieme alla fase B. Nel punto eutettico non sono possibili ulteriori cambiamenti nella

composizione del liquido in quanto A e B cristallizzano contemporaneamente nelle stesse

proporzioni in cui sono presenti nel fuso. La cristallizzazione terminerà con la scomparsa del fuso e

la proporzione finale fra i prodotti cristallini A e B sarà proporzionale alla composizione iniziale M.

Il diagramma rappresenta la relazione eutettica esistente nella parte di alta temperatura del sistema

NaAlSi O – SiO .

3 8 2

Diagrammi a tre o più componenti.

Volendo rappresentare graficamente la complessità dei sistemi naturali si è limitati a diagrammi a

tre componenti. Si possono anche rappresentare graficamente quattro componenti, ognuno ai vertici

di un tetraedro, ma la figura diviene piuttosto complesso e di difficile lettura. I diagrammi di fase

triangolari sono usati frequentemente in petrologia ignea per rappresentare gli esperimenti di

fusione condotti sulle rocce e descrivere le sequenze di cristallizzazione da un fuso magmatico.

Il diagramma è un esempio di diagramma con tre componenti SiO , KAlSiO e Mg SiO . Le curve

2 4 2 4

tratteggiate indicano le temperature della fase liquida e sono chiamate isoterme; la superficie

definita da queste isoterme è la superficie del liquidus. Le frecce lungo le linee che delimitano i

confini fra i campi delle varie fasi indicano direzioni di cristallizzazione verso temperature

decrescenti.


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AUTORE

Sgt.Fury

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9 mesi fa


DETTAGLI
Esame: Mineralogia
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 Mineralogia 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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