Classificazione chimica delle rocce vulcaniche mediante il...
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RENDICONTI SOCIETÀ ITALIANA DI MINERALOGIA E PETROLOGIA, 1986, VoI. 41 (2), pp. 193·200
Classificazione chimica delle rocce vulcanichemediante il diagramma TAS (Total Alkali·Silica)
Proposte della Sottocommissione della I.U.G.S.per la sistematica delle rocce magmatiehe
BRUNO ZANETTIN
Istituto di Mincralogia e Penologia dell'Università di PadovaVia Garibaldi 37, 35100 Padova
RIASSUNTO. - Nel 1976 la Sonocommissione perla Sistematica per Ic rocce magmatiche dclla IUCSha raccomandaio l'uso dell'ormai noto doppiotriangolo modale QAPF per la classificazione dellcrocre plutoniche.
Poichè le rocce vulcanichc non possono t.'Ssereadeguatamente classificate nè su base modale nè subase normativa, la stessa Sottocommissione ha propoSto, nel 1984, una classificazione chimica, basatasul diagramma .. Total Alkali·Silica)lo (TAS). L'usodi sistemi classificativi divcrsi per le plUloniti eper le vulcanici limita notevolmente la tradizionaleequivalenza fra queste due categorie di rocce.
li diagramma TAS comprende 14 campi princi·pali derivati dall'imersezione di lin~ radiali rispettoall'origine - e che separano settori a diversogrado di saturazione di silice - con un altro siste·ma di lince - che indica diversi gradi di evoluzione magmatica. Ad ogni campo corrisponde,ovviamente, un nome; ulteriori suddivisioni entrolo Stesso campo si possono ottenere mediante altriparametri chimici o narmativi.
Il diagramma TAS rappresenta inoltre un mezzosemplice per definire il carattere .. seriale)lo dellerocce analizzate.
Parole chiave; classificazione chimica, rocre vul.caniche, diagramma TAS, alcali-silice, Sonocommis·sionc LU.G.S.
CLASSIFlCATlON or MAGMATlC ROCKS;RECOMMENDATlONS OF THE «AD HOC)loSUBCOMMISSION OF THE INTERNATIONALUNION FOR GEOLOGICAL SCIENCES (IUCS)
In 1978 the IUGS Subcommission on Systematicsof Igncous rocks recommended the usc of thewell·known modal double'lriang1c QAPF for thec!assification of plUlonic rocks.
Given thal volcanic rocks may not be adequatelyc!assificd on a modal nor a normative basis, in1984 the Subeommission proposed a chemical c!as·sification bascd on the «Tota.1 Alkali vs. Silica(TAS) diagram,.. Tt should be notcd that diflerenl
dassification systems for vokanic and imrusiverocks, respectivdy, would considerably underminethe traditiona! correspondence between them.
The TAS diagram comprises 14 principal fieJdsdcriving from the intersections of radiai linesemanating from the origin, indicating sectors ofdiflerent silica saturations, with transversal Iineswhich indicate different degrees of magmalic evolutlon. Each fidd is idemified by a root name;furthcr subdivisions wilhin each fidd may beobtaincd by means of additional chemical and/ornormative parametCfS.
In addition, tbc TAS diagram rcprcsents a simplesystem to define thc «serial,. charaeter of analyzedrocks.
Key words: chemical c1assificatìon, volcanic rocks.TAS diagram, alkali-silica, IUGS Subcommission.
Il diagramma QAPF è già largamente usato in tutto il mondo per classificare le rocceplutoniche. Dato che i nomi originali delletocce intrusive sottintendevano una composi·zione mineralogica quantitativa più o menodefinita, tale diagramma doveva essere necessariamente modale; l'uso di altri metodi,p. es. quello chimico, avrebbe comportato laridefinizione dci vecchi nomi o il conio dinuovi.
Il problema si ripropose più tardi per lerocce vulcaniche dato che esse spesso nonconsentono un'analisi modale sufficientemente accurata, rendendo cosi inevitabile unaloro classificazione su base chimica. L'uso diun diagramma chimico veniva a cozzarecontro l'idea consolidata che dovesse esistereuna perfetta corrispondenza dassificativ"a frarocce plutoniche e rocce vulcaniche: ai grani-
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ti dovevano corrispondere le rioliti, ai gabbrii basalti, e cos1 via.
Per aggirare l'ostacolo la Sottocommissionedello I.U.G.S. ha a lungo sperimentato lavia, apparentemente semplice, di costtuirele associazioni mineralogiche partendo daidati chimici (mediante norme di vario tipo:c.I.P.W., Rittmann, Barth e Niggli ecc.) inmodo da poter far uso di un diagrammaQ'A'P'F', corrispondente normativo del doppio triangolo usato per le rocce plutoniche.
Ma i risultati non sono stati incoraggiantia causa di varie difficoltà, prima fra tuttequelle di stabilire in quali proporzioni l'albite normativa vada distribuita fra feldspatopatassico e anortite.
Non restava quindi altra alternativa cheadottare, per le rocce vulcaniche, un sistemaclassificativo chimico, sactificando cos1la lototradizionale corrispondenza con le rocce plutoniche.
Dopo aver discusso, e poi scartato pervarie ragioni, i diagrammi chimici propostiin anni recenti da vari autori, fra i qualinotevole quello di DE LA ROCHE et al.(t 980), la Sottocommissione si è orientataa svolgere un'indagine accurata sulle possibilità c1assifìcative offerte dal diagramma piùsemplice e più noto, il diagramma diHarker (Silice-alcali).
L'uso di tale diagramma era stato largamente sfruttato, sia ai fini di stabilire l'appartenenza di una roccia vulcanica ad una determinata serie magmatica (Mc DoNALD e KATSURA, 1964; KUNO, 1968; PEACOCK, 1931;RITTMANN, 1960), sia ai fini di una classificazione vera e propria (MIDDLEMOST,1972; FROLOVA e PETROVA, 1974; BOGATtKOV et aL, 1981; Cox et al., 1979).
Nella preparazione del diagramma TAS(che non è definitivo in senso assoluto, potendovi essere apportate, se giustificate, al·cune modifiche non sostanziali, o ulteriorisuddivisioni) si è cercato di far coincidere,nella misura consentita dai risultati statistici,la classificazione chimica con quella moda], QAPF.
La c08truzione del diagramma T AS
Per la suddivisione dell'area del diagramma silice-alcali (fig. l) sono state usate circa24.000 analisi chimiche di roccc fresche
(H~O < 2%, C02 < 0,5%) provenienti daifiles CLAIR e PETROS.
Non sono state prese in considerazionerocce di tipo cumulitico. I valori di SiOt
e degli alcali sono stati ricalcolati a centodopo aver escluso H 20 e COt.
Sono stati proiettati nel diagramma i punti rappresentativi di tutti i principali gruppidi rocce, intendendo per «gruppo» l'insieme delle rocce indicate dagli autori delleanalisi con lo stesso nome, vale a dire lerocce chiamate basalti, o andesiti, o trachitiecc. Trascurando i punti dispersi e restringendo il nomc di ciascun gruppo alle rocceche cadono nelle aree di massima frequenzasono stati definiti 14 campi. Tali campi risultano dall'intersezione di due sistemi di linee:uno disposto a raggera, l'altro costituito dauna serie di spezzate che, in prima approssimazione, si può far corrispondere ad unaserie di archi di cerchio concentrici. Le lineeradiali via via più alte sono linee ad alcalinità crescente. Le linee concentriche via viapiù esterne possono essere considerate indicative di un crescente grado di evoluzionemagmatica. Si noti come l'andamento di queste ultime sia in accordo con le linee cherappresentano i valori approssimativi di MgOnel diagramma silice-alcali (fig. 2). Comeè noto, il valore di MgO è in vario modousato dai petrologi come indice di differenZiaZione.
Le linee radiali
La linea radiale più bassa separa le roccedi serie alcalina da quelle di serie subalcalina (l).
La scelta di questa linea è stata determinata da varie considerazioni. Essa è quasicoincidente (6g . .3) con la linea di KUNO;
con quelle adottate dai sovietici; si sovrappone alla gradinata di MIDDLEMOST; è molto prossima alla linea corrispondente alsigma 3 di RITTMANN. Inoltre, e ciò è piùimportante, essa si colloca in un'area pocopopolata (fig. 4) che sta a cavallo di duearee di pertinenza di rocce definite con sicurezza rispettivamente alcaline e subalcaline.
('l Quesla linea congiunge i due punti a coordi·nate 52;5 e 68;9. ! possibile che quest'ultimo puntovenga in futuro sposlalo sui valori 69;8. La linearisulterebbe wsì leggermente abbassala.
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AllAU RIlYOUTE(P.I.".1 )
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41 45 51 57 63 68
rig. I. _ DI'31"UIUIU1 TAS (Total Albli·SiHOl) (da ZA....E'lTIN, 1984) - Le due linee: radiali più marateseparano Ire sellori a diverso grado di alOllinità: mi sellore inferiore si proiellUlO le rocce subalOlline,IO que:llo inlermedio le rocce alOlline e in qudlo superiore le rocce • ahamenle. alcaline. Le linee: tra5vaMli rispetto a quelle radiali indicano gradi di evoluzione m.,gmatiOl erescenli veno destn. Nel di.gnmma sono riportati anche i criteri supplementari roe«ssari per ddinire c;orrellarnc:nte il nome (rootname) di alcuni gruppi di rocce. - Tolal albli V$. siliCl ITAS) diagram (Z.u;E'lTIN, 1984) - Thick rad.aIliIJe$ 5Cpl1I11.te Ihree scctors with differenl degrees al alkalinlty. Le, lower. inlennedillle and higher. cororcspondinf IO JIIINdJeaJill~, II1JtlZ1i,,~ aod hit,bn IZ1Julill~ rodCi, rapC't"live!y. Transversal \ines indiOltedegrees o magmatic e\o'Olution increasing from IdI lO righI. Some addilional paramelers n('C('SSllry foclhe rort'«t ddinilion of the mol nlflll:$ al $Olnt rock types ate also given.
La figura mostra anche che per valori decrescenti di silke la fascia delle rocce alcalinee quella delle rocce subalcaline vengono aconvergere e infine, per valori inferiori a52 % (rocce basiche), a sovrapporsi, Questaè la ragione per la quale la linea è statainterrotta in corrispondenza a tale valore.
Una seconda linea radiale divide le roccedi serie alcalina da quelle di una serie chesi può provvisoriamente indicare come « altamente alcalina .. (fig. 3). Essa è prossimasia alla linea usata da SAGGERSON ~r separare dalle altre le rocce con alto contenutoin nefelina (lO % l. sia alle a.naloghe lineeproposte da FROLOVA e PETROVA e da MIDDLEMOST. Quella da noi adottata corrisponlk approssimativamente al lO % di nefelina
(foidi) normativa computata sulla base diA'P'F'= 100 (ove A'= feldspati alcalini,P' = plagioclasi. F' = foidi),
Queste due linee radiali (fig, 1) separanotre fasce ben distinte dal punto di vista delgrado di saturazione della siliee dedotto dallanorma CIPW (:t).
(") DatO che il grado di saturazione in siliccdipende, almeno in parle, daUo stlltO di ossidnionedel ferro, si raa;omanda di usare, nel calcolo, i valoridi FeO e di FC>tO. direttamenle (omiò dall'analisi;e\o'CD.ruali modifithe del rapporto fra i due: ossididevono essere chiaramente indicate e giuslificate.In fiB. , l: riportala la posizione approssimalivacile k due linee: radi.li del diagramma TAS assu·merebbero nc:l diagramllll normaliva Q'A'P'F',
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Nella fascia più bassa si proiettano quasiesclusivamente rocce soprasature, cioè quarzonormativc (Qn) (andesiti basaltiche, andesiti, daciti c rioliti), in qucUa più alta quasi
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Fig. 2. - Valori approssimativi di MgO nel di.gramma siliçe.aka1ì (modifiOlro, da Cox (Cl al.(1979)). Per comodilì. del kuore sono statte inscrilcanche alcune linee fondamentali del diagrammaTAS. D.l\ confronto con la fig. I risulta un soslan·ziale parallelismo fra i valori di MgO c le linet'che nd diagramma TAS indicano il gNdo di evoluzione magmalic•. - Approximale MgO valucs inthe 100al alkali silica diagram (mooificd after Coxct al., 1979). Some fundamentals TAS lines arC'indudro for che [cader'! conveniente. ComparisonWiÙl CJg. l demonstrates thai the MgO va\ues arecsscntial1y paralld IO the lransversal TAS liDesindiolting deg~ of magrtUltic evolution.
esclusivamenre rocce sottosature, cioè nde.lina-normative (Nen) (basaniri, tdriti, fonotefriti, tctrifonoliri, fonoliti), nella fasciainrermedia rocce che per comodità vengonoindicate come sature, ma che in realtà hannosaturazione variabile (trachibasalti, trachi.andesiti basaltiche, trachiandesiti, trachiri e
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TAS••••••••• RITTMAN<>-<>-o PETR.- FROL___ KUNO
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Fig. ). - Confronto fra le linee radiali usate nel TAS per sepal"1lre serie di rocce a diverso gt1ldo dialcalimtà, e analoghe linee diVIsone proposte da altri autori. _ Comparison between the t1Idial TASlines used to distlngU1Sh rock series with diffcrcnt degrees af alkalinity and similar lines proposed byalher authors.
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alcali trachìti). Per queste ultime può esserequindi importante sapere se siano quarzonormative (Qn), olivina-normative <Oin) onefelìna-normative (N~n).
l numerosi tests finora eseguiti mostranoche i punti rappresentativi di prodotti comagmatici a grado di evoluzione crescentesi dispongono, nel diagramma, lungo allineamenti più o meno rettilinei, subparalleli allelinee: radiali.
Il diagramma TAS rappresenta quindi unostrumento semplice ed efficace per definiteil carattere seriale delle rocce vulcaniche.
" 51 55 59 6J
Si O, wt",
75
Fig. 4. _ La Iincoa che: nel diagI1lmma TAS" separale f()C(e di seril!: subalcalina da quellI!: di seriealcalina si colloca in un'area poco popolata. Si notiche: per valori decrescenti di silia: i punti I1Ippre$('Illativi delle l'QCCe ddk: due serie si avvicinanofino a sovrappon.i per valori di silicc infaiorial 52 qfj. - Thc: TAS line which seplI.I1IIC'S roduof l!le alkaline serio tram thosc of lhe: subalkalineserio is plaee<! in a low density arca. NotI!: thatrcopresc'ntative compositions from t!le two seriotntd !O COltvagc far decrea5ing silla and overlapfor Sia. < 52 qfj wt.
Le linee concentricheNella fascia inferiore del diagramma TAS,
che contiene il 77 9b del totale delle rocceconsiderate, le linee: concentriche sono perlo più venicali, am.ichè inclinate, come dovrebbero essere; in tal modo è il valore dellasilice a determinare l'appartenenza di unaroccia ad uno dei gruppi che costituisconolo. serie subalcalina (picrobasalto, basalto (I),andesite basaltica, andesite, dacite, riolite).
Le ragioni di tale scelta sono numerose:a) i valori di 45 %, 52 %, 63 % SiO;! era·
no già stati adottati dalla Sottocommissione come limiti rispettivamente per lerocce ultrabasiehe, basiche, intermedie ed
(') Va ricordato che 1'11 % drca dci basalti TASha earanere lIlcalino.
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Fili. ,. - P~lzlone appWlISlmallva che le due lLnee radiali del diagramma TAS assumerl!:bbero nel dia·gramma normalivo Q' A' p' f'. - Approxtmative location of t!le twO radiaI TAS lines in the nonnatlveQ' A' p' f' diagram.
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Nomenclatura
Fij::. 6. - Il diagramma mostra mmc la lineaNUJ- I.~ = W separi, nell'intervallo lrachìbl5lIIhi ~. ItaChi.ndesiti. i tipi sadici da quelli potusici. _ This di.gram 5110110'5 the line Na.O -15 =K:Q wich separate sodic rock IYpes from potassiconL"$ in Ihe tidd tra("hybasalt - traçhyandesile.
Nom; dei gruppi (root names)
Come si è detto. l'intersecarsi delle lineeradiali con quelle concentriche definisce 14campi. Undici di questi sono contraddistintida un solo nome (root name). mentre ciaK"uno degli altri tre offre l'alternativa ftadue nomi. Essi :>ono: a) rioliTe o riolite alca·
Nomi de; sOl/ogruppi (sub-rooJ names)
Tradizionalmente le rocce sono state distinte in sadiche e potassiche a seconda delprevalere di Na20 o di K~O (}OH....NNSEN.1950; RITTM....NN, 1960).
La Sotlocommissione della I.U.G.S. propone invece che una roccia sia consideratasodica o potassica a ~onda che Na2Ù -1,5sia rispettivamente maggiore o minore diKzO (fig. 6). Usando questo criterio (cheancora non è de6nitivo) il .H % delle roccevulcaniche risultano porassiche, mentre adottando come discriminanle il rapportoNa~.() : K:O = l : l, questo valore si riduce al 12 %.
Ma la scelta di questo valore ~ legatasoprattutto al fatto che nelle rocce della seriecosiddetta satura esso separa bene le rocceche nella letteratura (NOCKOLOS et aL, 1978)sono state indicate come sadiche (hawaiiti,mugeariti. benmoreiti), da quelle un tempoindicate come pot3Ssiche {trachibasalti. tra·chiandesiti e tristaniti). Usando il rapportotradizionale quasi tutte queste rocce risulterebbero sadiche. In effetti. ai fini dellanomendatura. l'applicazione di questo cri·terio ~ rilevante solo per le rocce della seriesatura: ttachibasalti, rtachiandesiti basalti.che, trachiandesiti. I rispettivi tipi sadicipossono prendere opzionalmenre il nome(sub·root name) di hawaiite o di trachibasal.to sadico; di mugearite o di trachiandesitebasaltica sadica: di benmoreite o di trachiandesite sadica. I tipi potassici il nome dirrachibasalto potassico; di shoshonite o ditrachiandesite basaltica potas:\ica: di latiteo di tmchiandesite polassica.
lina; b) trachite O trachite alcalina; c) basanite o tefrite. La scelta di uno dei due nomirichiede criteri aggiuntivi.
Una roccia riolitica o trachitica sarà chiamata rioUte alcalina o mchite alcalina sel'[ndice Peralcalino (P.l.) è maggiore di 1.
L'Indice Peralcalino è dato da (Na~ +K:!O) / AbOa (in moli), il che equivale a(1,6 N"O + 1,06 K,O) / 0,98 AI,O, ;n pero 'Ib .
La distinzione fra basaniti e tefriti richiedel'uso della norma CIPW. Le rocce con oli·vina normativa superiore al lO % sono basaniti. le altre sono tefriti.
•7
No,O'l.
• BENMQREITE
6
• MUGEARlTE
54,,
acide, in accordo con le proposte diJOHANNSEN (19'0);
b) valori molto prossimi a quelli propostisono stati usati nelle classificazioni diFROLQV A e PETRaVA (1974 l, di PECCE
klLLO e TAYLOR (19761. di MIDDI.E
MOST (1972), c. in parre, di C.ox et al.(1979).
La linea che separa il campo delle dacilida quello delle rialiti è invece inclinata, anzichè posla verticalmente al valore di 68 %SiO~, in quanto essa meglio si ad.na alladistribuzione osservata di rocce chiamale daciti e rioliti. Analoga considerazione ha consigliato, per contrspposto, di separare le tra·chiri dalle rialiti mediante una linea verticale(sempre sul valore 68 % SiO:!) anzichè inclinata.
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7
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Fig. 7. - Distribw:~c dci basalti ala.l!ni.e ..~baka1ini nel campo dci basalti TAS. - DUtnhuuonal alkalinc .nd sub<llklliine basaltS in tbc TASbasa1t 6.eld.
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Basalti alcalini e subalcalini
Nel campo dei basalti (fig. 7) si possonodistinguere due soltogruppi. Seguendo lac1assi6cazione normativa (tetraedro) diYODER e TILLEY (1962) ed ..accogliendo irisultati di una indagine su vasta scala condotta dalla Sottocommissione dello I.U.G.S.i basalti con nefelina normativa prendonoil nome (sub-root name) di basalti alcalini.Quelli privi di neielina normativa, cioè siaad olivina che a quarzo normativa, prendonoil nome di basalti subalcalini. Nella partesuperiore del campo i basalti a diverso gradodi saturazione in silice vengono io parte asovrapporsi fra loro (BELLIENI et al., 1983);per distinguere fra tipi alcalini e subalca.lini è quindi necessario ricorrere alla norma c.I.P.W. Sotto la linea indicata infig. 7 si proietta circa il 70 % del totaledei basalti, e, salvo una percentuale trascurabile (2 %), tutti questi sono privi di odelina normativa e possono quindi essere classificati direttamente come basalti subalcalini (4).
Riassunto e conclusioni
Il diagramma TAS soddisfa in modo conveniente alle contrapposte esigenze di semplicità di metodo e di attendibilità classificativa. Mediante la sola proiezione del valore della silice e degli alcali si giunge, dinorma, a definire il nome del gruppo (roctname) cui la roccia appartiene. In due casi(doliti e trachiti) è necessario ricorrere acriteri supplementari, che richiedono solodi vetificare se (l ,6 Na~O + 1,06 K20) èmaggiore o minore di 0,98 AI~03, per decidere se si tratti o meno di rioliti e trachitialcaline. In un solo caso è necessario l'usodella norma c.I.P.W. (basaniti e tefriti).
Le tocce che si proiettano sopra la lineache attraversa il campo dei basalti richiedonol'uso della norma c.I.P.W. per decidere sesi tratti di tipi alcalini o subalcalini. Leroa:e che stanno sotto la linea sono basaltisubalcalini.
Ovviamente potranno rendersi necessatie,
(') Ulteriori suddivi~ioni dei b'SlIlti sub.lc.lini(basalti ul1Cl1lclllini, tooleiitici, transizionali (?) ecc.)saranno possibili in futuro mediante opportunicriteri çhimici. La SottOCQlJlmiS$ione non si è tultavia anrotll implegn'llI in questO senso.
da pane dei petrologi, altre specificazioni(per es. low-k, high-k, low.Mg, high-alumina)per definire meglio i caratteri chimici dellerocce studiate. In tal caso si raccomandache i criteri adottati siano chiaramente eaccuratamente de6niti.
Si ricorda infine che l'uso di diagrammio sistemi classificativi diversi compotta inevitabilmente risultati in varia misura discrepanti; nel dare il nome della roa:ia saràquindi necessario menzionare il sistema c1as.si6cativo adottato.
Rinf,raz.iamenti. - La prima bona dci diagr.mmaTAS fu preparata a Padova da un pkcolo gruppodi lavoro guidato da R. LE M""TRe e comprendente:G. BELLIENI, E. JUSTIN.VISENTtN, M.J. LE BAS,E.M. PICCIRIU.O, R. ScHMID, A. STRECKEISEN eB. ZANETIIN.
I sottoelencati membri della Sottocommissionedella I.U.G.S. hanno contribuito alla prep.razionedella versione finale ddla classificazione TAS:G. BELLIENI, F. C""'VES, A. DUDEK, S.Y. EFREMOVA,]. KELLEI., M.J. LE BAS, R.W. LE MAITltE, N.P. MIKHAILOV, H. DE LA ROCIlE, P.A. SUINE, R. $cIlMID,H. SOI.ENSEN, A. STIECKEI$EN, V. SZECKy-Fux.M. TEl.UGGI e B. ZANETTIN.
Al~ri colleghi che hanno signi6cati.Ya!fleme con·tribulto al lavoro della SouocommlS$looc sono:J.H. BIANDLE, K.G. Cox, A. CUNDAltl, E.A.K. MIDDLEMOST, M. MUNOZ, S. PELTZ, G.O. SNYDU,WJ. WADSWOI.TII e jF.G. WtLICINSOH.
200 B. ZANETTIN
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