Processo magmatico, genesi ed evoluzione dei magmi

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1 Processo magmatico, genesi ed evoluzione dei magmi 1

2 3.1 Il processo magmatico Il processo magmatico è l insieme dei fenomeni che per raffreddamento e solidificazione del magma portano alla formazione delle rocce ignee. 2

3 3.1 Il processo magmatico Le rocce ignee, dette anche magmatiche o eruttive sono distinte in due grandi categorie: le rocce vulcaniche e le rocce plutoniche. Rocce vulcaniche Le rocce vulcaniche, o vulcaniti, o rocce effusive, sono originate dalla solidificazione di un magma che giunge alla superficie terrestre. 3

4 3.1 Il processo magmatico Le rocce ignee, dette anche magmatiche o eruttive sono distinte in due grandi categorie: le rocce vulcaniche e le rocce plutoniche. Rocce plutoniche Le rocce plutoniche, o plutoniti, o rocce intrusive, sono originate dalla solidificazione per lento raffreddamento di un magma che ristagna all interno della crosta. 4

5 3.2 Il magma Il magma è costituito da una fase liquida prevalente, il «fuso», da una o più fasi solide minerali ed eventualmente da una fase gassosa. Si presenta generalmente come un liquido incandescente caratterizzato da temperature variabili tra 650 e 1300 C. Le temperature più basse si registrano nei magmi di tipo granitico, che originano le rocce plutoniche. Le temperature più elevate si registrano nei magmi di tipo basaltico, associati alle lave eruttate dai vulcani. 5

6 3.2 Il magma La composizione di un magma è sempre silicatica e può avere una notevole variabilità. Elementi come Si e Al sono presenti nel liquido magmatico all interno di ioni complessi, i quali tendono a organizzarsi in strutture embrionali di tipo silicatico. I tetraedri (Si, Al)O 4 si legano tra loro in maniera via via più complessa (polimerizzazione). Durante il raffreddamento le strutture embrionali silicatiche costituiscono i «germi cristallini» a cui si legano gli ioni metallici ed eventualmente gli ossidrili (OH ), formando così i vari minerali silicatici, fino a completa solidificazione del magma. 6

7 3.2 Il magma Il magma che giunge sulla superficie terrestre, perde i gas disciolti e viene a diretto contatto con l aria o con l acqua prende il nome di lava. La lava presenta caratteristiche diverse dal magma da cui deriva. 7

8 3.2 Il magma Anche durante la salita verso la superficie terrestre, il magma subisce vari cambiamenti, sia fisici sia chimici: possono separarsi e cristallizzare alcuni componenti chimici, a causa della diminuzione di pressione e del raffreddamento; nuovi componenti possono essere prelevati dalle rocce crostali con le quali il magma viene in contatto. Ogni minerale ha un suo specifico punto di fusione, che però è influenzato da molti fattori tra cui la pressione. In profondità, per effetto del carico delle rocce sovrastanti, la temperatura di fusione dei minerali, e quindi delle rocce che li contengono, aumenta. 8

9 3.2 Il magma La temperatura alla quale i silicati rimangono allo stato fuso viene abbassata notevolmente dalla presenza di acqua nel magma. Un magma contenente acqua può rimanere fuso a temperature inferiori rispetto a un magma privo di acqua, può quindi avvicinarsi molto di più alla superficie terrestre prima di solidificare e ha maggior probabilità di traboccare sotto forma di lava. 9

10 3.2 Il magma L acqua e gli altri gas presenti in un magma sono indicati collettivamente con il nome di «volatili». Oltre all acqua, i principali volatili sono: idrogeno, diossido di carbonio, zolfo, azoto, argon, cloro, fluoro. L emissione dei volatili dal magma che trabocca in superficie è chiamata degassazione. 10

11 3.2 Il magma La densità e la viscosità di un magma ne determinano la fluidità e la mobilità, due fattori che influenzano il tipo di effusione e di apparato vulcanico. La densità dipende dalla composizione chimica e dalle condizioni di temperatura e pressione. La viscosità dipende dalla composizione chimica, in particolare dal contenuto in silice. I magmi acidi, ricchi di silice, sono meno densi e più viscosi; I magmi basici, poveri di silice, sono più densi e meno viscosi. 11

12 3.3 Genesi dei magmi I magmi si formano attraverso il processo di fusione parziale. La maggior parte dei magmi presenti in natura, di composizione basica, è costituita da magmi primari. MAGMA PRIMARIO BASALTICO MANTELLO CROSTA MAGMA PRIMARIO BASALTICO Derivano dalla fusione parziale di rocce del mantello superiore, le peridotiti, costituite di olivina, pirosseni e minerali accessori (spinello, granato, anfibolo, mica). 12

13 3.3 Genesi dei magmi Una minoranza di magmi, di composizione acida, prende il nome di magmi anatettici. MANTELLO CROSTA MAGMA ANATETTICO GRANITICO MAGMA ANATETTICO GRANITICO Si generano per fusione parziale di rocce della crosta, grazie a un processo chiamato anatessi crostale, spesso in corrispondenza dei limiti convergenti di placca. 13

14 3.3 Genesi dei magmi La crosta terrestre è costituita in larga prevalenza da due tipi di rocce: GRANITO roccia felsica intrusiva BASALTO roccia mafica effusiva Più in generale si può dire che tra le rocce felsiche dominano le intrusive e tra le rocce mafiche dominano le effuisve. 14

15 3.3 Genesi dei magmi Magma basaltico Magma granitico Profondità di origine (km) Meno di 40 Temperatura ( C) Viscosità Bassa Elevata Densità (g/cm 3 ) 2,6 2,9 2,2 2,5 Contenuto di SiO 2 Basso (magma basico) Elevato (magma acido) Temperatura di fusione Diminuzione in risalita Aumento in risalita Arrivo in superficie Molto frequente Molto raro Prodotti Basalto molto frequente Gabbro molto raro Riolite molto rara Granito molto frequente 15

16 3.3 Genesi dei magmi Nei due tipi di magma, la pressione influisce sulla temperatura di fusione in modo opposto: il magma felsico (granitico) tende a solidificare avvicinandosi alla superficie; il magma mafico (basaltico) tende a raggiungere la superficie allo stato fluido. Per questa ragione tra le rocce ignee intrusive prevalgono di gran lunga i graniti, mentre tra quelle effusive prevalgono i basalti. 16

17 3.3 Genesi dei magmi 17

18 3.4 Cristallizzazione magmatica e differenziazione La risalita dei magmi basici dal mantello verso la crosta è dovuta alla minore densità dei fusi magmatici rispetto alle rocce peridotitiche circostanti. La risalita è più facile se i magmi sono poco viscosi. Giunti nella crosta, che ha minore densità, i magmi rallentano la loro risalita. 18

19 3.4 Cristallizzazione magmatica e differenziazione La risalita dei magmi comporta il loro raffreddamento, che determina la progressiva cristallizzazione dei diversi minerali. Una successione ordinata di cambiamenti nella cristallizzazione magmatica è detta serie di reazione. Si parla di reazione continua, quando il minerale formatosi per primo cambia gradualmente composizione mediante sostituzione di ioni. Si parla di reazione discontinua, quando la cristallizzazione procede da una specie minerale all altra con cambiamento di struttura cristallina. 19

20 3.4 Cristallizzazione magmatica e differenziazione In una serie discontinua, al diminuire della temperatura, i minerali già formati si trasformano in altri a temperatura di solidificazione più bassa. È tipica dei minerali mafici: olivina, pirosseno, anfibolo, biotite. In una serie continua, al diminuire della temperatura, i minerali cambiano gradualmente la loro composizione. Per esempio i plagioclasi passano da una composizione ricca in calcio a una composizione ricca in sodio. 20

21 3.4 Cristallizzazione magmatica e differenziazione La tipica serie di reazione dei minerali durante la solidificazione del magma è detta serie di Bowen. 21

22 3.4 Cristallizzazione magmatica e differenziazione Se i minerali già cristallizzati vengono separati dalla restante massa fusa si parla di cristallizzazione frazionata. 22

23 3.4 Cristallizzazione magmatica e differenziazione Lo stadio finale della cristallizzazione di un magma è detto idrotermale a causa dell abbondanza di acqua circolante, dovuta alla scomparsa dei componenti silicatici e alle temperature relativamente basse. 23

24 3.4 Cristallizzazione magmatica e differenziazione La differenziazione magmatica è il processo nel quale il magma originario viene separato a formare rocce di differente composizione mineralogica. La composizione mineralogica di una roccia ignea dipende sia dalle caratteristiche del fuso iniziale, sia dalle modalità del processo di cristallizzazione. 24