Georisorse Introduzione & Plate tectonics - people.unipi.it · • concetto di frazionamento 10...

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Geologia e GeorisorseModulo II

Georisorse

Sergio RocchiDipartimento di Scienze della Terra - Università di Pisa

Mail: [email protected]

Lezioni: http://www.dst.unipi.it/dst/rocchi/SR

Registro: http://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=89302::::&ri=80393

Georisorse

Introduzione & Plate tectonics

georisorse

• risorse vitali• aria• acqua• suolo

• risorse energetiche• combustibili fossili• elementi fissili• calore terrestre

• risorse materiali• metalli• minerali, rocce, gas

4

georisorse5

vitale vitale energiaenergia

metalli minerali/rocce

minerali/rocce

energiaCraig et al. (2010)

Rockström et al. (2010)Rockström et al. (2010)

impatto ambientale dell’uso delle georisorse

• risorse energetiche• combustibili fossili• elementi fissili• calore terrestre

• risorse vitali• aria• acqua• suolo

• risorse materiali• metalli• minerali, rocce, gas

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georisorse - disponibilità7

non esauribili

materiali litoidiminerali non-metalliferi (p.p.)

energia solareenergia eolicaenergia idrica

energia geotermica

esauribili

minerali metalliferiminerali non-metalliferi (p.p.)

combustibili fossilicombustibili nucleari

biocombustibilibiomasse

RSUacqua potabilesuoli agricoli

non rinnovabili rinnovabili

• risorse energetiche • risorse vitali• risorse materiali

risorse vs riserve8

Press et al. (2006)

risorse vs riserve9

Craig et al. (2010)

da roccia a risorsa

• processo di concentrazione

• concetto di frazionamento

10

Craig et al. (2010)

consumi di georisorse

• consumo di risorse minerali pro-capite nell’arco vitale

11

Craig et al. (2010)

popolazione

• oggi: 7 miliardi

12

Craig et al. (2010)

dinamica della popolazione13

Nat

iona

l Geo

grap

hic

(Jan

2011

)

processi genetici delle georisorse14

• elementi dalle stelle• elementi del pianeta Terra• frazionamento materiali geologici• processi petrogenetici e geodinamica

15

elementi dalle stelle

• Big Bang• 1010K• nuclei leggeri• elettroni per T>5x103K

• spallation• bombardamento raggi

cosmici di nuclei di 12C, 16O

• stellar fusion• alta densità di materia• T>5x107K• Taz: 5x109K: Si–>Fe

• neutron capture• flusso di neutroni da

supernova• neutrone si trasforma in

protone

fusione stellare

cattura di neutrone

spallazione

Big Bang

Rogers (2008)

16

elementi nel pianeta Terraclassificazione cosmochimica degli elementi

• La comprensione della natura dell'interno della Terra è basata, oltre i 100 km di profondità, sullo studio di un processo fisico: la propagazione delle onde sismiche

• Per comprendere la natura chimica dell'interno della Terra e degli altri pianeti del Sistema Solare si studiano le meteoriti

• I materiali che compongono le meteoriti sono: silicati, solfuri e metalli• L'analisi di queste fasi indica come ogni elemento sia preferenzialmente

segregato in una di queste fasi

• Si possono così classificare gli elementi in• elementi litofili concentrati preferenzialmente nelle fasi silicatiche• elementi siderofili! concentrati preferenzialmente nelle fasi metalliche• elementi calcofili! concentrati preferenzialmente nelle fasi a solfuri• elementi atmofili! concentrati preferenzialmente in fase gassosa

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atmosferaidrosfera

NHe Ne Ar Kr Xe

OH Cl Br I

Li Be B FNa Mg Al SiK CaSc TiRb Sr Y Zr NbCs Ba REE Hf U Th

C P W Ta

Fe Ni V Cr Mn ZnCo Ga Sn

Ru Rh PdOs Ir Pt Au

Ge As SeMo Sb Te

Re

SCu Ag cd InHg Tl Pb Bi

classificazione cosmochimica degli elementi

ATMOFILI

LITOFILI

CALCOFILI

SIDEROFILI

crostamantello

nucleo

solfuri

18

classificazione geochimica degli elementi•Elementi “incompatibili”

• Difficilmente accomodabili nelle strutture dei minerali ignei (e metamorfici)

• Troppo grandi (LILE: Large Ion Lithophile Element)

• Carica troppo alta, legame prevalentemente covalente (HFSE: High Field Strength Element)

• Abbondanti nella crosta

•Elementi “compatibili”• Facilmente accomodabili nei

minerali ignei che cristallizzano per primi

• Abbondanti nel mantello

Gill (1996)

19

frazionamento materiali geologici

• Frazionamento chimico• Evoluzione chimica del pianeta Terra

• nucleo• mantello• crosta• atmosfera

• Frazionamento materiali• Ciclo delle rocce

20

gradiente (geo)termico

• Gradiente geotermico –variazione della Temperatura con la

profondità

• Sorgenti di calore–accrezione e differenziazione primaria

• energia gravitazionale --> calore• feedback• dissipazione calore da nucleo verso esterno

–decadimento isotopi radioattivi• U, Th, K concentrati nella crosta• 40% del flusso di calore

• Trasferimento di calore–Radiazione–Conduzione–Convezione

21

gradiente (geo)termico

Rogers (2008)

22

Evoluzione chimica della Terranucleo - mantello - crosta - atmosfera

• nucleo• accrezione planetesimale=energia per mantenere la terra primordiale allo stato

fuso• separazione gravitazionale delle fasi metalliche verso il nucleo=ulteriore energia

per mantenere più a lungo il pianeta allo stato fuso=più efficace segregazione degli elementi siderofili dal mantello verso il nucleo

• lega Fe-Ni (onde P indicano densità minore: probabilmente ci sono anche fasi tipo solfuri ! 10%)

• mantello• fasi silicatiche (70% della massa della Terra)• sottoposto a fusione parziale per generare magmi basaltici: durante la fusione

alcuni elementi maggiori (Na, Al, Si, Fe) entrano preferenzialmente nel liquido, mentre altri (refrattari come Mg) rimangono preferenzialmente nel solido; anche alcuni elementi in traccia (in particolare quelli con grande raggio ionico, detti incompatibili) sono più facilmente accomodati nella struttura più aperta del liquido

• i magmi che dal mantello risalgono verso la crosta concentrano quindi gli elementi basso-fondenti e incompatibili (tra cui K, Th, U) nella crosta

23

Evoluzione chimica della Terranucleo - mantello - crosta - atmosfera

• crosta• i magmi che dal mantello risalgono verso la crosta concentrano quindi

gli elementi basso-fondenti e incompatibili (tra cui K, Th, U)• crosta oceanica

• prodotto della fusione per decompressione della peridotite del mantello• SiO2!50 wt%• ha vita max ! 200 Ma, età media ! 60 Ma

• crosta continentale• prodotto della fusione per idratazione della peridotite del mantello• SiO2!57 wt%• ha vita max ! 4 Ga, età media ! 600 Ma• crosta continentale inferiore diversa da crosta continentale superiore

• soltanto la Terra ha una crosta non basaltica, a causa della esistenza di acqua liquida superficiale, che innesca il processo sedimentario; la tettonica delle placche (subduzione di crosta oceanica alterata e sedimenti sovrastanti) porta acqua anche nel mantello sup.

24

evoluzione chimica della Terranucleo - mantello - crosta - atmosfera

Mg Fe Si

Mg Ca Fe Si Al

Ca Fe Si Al

S Al NaK

mantello

crosta oceanica

crosta continentale inferiore

crosta continentale superiore

Ni Fe S(O) nucleo

25

evoluzione chimica della Terracomposizione chimica della Terra

Press et al. (2006)

Gill (1996)

26


• atmosfera• N2, SO2, H2O, Ar dalla attività

vulcanica = degassamento mantello

• O2 dalla attività biologica

• oggi: bilancio dinamico tra atmosfera, idrosfera e litosfera: C ! sedimenti

• produzione antropica di CO2

Gill (1996)

Press et al. (2006)

27


• CO2 - (Osservatorio Mauna Loa)

• Variazione stagionale (7 ppm = 2%)• Causa: fotosintesi stagionale• Variazione globale: crescita• Causa: incremento consumo

combustibili fossili (effetto serra)?

• CO2 - (molti osservatori)• Variazione stagionale, oscillazioni più pronunciate

nellʼemisfero Nord• Causa: fotosintesi stagionale• Variazione globale: crescita uguale nei due emisferi,

crescita T parallela a crescita CO2

• Causa: aumento T ! aumento CO2 (fotosintesi vs antropo) aumento CO2 ! aumento T

Rogers (2008)

estate emisfero nordmax fotosintesi

inverno emisfero nordmin fotosintesi FEEDBACK

evoluzione chimica della Terrafrazionamento materiali

28

Rogers (2008)

evoluzione chimica della Terrafrazionamento materiali

29

Press et al. (2006)

le rocce

Roccia sedimentariaa rock resulting from:

• consolidation of loose sediment that has accumulated in layers (<200°C)

• precipitation from solution• remains or secretions of plants and animals

30

AGI Glossary of Geology

Roccia metamorficaany rock derived from pre-existing rocks

by solid state mineralogical and/or structural changes in response to

marked changes in temperature (200-800°C), pressure, shearing stress,

generally at depth in the crust

Roccia igneaa rock that solidified from molten or partly molten material (1200-700°C), i.e. from a magma

31

le roccecondizioni di formazione

la classificazione di primo rango è di tipo genetico:• Rocce Ignee

•Plutoniche•Vulcaniche

• effusive• esplosive

• Rocce Metamorfiche• Rocce Sedimentarie

32

distribuzione dei materiali nella Terra

il ciclo delle rocce• la crosta è fatta per il 95% da rocce ignee o da rocce

metamorfiche di derivazione ignea (ortoderivati)

• la superficie terrestre è coperta per il 75% da rocce sedimentarie o da rocce metamorfiche di derivazione sedimentaria (paraderivati)

• la distribuzione dipende dal ciclo delle rocce

• il ciclo delle rocce, unitamente ai cicli geochimici, fraziona i materiali terrestri

33

distribuzione dei materiali nella Terra

il ciclo delle rocce

mantello

crosta sup

crosta inf

magma

depositi organicisedimenti clastici

roccevulcaniche

roccesedimentarie

rocceplutoniche

roccemetamorfiche

fusioneparziale

atmosferaidrosfera

biosfera

solidificazioneeruzione

diagenesi

sedimentazionetrasportoerosione

alterazione

morte

vitametamorfismo

metamorfismomet.

processo igneo e georisorse

• il magma

• ambientazione geodinamica dell’attività ignea• margini divergenti• margini convergenti• margini trascorrenti• rift intracontinentali• isole oceaniche• margini passivi

• tipologia intrusioni ignee

34

35

il magmacomposizione

•il magma ha composizione variabile

•anione più abbondante: O

•componente più abbondante: SiO2

•tipi di magma più abbondanti• Basaltico (80%)• Andesitico (10%)• Riolitico (10%)

Al2O3 Al2O3 Al2O3

MgO+CaOMgO+CaO

MgO+CaOFeO+Fe2O3

FeO+Fe2O3FeO+Fe2O3Na2O+K2O

Na2O+K2O

Na2O+K2O altrialtri

altri

Magma basaltico Magma andesitico Magma riolitico

SiO2 SiO2 SiO2

evoluzione

Gasdisciolti

nel magmaScmincke (2008)

36

il magmatemperatura

• il magma è caratterizzato da alte temperature

• misura/stima temperatura:• durante le eruzioni, da distanza, con sistemi

ottici

• durante le eruzioni, in situ, con sonde termiche

• esperimenti di laboratorio

• calcoli teorici di tipo termodinamico

• Temperature misurate durante eruzioni laviche: 1000 – 1250°C

• il magma esiste anche a temperature più basse (fino a circa 700°C), sia durante eruzioni non laviche, sia all'interno della crosta terrestre

roccia completamente solida

magma completamente liquido

liquido+

solido

Tliquidus

Tsolidus

SiO2 wt%

Tem

pera

tura

°C

50 60 70

1400

1300

1200

1000

900

800

700

600

intervalli termici di cristallizzazionedei magmi a bassa Pressione

37

genesi del magma• il magma si genera quando la temperatura è sufficientemente alta da permettere la fusione (parziale) di porzioni del mantello o della crosta

• il mantello (normalmente solido) se fonde (parzialmente) dà luogo a magmi basaltici

• la crosta (normalmente solida) se fonde (parzialmente) dà luogo a magmi riolitici

• la fusione è possibile se:

solido solido+ liquido

liquido

curva temperaturedi Solidus

(inizio fusione)

curva T diLiquidus(fusione

completa)

geoterma

TEMPERATURA

PRES

SIO

NE -

PRO

FOND

ITA'

C

A

B

A. T della sorgente aumenta (poco verosimile nel mantello, più probabile nella crosta)

C. Solidus si sposta verso T più basse (apporto di fluidi nella sorgente)

B. P della sorgente diminuisce(decompressione adiabatica per assottigliamento del mantello sovrastante)

ambientazione geodinamica dell’attività ignea

•dove e perché

• margini divergenti

• margini convergenti• zone di subduzione

• zone di collisione

• margini trascorrenti

• zone intraplacca

• margini passivi

38

Etna - 2002

ambiente geodinamico e attività ignea

• vulcani attivi subaerei

39

Rogers (2008)

Ambiente geodinamico e attività sismica40

• terremotiRogers (2008)

41

ambientazione geodinamica dei processi ignei

42

ambiente geodinamico - volume magmi

Scmincke (2008)

attività ignea - margini divergenti43

margini divergentistruttura della crosta oceanica

• La dorsale è segmentata da fratture trasversali

• Le fratture oceaniche sono caratterizzate da movimento trasforme

44

Rogers (2008)

Rogers (2008)

45

margini divergentistruttura crosta oceanica

Rogers (2008)

margini divergentiattività vulcanica

46

margini divergentiofioliti

47

Rogers (2008)

48

margini divergentigenesi dei magmi

Sinton & Detrick (JGR, 1992)

Rogers (2008)

49

PERIDOTITI

PIROSSENITI

margini divergentirapporti sorgente-magma

M = minerali femici• olivina (Ol)• pirosseni

• ortopirosseni (Opx)• clinopirosseni (Cpx)

• anfiboli• biotite

• se M ! 90 ! roccia ultrafemica, classificazione con diagramma Ol-Opx-Cpx

• se M < 90 ! roccia da classificare con diagramma doppio triangolare QAPF

Classificazione rocce ultrafemiche (M≥90)

Ol

CpxOpx

dunite

websteriteolivinica

lherzolite wehrliteharzburgite

websteriteortopirossenite

clinopirossenite olivinica

ortopirossenite olivinica

clinopirossenite

Roge

rs, O

ur d

ynam

ic Pl

anet

,Ca

mbr

idge

(200

8)

media peridotiti ofiolitiche media xenoliti peridotitici

margini divergentirapporti sorgente-magma

50


liquido


(inizio fusione)


completa)

geoterma

TEMPERATURA

PRES

SIO

NE -

PRO

FOND

ITA'

C

A

B

• adiabatic decompression melting

• alto grado di fusione parziale (fino a 20-30%)

attività igneamargini convergenti - zone di subduzione

51

litosfera oceanica - litosfera oceanica

litosfera oceanica - litosfera continentale

litosfera continentale - litosfera continentale

52

zone di subduzione

Rogers (2008)

zone di subduzionestruttura sismica

• sismicità 1977-1997

53

www.usgs.gov


54

www.usgs.gov

55


• quando la placca più pesante e meno rigida affonda sotto l'altra (SUBDUZIONE), la frizione genera terremoti localizzati sul contatto tra la placca subdotta e mantello

http://www.minerals.si.edu/tdpmap/

seismic waves anomalies

• i sismi sono distribuiti su una fascia detta Piano (o zona) di Wadati-Benioff

56

zone di subduzionestruttura termica

• placca vecchia (130 Ma)• spessa• pesante• subduzione veloce

Rogers, Our dynamic Planet (Cambridge, 2008)Rogers, Our dynamic Planet (Cambridge, 2008)• litosfera giovane (15 Ma)

• sottile• leggera• subduzione lenta

Rogers (2008)

zone di subduzionequadro generale e distribuzione magmi

57

Rogers (2008)

58

zone di subduzionegenesi magmi

Rogers (2008)

zone di subduzionerapporti sorgente - magma

• ingresso fluidi nel mantle wedge

• depressione curva di solidus

59


liquido


(inizio fusione)


completa)

geoterma

TEMPERATURA

PRES

SIO

NE -

PRO

FOND

ITA'

C

A

B

attività igneamargini convergenti - zone di collisione

60

litosfera oceanica - litosfera oceanica

litosfera oceanica - litosfera continentale

litosfera continentale - litosfera continentale

61


• quando la porzione di litosfera oceanica interposta tra due continenti è stata completamente subdotta, i due continenti entrano in COLLISIONE

• avendo caratteristiche fisiche simili, nessuno dei due tende a sprofondare sotto l'altro, per cui si accartocciano l'uno contro l'altro

62



attività igneazone di collisione - genesi del magma

• ispessimento crustale

• calore decadimento radioattivo

• aumento T

63


liquido


(inizio fusione)


completa)

geoterma

TEMPERATURA

PRES

SIO

NE -

PRO

FOND

ITA'

C

A

B

64

Margini trascorrenti / conservativi

• le placche scorrono l'una contro l'altra• il margine è una faglia trasforme• intensa attività sismica• no attività vulcanica• esempi:

• San Andreas fault (Messico-western USA)• North Anatolian Fault (Turchia) & Dead Sea Transform• South Alpine Fault (New Zealand)

65

margini trascorrenti / conservativi San Andreas Fault

http://www.ig.utexas.edu/research/projects/plates/plates.htm

PLACCAARABICA

PLACCAANATOLICA

PLACCAAFRICANA

PLACCAEUROASIATICA

margini trascorrenti / conservativiNorth Anatolian Fault & Dead Sea Transform

http://eol.jsc.nasa.gov

67

Margini trascorrenti / conservativiSouth Alpine Fault, New Zealand

500 km

68

NEW ZEALANDdeep seismicity

Margini trascorrenti / conservativiSouth Alpine Fault, New Zealand

NEW ZEALANDshallow seismicity

Esempi: Alpine FaultNew Zealand

attività igneazone intraplacca - rift intracontinentali

• Rift continentale• depressione tettonica allungata (rift valley = depressione

fisiografica riempita da vulcaniti e sedimenti continentali• limitata da faglie (fratture della crosta) dirette• Faglie legate a estensione dell’intera litosfera

• Caratteristiche delle zone di rift• alti flussi di calore• magmatismo bimodale (basalti e rioliti)• anomalie gravimetriche (massimi in corrispondenza della rift valley)• anomalie magnetiche (minimi in corrispondenza della rift valley)

69

attività igneazone intraplacca - rift intracontinentali

Il continente africano si sta dividendo lungo una frattura della litosfera continentale (East African Rift)

70

Somalia

EtiopiaGolfo di Aden

Oceano Indiano

Mar RossoYemen

Afar

attività igneazone intraplacca - rift intracontinentali - genesi del magma

71

Rift attivolegato alla attività di una plume mantellica

(risalita di materiale molto caldo dal mantello profondo, dimensioni tipiche delle cupole

raggio = 500-1000 km)

Rift passivolegato alla dinamica delle placche che

possono allontanarsi provocando uno stress tensionale dellʼintera litosfera


liquido


(inizio fusione)


completa)

geoterma

TEMPERATURA

PRES

SIO

NE -

PRO

FOND

ITA'

C

A

B

attività igneazone intraplacca - isole oceaniche

72


attività igneazone intraplacca - mantle plumes/hot spots

73


attività igneazone intraplacca - mantle plumes/hot spots

• La localizzazione degli hot spots è considerata fissa nel tempo, rispetto a un riferimento profondo (es. interfaccia nucleo-mantello)

• La localizzazione degli hot spots è usata per ricostruire I movimenti delle placche nel passato

74

attività igneazone intraplacca - isole oceaniche- genesi del magma

• adiabatic decompression melting

75


liquido


(inizio fusione)


completa)

geoterma

TEMPERATURA

PRES

SIO

NE -

PRO

FOND

ITA'

C

A

B

attività igneaLarge Igneous Provinces (LIP)

• immensi espandimenti di lava• volume di 106 km3 (migliaia di M. Etna)• tempi brevi (ca. 1 Ma)

76


77

Wignall (2001)


78

provincia età (Ma) volume (x106 km3)Panjal-Emeishan Basalts 260 1.0

Siberian Traps 250 1.8

Central Atlantic Magmatic Province 200 4.0

Karoo-Ferrar Traps 180 2.5

Paranà-Etendeka Traps 130 1.2

Ontong-Java Plateau 120 50.0

Kerguelen Plateau 110 20.0

Caribbean-Colombian Province 90 4.0

Deccan Traps 65 2.0

Brito-Arctic Province 55 4.0

Ethiopian Traps 30 0.8

Columbia River Plateau 16 0.2

attività igneamargini passivi

79

80

ambiente geodinamico e composizione dei magmi

Rogers (2008)

81

ambiente geodinamico e composizione dei magmi

basalti tholeiiticipoveri in Kricchi in Si

MORBbasalti calcoalcalini

ricchi in AlCAB / VAB

andesiti basalti alcaliniricchi in Na (K)

poveri in SiOIB

trachiti - rioliti

basalti alcaliniricchi in Napoveri in Si

OIB

82

messa in posto dei magmitipologia intrusioni ignee

• sotto la superficie della Terra solida (raffreddamento lento)•intrusioni profonde (plutoni, batoliti)

•intrusioni superficiali (dicchi, sill, laccoliti)

http://pubs.usgs.gov/of/2004/1007/volcanic.html

• sopra la superficie della Terra solida (raffreddamento veloce; talvolta vetro)•vulcani

intrusioni tabularibacini sedimentari - Senegal offshore

83

North Sea,Hansen & Cartwright,

JSG (2006)

saucer-shaped sills

Rocchi et al (Terra Nova, 2007)

• riflettori sismici• correlazione con anomalie grav-mag• saucer-shaped igneous sills

North Sea,

intrusioni tabularibacini sedimentari - Senegal offshore

• hydrothermal venting

84

saucer-shaped sills

Miocene unconformity

North SeaSvensen et al., Nature (2004)

Rocchi et al (Terra Nova, 2007)

Miocene unconformity

North SeaSvensen et al., Nature (2004)

intrusioni tabularibacini sedimentari - North Sea, Karoo

8524

10 km

Polteau et al (EPSL, 2008)

Karoo Large Igneous Province (LIP)South Africa, 183 Ma

North Atlantic Volcanic Province (LIP) Paleocene

86

intrusioni tabularicrosta sup - laccoliti multilivello (Isola d’Elba)

87

intrusioni tabularicrosta medio-sup - laccolite/plutone sheeted (Patagonia)

Torres del Paine, Cile

foto S. Paterson - USC

Michel et al., Geology (2008)

intrusioni tabulari

• Henry Mts (Utah)• Trachyte Mesa Sill

88

intrusioni tabulaririempimento delle intrusioni - flusso di magma

• Henry Mts, Black Mesa Sill

89

Horsman et al. (TrRSocEd, 2010)

Sain

t-B

lan

qu

at e

t al

. (T

ect

on

op

h,

20

06

)

90

Horsman et al. (TrRSocEd, 2010)

intrusioni tabulaririempimento delle intrusioni - flusso di magma

intrusioni tabulariinteresse nell’esplorazione petrolifera

• hydrocarbon potential• sill intrusions in sedimentary basins• hydrocarbon maturation• unconventional traps

91

Lee et al (Marine Petrol Geol, 2006)

Yellow Sea

92

processo metamorfico e georisorse

METAMORFISMO = trasformazionestrutturale e/o mineralogica

roccia metamorfica

protolite

metamorphismIUGS subcommission metamorphic rocks

• Metamorphism is a subsolidus process leading to changes in mineralogy and/or texture (for example grain size) and often in chemical composition in a rock. These changes are due to physical and/or chemical conditions that differ from those normally occurring at the surface of planets and in zones of cementation and diagenesis below this surface. They may coexist with partial melting.

93

94

fattori del metamorfismo

• Temperatura• Pressione

• Sforzo (Stress)• forza che agisce sulla roccia

• Deformazione (Strain)• risposta della roccia allo stress applicato

• Pressione litostatica• uniforme, di tipo idrostatico

• Sforzo differenziale (Deviatoric stress)• pressione diversa in direzioni diverse• risolvibile in tre componenti perpendicolari tra loro:

• σ1 è lo sforzo massimo• σ2 è lo sforzo intermedio• σ3 è lo sforzo minimo• in situazione "idrostatica" i tre sforzi sono uguali

• lo stress differenziale influenza strutture• lo stress differenziale non influenza l'associazione di minerali

• Fluidi• Tempo

95

tipologie di metamorfismoagente

• Metamorfismo di contatto• termometamorfismo• pirometamorfismo

• Metamorfismo regionale• metamorfismo orogenico• metamorfismo di subduzione• metamorfismo di seppellimento• metamorfismo di fondo oceanico

• Metamorfismo idrotermale• Metamorfismo di faglia • Metamorfismo da impatto

protolite96

• Ultramafico

• Mafico

• Argillitico (pelitico)

• Carbonatico

• Siliceo

• Quarzo-feldspatico

•altissimo Mg, Fe, Ni, Cr•peridotite, dunite, pirossenite

•alto Fe, Mg, Ca•basalto, gabbro, andesite, diorite

•alto Al, K, Si•argillite

•alto Ca, Mg, CO2•calcare, dolomia

•quasi solo SiO2•arenaria quarzosa, selce

•alto Si, Na, K, Al•granito, granodiorite, arcose, grovacca,

metamorfismocondizioni fisiche

• Diagenesi• fino a 150-200°C• fino a 0.2 GPa

• Anchimetamorfismo• primi effetti metamorfimo /

ultimi stadi diagenetici• indice di cristallinità dell’illite

(larghezza del picco (001) a 2/3 dell’altezza)

• Metamorfismo

• Metasomatismo

97

98

caratterizzazione fisica del metamorfismofacies metamorfiche

• basate principalmente sulle associazioni di minerali che si formano da protoliti mafici

• minori variazioni basate sulle rocce pelitiche

• i limiti tra le facies rappresentano le condizioni P-T in cui minerali chiave entrano o escono (per reazione) cambiando così l'associazione di equilibrio

• i limiti tra le facies sono sfumati, graduali

ambientazione geodinamica del metamorfismoserie di facies metamorfiche e ambiente

99

• Serie di facies ad alto dP/dT• margini convergenti• zone di subduzione

• Serie di facies a medio dP/dT• margini convergenti• collisione

• Serie di facies a basso dP/dT• metamorfismo di

contatto

100

• Depressione delle isoterme (introduzione di litosfera “fredda” nel mantello)

ambientazione geodinamica del metamorfismomargini convergenti - zone di subduzione

ambientazione geodinamica del metamorfismomargini convergenti - zone di subduzione

101

Rogers (2008)

102

ambientazione geodinamica del metamorfismomargini convergenti - zone di collisione

103

• Facies di bassa pressione• Facies delle

cornubianiti • metamorfismo al

contatto di intrusioni ignee

• Facies di bassa pressione• Facies delle

cornubianiti • metamorfismo al

contatto di intrusioni ignee

Crestmore (CA,USA)

Skiddaw (UK)

ambientazione geodinamica del metamorfismometamorfismo di contatto

104

Rogers, Our dynamic Planet,Cambridge (2008)

ambientazione geodinamica del metamorfismomargini divergenti

105

lave

gabbri

dicchi

acqua di marefredda e ossigenata

ossidi: Fe-Mnsolfuri: Fe-Cu-Zn

salamoie riducentialta T

zeoliti

scisti verdi

anfiboliti

rocce fresche

metamorfismo

bassissimo

basso

medio

facies grado

ambientazione geodinamica del metamorfismomargini divergenti

processo sedimentario e georisorse106

107

Testi consigliati• Craig, J.R., Vaughan, D.J., Skinner, B.J., 2010. Earth Resources and the Environment, 4 ed.

Prentice Hall, 528 pp.• Diamond, J., 1998, nuova ed. 2006. Armi, acciaio e malattie. Einaudi, 400 pp.

• Diamond, J., 2005. Collasso. Einaudi, 566 pp.

• Gill, 1996. Chemical fundamentals of geology, 294 pp.

• Press , F., Siever, R., Grotzinger, J., Jordan, T.H., 2006. Understanding Earth, 4 ed. Freeman.• Rockström, J., et al., 2009. A safe operating space for humanity. Nature 461, 472-475.

• Rogers, G., 2007. An Introduction to Our Dynamic Planet. Cambridgepp.

• Schmincke, H.U., 2004. Volcanism. Springer, 324 pp.

• Tanelli, G., 2009. Georisorse e Ambiente. Aracne, 280 pp.• Wignall, P.B., 2001. Large igneous provinces and mass extinctions. Earth Science Reviews 53, 1-33.

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