Appunti sulle Ooliti (Ophiolite)

April 14, 2012

La crosta OceanicaStruttura della Crosta OceanicaLa crosta oceanica risulta in equlibrio statico con la sottostante astenosfera, e comparata rispetto alla crosta continentale risulta esseren pi sottile (circa 6-7 Km) oltre che ad avere una dierente composizione petrograca, le rocce costituenti la crosta sono Femiche ricche in Fe e Mg per cui avremo minerali femici: biotite, pirosseno, anbolo e olivina, che formeranno rocce come basalto e gabbro e se si superamo percentuali di minerali femici magiori del 90% avremo roccie ultrafemiche come peridotite e kimberlite. La crosta oceanica si pu suddividere principalmente in tre macro strati a loro volta ulteriormente suddivisibili: 1. lo strato pi superciale mediamente ha uno spessore di circa 0,4 km principalmente costitguido da sediemnti marini, si inspessisce progressivamente con lamento dellat della crosta, pertanto ai margini avremo uno spessore maggiore, vicino alla dorsale lo spessore dei sedimenti sar minore; 2. lo strato ha uno spessore variabile da 1 a 2,5 Km costituito principalmente da lave basaltiche eusive dette lave a cuscino o pillow, un sottostrato sono i dicchi, che si pu schematizzare come porzione cristallizata dei condotti vulcanici che permettono la fuoriuscita delle lave; 3. il terzo strato di spessore circa 4 Km costituisce la base intrusiva o plutonica della crosta oceanica, visto il chimismo delle rocce costituenti il mantello dar forma a rocce femiche (mache) principalmente gabbri.

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Figure 1: schema graco rappresentante gli strati componenti la crosta oceanica

Figure 2: Et della Crosta oceanica

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La crosta oceanica si forma a partire dalle dorsali oceaniche, dalle quali fuoriesce magma basaltico derivante dalla fusione parziale delle peridotiti del sottostante mantello giacenti sotto la Discontinuit di Mohorovii. La parte pi superciale del mantello, il mantello litosferico, saldata con la crosta e linsieme di questi due elementi detto "litosfera". Lo spessore della litosfera varia da 30 chilometri nel caso della Crosta oceanica, no a 65 km nella crosta continentale dei continenti e delle catene montuose. Lo spessore della crosta oceanica pertanto sensibilmente minore di quello della crosta continentale mentre la densit crosta oceanica maggiore (superiore a 3,2 ) della densit della crosta continentale, essendo costituita da rocce femiche; tale densit aumenta con la profondit.

Black Smokers - Fumarole Nere

Figure 3: schema del ciclo geochimico di una sorgente idrotermale oceanica Le fumarole nere sono un tipo di bocca idrotermale situata sul fondo oceanico sono ragruppate in campi ampi alcune centinaia di metri che si formano quando acqua molto calda nellordine dei 400 C proveniente da sotto la crosta terrestre trova uno sbocco attraverso il fondo delloceano. Generalmente si trovano nei pressi della dorsale oceanica, in quanto la crosta in corrispondenza delle dorsali molto fratturata e e lacqua trova delle vie per penetrare in profondit dove viene a contatto con rocce di altissima temperatura, pertanto risale per convezzione, questo porta ad avere un metamorsmo di fondale oceanico. Lacqua superriscaldata ricca di minerali (principalmente solfuri) in soluzione provenienti dalla crosta, che cristallizzano creando intorno a ciascuna sorgente 3

una struttura di forma simile a un camino. Quando lacqua superriscaldata emessa dalla sorgente viene a contatto con la fredda acqua oceanica molti minerali precipitano, dando origine al caratteristico colore nero. I solfuri metallici che vengono depositati possono dare origine nel tempo a estesi depositi di minerali sulfurei potenzialmente adatti ad essere sfruttati.

Metamorsmo di tipo oceanicoQuesto tipo di metamorsmo i attua sui fondali oceanici ed dovuto a: 1. Presenza di dorsali oceaniche , in quanto lungo la loro estensione si ha un gradiente termico generalmente molto superiore a quello della crosta e a quello delle piane abissali ( dalle due alle sei volte maggiore); 2. abbondanza di acqua marina; 3. Fratturazione delle rocce, deriva dalla costante attivit sismica e dal velocissimo rafreddamento delle lave emesse lungo le dorsali; La forte fratturazione delle rocce del fondale oceanico determina inltrazione in profondit di acqua marina allinterno delle rocce, cosa che sar fondamentale per i processi metamorci in quanto: notevole aumento della superce a contatto tra roccia e acqua dove avranno sede le freazioni metamorche; notevole aumento della temperatura in funzione della profondit, conseguente aumento della velocit delle reazioni. instaurazione di moti convettivi dovuti allinltrazione di acqua pi fresca. Lacqua marina, fredda, si inltra nelle rocce ha un notevole di ossigeno e ioni. Questo comporta il fatto che lacqua non si limiter alla sola idratazione delle rocce, ma determina profonde trasformazioni ed alterazioni dei minerali costituenti le rocce. Nello specico avremo: 1. Ossidazione dellOlivina con formazione di Ematite; 2. Formazione di Pirite e Magnetite per reazione dellOlivina; 3. Formazione di Calcite a spese dei Pirosseni per reazione con CO3 2 Tutte queste reazioni Metasomatiche (scambio di ioni) dovute al non trascurabile carico chimico dellacqua che favorisce e determina importanti reazioni e trasformazioni mineralogiche comportano un enorme rilascio di SiO2 che andr a formare depositi selciferi. 4

Enormi quantit di V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ag, Pb, Li, Cr ecc vengono lisciviate (La lisciviazione (o estrazione solido-liquido) nella terminologia chimica denisce il processo consistente nella separazione di uno o pi componenti solubili da una massa solida mediante un solvente) dalle rocce attraversate e presi in carico dallacqua sotto forma di Cloruri solubili. Una volta che lacqua abbia raggiunto la supercie questi elementi precipitano dando luogo alla formazione di giacimenti spesso di enorme interesse economico. I limiti di questo tipo di metamorsmo vengono ssati comunemente intorno a valori T = 400 C circa e P = 1Kbar. Questo ha importanti conseguenze sul tipo di Facies che si possono sviluppare. Man mano che il fondo oceanico si espande si ha nuove lave che vengono sottoposte a metamorsmo e lave vecchie nevengono sotratte, pertanto avremo importanti ripercussioni: 1. La velocit di espansione determina il tempo di permanenza delle rocce nella zona sottoposta a metamorsmo. Maggiore la velocit di espansione del fondale e minore il tempo di permanenza e viceversa. Questo inuisce sulla "completezza" delle reazioni metamorche poich, pi una roccia sottoposta a metamorsmo, pi le reazioni di trasformazione risulteranno complete. Il fatto che spessissimo le reazioni metamorche risultano non in equilibrio (mineralogico e strutturale) signica che la velocit di espansione maggiore della velocit delle trasformazioni. 2. Man mano che il fondo si espande vengono allontanati dalla dorsale prodotti pi o meno metamorfosati. Questo implica che tutto il fondale oceanico costellato da prodotti metamorci. Le Serpentiniti presentano comunemente Mesh Structure, cio fratture riempite da serpentino, che interessano comunemente cristalli di Olivina. Questultima rimane spesso come relitto. Il fatto che il Serpentino, e i minerali del gruppo del Serpentino, siano associati ad Ossidi opachi dato dalla tipica reazione di idratazione dellOlivina: (Olivina + Acqua = Serpentino + Ossidi opachi).

OolitiLe ooliti sono sezioni di crosta oceanica e del sottostante mantello che sono state sollevate o sovrapposte alla crosta continentale no ad aorare. Interessante notare che Il nome oolite, dal greco = serpente e = roccia, letteralmente roccia serpente, dovuto alla loro caratteristica colorazione verdognola, che ricorda la pelle di molti rettili. Solitamente alla serpentinite sono associati basalti a cuscino e selce contenente resti fossili di radiolari.

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StratigraaLa sequenza stratigraca che si osserva nelle ooliti corrisponde alla sequenza di formazione della litosfera delle dorsali medio oceaniche: Sedimenti Argilliti (agrille nere) e Selci on page 9 (Chert) depositatesi sul fondo oceanico; Sequenza eusiva: Basalti a cuscino on page 9 (Pillow) che mostrano la superce di contatto tra il magma e lacqua di mare; Dicchi on page 9 (Dikes) loni colonnari che alimentano superiormente i basalti a cuscino; Rocce intrusive superciali: Gabbro on page 9 isotropico che indica la presenza di una camera magmatica dove avviene il frazionamento del magma. Peridotite on page 9 massiva: strati ricchi in dunite che sono esterni alla camera magmatica Peridotite tettonizata roccia del mantello ricca in Harzburgite-Lherzolite on page 10. Recentemente dai nuovi studi dellIntegrated Ocean Drilling Program e da altre campagne di perforazione oceanica che hanno mostrato come lattuale crosta oceanica pu essere molto variabile e che le rocce eusive sono in posto direttamente sulle peridotiti tettonizzate, senza i gabbri intermedi. Molte ooliti hanno simili variazioni nella loro stratigraa, alcune primarie altre dovute a successivi movimenti tettonici. In una sequenza oolitica, le rocce pi antiche sono rappresentate da serpentiniti derivate per idratazione di peridotiti durante processi metamorci di temperatura piuttosto bassa; esse, originate nel mantello superiore, sono risalite no a raggiungere il fondo di un bacino marino in formazione. Le peridotiti, prima di essere serpentinizzate, furono intruse da grandi masse di magmi basici che, rareddandosi lentamente in condizioni profonde e di temperatura elevata, diedero luogo a masse gabbriche dierenziate. Poi le peridotiti e i complessi gabbrici iniziarono a risalire verso la supercie subendo trasformazioni metamorche di temperatura alta e bassa (serpentiniti). Durante queste fasi di risalita fusi basaltici penetrarono attraverso fratture dando luogo a loni: le strutture di questi loni mostrano un brusco rareddamento a contatto delle rocce incassanti la cui temperatura era ormai scesa a valori relativamente bassi (probabilmente tra i 400 e 500). Inne, serpentiniti e gabbri aoranti sul fondo oceanico lungo pareti di faglie alimentarono, attraverso processi gravitativi, la formazione di brecce oolitiche sedimentarie. Ulteriori arrivi di magmi basaltici diedero origine a colate di basalti massicci ed in cuscini, accumulate prevalentemente in avvallamenti di un fondale molto accidentato. Le colate furono poi ricoperte da sedimenti silicei a livelli radiolaritici, di spessore molto variabile a seconda della morfologia del fondo. Su di essi si 6

depositarono fanghi calcarei pi o meno silicei (Calcari a Calpionella del Malm). Inne si veric una ulteriore sedimentazione di Argille a Palombini: sedimenti pelagici, prevalentemente argillosi, con intercalati livelli di calcari ni ricchi in componente detritica. Essi, per il contenuto in materiali terrigeni e i caratteri sedimentologici, indicano la presenza di apporti da lontane terre emerse, soggette ad erosione.

Circolazione idrotermaleCome abbiamo vistro nella crosta oceanica, la circolazione idrotermale comporta la serpentinizzazione, ovvero lalterazione delle peridotiti e lalterazione dei minerali costituenti i gabbri e i basalti verso organizzazioni mineralogiche di pi bassa temperatura. Per esempio, plagioclasi, pirosseni, e olivine nei loni colonnari e nelle parti eusive si alterano in albite, clorite e serpentino rispettivamente. Spesso, loni ricchi di zolfo-ferro si trovano sopra rocce molto alterate di epidoto e quarziti, che sono la prova della presenza di attivit idrotermale che continuava ad operare sulla crosta oceanica che si allontanava progressivamente dalla dorsale.

Le ooliti Alpine e AppenninicheLe serie oolitiche delle Alpi e di altre catene derivate da collisioni continentali non si sono invece formate con la subduzione, ma piuttosto rappresentano il margine continentale assottigliato che si forma durante lespansione del fondo oceanico a seguito della deriva delle zolle tettoniche. Questa iniziale crosta oceanica rimane incastrata contro il margine continentale a seguito della successiva chiusura del bacino oceanico, intrappolando liniziale crosta oceanica nella zona di collisione.

Le ooliti della Val GravegliaOsservando in particolare la sequenza nella zona della Val Graveglia, vedremo che essa costituita da: 1. un complesso di base (peridotiti e gabbri); 2. una copertura vulcano-sedimentaria (basalti e brecce oolitiche); 3. potenti coltri di sedimenti pelagici rappresentati dal basso verso lalto da: diaspri on page 10 (Formazione dei Diaspri di Monte Alpe); formazioni calcaree (Formazioni dei Calcari a Calpionella) on page 11;

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Figure 4: La Val Graveglia carta geologica formazioni argilloso-calcaree (formazione delle Argille a Palombini) on page 11

Figure 5: sequenza stratigraca delle ooliti in Val Graverglia

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GlossarioSelce: La selce (Chert) una roccia sedimentaria composta quasi esclusivamente di silice. Questa roccia si forma in due modi: per accumulo di resti di organismi a guscio o scheletro siliceo quali radiolari, diatomee, silicoagellati e spugne, prendendo il nome di radiolarite o diatomite. per segregazione e accumulo di silice, proveniente da rocce terrigene e rocce carbonatiche. La selce tende a concentrarsi in lenti estremamente compatte e pressoch inattaccabili dagli agenti atmosferici, peculiarit che, insieme con la relativa abbondanza, la durezza e la frattura concoide ne hanno fatto il materiale principe delle prime industrie litiche. Pillow Lava a Cuscino (pillow lava in lingua inglese) un tipo di lava formata da caratteristiche strutture a forma di cuscino dovute alla fuoriuscita di lava al di sotto della supercie del mare che comporta un repentino raffreddamento della supercie causando la formazione di una sottile crosta vetrosa (ialoclastite). A causa di questo fenomeno, il usso della lava si divide in blocchi rotondeggianti, che si sovrappongono gli uni agli altri formando potenti serie. I blocchi rimangono plastici allinterno e si assestano, deformandosi, no al completo rareddamento. Dicco (Dikes) , in geologia, un corpo roccioso, costituito da unintrusione di origine ignea, generalmente ad andamento prossimo al verticale, in una fessura tra gli strati (intrusione discordante) di rocce sedimentarie; successive deformazioni tettoniche possono orientare diversamente il dicco. Gabbro una roccia intrusiva olocristallina, formata principalmente da plagioclasio e pirosseni. Il gabbro il corrispondente intrusivo del basalto, roccia ignea eusiva. Peridotiti sono rocce ultrafemiche caratteristiche del mantello superiore, costituite essenzialmente da peridoto (almeno 40% in volume), clinopirosseno e

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ortopirosseno. Harzburgite una roccia ignea ultramaca; una variet di peridotite composta da olivina e pirosseni a basso tenore di calcio (enstatite) e deriva il suo nome dalle montagne di Harz in Germania. Lherzolite Si tratta di una roccia ultramaca ignea a grana grossa composta dal 40 al 90% di olivina con una rilevante presenza di ortopirosseni e, in quantit inferiore, clinopirosseni cromiferi. Altri minerali sono presenti tra cui lo spinello cromifero e alluminifero e i granati Radiolari (Radiolaria Mller, 1858) sono protozoi ameboidi caratterizzati dallo scheletro siliceo, presente in quasi tutte le specie, e dalla divisione del corpo molle in una capsula centrale. Radiolari fossili sono noti sin dal Cambriano, oggi costituiscono parte del plancton marino in tutti gli oceani. Sono stati rilevati a tutte le profondit, anche se sono pi abbondanti a profondit che non superano alcune centinaia di metri. I gusci dei radiolari morti si depositano sui fondali oceanici, formando i cosiddetti fanghi a radiolari. Nel corso dei tempi geologici questi fanghi si sono accumulati in quantit tali da formare spessi strati di roccia sedimentaria silicea. Diaspro (parola di origine persiana) si indica una roccia sedimentaria monomineralogica, ossia formata da un unico minerale, composta da quarzo (SiO2), e contenente sovente alcune impurit, solitamente atomi di ferro che conferiscono alla roccia vivaci colorazioni, rendendola ricercata come pietra semi-preziosa per la lavorazione in opici.Il minerale si forma per sedimentazione e precipitazione di silice in acque abbondanti di questo elemento, sedimentazione/precipitazione innescata da un processo vulcanico innescato nel bacino acquifero stesso[ la precipitazione/sedimentazione della silice pu avvenire sottoforma di "gel" che in seguito, dopo la depositazione sul fondo del bacino, si solidica, tuttavia lorigine del diaspro pu 10

essere a volta organogeno pu essere originato quindi da alcuni tipi di spugne e/o radiolari e/o gusci silicei di diatomee (rispettivamente animali appartenenti al genere porifera, animali unicellulari planctonici ed alghe unicellulari planctoniche). Calcari_a_Calpionella Sono costituiti da strati di spessore da 20 a 200 cm di calcare biancastro compatto e con tipica frattura concoide. Si tratta di micriti molto ni con sparsi microfossili (tintinnidi e radiolariti) dai cui gusci derivano principalmente le sensibili percentuali in silice (quarzo, calcedonio). Talvolta sono presenti anche noduli di selce. Si tratta probabilmente di calcari pelagici depositati in mare profondo. Il loro nome deriva dal genere di tintinnidi pi frequente (Calpionella). Argille_a_palombini Sono costituite da argille pi o meno scistose con alternanze di calcari micritici grigi, spesso contenenti quarzo detritico. I livelli calcarei sono abbondanti verso la base e decrescono verso lalto delle sequenze dove aumenta invece il quarzo detritico. Il nome di Palombini, che fa riferimento al colore grigio dei colombi, stato dato alle intercalazioni calcaree. Lambiente della sedimentazione ancora quello di un mare profondo ma con progressivo aumento di apporti terrigeni da parte di correnti di torbida, provenienti da zone emerse molte lontane (sedimenti distali).

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