Aspetti cristallochimici e strutturali della balangeroite

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PISA Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di laurea in Scienze Geologiche TESI DI LAUREA Aspetti cristallochimici e strutturali della balangeroite Canditato: Francesco Vincentini Relatori: Prof. Stefano Merlino Dott.ssa Elena Bonaccorsi Controrelatore: Prof. Marco Pasero ANNO ACCADEMICO

2 Cap. 2. Balangeroite: inquadramento geologico 2.1 Premessa Per la Legge Italiana (D.L. N 277 del 15/8/91) solo sei minerali sono considerati amianti (asbesti): il crisotilo (minerale del gruppo dei serpentini, Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 ; Fig. 2.1), l antofillite e la amosite (anfiboli ferro-magnesiaci, con formula chimica ideale, rispettivamente, [Mg 2 ][Mg 5 ][(OH) 2 Si 8 O 22 ] e [Fe 2+ 2][Fe 2+ 5][(OH) 2 Si 8 O 22 ]; Fig. 2.2), la Fig (a) Campione di crisotilo dalla cava di San Vittore, nella zona di Balangero (Piemonte); (b) immagine ad alta risoluzione (HRTEM) della sezione di una fibra di crisotilo Fig (a) Campione di antofillite (foto di John Sobolewski, da e (b) campione di amosite (foto da tremolite e l actinolite (anfiboli di calcio, formula chimica ideale rispettivamente [Ca 2 ][Mg 5 ][(OH) 2 Si 8 O 22 e Ca 2 (Mg,Fe 2+ ) 5 (Si 8 O 22 )(OH) 2 ; Fig. 2.3), e la crocidolite

3 Fig (a) Campione di tremolite ( Tamás Ungvári Collection, da e (b) campione di actinolite (foto Gerd Stefanik,, da Fig Campione di crocidolite ( Tim Colman, da Fig Campione di balangeroite (anfibolo sodico; Fig. 2.4). Ciò è dovuto al fatto che solo questi amianti erano utilizzati industrialmente. Solo tre dei minerali fibrosi definiti amianto dalla Legge Italiana sono presenti nelle Alpi Occidentali, e cioè il crisotilo, la tremolite e l actinolite. Tuttavia, uno studio sistematico delle rocce alpine (Compagnoni et al., 1980, 1983, 1985; Mellini et al., 1985, 1986, 1987; Ferraris et al., 1987; Alberico et al., 1997; Belluso & Ferraris, 1991) ha permesso di scoprire l esistenza sia di nuovi minerali, sia di minerali che, pur non presentandosi normalmente con abito fibroso, possono localmente crescere con abito asbestiforme. Tra di essi, i più diffusi sono l antigorite, la balangeroite, la carlosturanite e il diopside. La balangeroite fu scoperta nelle serpentiniti della miniera di amianto di Balangero, in provincia di Torino (Compagnoni et al., 1983). Forma fasci di fibre rigide di colore marrone che possono raggiungere una lunghezza di decine di centimetri ed è generalmente associata a crisotilo a fibra lunga. La sua varietà prismatica, riconosciuta solo 8

4 recentemente (Groppo et al., 2004), è talvolta così abbondante da dover essere considerata un costituente principale di alcune serpentiniti. Curiosamente, finora la balangeroite non è mai stata trovata al di fuori della porzione settentrionale del Massiccio di Lanzo (Compagnoni & Groppo, 2006) 2.2 Introduzione Le Alpi Occidentali sono una catena costituita dall impilamento di più unità tettonico-strutturali di differenti genesi e provenienza, che formano una grande fascia arcuata, larga in media da 150 a 300 km e lunga più di 400 km. Le Alpi Occidentali si estendono infatti dalla linea tettonica Sestri-Voltaggio, che le separa dalle rocce non metamorfiche delle catena Appenninica, fino alle falde inferiori Pennidiche del dominio Lepontino. Sul lato interno (verso est), le Alpi Occidentali confinano con i depositi clastici quaternari post-orogenici della pianura del Po fino quasi alla latitudine di Torino, e da lì Fig Mappa delle Alpi Occidentali che mostra le principali unità tettoniche. Da notare la Linea Insubrica (IL), e la linea Sestri-Voltaggio (SVL);Polino et alii. (1990), Hsu (1994), Dal Piaz (1999) e Liati et alii. (2003). 9

5 verso nord con la linea tettonica Canavese che è l estensione sud-occidentale della Linea Insubrica (o lineamento Periadriatico), che separa il dominio pre-alpino delle Alpi Meridionali (Zona di Ivrea + Zona di Strona-Ceneri) dalla catena delle Alpi Occidentali rimaneggiata durante l orogenesi Alpina (Compagnoni, 2003). Da un punto di vista tettonico le Alpi Occidentali vengono divise in tre grandi domini, e cioè il dominio Adriatico, la Zona Interna ( Alpi Pennidiche ), e la Zona Esterna. Il dominio Adriatico è costituito da: (1) gneiss precedenti all orogenesi Alpina, in facies anfibolitica e granulitica e dal corpo di origine mantellica della zona di Ivrea; (2) la sequenza carbonatica Mesozoica delle Alpi Meridionali successiva alle rocce metamorfiche e magmatiche pre-alpine (per esempio la zona di Strona-Ceneri); e (3) sedimenti clastici Terziari della piana del Po. Queste rocce non sono state interessate dal metamorfismo Alpino e hanno subito una deformazione relativamente piccola durante l orogenesi Alpina. Fig. 2.7 Schema tettonico semplificato delle Alpi Occidentali in cui è messa in evidenza la Zona Piemontese dei calcescisti con meta-ofioliti. In verde chiaro sono indicati i calcescisti mentre in verde scuro le meta-ofioliti. Inoltre sono indicate la linea del Canavese (CL), la linea Sestri-Voltaggio (SVL), il Massiccio Ultrabasico di Lanzo (LM) e la miniera di Balangero 10

6 La Zona Interna consiste di una serie di terreni continentali e di ofioliti, che sono allineati come nastri arcuati paralleli alla direzione dell orogenesi. Questi nastri, da sud-est a nord-ovest, sono: la zona Austroalpina, la zona Piemontese, i Massicci Cristallini Interni, la zona Brianzonese e la zona del Vallese. La zona Esterna infine, consiste di un basamento cristallino autoctono e parautoctono, che è stato consolidato durante l orogenesi Ercinica (Massiccio Cristallino Esterno), e di una copertura sedimentaria Mesozoica-Cenozoica (falde Elvetiche/Delfinesi) (Rosenbaum et al., 2005). La maggior parte delle mineralizzazioni ad asbesto delle Alpi Occidentali è associata alle ofioliti metamorfiche della Zona Piemontese dei Calcescisti con Pietre Verdi. La Zona Piemontese, derivante dalla litosfera dell oceano mesozoico Ligure-Piemontese, si allunga per circa 200 km nelle Alpi Occidentali, tra Italia, Francia e Svizzera ed è essenzialmente costituita da calcescisti con intercalazioni di corpi ofiolitici di varie dimensioni. È situata tra la Zona Brianzonese verso l esterno della catena e i Massicci Cristallini Interni, che rappresentano il paleomargine europeo assottigliato. Le caratteristiche geologiche e petrografiche attuali sono il risultato della subduzione del Paleomargine Europeo e del Bacino Ligure-Piemontese al di sotto del Paleomargine Africano, seguita dalla successiva collisione continentale. Sulla base delle differenze litologiche, genetiche e di grado metamorfico è possibile distinguere: 1) il Massiccio Ultrabasico di Lanzo: costituito principalmente da peridotiti parzialmente serpentinizzate; rappresenta una porzione di mantello sub-continentale, che, insieme alla litosfera dell oceano giurassico Ligure-Piemontese, è stato esumato dalle profondità mantelliche, subdotto e metamorfosato in condizioni metamorfiche di alta pressione in facies eclogitica e poi coinvolto nell impilamento tettonico della catena alpina e riequilibrato in condizioni metamorfiche della facies scisti verdi; 11

7 2) la Zona Piemontese Interna: costituita da calcescisti, derivanti dalla trasformazione metamorfica degli originari sedimenti dell oceano della Tetide, e dalle ofioliti metamorfiche (serpentiniti, metagabbri, metabasalti, prasiniti) derivanti dalla litosfera oceanica. Durante l evoluzione metamorfica alpina, la Zona Piemontese Interna, come il Massiccio Ultrabasico di Lanzo, raggiunse prima condizioni metamorfiche della facies eclogitica e poi quelle della facies a scisti verdi; 3) la Zona Piemontese Esterna: litologicamente analoga alla Zona Piemontese Interna, ma più ricca di metasedimenti (calcescisti) e caratterizzata da un picco metamorfico in facies scisti blu (Compagnoni & Groppo, 2006). I campioni di balangeroite esaminati in questo studio provengono da corpi serpentinitici affioranti nella porzione più settentrionale del Massiccio di Lanzo, e in particolare dalla cava di Balangero (Torino) coltivata industrialmente fino al 1990, dove si trova una vasta e importante mineralizzazione di crisotilo. Generalmente gli amianti sono presenti in modeste quantità, infatti si trovano, da soli o in associazione con altri minerali, come riempimento di vene, dalle quali possono liberarsi per i processi naturali di alterazione chimico-fisiche delle rocce che li contengono o a causa dell attività antropica. In particolare, nella porzione serpentinizzata del Massiccio di Lanzo, sono state riconosciute quattro generazioni di vene legate al metamorfismo Alpino. La prima consiste di balangeroite, crisotilo, leghe di ferro-nichel e magnetite; questa vena si è formata probabilmente durante il primo stadio della serpentinizzazione della peridotite sotto condizioni di metamorfismo progrado di alta pressione. La seconda generazione di vene, collegata al picco metamorfico di alta pressione a condizioni di T = C e P = GPa, consiste di antigorite lamellare, olivina, Ti-clinohumite, diopside e magnetite. La terza generazione consiste di antigorite ± diopside cristallizzato sotto condizioni di metamorfismo in facies scisti verdi; infine la quarta ed ultima generazione di vene 12

8 metamorfiche, costituita da piccole fibre di crisolito, forma mineralizzazioni locali irregolari (stockwork-type), simili a quelle sfruttate in passato nella cava di asbesto di Balangero (Groppo e Compagnoni, 2007). 2.3 Il Massiccio Ultrabasico di Lanzo Come già accennato in precedenza, la cava di asbesti di Balangero si trova nella serpentinite di Balangero, la quale prende appunto il nome dal paese omonimo che si trova in prossimità della sua parte più a sud. La cava viene chiamata anche di San Vittore, dal Monte San Vittore, in cui si ritrovano le più importanti mineralizzazioni di asbesto (Compagnoni, 1980). Il corpo ultrabasico di Balangero, a sua volta, fa parte del Massiccio di Lanzo, il più grande corpo ultrabasico delle Alpi Occidentali, che è localizzato nella porzione più interna della Zona Piemontese, tra la Zona Sesia a nord ed il Massiccio Dora-Maira a sud. Il suo limite orientale scompare al di sotto dei depositi alluvionali della Pianura Padana, mentre verso ovest è a contatto con la Zona Piemontese Interna. Il Massiccio Ultrabasico di Lanzo è un grosso corpo di lherzoliti tettoniche a spinello-plagioclasio con subordinate harzburgiti e rare duniti, parzialmente trasformato in serpentiniti antigoritiche ai bordi e lungo le zone di taglio. Le rocce ultrafemiche sono localmente attraversate da filoni e lenti di gabbri e rocce basaltiche. Secondo le interpretazioni di Pognante et al. (1985), Rampone & Piccardo (2000), Müntener et al. (2004) e Piccardo et al. (2004), le peridotiti del massiccio di Lanzo sarebbero risalite, dalle profondità tipiche della facies a granato, a profondità minori, dove si sarebbero progressivamente raffreddate ricristallizzando completamente nelle condizioni della facies a spinello-plagioclasio. Successivamente, in seguito al processo di rifting legato all apertura dell oceano Ligure-Piemontese, questa porzione di mantello litosferico sarebbe 13

9 stata progressivamente esumata, mentre la sottostante astenosfera sarebbe risalita, subendo un processo di fusione parziale praticamente adiabatico. I fusi risultanti, migrando attraverso il mantello litosferico, avrebbero reagito con esso, causando la dissoluzione del pirosseno e la formazione di canali dunitici (Groppo, 2005). La serpentinite di Balangero appare come un corpo estraneo; infatti, rispetto al Massiccio di Lanzo, è separata dai depositi alluvionali della Valle di Lanzo, e consiste principalmente di serpentiniti derivanti dalla primitiva lherzolite a spinello-plagioclasio, tuttora preservata solo in poche zone. Inoltre la serpentinite della cava di Balangero, che presenta una gran varietà di caratteristiche sia strutturali che mineralogiche, può essere divisa in tre principali tipologie: serpentinite massiva, serpentinite altamente fratturata, e serpentinite scistosa (Compagnoni, 1980). 2.4 Evoluzione del Massiccio Ultrabasico di Lanzo (Piccardo 2007, 2008) Premessa Il bacino della Tetide Ligure Giurassica era pavimentato da peridotiti di mantello esumate per processi tettonici, e ricoperto in modo discontinuo da colate basaltiche di tipo MORB. Era caratterizzato dall alternanza lungo l asse di: 1) segmenti non-vulcanici, che mostravano la diretta esposizione delle peridotiti di mantello al di sotto dei sedimenti oceanici, e 2) segmenti vulcanici, che mostravano una copertura vulcanica al di sopra delle peridotiti di mantello. Le peridotiti ofiolitiche della Tetide Ligure mostrano una forte eterogeneità petrologica e geochimica, e variano da lherzoliti relativamente fertili ad harzburgiti e duniti fortemente impoverite, a peridotiti a plagioclasio rifertilizzate. Le peridotiti degli ambienti di Transizione Oceano-Continente (OCT) sono principalmente lherzolite fertili che derivano dal mantello litosferico sottocontinentale del sistema Europa-Adria. Esse sono 14