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IL PROCESSO MAGMATICO E IL PROCESSO MAGMATICO E
LE ROCCE MAGMATICHELE ROCCE MAGMATICHE
Giovanni B. PiccardoGiovanni B. Piccardo
FUSI NATURALI E MAGMI
Fuso naturale = liquido silicatico naturale ad alta temperatura, composto da
elementi in soluzioni ioniche complesse, con struttura interna caratterizzata
dalla presenza di tetraedri (SiO4)4-, legati fra loro in modo variabile e complesso
in catene di tetraedri (variamente polimerizzati).
Magma = sistema naturale complesso rappresentato da una fase liquida
silicatica ad alta temperatura, e dalla presenza di una o piu' fasi solide (minerali)
ed eventualmente una fase gassosa.
Silicio e altri cationi che compongono la struttura polimerizzata del liquido sono
detti costruttori di struttura, mentre i cationi che interrompono i legami tra i
tetraedri o generano poliedri non polimerizzati sono detti modificatori di
struttura.
L'entita' della polimerizzazione di un fuso silicatico dipende dall'aumentare del
contenuto in SiO2.
La struttura del fuso silicatico influenza le proprieta' fisiche (densita', viscosita'
ecc.) del fuso.
In condizioni secche: la In condizioni secche: la
temperatura di fusione temperatura di fusione
aumenta all’aumentare aumenta all’aumentare
della pressionedella pressione
In condizioni idrate (solido In condizioni idrate (solido
saturato in H2O): la saturato in H2O): la
temperatura di fusione temperatura di fusione
inizialmente decresce in inizialmente decresce in
modo vistoso modo vistoso
all’aumentare della all’aumentare della
pressione, perche’ la pressione, perche’ la
quantita’ di H2O nel quantita’ di H2O nel
sistema aumenta con la sistema aumenta con la
pressione e l’effetto pressione e l’effetto
“fondente” dell’H2O “fondente” dell’H2O
aumenta con l’aumentare aumenta con l’aumentare
dl contenuto in H2Odl contenuto in H2O
DaDa Burnham and Davis (1974). A JBurnham and Davis (1974). A J
SciSci 274, 902274, 902--940. 940. e e Boyd and Boyd and
England (1963).England (1963). JGR 68, 311JGR 68, 311--323.323.
L’EFFETTO DELL’H2O SULLA FUSIONE
CURVE DI INIZIO FUSIONE (SOLIDUS) DI VARIE CURVE DI INIZIO FUSIONE (SOLIDUS) DI VARIE
ROCCE IN CONDIZIONI SECCHE E SATURE IN H2OROCCE IN CONDIZIONI SECCHE E SATURE IN H2OIn condizioni secche, le Ts In condizioni secche, le Ts
(Temperature di solidus) (Temperature di solidus)
crescono all’aumentare della crescono all’aumentare della
pressione.pressione.
In condizioni saturate in H2O In condizioni saturate in H2O
le Ts decrescono inizialmente le Ts decrescono inizialmente
con l’aumentare della con l’aumentare della
pressione, perche’ con la pressione, perche’ con la
pressione aumento la pressione aumento la
quantita’ di H2O (fondente) quantita’ di H2O (fondente)
presente nella roccia.presente nella roccia.
Solidi (linee di inizio fusione) in Solidi (linee di inizio fusione) in
condizioni sature di Hcondizioni sature di H22OO (linee (linee
continue)continue) e condizioni secche, prive e condizioni secche, prive
didi HH22OO (linee tratteggiate)(linee tratteggiate) di una di una
granodioritegranodiorite (Robertson and Wyllie, (Robertson and Wyllie,
1971), 1971), di un gabbro (basalto)di un gabbro (basalto)
(Lambert and Wyllie, 1972) (Lambert and Wyllie, 1972) e di una e di una
peridotiteperidotite (Kushiro(Kushiro et al.et al., , 1968;1968; Ito Ito
and Kennedy, 1967).and Kennedy, 1967).
Intervalli di Intervalli di
fusione fusione
determinati determinati
sperimentalmentesperimentalmente
per un gabbro, in per un gabbro, in
condizioni secche condizioni secche
(assenza di(assenza di HH22O),O), ee
sature in Hsature in H22O.O.
LambertLambert and and
Wyllie (1972).Wyllie (1972). J. J.
Geol., 80, 693Geol., 80, 693--708.708.
CURVE DI SOLIDUS (INIZIO FUSIONE o COMPLETA CRISTALLIZZAZIONE) E
CURVE DI LIQUIDUS (COMPLETA FUSIONE o INIZIO CRISTALLIZZAZIONE)
1. 1. I naturali, prodotti per fusione parziale all’interno delle TerrI naturali, prodotti per fusione parziale all’interno delle Terra, a,
salendo verso la superficie possono raffreddare e consolidare insalendo verso la superficie possono raffreddare e consolidare in
profondita’ o in superficie, in dipendenza della velocita’ di riprofondita’ o in superficie, in dipendenza della velocita’ di risalita’, salita’,
cioe’ di raffreddamento per perdita di calore per conduzionecioe’ di raffreddamento per perdita di calore per conduzione
2. 2. Una risalita lenta e il ristagno (intrusione) in profondita’ cauUna risalita lenta e il ristagno (intrusione) in profondita’ causano un sano un
lento raffreddamento del fuso e il suo consolidamento entro la lento raffreddamento del fuso e il suo consolidamento entro la
litosfera (crosta o mantello), cioe’ in litosfera (crosta o mantello), cioe’ in AMBIENTE INTRUSIVOAMBIENTE INTRUSIVO
3. 3. Una risalita rapida, senza apprezzabile raffreddamento, comportaUna risalita rapida, senza apprezzabile raffreddamento, comportano no
la risalita e l’effusione in superficie del fuso con brusco la risalita e l’effusione in superficie del fuso con brusco
raffreddamento e consolidamento in raffreddamento e consolidamento in AMBIENTE EFFUSIVOAMBIENTE EFFUSIVO
4. 4. In ambiente intrusivo (lento raffreddamento) il consolidamento In ambiente intrusivo (lento raffreddamento) il consolidamento
avviene per formazione di cristalli (avviene per formazione di cristalli (CRISTALLIZZAZIONECRISTALLIZZAZIONE))
55. . In ambiente effusivo (brusco raffreddamento) il consolidamento In ambiente effusivo (brusco raffreddamento) il consolidamento
avviene per brusco aumento della viscosita’ (avviene per brusco aumento della viscosita’ (VETRIFICAZIONEVETRIFICAZIONE))
IL CONSOLIDAMENTO DEI FUSI NATURALI
LA CRISTALLIZZAZIONE DI UN MAGMA
Velocita’ idealizzate di nucleazione cristallina e di crescita cristallina in funzione della temperatura al di sotto del punto di fusione di un fuso. Un lento raffreddamento comporta un basso grado di sottoraffreddamento (Ta): in questo caso una lenta nucleazione e una rapida crescita producono pochi grandi cristalli a grana grossa. Il rapido raffreddamento comporta un maggiore sottoraffreddamento(Tb): in questo caso la rapida nucleazione e il lento accrescimento producono molti piccoli cristalli. Un raffreddamento molto veloce comporta bassi o assenti nucleazione e crescita (Tc), producendo la formazione di vetro.
NucleazioneNucleazione
Crescita
Crescita
Punto di fusione
Punto di fusione
1. 1. I fusi durante il raffreddamento cristallizzano passando da fusoI fusi durante il raffreddamento cristallizzano passando da fuso a a
solido entro un intervallo di temperatura (e di pressione)solido entro un intervallo di temperatura (e di pressione)
2. 2. Vari minerali cristallizzano in questo intervallo di temperaturaVari minerali cristallizzano in questo intervallo di temperatura, e il , e il
numero di minerali cresce al diminuire della temperaturanumero di minerali cresce al diminuire della temperatura
3. 3. I minerali si formano secondo una sequenza, con sovrapposizioniI minerali si formano secondo una sequenza, con sovrapposizioni
4. 4. I minerali che hanno soluzioni solide cambiano composizione al I minerali che hanno soluzioni solide cambiano composizione al
progredire del raffreddamentoprogredire del raffreddamento
55. . La composizione del fuso cambia durante la cristallizzazioneLa composizione del fuso cambia durante la cristallizzazione
6. 6. I minerali che cristallizzano (e la sequenza di cristallizzazionI minerali che cristallizzano (e la sequenza di cristallizzazione) e)
dipendono dalla temperatura e dalla composizione del fusodipendono dalla temperatura e dalla composizione del fuso
7. 7. La pressione puo’ influenzare i tipi di minerali che si formano La pressione puo’ influenzare i tipi di minerali che si formano e la e la
loro sequenza di cristallizzazioneloro sequenza di cristallizzazione
8. 8. La natura e la pressione dei volatili possono anche determinare La natura e la pressione dei volatili possono anche determinare i i
tipi di minerali che si formano e la loro sequenzatipi di minerali che si formano e la loro sequenza
COMPORTAMENTO DEI FUSI DURANTE
LA CRISTALLIZZAZIONE
I MINERALI DELLE ROCCE MAGMATICHE
Minerali essenziali o fondamentali (rock-forming minerals).
- Quarzo SiO2
- Plagioclasi (Na,Ca)Al(Al,Si)Si2O8
- Albite NaAlSi3O8
- Anortite CaAl2Si2O8
- Feldspati alcalini (Na,K)AlSi3O8
- Albite NaAlSi3O8
- Ortoclasio KAlSi3O8
- Feldspatoidi
- Nefelina NaAlSiO4
- Leucite KAlSi2O6
- Miche chiare (muscovite) e scure (biotite, flogopite)
- Biotite K(Mg,Fe)3(Al,Fe)Si3O10(OH,F)2
- Anfiboli calcici (orneblende) e sodici (riebekite ecc.)
- Orneblenda NaCa2(Mg,Fe,Al)5(Si6-7Al2-1O22)(OH,F)2
- Riebekite Na2(Fe,Mg)3Fe2Si8O22(OH)2
- Pirosseni (Ca,Mg,Fe)2Si2O6
- Enstatite-Ferrosilite Mg2Si2O6 - Fe2Si2O6
- Diopside-Hedembergite CaMgSi2O6 - CaFeSi2O6
- Augite e pigeonite (Ca,Mg,Fe)2Si2O6
- Olivine (Mg,Fe)2SiO4
- Forsterite Mg2SiO4
- Fayalite Fe2SiO4
Olivina Plagioclasio calcico
Mg Pirosseno
Mg-Ca Pirosseno
Anfibolo
Biotite
(Spinello)
Temperatura decresce
Feldspato potassicoMuscoviteQuarzo
Plagioclasio alcalino
Plagioclasio Ca-Na
Plagioclasio Na-Ca
LA SERIE DI CRISTALLIZZAZIONE LA SERIE DI CRISTALLIZZAZIONE
DI BOWENDI BOWEN
Serie Serie
DiscontinuaDiscontinua SerieSerie
ContinuaContinua
LA REGOLA DELLE FASILA REGOLA DELLE FASI
F = C F = C -- φφ + + 22
FF = = gradi di liberta’gradi di liberta’
Il numero di parametri intensivi che devono essere specificati Il numero di parametri intensivi che devono essere specificati
per determinare completamente il sistemaper determinare completamente il sistema
φφ = = numero di fasinumero di fasi
Le fasi sono i costituenti meccanicamente separabiliLe fasi sono i costituenti meccanicamente separabili
CC = = numero minimo di componenti (costituenti chimici numero minimo di componenti (costituenti chimici
che devono essere specificati per definire tutte le fasi)che devono essere specificati per definire tutte le fasi)
22 = = 2 2 parametri intensiviparametri intensivi
((generalmente TEMPERATURA e PRESSIONE)generalmente TEMPERATURA e PRESSIONE)
FF = = 2211. . Si devono specificare 2 variabili intensive Si devono specificare 2 variabili intensive
indipendenti per determinare completamente il indipendenti per determinare completamente il
sistemasistema
= = una situazione DIVARIANTEuna situazione DIVARIANTE
lo stesso che:lo stesso che:
2. 2. Possono variare 2 variabili intensive in modo Possono variare 2 variabili intensive in modo
indipendente senza cambiareindipendente senza cambiare φφ, , il numero delle fasiil numero delle fasi
Le variabili intensive possono essere varie (P, T, X, GLe variabili intensive possono essere varie (P, T, X, G--VV--SS
molari ecc.). molari ecc.).
Nello studio dei diagrammi di fase si scelgono generalmenteNello studio dei diagrammi di fase si scelgono generalmente
come variabili T e X (composizione), a P costante.come variabili T e X (composizione), a P costante.
Quindi F = T e X (composizione)Quindi F = T e X (composizione)
SISTEMA A UN COMPONENTESISTEMA A UN COMPONENTE
Il sistemaIl sistema SiOSiO22
Stishovite
Coesite
α - quarzo
β - quarzo
Liquido
Tridymite
Cristobalite
600 1000 1400 1800 2200 2600
2
4
6
8
10Pressione (G
Pa)
Temperatura °C
Da Swamy and
Saxena (1994), J.
Geophys. Res., 99,
11,787-11,794. AGU
SISTEMA BINARIOSISTEMA BINARIOSistema a due componenti (Fo e Fa) miscibili allo Sistema a due componenti (Fo e Fa) miscibili allo
stato liquido e solidostato liquido e solido
FoFo -- Fa (MgFa (Mg22SiOSiO44 -- FeFe22SiOSiO44))Diagramma di fase
isobarico Temperatura-
Composizione a
pressione atmosferica
(Da Bowen and Shairer
(1932), Amer. J. Sci. 5th
Ser., 24, 177-213.
Fo20 40 60 80Fa
1300
1500
1700
1890
1205
T oC
Olivina
Liquido
Liquido
+
1900
a
b c
d
% in peso di Forsterite
Olivina
SISTEMA BINARIOSISTEMA BINARIOSistema a due componenti (A e B) miscibili allo stato Sistema a due componenti (A e B) miscibili allo stato
liquido e immiscibili allo stato solidoliquido e immiscibili allo stato solido
A 20 40 60 80 B
E
T°C
Solido B + Liquido
LIQUIDO CURVA
DI LIQ
UIDUS
Solido A + Liquido
SOLIDOSolido A + Solido B
% in peso di B
DIAGRAMMA DI FASE BINARIO ISOBARICO
Temperatura-Composizione (T-X)
TE
TB
T
TA
CURVA DI SOLIDUS
SISTEMA BINARIOSISTEMA BINARIO
PlagioclasioPlagioclasio (Ab(Ab--An, NaAlSiAn, NaAlSi33OO88 -- CaAlCaAl22SiSi22OO88))
Tf-Ab=1118
Ab 20 40 60 80 An
1100
1200
1300
1400
1500
Tf-An=1557
T Co
Plagioclasio
Liquido
Liquido
Piu’
Liquidu
s
Solidus
% in peso di Anortite
Plagioclasio
Sistema con miscibilita’ completa allo stato solidoSistema con miscibilita’ completa allo stato solido
Diagramma di fase isobarico
Temperatura - Composizione
(da Bowen 1913, Amer. J.
Sci., 35, 577-599).
SISTEMA BINARIO DEL PLAGIOCLASIOSISTEMA BINARIO DEL PLAGIOCLASIO
Composizione Composizione AA = = AnAn6060 = 60 g An + 40 g Ab= 60 g An + 40 g Ab
Tf-Ab=1118
Ab 20 40 60 80 An
1100
1200
1300
1400
1500
Tf-An=1557
T Co
Plagioclasio
Liquido
Liquido
Piu’
& in peso di Anortite
a
Plagioclasio
A
1118
Ab 20 40 60 80 An
1100
1200
1300
1400
1500
1557
T Co
Plagioclase
Liquid
Liquid
plus
Weight % An
a
b
Plagioclase
Si devono specificareSi devono specificare T e T e oppure queste si possono variare senza oppure queste si possono variare senza
cambiare il numero delle fasi: in cambiare il numero delle fasi: in aa il sistema e’ divariante.il sistema e’ divariante.XXAnAn
liqliq
1118
Ab 20 40 60 80 An
1100
1200
1300
1400
1500
1557
T Co
Plagioclase
Liquid
Liquid
+
a
b
Plagioclase
c
A 1450A 1450ooC, C, liquidoliquido dd e plagioclasioe plagioclasio f f coesistono in equilibriocoesistono in equilibrio
fd
Durante il progressivo raffreddamento, si verifica una reazione Durante il progressivo raffreddamento, si verifica una reazione del tipo:del tipo:
liquidoliquidoAA ++ solidosolidoBB = liquido= liquidoCC ++ solidosolidoDD
Ab20 40 60 80 An
1200
1300
1400
1500
1557
T Co
PlagioclasioLiquido
liquido
+
Anortite %
a
bc
df
gh
i
Plagioclasio
j
Il plagioclasio finale che si forma e’ Il plagioclasio finale che si forma e’ JJquandoquando si forma un plagioclasio consi forma un plagioclasio con
la composizione del liquido la composizione del liquido AA iniziale.iniziale.
OraOra φφ = = 1, cioe’ F1, cioe’ F = 2 = 2 -- 1 + 1 = 2 (1 + 1 = 2 (divariante)divariante)
Quando XQuando Xplagplag →→ hh, allora X, allora Xplagplag = X= Xtotale:totale:
la quantita’ di liquido residuo e’ 0.la quantita’ di liquido residuo e’ 0.
Allora Allora GG e’ la composizione dell’e’ la composizione dell’
ultimo liquido che cristallizza a ultimo liquido che cristallizza a
13401340ooC dalla composizione di C dalla composizione di
partenza del liquido, cioe’ An60.partenza del liquido, cioe’ An60.
A 1450A 1450ooC, liquido C, liquido dd e plagioclasio e plagioclasio f f coesistono in equilibriocoesistono in equilibrio
Durante il progressivo raffreddamento, si verifica una reazione Durante il progressivo raffreddamento, si verifica una reazione del tipo:del tipo:
liquidoliquidoAA + solido+ solidoBB = liquido= liquidoCC + solido+ solidoDD
G J=A
T C°
InIn aa in sistema e’ divariantein sistema e’ divariante: si devono specificare T e X : si devono specificare T e X
oppure queste possono variare senza cambiare il numero delle fasoppure queste possono variare senza cambiare il numero delle fasi.i.
InIn bb (sul liquidus) il sistema e’ univariante(sul liquidus) il sistema e’ univariante: compare una : compare una
nuova fase, i primi cristalli di plagioclasio, a composizionenuova fase, i primi cristalli di plagioclasio, a composizione CC..
F = 2 F = 2 -- 2 + 1 = 12 + 1 = 1 (univariante)(univariante)
Si deve specificare solo unaSi deve specificare solo una
Delle seguenti variabili:Delle seguenti variabili:
TT
1118
Ab 20 40 60 80 An
1100
1200
1300
1400
1500
1557
Plagioclasio
Liquido
liquido
+
a
b
Plagioclasio
c
XXAnAnliqliq
XXAbAbliqliq
XXAnAnplagplag
XXAbAbplagplag
e e
Sono dipendenti da TSono dipendenti da T
Le pendenze di solidus e liquidus Le pendenze di solidus e liquidus
sono l’espressione di questa relazionesono l’espressione di questa relazione
XXAnAnliqliq
XXAnAnplagplag
% in peso di Anortite A C
SISTEMA BINARIOSISTEMA BINARIOSistema con immmiscibilita’ completa allo stato solidoSistema con immmiscibilita’ completa allo stato solido
Sistema DIOPSIDESistema DIOPSIDE--ANORTITE a P atmosfericaANORTITE a P atmosferica
Di Di –– An (CaMgSiAn (CaMgSi22OO66 -- CaAlCaAl22SiSi22OO8 8 ))
TE=1274
Di 20 40 60 80 An
1200
1300
1400
1500
1600
T oC
Anortite + Liquido
LIQUIDO
Liquidus
Diopside + Liquido
SOLIDO (Diopside + Anortite)
a TL-An=1553
TL-Di=
1392
% in peso di Anortite
AE
E
I I
DIAGRAMMA DI FASE DIOPSIDEDIAGRAMMA DI FASE DIOPSIDE--ANORTITEANORTITE
Raffreddamento continuo e inizio cristallizzazione in a’ (Ta’) dRaffreddamento continuo e inizio cristallizzazione in a’ (Ta’) di Ani An
Al proseguire della cristallizzazione di An la composizione del Al proseguire della cristallizzazione di An la composizione del liquido si sposta da A verso Eliquido si sposta da A verso E
TE=1274
Di 20 40 60 80 An
1200
1300
1400
1500
1600
T oC
Anortite + Liquido
LIQUIDOLiqu
idus
Diopside + Liquido
SOLIDO (Diopside + Anorthite)
a
a’ Ta’
TL-An=1553
TL-Di=
1392
% in peso di Anortite
AE
I
E
I
DIAGRAMMA DI FASE DIOPSIDEDIAGRAMMA DI FASE DIOPSIDE--ANORTITEANORTITE
L’ordine di cristallizzazione (il primo minerale a cristallizzarL’ordine di cristallizzazione (il primo minerale a cristallizzare) e la e) e la
temperatura di iniziotemperatura di inizio--cristallizzazione dipende dalla composizione del cristallizzazione dipende dalla composizione del
liquido di partenzaliquido di partenza
% in peso di Anortite
1274
Di 20 40 60 80 An
1200
1300
1400
1500
1600
T oC
Anortite + Liquido
LIQUIDOLiqu
idus
Diopside + Liquido
SOLIDO (Diopside + Anorthite)
a
a’Ta’
E
b’Tb’
1553
1392
gh
b
AB
EI II
SISTEMA BINARIO Di(cpx) SISTEMA BINARIO Di(cpx) –– An(plag).An(plag).
Il clinopirosseno si forma per primo (con forme proprie) lungo iIl clinopirosseno si forma per primo (con forme proprie) lungo il solidus l solidus
(a destra dell’Eutettico) il plagioclasio, che inizia a cristall(a destra dell’Eutettico) il plagioclasio, che inizia a cristallizzare all’ izzare all’
Eutettico, occupa gli spazi interstiziali.Eutettico, occupa gli spazi interstiziali.
Gabbro Gabbro di di
StillwaterStillwater
Complex, Complex,
MontanaMontana
Plag
Cpx
Cpx
SISTEMA BINARIO Di(cpx) SISTEMA BINARIO Di(cpx) –– An(plag)An(plag)
Il plagioclasio si forma per primo (con forme proprie) lungo il Il plagioclasio si forma per primo (con forme proprie) lungo il solidussolidus
(a sinistra dell’Eutettico): il pirosseno, che inizia a cristall(a sinistra dell’Eutettico): il pirosseno, che inizia a cristallizzare all’izzare all’
Eutettico, ingloba peciliticamente i cristalli tabulari di plagiEutettico, ingloba peciliticamente i cristalli tabulari di plagioclasio.oclasio.
Dicco Dicco
basalticobasaltico
Plag
Plag
Plag
Cpx
Cpx
IL SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di IL SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di –– AnAn
L’effetto della pressione sulle relazioni di fase L’effetto della pressione sulle relazioni di fase
Le variazioni della
pressione
modificano:
1) La temperatura
eutettica
2) La composizione
eutettica
3) le temperature di
fusione delle fasi
4) la posizione delle
curve di solidus e di
liquidus,
5)la posizione e la
composizione dell’
eutettico binario.
IL SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di IL SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di -- AnAn
Effetto della presenza
di H2O nel sistema
L’introduzione di acqua nel
sistema produce:
1) L’abbassamento delle
temperature di fusione
delle fasi
2) L’abbassamento della
temperatura eutettica
2) Spostamento della posizione
delle curve di solidus e di
liquidus, a temperature piu’
basse
3)spostamento della posizione
e la composizione dell’
eutettico binario.
SISTEMA TERNARIOIl sistema ternario eutettico
TT
Tre eutettici binari : ATre eutettici binari : A--B, AB, A--C, BC, B--CC
Nessuna soluzione solidaNessuna soluzione solida
Esistenza di un eutettico ternario Esistenza di un eutettico ternario
E all’interno del sistemaE all’interno del sistema
AA
TB
EECC
BB
TC
TA
SISTEMA TERNARIO Di – An - Fo
Cristallizando Fo, la
composizione del
liquido (Xliq) si
sposta in senso
opposto a Fo, lungo
a-b. Quando Xliq
raggiunge b (la linea
cotettica Di-Fo)
cristallizza anche Di.
b e’ un punto
univariante
[F = 3 – 3 + 1 = 1]Formandosi assieme
Fo e Di, la Xliq si
sposta lungo la linea
cotettica verso
l’eutettico ternario M.
SISTEMA TERNARIO Di SISTEMA TERNARIO Di –– An An -- FoFo
1400
1300
1500
12741274
12701270
13921392
DiopsideDiopside
Di +Liq
M
b
cc
Fo + Liq
13871387
Il solido cristallizzato in b ha la
Composizione c (proiezione di b
sul lato Di-Fo), circa 90%Di.
La composizione del liquido
Xliq si sposta lungo la cotettica
Di-Fo, mentre la T decresce
Continuamente verso l’eutettico
Ternario M.
SISTEMA TERNARIO Di – An - Fo
La composizione del
liquido raggiunge M,
la composizione dell’
eutettico ternario, a
temperatura di 1270°,
ove inizia a formarsi
anche An.
In M cristallizza la
composizione eutettica
e si consuma tutto il
liquido residuo.
M e’ un punto
invariante (4 fasi)
[F = 3 – 4 + 1 = 0]
SISTEMA TERNARIO Di – An - Fo
Un procedimento
analogo si verifica
a partire da un
punto in un altro
campo: es. da d.A 1400°C inizia a
cristallizzare An,
Xliq si sposta verso e,
dove cristallizza
anche Fo, il Xliq si
sposta lungo la linea
cotettica An-Fo fino
al punto M, dove il
liquido residuo si
esaurisce formando
associazione eutettica
An-Fo-Di.
LA VARIABILITA’ COMPOSIZIONALE LA VARIABILITA’ COMPOSIZIONALE
DELLE ROCCE MAGMATICHEDELLE ROCCE MAGMATICHE
La variabilita’ composizionale (mineralogica e chimica) delle roLa variabilita’ composizionale (mineralogica e chimica) delle rocce cce
magmatiche dipende da:magmatiche dipende da:
1) La variabilita’ composizionale dei fusi primari.1) La variabilita’ composizionale dei fusi primari.
Essa dipende da:Essa dipende da:
a) la composizione della roccia sorgente;a) la composizione della roccia sorgente;
b) il tipo di processo di fusione parziale;b) il tipo di processo di fusione parziale;
c) le condizioni di P e T di formazione del fuso, cioe’c) le condizioni di P e T di formazione del fuso, cioe’
di equilibratura del fuso con la roccia sorgente;di equilibratura del fuso con la roccia sorgente;
2) I processi di evoluzione dei magmi, cioe’:2) I processi di evoluzione dei magmi, cioe’:
a) la differenziazione magmatica;a) la differenziazione magmatica;
b) l’assimilazione magmatica;b) l’assimilazione magmatica;
c) il mescolamento di magmi.c) il mescolamento di magmi.
TE=1274
Di 20 40 60 80An
1200
1300
1400
1500
1600
T oCAnortite +
Liquido
Liquido Liquidus
Diopside + Liquido
Solido (roccia)
Diopside + Anortite
a
1553
1392
An % in peso
SISTEMA BINARIO EUTETTICO Di SISTEMA BINARIO EUTETTICO Di –– AnAn
Fusione di una roccia gabbricaFusione di una roccia gabbrica AA ((An70%+Di30%)An70%+Di30%)
per riscaldamento a partire da T < 1274°Cper riscaldamento a partire da T < 1274°C
E
ACE
IL SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di IL SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di –– AnAn
L’effetto della pressione L’effetto della pressione
Le variazioni della
pressione modificano:
1) la temperatura
dell’eutettico binario
2) la posizione delle
curve di solidus e di
liquidus,
3)la posizione e la
composizione dell’
eutettico binario.
La composizione e la
temperatura di
formazione del fuso
eutettico che si forma
per fusione in uno
stesso sistema cambia in
funzione della pressione
a cui avviene la fusione.
IL SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di IL SISTEMA EUTETTICO BINARIO Di -- AnAnEffetto della presenza
di H2O nel sistema
L’introduzione di acqua nel
sistema produce:
1) L’abbassamento delle
temperature dell’eutettico
binario
2) Spostamento della posizione
delle curve di solidus e di
liquidus, a temperature piu’
basse
3)spostamento della posizione e
la composizione dell’ eutettico
binario.
La composizione del fuso che si
forma per fusione eutettica in
uno stesso sistema cambia in
funzione della presenza di acqua
nel sistema.
An + Liq
Liquid
Di + Liq
Di + An
a
An
Tre sistemi binariTre sistemi binari
DiDi--An, AnAn, An--Fo, Fo, FoFo--AnAn
SISTEMA A TRE
COMPONENTI
An - Di - Fo
Il punto a rappresentala composizione della
roccia di partenza
Il punto M rappresenta
La composizione del
primo fuso che si forma,
a temperatura di 1270°C
Fondendo la roccia a si forma un primo fuso a
composizione M
IL DIAGRAMMA AFM
L’evoluzione della composizione di
un fuso basaltico durante un
processo di cristallizzazione
frazionata a bassa pressione,
secondo il trend Fenner.
I minerali cristallizzano secondo le
serie di Bowen.
EVOLUZIONE: BASALTO –ANDESITE – DACITE - RIOLITE
La deposizione gravitativa (cioe’
l’accumulo dei minerali che si
formano) forma rocce
progressivamente differenti:
SUCCESSIONE: OLIVIN-GABBRO –GABBRO – GABBRO A OSSIDI Fe-Ti
– DIORITE – QUARZO-DIORITE –
GRANITO s.l.
CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE MAGMATICHE
Figura 2-1a. Metodo per plottare un punto a composizione A = 70% di X, 20% di Y, and 10% di Z ,sul
diagramma triangolare X-Y-Z.
X
YZ
Incr %X
Incr %Y Inc
r %Z
30 20 10
10
20
30
10
20
30%Z
20
10
30%X
A%Y
%Z 10%Z20%Y
30%X
CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE MAGMATICHE
Figura 2-1b. Metodo per proiettare un punto a composizione A = 70% di X, 20% di Y, e 10% di Z sul lato
Z-Y del diagramma triangolare X-Y-Z.
Y
X
Z
70
67
A70%X
67%Y
CLASSIFICAZIONE
DELLE ROCCE
MAGMATICHE
INTRUSIVE
Figura 2-2. Classificazione IUGS delle rocce magmatiche
intrusive. La roccia deve contenere almeno 10% di Q+A+P,
e deve essere rinormalizzata a 100%.
Foidi = feldspatoidi.
Granitoidi
ricchi in quarzo
9090
6060
2020Alcali Felds.Quartz Sienite
QuarzoSienite
QuarzoMonzonite
Quarzo
Monzodiorite
Sienite Monzonite Monzodiorite
Sienite a foidi
5
10 35 65
Monzonite a foidiMonzodiorite
a foidi
90
Alcali Felds.
Sienite
Alkali Fs.
a foidi
Sienite
10
Monzosienite
a foidi
Sienite a foidi
Monzodiorite
a foidi
Gabbro a foidi
Quarzo Diorite/Quarzo Gabbro
5
10
Diorite/Gabbro/Anortosite
Diorite/Gabbro
a foidi
60
Foiditi
Quarzolite
Granito Grano-diorite
Tonalite
Gra
nito
a alcali-
feld
spat
i
Q
A P
F
60
CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE MAGMATICHE
Figura 2-2. Classificazione IUGS delle rocce
intrusive. b. Rocce gabbriche (M<90%). c.
Rocce ultrafemiche (ultramafiti) (M>90%)
Plagioclase
OlivinePyroxene
Gabbro
Troctolite
Olivine gabbro
Plagioclase-bearing ultramafic rocks
90
(b)
Anorthosite
OlivinaOlivina
ClinopirossenoClinopirossenoOrtopirossenoOrtopirosseno
LherzoliteLherzolite
Harzburgite
Wehrlite
Websterite
OrtopirosseniteOrtopirossenite
ClinopirosseniteClinopirossenite
Websterite ad olivina
PeridotitiPeridotiti
PirossenitiPirosseniti
90
40
10
10
DuniteDunite
(c)
Plagioclasio
Pirosseni
Olivina
Gabbro ad olivina
Ultramafiti a plagioclasio
CLASSIFICAZIONE DELLE
ROCCE MAGMATICHE
EFFUSIVE
Figure 2-3. Classificazione e nomenclature
delle rocce effusive, secondo IUGS.
Trachite a foidi Latite a foidi Andesite/Basalto
a foidi
Foiditite
10
60 60
35 65
10
20 20
60 60
F
A P
Q
Riolite Dacite
Trachite Latite Andesite/Basalto
Fonolite Tefrite
Basanite
CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE MAGMATICHE
Figure 2-4. Classificazione chimica delle rocce effusive basata sul contenuti in Silice e Somma degli
alcali in % in peso (TAS).
7773696561575349
52
Basalt
454137
45
Picro-basalt1
3
5
7
9
11
(Foid)ite
Phono-
tephrite
13
Tephri-
phonolite
Trachy-
andesite
Phonolite
Trachyte
Basaltic trachy- andesite
Trachydacite
Trachy-
basalt
BasalticAndesite
Andesite
Dacite
Rhyolite
TephriteBasanite
63ULTRABASIC BASIC INTERMEDIATE ACIDIC
wt% SiO2
Wt.% Na2O+K
2O
ULTRABASICHE BASICHE INTERMEDIE ACIDE
39 55 67 75
2
6
10
14
% in peso di SiO2
% in peso di Na2O+ K2O