Claudio D'Amico-Fabrizio Innocenti-Francesco P. Sassi MAGMATISMO E METAMORFISMO. =i:,it$ UTET

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1 Claudio D'Amico-Fabrizio Innocenti-Francesco P. Sassi MAGMATISMO E METAMORFISMO =i:,it$ UTET

2 SOMMARIO Prefazione P- XV 1. INTRODUZIONE» Struttura e composizione della terra» La struttura interna» La composizione degli involucri terrestri» Cenni sulla tettonica delle placche» I processi petrogenetici» 19 MAGMATISMO 2. LE ROCCE MAGMATICHE» Caratteri stnitturali in rapporto ai modi di solidificazione» I minerali» Quarzo» Alcalifeldspati» Plagioclasi» Rapporti fra alcalifeldspati e plagioclasi» Feldspatoidi o foidi» Olivine» Ortopirosseni» Clinopirosseni» Rapporti tra ortopirosseni e clinopirosseni» Anfiboli» Relazloni fra pirosseni e anfiboli» Biotite» Muscovite e Al-minerali» Minerali fondamentali rari» Ossidi di Fe, Ti, Cr» Minerali accessori» Composizione chimica delle rocce magmatiche e principali classificazioni su base chimica» caratteri generali» Saturazione di SiOj» Saturazione di AI2O3» Alcalinita» Classificazione generale e nomenclatura delle rocce eruttive» criteri di classificazione generale» Classificazione delle rocce plutoniche» Classificazione delle rocce vulcaniche» Eteromorfismo» Nomenclatura delle rocce ipoabissali» 53

3 VI 3. IL MAGMA p II magma» Natura del magma» Viscosita» Densita» La solubilita dell'acqua e di altri costituenti volatili» vulcani» L'attiviti vulcanica» prodotti vulcanici» Le strutture e i corpi vulcanici» corpi plutonici e ipoabissali» II movimento del magma» La risalita dei magmi» La messa in posto dei plutoni» LA CRISTALLIZZAZIONE MAGMATICA» Elementi di termodinamica elementare» Primo principio della termodinamica. Entalpia. Capacita termica..» Secondo e terzo principio della termodinamica» L'energia libera» Energia libera e costante di equilibrio» Influenza di re di P sugli equilibri» Equazione di Clapeyron» Regola delle fasi e diagrammi di stato» Sistemi a due componenti totalmente miscibili alio stato liquido ed immiscibili alio stato solido» Cristallizzazione frazionata e fusione parziale» Curve teoriche e curve sperimentali di cristallizzazione» Sistemi a due componenti totalmente miscibili alio stato solido e alio stato liquido» Fusione congruente ed incongruente» Sistemi ternari» Sistemi pseudobinari» II sistema diopside-albite-anortite» Alcuni sistemi di particolare rilevanza petrogenetica» II sistema feldspatico ternario» II sistema granitico» II sistema petrogenetico residuale» L'effetto plagioclasio e le rocce peralcaline» Sistemi comprendenti elementi con variabile numero di ossidazione: influenza dell'ossigeno sulla cristallizzazione magmatica» Cenno sui sistemi quaternari» STORIA DEI MAGMI: PROVENIENZA E DIFFERENZIAZIONE» Condizioni di temperature e pressione del processo di formazione e differenziazione dei magmi: indicazioni termodinamiche» Geotermometri e geobarometri» Equilibrio plagioclasio-iiquido (geotermometro di Kudo e Weill)...» Equilibrio feldspato alcalino-plagioclasio» Equilibrio tra gli ossidi di ferro e titanio» Valutazione termodinamica di P e di T nei processi di cristallizzazione e genesi di magmi» La differenziazione magmatica» Cristallizzazione frazionata» Separazione di una fase gassosa» 151

4 Immiscibilita di liquidi p Differenziazione omogenea» L'assimilazione» n comportamento degli elementi in traceia nel processo igneo» Tendenze generali di comportamento» Comportamento alia cristallizzazione» Comportamento alia fusione» 167 VII 6. LE SERIE MAGMATICHE» Introduzione» I diagrammi di variazione» Serie alcaline e subalcaline» Classificazione delle serie magmatiche» La classificazione chimica dei basaiti» LE ASSOCIAZIONI OROGENICHE» Configurazione delle zone di convergenza» Variazioni spazio-temporali del vulcanismo orogenico» Caratteri chimici e petrografici delle serie orogeniche» Petrogenesi delle andesiti» Condizioni generali» Ipotesi di derivazione eclogitica» Ipotesi della magmatogenesi a piu stadi» frazionamento da magmi basaltici» L'influenza della crosta continentale» Conclusione» II plutonismo orogenico» Inquadramento» Le tipologie e le loro variazioni spazio-temporali» plutonismo calcalcalino» II plutonismo a dominante granitica» Relazloni tra plutonismo e vulcanismo orogenici» Genesi ed evoluzione dei magmi plutonici orogenici» Aspetti geologico-evolutivi» Caratterizzazioni geochimiche deirevoluzione plutonica» Provenienza ed evoluzione dei magmi plutonici» LE ASSOCIAZIONI ALCALINE» 229 ^ 8.1. Generalita» Le serie mediamente alcaline» Le serie alcalino-sodiche» Le serie alcalino potassiche» Le serie transizionali» Le serie fortemente alcaline: I'esempio della provincia comagmatica romana.» LE ASSOCIAZIONI THOLEIITICHE» Caratteri generali» I plateaux basaltici» Caratteri petrologici e geochimici» Genesi ed evoluzione» 248

5 VIII 9.3. Le tholeiiti oceaniche p Caratteri petrologici e geochimici» Genesi ed evoluzione» I plutoni basici-ultrabasici» Quadro geologico» Caratteri dei plutoni basici-ultrabasici» Un cenno ai fenomeni di cumulo» Genesi della stratigrafia e della struttura dei plutoni» Leofioliti» Quadro geologico» complessi ofiolitici e la loro interpretazione» 268 METAMORFISMO 10. DEFINIZIONE, FATTORI E MECCANISMI DEL METAMORFISMO» Inquadramento generale» Fattori del metamorfismo» Generalita» La fase fluida» La temperatura» La pressione» L'attiviti dinamica (o la deformazione)» Meccanismi del metamorfismo» Generalita» Attivazione» Migrazione» Nucleazione» Accrescimento di cristalli» LO STUDIO DELLE ROCCE METAMORFICHE» Scopi» Ausili grafici» Generality» Diagrammi chemografici vari» Diagrammi ACFe A'KF» DiagrammaAFM» Esempi di rappresentazioni tetraedriche» L'uso di diagrammi chemografici e significato delle linee di congiunzione» Metodi e criteri di studio delle rocce metamorfiche» Cenni di nomenclatura delle rocce metamorfiche» IL RINNOVAMENTO MINERALOGICO» Le associazioni mineralogiehe metamorfiche» Generalita» Le assocleizioni mineralogiehe come prodotto di equilibrio» Associazioni mineralogiehe "limitanti" e "non-iimitanti"» Le reazioni metamorfiche» Generalita» Reazioni solido-solido» Reazioni solido-(solido H-fluido)» 324

6 Reazioni di ossido-riduzione p Reazioni di scambio ionico» Reazioni discontinue e reazioni continue» Riconoscimento delle reazioni metamorfiche nelle rocce» Reversibilita delle reazioni metamorfiche. Metamorfismo retrogrado» Metodo di Schreinemakers per localizzare le curve di reazione univarianti nel campo T-P» Prove di equilibrio» 336 IX 13. IL RINNOVAMENTO STRUTTURALE» Introduzione» Le strutture metamorfiche piu comuni» Ilimiti intergranulari» Le dimensioni dei cristalli» Le dimensioni dei cristalli della matrice» La porfiroblastesi» La forma dei cristalli» Le orientazioni preferenziali» Microstrutture di reazione» Generalita» bordi di reazioni e le microstrutture coronitiche» Le microstrutture di smistamento» Le pseudomorfosi» La successione delle eristallizzazioni. Analisi dei rapporti cronologiei fra eristallizzazioni e deformazioni» Generalita» Effetti deformativi» Criteri di classificazione delle eristallizzazioni, pre-, sin- e postcinematiche» Rappresentazione schematica deltevoluzione di un evento metamorfico» TlPl DI METAMORFISMO. GRADUALITA DEI PROCESSI METAMOR FICI. METAMORFISMI E GRADIENTI TERMICI» Tipi di metamorfismo» Grado metamorfico e facies metamorfiche» Zoneografia metamorfica» Metamorfismi e gradienti termici» PROCESSI METAMORFICI CON Pf = PTOT» Anchimetamorfismo» Metamorfismo di contatto» L'aureola di contatto» Gli effetti metamorfici principali» Metamorfismo regionale di alto gradiente termico» Caratteri generali» diagramma delle fasi Al2SiOs» Stabilita della cordierite» Gli effetti metamorfici principali» Metamorfismo regionale di gradiente termico intermedio» 400

7 X Caratteri generali p Gli effetti metamorfici principali» Tipi estremi di metamorfismo regionale di gradiente termico intermedio» Metamorfismo di basso gradiente termico (o meglio di alto gradiente di pressione)» Generality» La facies zeolitica» Facies lawsonite-albite, facies lawsonite-glaucofane e facies lawsonite-giadeite + quarzo» Ulteriori suddivisioni del campo P-T corrispondente al metamorfismo di alto gradiente di pressione» Metamorfismo di fondo oceanico» PROCESSI METAMORFICI CON PH^O «PTOT» Generalita» Facies granulitica» Definizione» Le associazioni mineralogiehe» Le condizioni ambientali» Facies eclogitica» Definizione» Le condizioni ambientali» Evoluzione delle eclogiti» Considerazioni conclusive» GEOTERMOMETRIA E GEOBAROMETRIA BASATE SULLE REAZIONI CONTINUE» Generality» Precauzioni nell'uso di metodi geotermometrici e geobarometrici» Fsempi di geotermometri e geobarometri basati su reazioni continue» Geotermometro granato-biotite» Geotermometro calcite-dolomite» Geotermometro granato-clinopirosseno» Geobarometria basata sul contenuto in celadonite s.s. nella muscovite» Geobarometro muscovite-clorite-biotite» Geotermometria e geobarometria basate su variazioni compositive di fasi soluzioni solide nell'ambito di reazioni discontinue» Geobarometro ferrosiiite = fayalite-i-quarzo» Geobarometro cordierite-granato-sillimanite-quarzo» Geotermobarometro clinopirosseno-ortopirosseno» PROCESSI METAMORFICI LEGATI A MOBILITA CHIMICA ELEVATA.» Introduzione» La differenziazione metamorfica» Metasomatismo» Generality» Meccanismi e fattori del metasomatismo metamorfico. Le reazioni di scambio ionico» Principali effetti del metasomatismo metamorfico» 461

8 XI 19. METAMORFISMO ED EVOLUZIONE CROSTALE p Generality» Distribuzione dei complessi metamorfici di vario tipo» Regimi termici e tipi di metamorfismo» Altre considerazioni» Evoluzione delle strutture termiche durante un singolo evento metamorfico» L'influenza dell'erosione sugli equilibri metamorfici» Particolarity sulla struttura termica e le facies metamorfiche nella placca subdotta» Conseguenze della discordanza angolare fra superfici isoterme e isobare» Regimi termici e meccanismi di ispessimento crostale» Considerazioni conclusive» 483 Appendice 1. Analisi modale in sezione sottile» 485 Appendice 2. Calcoli petrochimici» 487 Appendice 3. Raggi ionici dei principali elementi di interesse geochimico» 492 Appendice 4. Dati termodinamici dei piii importanti minerali delle rocce a T = 298, 15 K, P = 1 bar 496 Appendice 5. Valori di normalizzazione per le Terre Rare ed elementi ineompatibili. 497 Appendice 6» 498 Bibliografia generale» 501 Indice analitico» 529