Geologia e mineralogia

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1 Geologia e mineralogia Definizione di roccia e di minerale Processo magmatico, metamorfico e sedimentario I magmi: definizione e caratteristiche Volatili nei magmi (viscosità) Pressione anidra ed idrata Sovraraffreddamento dei magmi

2 Rocce Ignee Oggi parleremo dei processi che portano alla formazione delle rocce ignee e come le loro composizioni e tessiture ci possono dire da dove provengano, perchè si sono formate e come si sono raffreddate.

3 Perchè le rocce fondono? Noi sappiamo che nonostante le temperature molto più alte di quelle che si misurano nella crosta, il mantello terrestre è essenzialmente allo stato solido. Quali sono I motivi per la fusione parziale del mantello (o di una qualsiasi altra roccia)? Aggiunta di H 2 O Diminuzione di pressione Aumento di energia (temperatura) Quindi quando si formano rocce magmatiche (es. eruzioni vulcaniche), dobbiamo chiederci quale di questi meccanismi sta avvenendo.

4 Classificazione delle Rocce Ignee Le due cose importanti necessarie per classificare (dare un nome ad) una roccia ignea sono: tessitura composizione La tessitura di una roccia ignea si riferisce essenzialmente alla grandezza e alla forma dei cristalli che la costituiscono e al rapporto con cui questi stanno gli uni con gli altri. La composizione di una roccia si basa sul riconoscimento dei minerali che costituiscono la roccia stessa. Ovviamente per alcune rocce vulcaniche i minerali possono essere tanto piccoli da non essere distinguibili, nemmeno tramite microscopio. In questo caso dovremo basarci sulla composizione chimica della roccia.

5 Tessitura Ignea Questa è una fotografia macroscopica di un GRANITO Roccia composta essenzialmente da: -Quarzo -Feldspato alcalino -Plagioclasio

6 Tessitura Ignea Questa è una fotografia di una sezione sottile di un granito

7 Tessitura Ignea mica quarzo Feld. alcalino plagioclasio Notate che i vari minerali non sono cementati tra di loro e che i cristalli sono orientati a caso.

8 Raffreddamento rapido Raffreddamento rapido = rocce con piccoli cristalli. Si formano molti nuclei cristallini. Questo è quello che si vede nelle rocce estrusive, anche conosciute come rocce vulcaniche.. Queste rocce si formano in prossimità della superficie terrestre.

9 Quenching (congelamento) Quando un magma è esposto a temperature relativamente basse (atmosfera terrestre o acqua in superficie) non ha il tempo di adeguare a la sua energia per formare cristalli organizzati. Il risultato è la formazione di vetro in un processo chiamato quenching (congelamento). Ossidiana Pomice La struttura della pomice e dell ossidiana è composta essenzialmente di vetro, ad indicare la sua formazione all interfaccia tra il vulcano e l aria. l

10 Estrusioni subaquee Pressione Idrostatica Risalita di magma Le lave a cuscino (pillow( lavas) si formano quando i flussi di lava si formano in ambiente marino e sono sottoposti ad elevata pressione idrostatica

11 Quello che avviene in profondità Quello che vediamo in superficie (suite ofiolitiche)

12 Chilled margins in pillow Nei bordi delle lave a cuscino (pillow lavas) si nota il passaggio da un materiale quasi interamente vetroso (marrone chiaro; tessitura oloialina) ad un materiale con numerosi microliti (marrone scuro-nero; tessitura cripto-microcristallina. Perchè?

13 Con il raffreddamento lento, si formano meno nuclei e questo permette lo sviluppo di singoli cristalli più grandi. Questo è quello che si vede in una roccia ignea intrusiva. Raffreddamento lento 1 cm

14 Raffreddamento a due stadi Molte rocce ignee, tuttavia, hanno dimensioni dei cristalli molto differenti: alcuni piccoli ed altri grandi. Questa è chiamata tessitura porfirica. La tessitura porfirica denota un raffreddamento in due stadi: 1) In un primo momento il raffreddamento avviene relativamente in modo lento (in profondità); ciò permette lo sviluppo dei cristalli più grandi. 2) Poi il magma viene raffreddato più rapidamente: i cristalli più grandi (ed in genere quelli meglio formati) vengono intrappolati in una matrice di materiale a grana più fine.

15 Rocce ignee porfiriche Molte rocce ignee hanno una grana variabile: alcuni cristalli piccoli ed altri più grandi. Microfotografia di un fenocristallo di feldspato (1 cm) in una matrice (nera) vetrosa Campione macroscopico di una roccia a grana media con fenocristalli centimetrici di feldspato

16 Rocce ignee porfiriche Molte rocce ignee hanno una grana variabile: alcuni cristalli piccoli ed altri più grandi. 1 cm

17 Composizione Le rocce ignee vengono classificate soprattutto sulla base dei tenori in silicio (Si) ed elementi come il ferro (Fe) e magnesio (Mg). Tutti questi elementi vengono espressi in ossidi. - Rocce ricche in Fe e Mg sono chiamate femiche - Rocce povere in Fe e Mg sono chiamate felsiche - Rocce povere in Si sono chiamate basiche - Rocce ricche in Si sono chiamate acide - Rocce con composizioni intermedie sono chiamate... intermedie. Le rocce del Mantello terrestre, estremamente ricche in Fe e Mg sono chiamate ultrafemiche.

18 Rocce Ignee Felsiche A grana fine (effusiva) = riolite A grana grossa (intrusiva) = granito Riolite e granito hanno grosso modo la stessa composizione chimica. Differiscono solo nella grandezza dei cristalli.

19 Diversità Ignea Tutti questi sono graniti. Loro soddisfano la definizione: Rocce a grana grossa con abbondante quarzo e feldspati. Perchè sono così differenti??

20 Rocce Ignee Intermedie Esempio di roccia a grana fine (estrusiva) = andesite 1 cm 1 cm note: molti anfiboli e feldspati, Non c è quarzo visibile

21 Rocce da Felsiche ad intermedie Cosa cambia da un granito (sx) a una diorite (dx)?

22 Classificazione delle rocce ignee faneritiche La classificazione delle Rocce intrusive si basa sul CRITERIO MINERALOGICO

23 Classificazione delle rocce ignee faneritiche

24 Classificazione delle rocce ignee faneritiche La classificazione delle rocce ignee faneritiche è anche detta Classificazione di Streckeisen Su cosa si basa questo criterio classificativo?

25 Classificazione delle rocce ignee faneritiche Nelle rocce ignee intrusive si distinguono due gruppi di minerali: - FONDAMENTALI - ACCESSORI I minerali fondamentali sono quelli che caratterizzano le rocce e contribuiscono a classificarle; in genere, ma non sempre, sono quelli più abbondanti; I minerali accessori non incidono nella classificazione ma possono influire negli attributi della nomenclatura; in genere, ma non sempre, sono quelli meno abbondanti;

26 Classificazione delle rocce ignee I minerali sono stati distinti in 5 gruppi che corrispondono ai seguenti parametri: Q = quarzo; A = feldspati alcalini inclusa l albite (da An 0 ad An 5 ) P = plagioclasi (da An 5 ad An 100 ) F = feldspatoidi [= nefelina, leucite, analcime, sodalite, kalsilite, noseana, hauyna e cancrinite]; M = minerali femici ed altri [= olivine, pirosseni, anfiboli, miche, melilite, minerali opachi e accessori quali zircone, apatite, titanite, epidoti, allanite e carbonati]. Ad eccezione di quelle in cui M >90 [ultrafemiche], tutte le rocce sono classificate tramite i parametri Q, A, P, F che rappresentano minerali non femici

27 Classificazione delle rocce ignee

28 Classificazione delle 90 Q Quartzolite 90 rocce ignee Granitoide ricco in Qz plutoniche [M < 90%] La roccia deve contenere almeno il 10% dei minerali QAPF. N.B.: Normalizzare al 100% Classificazione delle rocce faneritiche Sienite a Feldspati alcalini Doppio Triangolo di Streckeisen Qz-Sienite 20 a Feldspati alcalini Qz-Sienite Qz-Monzonite A 5 10 Sienite a Feldspati Alcalini con foidi F 60 Qz- Monzodiorite Sienite Monzonite Monzodiorite Sienite con foidi Monzonite Monzodiorite con foidi con foidi Sienite a nefelina Granito a Feldspati alcalini Monzosienite a nefelina 60 Granito Granodiorite Sienogranito Monzogranito Foidite (Nefelinite) Monzodiorite a nefelina Tonalite 60 Gabbro a nefelina Qz-Diorite/ Qz-Gabbro/ Qz-Anorthosite 5 10 Diorite/Gabbro/ Anorthosite P Diorite/Gabbro con foidi

29 Q Classificazione delle 90 Quartzolite 90 rocce ignee plutoniche Granitoide [M < 90%] A 5 20 Sienitoide Dioritoide Gabbroide Anortosite P Classificazione preliminare (di campagna) delle rocce plutoniche 10 Sienitoide con foidi Dioritoide con foidi Gabbroide con foidi 10 Doppio Triangolo di Streckeisen 60 Foidolite F 60

30 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Ora affronteremo uno studio approfondito di tipo petrologico sulla genesi e classificazione dei graniti

31 Classificazione delle rocce ignee plutoniche I Sono =????

32 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Sia il gelato che il granito in principio sono liquidi che diventano solidi con il raffreddamento e fondono di nuovo se la temperatura sale oltre un certo valore. Tuttavia il gelato congela solo a temperature molto basse, mentre e il granito congela a temperature al di sotto di ~650 C. E anche vero che sia i graniti che i gelati all aumentare aumentare della temperatura e all avvicinarsi avvicinarsi al proprio punto di fusione tendono a diventare morbidi (provate a mettere un gelato nel fornetto a microonde).

33 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Sia i gelati che i graniti diventano cristallini quando solidificano. Ovviamente i cristalli saranno di tipi differenti ma in entrambe i casi si può parlare di cristalli. I cristalli nei gelati sono troppo piccoli coli per essere visti ad occhio nudo, ma ci sono.

34 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Sia i graniti che i gelati possono avere molti gusti e colori, ma ognuno di loro ha alcuni componenti fondamentali. Per i gelati gli ingredienti fondamentali sono latte, uova e zucchero. Per i graniti gli ingredienti fondamentali sono plagioclasio, feldspato alcalino e quarzo.

35 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Se non hai uno dei componenti base, non puoi chiamare i gelati e i graniti con il loro nome. Come per i gelati, ci sono rocce che sembrano graniti (e possono avere molti componenti tipici dei graniti), ma non sono graniti. Es. se un granito è un gelato, una granodiorite è un sorbetto e un anortosite è uno yogurth congelato.

36 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Sia per i gelati che per i graniti, si possono avere tutti gli ingredienti fondamentali ma questi possono non essere mescolati come si deve e alla fine si avrà qualcosa di diverso (es. un frappè per i gelati o una arenaria per i graniti). Termini Cioccolata, Fragola, Vaniglia per i graniti sono Peralluminoso (molto alluminio), Peralcalino (molto sodio e potassio), Metalluminoso (una via di mezzo). Tuttavia, diversamente dai gelati, tutti i graniti devono avere uno di questi gusti.

37 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Sia per i graniti che per i gelati le apparenze possono ingannare. Un gelato a vaniglia può essere molto diverso da un gelato a fragola e pistacchio, ma questi due tipi hanno molti ingredienti simili e sono prodotti fondamentalmente nello stesso modo.

38 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Bene, questo è un granito Che effettivamente non sembra molto simile a quest altro: Ma anche questo è un granito

39 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Come nei gelati, molte delle cose interessanti nei graniti si trovano nelle cose che vengono aggiunte o mixate e nel modo in cui queste sono servite. I pezzi di cioccolata e le noccioline del granito sono i vari minerali come la biotite e l orneblenda. l I trucioli di cioccolato sono gli schlieren (livelli di minerali scuri che si ritrovano nei graniti). Gli M&M's o i biscottini del granito sono chiamati xenoliti (rocce ce originariamente fuori del sistema granitico) ed enclave (porzioni i scure associate ai graniti). La menta e il pistacchio nel gelato sono come elementi chimici tipo t fluoro, boro e titanio nel granito. Sono ingredienti presenti in quantità minime ma hanno grossa influenza nel gusto finale.

40 Classificazione delle rocce ignee plutoniche Sia i graniti che i gelati hanno diverse forme... I graniti possono essere serviti (messi in posto) come batoliti (grosse masse arrotondate) o laccoliti (a forma di duomo) o lopoliti (a forma di cono) o sills (ad andamento orizzontale) o dicchi (ad andamento non orizzontale) o... Come per i gelati, la forma differente non vuol dire nulla rispetto alla composizione. Nello stesso modo, i gelati possono essere serviti con varie creme, vari tipi di coni etc., e i graniti possono essere serviti (attorniati) i) da coni di rocce ignee, metamorfiche o sedimentarie.

41 Classificazione delle rocce ignee faneritiche ultrafemiche [M M > 90%] Olivina Dunite 90 Harzburgite Lherzolite Wehrlite Peridotite 40 Websterite ad olivina Pirossenite Ortopirossenite 10 Ortopirosseno Websterite Clinopirossenite Clinopirosseno 10

42 Classificazione delle rocce ignee faneritiche ultrafemiche [M M > 90%] Olivina Dunite Le rocce del mantello superiore sono composte essenzialmente da peridotiti (per la grande maggioranza lherzoliti) 40 Harzburgite 90 Lherzolite Wehrlite Peridotite Websterite ad olivina Pirossenite Ortopirossenite Websterite 10 Clinopirossenite Ortopirosseno 10 Clinopirosseno Se una peridotite fonde il fuso risultante ha composizione basaltica: roccia con composizione basica (basso contenuto in Si) con basso contenuto in alcali (Na e K) ed elevato contenuto in Mg e Fe (femica)

43 Credits Alcune figure e schemi da: L. Morbidelli - Le rocce ed i loro costituenti J. Winter - Lezioni per il corso di Igneous Petrology P. Tomascak - Lezioni di Geologia Plummer, McGear and Carlson Physical Geology (1999) McGraw Hill ed. NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) (

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