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.

Fusione per riscaldamento di una roccia peridotitica a

a composizione Di36%-An10%-Fo54%

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

CLASSIFICAZIONE CHIMICA DELLE ROCCE VULCANICHE

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.

LE STRUTTURE DI CUMULO

DELLE ROCCE INTRUSIVE

ROCCIA INTRUSIVA – STRUTTURA IPIDIOMORFA

ROCCIA INTRUSIVA – STRUTTURA ALLOTRIOMORFA

ROCCIA INTRUSIVA – STRUTTURA IPIDIOMORFA

ROCCIA EFFUSIVA – STRUTTURA IPIDIOMORFA

ROCCIA FILONIANA – STRUTTURA PORFIRICA

ROCCE EFFUSIVE - STRUTTURE PORFIRICHE

ROCCIA EFFUSIVA – STRUTTURA PORFIRICA FLUIDALE

SCHEMA DI CLASSIFICAZIONE DI TERRENO DELLE ROCCE

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