Prof. Silvio Mollo. Edificio di Mineralogia Tel

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1 Prof. Silvio Mollo Edificio di Mineralogia Tel

2 Testi di riferimento Giancarlo Negretti. Fondamenti di Petrografia. McGraw Hill/Casa Editrice Università La Sapienza. (2003) Lucio Morbidelli. Le rocce e i loro costituenti. IIIa edizione (2014) Casa ed. Scienze e Lettere ATLANTE DELLE ROCCE Ignee e Metamorfiche, dei Minerali e delle Tessiture (Univ. N Carolina): DATABASE di rocce: GEOROC, una banca dati di rocce degli oceani e dei continenti (dall Archeano ad oggi). Rocce vulcaniche, plutoniche e xenoliti: mainz.gwdg.de/georoc/ DIZIONARIO/ GLOSSARIO GEOLOGICO: dictionary.shtml I powerpoint di questo corso provengono dalle lezioni del Prof. Michele Lustrino (Dipartimento di Scienze della Terra), il cui eccellente lavoro è difficile da eguagliare.

3 La PETROGRAFIA è una disciplina delle Scienze della Terra che studia le rocce per la parte che riguarda la descrizione, rinoscimento e classificazione sistematica

4 La PETROGENESI è una disciplina delle Scienze della Terra che studia i processi chimico fisici responsabili della formazione delle rocce in funzione delle diverse ambientazioni terrestri

5 PETROGRAFIA e PETROGENESI appartengono ad una scienza più ampia che si chiama PETROLOGIA La PETROLOGIA applica i principi della MINERALOGIA e della GEOCHIMICA allo studio delle rocce per comprendere la loro origine ed evoluzione nel tempo

6 La PETROLOGIA studia i sistemi naturali La PETROLOGIA SPERIMENTALE riproduce in laboratorio le condizioni chimico fisiche che controllano la petrogenesi, ma si estende anche a materiali sintetici che non esistono in natura

7 La PETROLOGIA PLANETARIA si occupa della PETROGRAFIA e PETROGENESI dei sistemi naturali extraterrestri

8 PETROGRAFIA PETROGENESI PETROLOGIA PETROLOGIA SPERIMENTALE PETROLOGIA PLANETARIA

9 Geosfera 99.9% Idrosfera + Atmosfera + Biosfera 0.1%

10 Le rocce della Terra

11 Classificazione di tipo genetico: Rocce Ignee Plutoniche Vulcaniche (65%) Rocce Metamorfiche (27%) Rocce Sedimentarie (8%)

12 1.Rocce ignee > derivano dalla solidificazione di materiale fuso 2.Rocce metamorfiche > derivano da rocce attraverso vari tipi di trasformazioni chimico fisiche preesistenti 3.Rocce sedimentarie > si originano dalla deposizione di materiali dall acqua acqua o dall aria aria I processi igneo e metamorfico avvengono per lo più all interno della Terra e quindi non sono direttamente osservabili (ad eccezione delle eruzioni vulcaniche) Il processo sedimentario avviene in gran parte sulla superficie terrestre e l osservazionel degli attuali ambienti deposizionali fornisce informazioni sull origine delle rocce sedimentarie

13 L insieme di minerali che costituiscono le rocce si definisce: PARAGENESI Le rocce possono essere: MONOMINERALICHE (molto rare) = rocce sedimentarie POLIMINERALICHE (molto frequenti)= rocce ignee e metamorfiche I minerali delle rocce ignee si possono definire anche chimicamente: FEMICI (ricchi di Fe e Mg) = olivina, pirosseno, anfibolo SIALICI (ricchi di Si e Al) = quarzo, plagioclasio, K feldspato

14 Ciclo delle rocce

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16 Struttura della Terra

17 Mantello Nucleo Esterno Nucleo Interno Crosta Quattro strati principali: Crosta Mantello Nucleo esterno Nucleo interno

18 2 tipi principali di crosta: CROSTA OCEANICA CROSTA CONTINENTALE

19 Crosta Oceanica Dorsale Oceanica Sottile: 2 10 km (in media circa 7 km)

20 Dorsali Medio Oceaniche ~ 21 km 3 /anno di lava ~60% della superficie della Terra è fatta di crosta oceanica

21 SERIE OFIOLITICA Lave pillow prodotto di solidificazione di una massa fusa (magma). Dicchi - Particolare giacitura (ossia disposizione nello spazio) di una roccia. Basalti - Rocce ignee molto abbondanti caratterizzate da un alto contenuto in MgO. Gabbri - Rocce simili al basalto ma con cristalli più grandi. Duniti - Rocce composte quasi esclusivamente dal minerale olivina Peridotiti - Gruppo di rocce molto rare sulla superficie terrestre ma estremamente abbondanti nel mantello.

22 Lave pillow (cuscino) - prodotto di solidificazione di una massa fusa (magma).

23 Lave di superfice- prodotto di solidificazione di una massa fusa (magma).

24 Dicchi - Particolare giacitura (ossia disposizione nello spazio) di una roccia.

25 Basalti - Rocce vulcaniche molto abbondanti caratterizzate da un alto contenuto in MgO. Gabbri - Rocce plutoniche simili al basalto ma con cristalli più grandi.

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27 Duniti - Rocce composte quasi esclusivamente dal minerale olivina

28 Peridotiti - Gruppo di rocce molto rare sulla superficie terrestre ma estremamente abbondanti nel mantello (la dunite è un tipo di peridotite).

29 Fast Spreading Ridge (East Pacific Ridge) Litosfera termicamente calda Vulcanismo frequente Alti gradi di fusione parziale del mantello Magmi composizionalmente omogenei

30 Slow Spreading Ridge (Mid-Atlantic Ridge) Litosfera termicamente fredda Vulcanismo raro Bassi gradi di fusione parziale del mantello Magmi composizionalmente eterogenei

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32 Rispetto alla Crosta Oceanica, la Crosta Continentale è completamente differente per: Composizione chimica Composizione mineralogica Età Densità e rigidità

33 Crosta Continentale: spessore km; spessore medio ~35 km; composizione MOLTO variabile (in media diorite) Diorite è una roccia plutonica con grossi cristalli costituita da quarzo, feldspati alcalini e minerali femici (pirosseno, anfibolo). Crosta Superiore (più leggera, più ricca in SiO 2 e relativamente povera in MgO, a composizione granodioritica) Crosta Inferiore più pesante (meno ricca in SiO 2 e più ricca in MgO, a composizione gabbrica)

34 Estrema eterogeneità delle rocce che la costituiscono. E suddivisa su base geofisica (velocità delle onde sismiche) in: CROSTA SUPERIORE: arriva a circa km di profondità e ha una densità media di g/cm 3. E' costituita da rocce intrusive e metamorfiche con sottili coperture di rocce sedimentarie. CROSTA INFERIORE: ha una densità media di 2.8 g/cm 3 ed è composta da rocce di tipo gabbrico. Tra la crosta continentale superiore e quella inferiore si ha la discontinuità di Conrad. A testimonianza del carattere eterogeneo della crosta continentale, la discontinuità di Conrad non è uniformemente distribuita.

35 Granodiorite: roccia plutonica con grossi cristalli simile ad un granito (la trovate sui banconi di molti bar o utilizzata come pavimentazione di stazioni, androni, etc.). Gabbro: roccia plutonica di colore generalmente scuro con abbondanti plagioclasi e vari tipi di minerali (es. clinopirosseni e/o olivina e/o quarzo, e/o magnetite, etc. etc.).

36 BASALTO/GABBRO ANDESITE/DIORITE

37 CROSTA CONTINENTALE SUPERIORE (parte affiorante) Rocce magmatiche 65 % Rocce metamorfiche 27 % Rocce sedimentarie 8 %

38 Rocce magmatiche (65%): graniti, granodioriti e tonaliti (acide sialiche) 77 % gabbri e basalti (basiche femiche) 13 % dioriti ed andesiti (chimismo intermedio) 8 % Le litologie magmatiche e metamorfiche formano un substrato roccioso, spesso identificato come basamento cristallino che è,, per circa i 4/5, ricoperto da rocce sedimentarie con spessori mediamente valutabili attorno ai 5 km. Rocce sedimentarie (8 %) Rocce argillose 60 % Rocce carbonatiche 20 % Rocce arenacee 15 % Rocce evaporitiche 5 %

39 GRANODIORITE La recente stima di riferimento della composizione chimica della crosta continentale superiore è ottenuta utilizzando i dati analitici di rocce in affioramento. Composizione acido sialica, contraddistinta da dominati contenuti di silicio ed alluminio.

40 Anche la crosta continentale è oggetto di carotaggio. Attualmente la profondità massima raggiunta è di oltre metri (Penisola di Kola Nord Russia). (Hanno impiegato 24 anni dal 1970 al 1994)

41 Spessore Struttura Composizione Rocce tipiche Chimismo Densità C. Oceanica 2-10 km Piuttosto semplice Relativamente uniforme Basalti/Gabbri Ricca in Mg, povera in Si Piuttosto densa (2,8-3,2 g/cm 3 ) C. Continentale km Piuttosto complessa Molto variabile Graniti Ricca in Si, povera in Mg Piuttosto leggera (2,5-3,0 g/cm 3 ) Età <250 Ma Fino a 4 Ga

42 Mantello Nucleo esterno Crosta Quattro strati principali: Nucleo interno Crosta Mantello Nucleo esterno Nucleo interno

43 Si 14.4% S 3.0% Al 1.4% Ca 1.0% Fe 15.2% O 50.7% Mg 15.3% Circa metà della Terra (in peso) è costituita da ossigeno. Abbondanze relative atomiche dei sette elementi più comuni che costituiscono il 97% della massa della Terra.

44 Si 14.4% S 3.0% 1.4% 1.0% Fe 15.2% O 50.7% Mg 15.3% Circa il 95% in peso della Terra è composto da Si, Mg, Fe ed O. I principali minerali del mantello sono silicati di Mg e Fe (a basse b P): Olivina(forsterite forsterite) Ortopirosseno (enstatite) (Mg,Fe) 2 SiO 4 (Mg,Fe) 2 Si 2 O 6

45 Interno della Terra Discontinuità di Mohorovicic Crosta Mantello Superiore Zona di transizione Mantello: Composizione stratificata sia in termini di composizione chimica che mineralogica. Mantello Mantello Inferiore Profondità (km) Mantello Superiore fino a 410 km Zona di Transizione ( km) Mantello Inferiore fino a 2900 km Mantello Superiore Discontinuità di Gutenberg Nucleo Esterno (liquido) 2900 Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido) 6370

46 Mantello Superiore Dal contatto con la crosta fino a 410 km. Il contatto con la crosta è marcato dalla Discontinuità di Mohorovicic (MOHO) Discontinuità di Mohorovicic Crosta Mantello Mantello Superiore Zona di transizione Mantello Inferiore Profondità (km) Discontinuità di tipo: chimico mineralogico reologico. Discontinuità di Gutenberg Nucleo Nucleo Esterno (liquido) Nucleo Interno (solido)

47 Mantello Superiore Questo volume viene comunemente diviso in: Mantello Litosferico (solido) spessore variabile (in genere ~50 km ma può arrivare fino a ~200 km). Mantello Astenosferico (parzialmente fuso) (con spessore variabile da ~80 a ~220 km). Discontinuità di Mohorovicic Crosta Mantello Discontinuità di Gutenberg Nucleo Mantello Superiore Zona di transizione Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Nucleo Interno (solido) Profondità (km)

48 mantello Le rocce che costituiscono il mantello superiore sono chiamate: superiore Discontinuità di Mohorovicic Crosta Mantello Superiore Zona di transizione PERIDOTITI Si tratta di rocce composte da Olivina, Ortopirosseno, Clinopirosseno ed un minerale di Al. A seconda delle profondità questo minerale di Al è: Plagioclasio (<25 30 km) CaAl 2 Si 2 O 8 Spinello (~30 80 km) MgAl 2 O 4 Granato (>80 90 km) Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 Mantello Discontinuità di Gutenberg Nucleo Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Nucleo Interno (solido) Profondità (km)

49 Plagioclasio Spinello Granato PRESSIONE

50 IMPACCHETTAMENTO DEGLI ATOMI

51 Tra i tre tipi (facies) di peridotiti, la Facies a Granato è quella di gran lunga più abbondante. Granato Olivina Enstatite Diopside

52 Tuttavia i campioni di xenoliti di mantello sono quasi esclusivamente nella Facies a Spinello. Olivina Diopside Enstatite Spinello

53 Le peridotiti sono una grande famiglia di rocce che includono la LERZOLITE. Olivine La LERZOLITE è una PERIDOTITE con Ol > Opx + Cpx Harzburgite 90 Lherzolite Dunite Wehrlite Peridotites 40 Orthopyroxenite Olivine Websterite 10 Pyroxenites 10 Orthopyroxene Websterite Clinopyroxenite Clinopyroxene

54 La LERZOLITE è considerata mantello inalterato la cui fusione parziale può generare alcuni tipi di magma. 15 Tholeiitic basalt Wt.% Al 2 O 3 10 Partial Melting 5 Lherzolite Residuum Harzburgite 0 Dunite Wt.% TiO 2

55 Zona di Transizione A partire da 410 km la velocità delle onde sismiche aumenta rapidamente. Questa variazione è dovuta alla trasformazione dell olivina [(Mg,Fe) 2 SiO 4 ] (alfa phase) a struttura ortorombica in wadsleyite [(Mg,Fe) 2 SiO 4 ] (beta phase) a struttura monoclina. A ~520 km l olivina l (ora wadsleyite) ) cambia di nuovo struttura e diventa ringwoodite [(Mg,Fe)2SiO4] (gamma phase) a struttura cubica Discontinuità di Mohorovicic Crosta Mantello Discontinuità di Gutenberg Nucleo Mantello Superiore Zona di transizione Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Nucleo Interno (solido) Profondità (km)

56 A 660 km la ringwoodite si scinde in perovskite e magnesiowustite (fasi ancora più dense e rigide). La perovskite s.s. è un ossido doppio di Ca e Ti (CaTiO 3 ). Discontinuità di Mohorovicic Crosta Mantello Mantello Superiore Zona di transizione Mantello Inferiore Profondità (km) Con l aumento l della P anche l ortopirosseno (enstatite) si trasforma in un nuovo tipo di minerale: la Majorite (una specie di granato con Mg Si al posto dell Al): Discontinuità di Gutenberg Nucleo Nucleo Esterno (liquido) Nucleo Interno (solido)

57 Con l aumento della pressione si formano minerali ricchi di Mg, Fe e Si e poveri di Al e Ca Magnesio wustite

58 Interno della Terra Nel Mantello Superiore: Olivina e Pirosseni (orto e clino ) ) + plagioclasio/spinello/granato (uno dei tre). Nella Zona di Transizione: Wadsleyite e Ringwoodite. Il diopside (clinopirosseno) e l enstatite l (ortopirosseno) diventano instabili e formano un nuovo minerale insieme al granato (majorite). Nel Mantello Inferiore: Perovskite e Magnesiowustite. Il Ca nella majorite diventa instabile e si trasferisce nella struttura della Ca perovskite. Discontinuità di Mohorovicic Crosta Mantello Discontinuità di Gutenberg Nucleo Mantello Superiore Zona di transizione Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Nucleo Interno (solido) Profondità (km)

59 Interno della Terra Mantello Nucleo esterno Nucleo interno Crosta Quattro strati principali: Crosta Mantello Nucleo esterno Nucleo interno

60 Lega metallica composta essenzialmente da Fe (>90%). Presenti anche piccole percentuali in S,Ni, C e, forse, Si (ma non ci sono silicati). Non conosciamo praticamente nulla. Solo supposizioni e considerazioni indirette. Nucleo Esterno è liquido (fuso) Discontinuità di Mohorovicic Mantello Mantello Superiore Crosta Discontinuità di Gutenberg Mantello Superiore Zona di transizione Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Profondità (km) Nucleo Interno è solido (a causa delle alte pressioni) Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido)

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