Rocce anomale Solo per citare alcuni nomi: jumilite, cancalite, selagite, minette*, cocite, kajanite, gaussbergite, katungite, mafurite,

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1 Si tratta di rocce poco diffuse. Mostrano contemporaneamente un impronta geochimica tipica di magmi primitivi (alto Mg#, alti contenuti di Ni e Cr) e alti contenuti di elementi incompatibili in particolare K 2 O. Rocce anomale Conticelli et al., Inizialmente queste rocce sono state studiate come delle eccezioni. Lo studio era concentrato esclusivamente sulla petrografia e sulla mineralogia modale. Non esisteva nessun criterio classificativo: proliferazione di nomi impossibilità di confrontare rocce di località diverse. 3 orendite, fortunite, verite, wyomingite, cedricite, wolgidite, madupite, fitzroyite, mamilite, Solo per citare alcuni nomi: jumilite, cancalite, selagite, minette*, cocite, kajanite, gaussbergite, katungite, mafurite, ugandite, venanzite, coppaelite, vulsinite, ciminite, cecilite, vicoite, italite, ecc

2 Il ritrovamento di diamanti nelle lamproiti di Argyle (Australia; 1979),prima e in molte altre località dopo ha risvegliato un grande interesse per le rocce K e UK....queste rocce permettono di: studiare i processi di arricchimento degli elementi incompatibili; hanno un importante interesse mineralogico, in quanto ospitano minerali rari. 5 6 La classificazione chimica delle rocce potassiche e ultrapotassiche non è un operazione semplice. Tutti i criteri proposti hanno dei limiti. Per esempio le classificazioni proposte da Niggli (1923), Middlemost (1975), Sahama (1974) e Barton (1979) confrontano solo due parametri chimici. L utilizzo di un solo diagramma binario non offre un quadro completo delle caratteristiche dei vari tipi di rocce K e UK. Fortemente alcalino Alcalino 2 1 (1) Sagerson e Williams (1964); (2) Irvine e Baragar (1971); (3) Miyashiro (1978); (4) McDonald e Katsura (1964) 3 4 Sub-alcalino Middlemost (1975) 7 Foley et al. (1987) Sono definite rocce ultrapotassiche quelle con: K 2 O/Na 2 O > 2 Per Le Maitre (2002) questo rapporto dovrebbe essere > 3 per Venturelli e Di Battistini (1980) > 2.5. La scelta di Foley et al. (1987) permette di comprendere anche le rocce provenienti da Toro Ankole (Uganda) trattate generalmente come UK. Le rocce che hanno rapporto K 2 O/Na 2 O > 1 sono definite potassiche. K 2 O > 3 wt% In questo modo vengono escluse tutte quelle rocce con un alto rapporto K2O/ Na2O, ma con un basso contenuto totale di elementi alcalini. (si escludono così le kimberliti). MgO > 3 wt%. Si escludono così tutte le rocce chimicamente evolute. 8 2

3 4 gruppi: I gruppo: Lamproiti (località di riferimento: Western Australia e il vulcano Gaussberg, Antartide), origine nome: λαµπρος luccicare. Sahama chiama questo gruppo orenditi e Barton Leucite Hill Type; II gruppo: Kamafugiti (località di riferimento Toro-Ankole, Uganda), origine nome: iniziali di Katungite Mafurite Ugandite. Barton chiama questo gruppo Toro-Ankole Type; III gruppo: Provincia Magmatica Romana o Plagioleucititi (Foley,1992a); IV gruppo: raccoglie tutte quelle rocce ultrapotassiche che non appartengono a nessuno dei tre gruppi precedenti (transitional type) Le lamproiti sono rocce peralcaline (AI ([Na 2 O]+ [K 2 O])/[Al 2 O 3 ] > 1) Hanno un alto rapporto K 2 O/Al 2 O 3 (> 0.6), e spesso sono perpotassiche (>1). SiO 2 variabile tra wt%. Le Plagio-leucititi hanno rapporto K 2 O/Al 2 O 3 generalmente minore di 0.5, nonostante i contenuti di K 2 O superino quelli degli altri gruppi, perché i contenuti di Al 2 O Le kamafugiti contengono meno del 46 wt% di SiO2. 3 superano notevolmente Il rapporto K 2 O/Al 2 O 3 è il più basso tra i diversi gruppi quegli degli altri gruppi. (< 0.9). SiO 2 maggiore di 4211 wt%. Le lamproiti hanno generalmente numero di Mg più alto di quello degli altri gruppi. Il numero di Mg delle kamafugiti è variabile e principalmente maggiore di 60. Il numero di Mg delle plagio-leucititi raramente è maggiore di

4 Le lamproiti hanno bassi contenuti di CaO (< 10 wt %). Per gli stessi contenuti di SiO 2 le lamproiti hanno molto meno CaO rispetto alle kamafugiti. Le kamafugiti hanno elevati contenuti di CaO (> 10 wt%) e contenuti molto bassi di SiO 2 e spesso contengono carbonati in pasta di fondo. Contenuti di CaO intermedi a quelli dei gruppi I e II. Il contenuto di CaO diminuisce con l aumentare della differenziazione. 13 Il gruppo di convenienza IV viene solitamente considerato intermedio ai gruppi I e III. Le lamproiti hanno bassi contenuti di Al 2 O 3 (< 14 wt%) presenza di rari minerali accessori privi di Al 2 O 3. Si distinguono molto bene dalle rocce del gruppo III per i contenuti di Al 2 O 3. Le kamafugiti hanno i contenuti più bassi di Al 2 O 3 (< 14 wt%). Le plagioleucititi hanno elevati contenuti di Al 2 O 3 (> 11 wt%, grande influenza sulla 14 mineralogia). Le lamproiti hanno bassi contenuti di Al 2 O 3 e Na 2 O. In questo grafico non si distinguono dalle rocce appartenenti al gruppo II. Il rapporto K 2 O/Na 2 O delle lamproiti varia tra 5 e 20. Le kamafugiti hanno bassi contenuti di Al 2 O 3 e Na 2 O. Il rapporto K 2 O/Na 2 O delle plagioleucititi varia tra 2 e Gruppo di convenienza I criteri di appartenenza al IV gruppo sono abbastanza arbitrari. Comprende anche le rocce che cadono fuori dal campo del gruppo della loro regione. Generalmente è un gruppo di transizione tra i gruppi I e III. Spesso hanno un elevato #Mg e contengono meno del 55 wt% di SiO 2. Non esiste una località tipo come per gli altri gruppi. Per quanto riguarda il magmatismo italiano, rocce appartenenti al gruppo IV sono state riportate solamente a Radicofani (SI PMT). 16 4

5 Lamproiti Kamafugiti Le Maitre, Le Maitre, Plagioleucititi La nomenclatura proposta prevede l utilizzo del diagramma QAPF con l aggiunta del prefisso leucite. Queste rocce si collocano nel campo 15 che è suddiviso in 3 sottocampi: 1. 15a leucitite fonolitica: % delle componenti leucrocate sono foidi e il kfs > plg b leucitite tefritica: % delle componenti leucrocate sono foidi e il plg > kfs c leucitite in s.s.: % delle componenti leucrocate sono foidi. Le Maitre, 2002 Nomi obsoleti (spiegazione Le Maitre, 2002 Glossary): Albanite, arsoite, cecilite, ciminite, italite, orvierite, ponzite, tavolatite, vesbite, vicoite, viterbite, vulsinite. 19 Il 5-90 vol.% di queste rocce è costituito da: 1. fenocristalli di flogopite, ricca di TiO 2 ( 2 wt%) e povera di Al 2 O 3 (5 12 wt%); 2. flogopite ricca di TiO 2 (5 10 wt%), con tessitura pecilitica in pasta di fondo; 3. richterite ricca di TiO 2 (3 5 wt%) e K 2 O (4 6 wt%); 4. olivina (Fo ); 5. diopside povero di Al 2 O 3 (< 1 wt%) e Na 2 O (< 1 wt%); 6. leucite non stechiometrica ricca di Fe 2 O 3 (1 4 wt%); 7. sanidino ricco di Fe 2 O 3 (1 5 wt%). 20 5

6 Fasi accessorie minori e comuni sono: La presenza di anche una delle fasi qui elencate esclude che la roccia in esame possa essere classificata come una lamproite: 1. priderite (K,Ba)(Ti,Fe)8O16; 2. wadeite K2Zr(Si3O9); 3. Apatite Ca5(PO4)3(OH,F,Cl); 4. Perovskite CaTiO3; 5. magnesio-cromite Mg(Cr,Al,Fe)2O4; 6. magnesio-cromite titanifera; 7. magnetite ricca di Mg e Ti Fe2+(Fe3+,Ti)2O4; 8. jeppeite (K,Ba)2(Ti,Fe)6O13; 9. armalcolite ((Mg,Fe)Ti2O); 10. shcherbakovite (K,Ba)KNa(Ti,Nb)2(Si4O12)O2; 11. Ilmenite FeTiO3; 12. Enstatite MgSiO plagioclasio primario; 2. melilite; 3. monticellite; 4. kalsilite; 5. nefelina; 6. feldspato ricco di Na; 7. sodalite; 8. nosean, 9. haüyna; 10. melanite; 11. schorlomite; 12. kimzeyite. 22 Montecatini val di Cecina (PI) Età 4.1 Ma Sill lamproitico di Sisco (Corsica) Età 14.2 Ma 100 μm 7 mm (Foto di A. da Mommio) 7 mm μm 6

7 La kalsilite (KAlSiO 4 ) è la fase onnipresente delle kamafugiti. Le altre fasi presenti sono: 1. melilite (Ca 2 M(XSiO 7 )), M= cationi bivalenti o trivalenti con raggio piccolo o medio; X= Si, Al o B; 2. olivina; 3. clinopirosseno - salite (ricco di Al 2 O 3 e di TiO 2 ); 4. flogopite; 5. leucite (povero di Fe 2 O 3 ); 6. sanidino (povero di Fe 2 O 3 ); 7. perovskite, CaTiO 3. Spesso è possibile trovare vetro e carbonati in pasta di fondo. Non tutte queste fasi sono necessariamente presenti. L assenza o la presenza di una o più fasi è utile per la nomenclatura delle rocce appartenenti a questo gruppo. 25 modificata da Le Maitre, mm San Venanzo (PG) Età 0.26 Ma (Foto A.da Mommio) Le caratteristiche chimiche delle fasi presenti sono influenzate dagli elevati contenuti di Al 2 O 3 di queste rocce. Plagioclasio e clinopirosseno hanno elevati contenuti di Al 2 O 3, questi sono maggiori rispetto a quelli degli altri gruppi di rocce K e UK. La leucite contiene meno Fe 2 O 3, rispetto agli altri gruppi. 7 mm 7 mm

8 Le rocce della serie shoshonitica sono rocce potassiche e variano da: trachibasalti trachiti shoshoniti s.s. latiti Le rocce della serie calcoalcalina alte in K e calcoalcaline sono rocce subalcaline e variano da basalti andesiti basaltiche andesiti daciti rioliti. Tutte queste rocce sono caratterizzate da contenuti di CaO e Al 2 O 3 superiori a 15 wt%. Le Maitre, Peccerillo e Taylor, Ambiente orogenico Le lamproiti si trovano sia in zone continentali stabili sia in aree orogeniche. Le rocce provenienti da aree continentali stabili non sono di norma mai associate a rocce potassiche. Le lamproiti di ambiente orogenico sono di norma associate a rocce CA e SHO Conticelli et al.,

9 Le rocce del gruppo II si trovano principalmente in ambiente di rift. Le rocce del gruppo III si trovano esclusivamente in zone orogenetiche attive. (Aleutine, Indonesia). Si trovano associate a rocce SHO e CA.33 (Mirnejad & Bell, 2006) Le lamproiti sono tra le rocce K e UK quelle che mostrano i maggiori arricchimenti di elementi in traccia. Da notale le differenze tra le lamproiti di aree continentali stabili e quelle di aree orogenetiche: quelle di aree orogenetiche hanno generalmente picchi negativi per il Ba, Ta, Nb e Ti e picchi positivi per Th, U e Pb. Il rapporto Nd/Sr delle lamproiti è maggiore di 1, è invece minore di 1 nelle rocce 34 potassiche e subalcaline a queste associate. Italia Modificato: da Peccerillo et al., 1988 (Italia) e da Thompson et al (Uganda) Conticelli et al., 2010 Uganda Conticelli et al., Le kamafugiti italiane si discostano dai trend standard e presentano trend simili a quelli della provincia magmatica romana (gruppo II). Generalmente le kamafugiti umbre sono più arricchite di elementi incompatibili in traccia, sono impoverite in HFSE e arricchite in LILE. Questo trend è tipico rocce formatesi in ambiente orogenetco. I rapporti Ta/Nb, Nd/Sr e Zr/Hf delle kamafugiti italiane sono comparabili a quelle 36 delle plagioleucititi. 9

10 Modificata da Nelson, 1992 Impoverimento più marcato di Ba, Nb e Ti rispetto agli altri gruppi. Frazionamento più marcato degli elementi incompatibili. Il picco dello Sr è negativo, ma meno rispetto a quello del gruppo I (lamproiti). Le rocce potassiche associate alle UK della PMR sono meno arricchite di elementi incompatibili Nd/ 144 Nd 87 Sr/ 86 Sr Conticelli et al., 2010 Dati da Conticelli et al.,

11 La grande variabilità dei magmi potassici e ultrapotassici è il risultato di diversi processi? Il processo che ha determinato l arricchimento di questi magmi è lo stesso che determinato la loro messa in posto? Quale processo può causare un arricchimento degli elementi incompatibili mantenendo inalterate le caratteristiche primitive di questi magmi? 41 Cristallizzazione frazionata: alto grado di cristallizzazione frazionata di un fuso basaltico, originatosi per fusione parziale di una sorgente peridotitica a granato. Questo modello non spiega né le caratteristiche primitive di questi magmi né la presenza di xenoliti mantellici. Assimilazione crostale: assimilazione di materiale crostale ricco di elementi incompatibili. Anche questo modello non permette di spiegare la presenza di xenoliti mantellici, inoltre per ottenere composizioni isotopiche uguali a quelle di queste rocce sarebbero necessario assimilare enormi volumi di crosta (70%). 42 Questo modello si basa sui risultati di 2 studi della fine degli anni 80: 1. piccolissime quantità di materiale fuso ( < 1 vol. %) sono mobili nel mantello: le piccole frazioni di fuso di una peridotite mantellica devono essere arricchite in elementi incompatibili. Questi fusi rappresentano un tipo di fuso ultrapotassico. 2. scoperta che il materiale crostale può essere subdotto almeno fino a profondità di km. La grande variabilità di queste rocce dipende dalla diversa natura della sorgente mantellica metasomatizzata, dalla diversa natura dei fluidi e/o fusi metasomatizzanti e dal diversi grado di fusione della sorgente metasomatizzata

12 Xenoliti mantellici Lamproiti: composizione harzburgitica e dunitica con vene e noduli ricchi di anf, phl, plg e cpx. Kamafugiti: sono ricchi di mica e cpx, questa associazione mineralogica risulta dalla sostituzione di minerali presistenti (ol e opx) Plagioleucititi: noduli ultramafici arricchiti di cpx. Conticelli et al., 2004 Elementi maggiori Lamproiti: bassi contenuti di Al 2 O 3, CaO e Na 2 O. Kamafugiti: bassi contenuti di Al 2 O 3 e Na 2 O. Gli elevati contenuti di CaO sono legati un successivo evento di arricchimento. Plagioleucititi: alti contenuti di Al 2 O 3, CaO e Na 2 O, non ci sono evidenze di impoverimento della sorgente. I relativamente bassi contenuti di MgO, Ni e Cr potrebbero indicare una 45 sorgente povera di olivina. Caratteristica comune dei fluidi/fusi metasomatizzanti delle rocce K e UK è che questi siano ricchi di K 2 O La natura dei fluidi e/o fusi metasomatizzanti è legata alla natura del materiale subdotto: La subduzione di materiale privo di carbonati invece determinerà elevati contenuti di SiO 2 e bassi contenuti di CaO, Na 2 O e Al 2 O 3 (LAMPROITI). La subduzione di rocce ricche di carbonati causa un arricchimento di CaO e CO 2. La CO 2 influenzerà il grado di saturazione in SiO 2 (KAMAFUGITI). Se aumenta il rapporto argille/carbonati si avrà anche un arricchimento in Al 2 O 3 e un minor grado di sottosaturazione di SiO 2 (PLAGIOLEUCITITI). 46 Modello wall-rock dissolution (Foley, 1992b) cpx anf phl grnt ol opx ap Il fuso prodotto dalla fusione delle vene si infiltra nelle rocce circostanti. Il fuso porterà in dissoluzione i minerali del wall rock che si trovano in forte disequilibrio con il fuso. Per una vena di composizione cpx-mica i primi minerali del wall rock ad essere portati in dissoluzione saranno opx e ol. La dissoluzione dell olivina conferisce al fuso le sue caratteristiche primitive (fusi ultrapotassici)

13 Modello vein-plus-wall-rock (Foley, 1992b) Successivamente può avvenire anche la fusione del wall rock. La fusione del wall rock interesserà prima quei minerali che hanno punto di fusione minore (cpx e grt). La fusione del wall rock causa la diluizione del carattere ultrapotassico del magma iniziale. Secondo il modello di Foley (1992b) l alcalinità del magma è funzione del rapporto V/ W, più un magma è alcalino più questo rapporto è alto. Per piccoli gradi di fusione il magma sarà più alcalino. 49 Riferimenti bibliografici Con-celli, S., Guarnieri, L., Farinelli, A., Ma:ei, M., Avanzinelli, R., Bianchini, G., Boari, E., Tommasini, S., Tiepolo, M., Prelevic, D., and Venturelli, G., 2009, Trace elements and Sr- Nd- Pb isotopes of K- rich, shoshoni9c, and calc- alkaline magma9sm of the Western Mediterranean Region: Genesis of ultrapotassic to calc- alkaline magma9c associa9ons in a post- collisional geodynamic secng: Lithos, v. 107, p Con-celli, S., Laurenzi, M. A., Giordano, G., Ma:ei, M., Avanzinelli, R., Melluso, L., Tommasini, S., Boari., E., Cifelli, F., Perini, G., 2010, Leucite- bearing (kamafugi9c/leuci99c) and free (lamproi9c) ultrapotassic rocks and associated shoshonites from Italy: constraints on petrogenesis and geodynamics. In: (Eds.) Marco Beltrando, Angelo Peccerillo, Massimo MaIei, Sandro ConLcelli, and Carlo Doglioni, Journal of the Virtual Explorer, volume 36, paper 20, doi: /jvirtex Con-celli, S., Melluso, L., Perini, G., Avanzinelli, R., & Boari, E., 2004, Petrologic, geochemical and isotopic characteris9cs of potassic and ultrapotassic magma9sm in central- southern Italy: inferences on its genesis and on the nature of the mantle sources. Periodico di Mineralogia, Special Issue: A showcase of the Italian research in Petrology: magmalsm in Italy, v. 73, pp Foley, S. F., 1992a, Petrologiacal characteriza9on of the source components of potassic magmas: geochemical and experimental contraints: Lithos, v. 28 p Foley, S. F., 1992b, Vein- plus- wall- rock mel9ng mechanisms in the lithosphere and the origin of potassic alkaline magmas. Lithos, v. 28 p Foley, S. F., Venturelli, G., Green, D. H., and Toscani, L., 1987, The ultrapotassic rocks: characteris9cs, classifica9on, and constraints for petrogene9c models: Earth Science Reviews, v. 24, p Le Maitre, R. W., 2002, Igneous Rocks. A classifica9on and glossary terms. Recommenda9ons of the Interna9onal Union of Geological Sciences Subcommission on the Systema9cs of Igneous Rocks. Cambridge University Press, 236 pp. Mirnejad, H., & Bell, K., 2006, Origin and Source Evolu9on of the Leucite Hills Lamproites: Evidence from Sr Nd Pb O Isotopic Composi9ons: Journal of Petrology, vol. 47, no. 12, pp Mitchell, R. H., & Bergman, S. C., 1991, Petrology of lamproites. xvi pp., New York, London: Plenum Press. Price not stated. ISBN X. Muravyeva, N. S., & Belyatsky, B. V., 2009, Petrology and geochemistry Toro Ankole kamafugite magmas: isotopic constraints. Geophysical Research Abstracts, vol.11, Peccerillo, A., 2005, Plio- Quaternary volcanism in Italy. Berlin Heidelberg, Springer- Verlag, 365 pp. Thompson R.N., Morrison M.A., Hendry G.L., Parry S.J., An assessment of the rela9ve roles of crust and mantle in magma genesis: an elemental approach: Phil.Trans. R. Soc. London, A310: