Roberta Oberti CNR - Istituto di Geoscienze e Georisorse Pavia
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Gli anfiboli: una cristallochimica complessa deve essere studiata con un complesso di tecniche analitiche
Roberta ObertiCNR - Istituto di Geoscienze e
Georisorse Pavia
Complessità strutturale
M(2) M(3) M(2)
T(1)
T(2)
M(4)
M(1)O(3)
A(2)
A(m)
H
Complessità cristallochimicaFormula unitaria: A0-1 B2 C5 T8 O22 W2
A = , Na+, K+, Li+, Ca2+, Pb2+ 1 sitoB = Li+, Na+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ 1 sito M(4)C = Mg2+, Fe2+, Mn2+, Al3+, Fe3+, Mn3+, Ti4+, Li+ 3 siti M(1) M(2) M(3)T = Si4+, Al3+, Ti4+ 2 siti T(1) T(2)W = (OH)-, F-, Cl-, O2- 1 sito O(3)
3+
0 1+
2+
1- 2
-
4+
La componente oxo aumenta la quantità di cationi C ad alta carica e ne
inverte l’ordinamento (da M(2) a M(1), M(3)
2
Sono termini di soluzioni solide complesse
1
Leake (1968): calcic amphiboles
Leake (1978): primo schema approvato dall’IMA – A,B,T
Leake et al. (1997): 10 anni e 1200 pagine di discussione (cariche ed elementi dominanti e uso di A,B,C
bocciati)
Leake et al. (2003): adattato (malamente) alla scoperta dei anfiboli con Li in C genera mostri
IMA CNMNC (2008): nuovo Sub-committee on amphiboles
Hawthorne et al. (2012): basata su cariche ed elementi dominanti e A,B,C. Riconosce finalmente il ruolo
basilare della componente oxo
Classificazione e nomenclatura:
una storia infinita?
Perché questa storia tormentata? Si tratta di un gruppo importante di minerali delle rocce
con notevole valenza petrogenetica Esiste una copiosa letteratura, mineralogica ma
soprattutto petrologica anfiboli come indicatori/”definitori”
Si è sempre preferito cambiare il meno possibile Si sono soltanto discreditati nomi “di tradizione” Si sono ignorate le componenti che negli ultimi anni si
sono dimostrate frequenti e/o misurabili (Fe3+/Fe2+, O2-, Li) Ironia della sorte:
• Li era presente nelle “vecchie” analisi chimiche per via umida
• Anfiboli definiti originariamente come anidri
Leake et al. 1978-2003 basavano la classificazione sui cationi A, B, T e definivano i confini sulla base di soglie
stechiometriche (> 1 apfu)
T = Si4+
, Al3+
, Ti4+
ma il Si è sempre dominante
la componente oxo (bilanciata in C) diventa irrilevante
CLi e
CR
3+ sono “invisibili”
Na-Ca-Mg-Fe-Mn-Li
amphiboles
Na-Ca
amphiboles
BCa2
BNa2
B(Mg, Fe, Mn, Li)2
Ca
amphiboles Na
amphiboles
Mg-Fe-
Mn-Li
amphiboles
E inoltre:
limiti composizionali stravaganti
dove i termini meno frequenti occupano lo
spazio maggiore
dove la vicarianaza completa tra B
Na e B
Li
viene ignorata
Con il nuovo schema:
La classificazione si basa sugli anioni in W e sui cationi in B, A e C e soprattutto sul criterio della dominanza usato sia per
la valenza che per la specie chimica
Quindi il supergruppo degli anfiboli si divide in:
1. 2 gruppi, cioè O2-
(oxo) o (OH,F)- dominanti in W
2. (OH,F)- : si dividono in 8 sotttogruppi a seconda del catione o gruppo di cationi dominanti in
B
3. i rootname sono definiti sulla base di valori interi delle cariche in A e C*
4. i prefissi sono definiti in base ai cationi dominanti tra gli isovalenti in A e C, partendo (quasi) sempre dalle
composizioni con A
Na C
(Mg, Al) [tranne per riebeckite, arfvedsonite, hastingsite, orneblenda].
Na Ca2 (Mg4.20Fe3+
0.45Cr0.15Al0.20) (Si6Al2) O22 (OH)2 ferri-pargasite anche
se Fe3+
<< 1.0 apfu
* A = Na + K + 2
ACa
C = Al + Fe3+
+ Mn3+
+ Cr, Sc, V.... + 2 Ti4+
- O2-
- C
Li
Sottogruppo
sodio-
magnesio-
ferro-
manganese Rootname 6
Rootname 7
Rootname 8
Rootname 9
Rootname 10
Rootname 11
Rootname 12
Rootname 13
Rootname 14
Rootname 15
Rootname 16
Gruppo: W
(OH,F,Cl) dominante Gruppo: W
O dominante
Sottogruppo
magnesio-
ferro-
manganese
Sottogruppo
calcio
Sottogruppo
sodio
calcio
Sottogruppo
sodio
Sottogruppo
litio
Supergruppo degli anfiboli
Cummingtonite
Grunerite
Rootname 3
Tremolite
Magnesio-
orneblenda
Tschermakite
Edenite
Pargasite
Sadanagaite
Cannilloite
Rootname 4
Hastingsite
Winchite
Barroisite
Richterite
Katophorite
Taramite
Glaucofane
Eckermannite
Nyböite
Leakeite
Riebeckite
Arfvedsonite
Clino-
holmquistite
Pedrizite
Rootname 5
Dellaventuraite
Obertiite
Ungarettiite
Kaersutite
Sottogruppo
litio-
magnesio-
ferro-
manganese Rootname 17
Rootname 18
Rootname 19
Rootname 20
Rootname 21
Sottogruppo
litio-
calcio
Rootname 22
Rootname 23
Rootname 24
Rootname 25
Rootname 26
BR
4+ BR
3+BR
2+
un tetraedro regolare diviso in blocchi omogenei
Compatibile con le osservate soluzioni solide complete tra cationi isovalenti in B
Alcuni end-member sono stati ridefiniti:
kaersutite = NaCa2(Mg3Ti4+
Al)(Si6Al2)O22O2
quasi tutti riportati a C
Mg, C
Al
I cosiddetti group-5 amphiboles (Leake et al. 2003; cf. parvo-mangano ....) sono cancellati
I prefissi “sodic” e “magnesio” sono aboliti (tranne magnesio-orneblenda), e i prefissi si riferiscono
soltanto ai cationi C
Si usa una sequenza di prefissi analoga alla formula,. proto-potassic-ferro-ferri-fluoro- sempre separati da
“-”
Un po’ di pulizia:
E’ fondamentale avere un ordinamento corretto dei cationi (conoscere bene la cristallochimica)
La stima accurata del rapporto Fe3+
/Fe2+
diventa essenziale (calcolo carica netta)
Serve un approccio multianalitico: le analisi Mössbauer e SREF possono diventare fondamentali
La errata stechiometria dei cationi C nel ricalcolo delle formule EMP diventa un indicatore utilissimo:
Se > 5 aumentare Fe3+
(oxo), se < 5 controllare il Li
Bisogna quindi incrociare informazioni indipendenti
Cosa serve ora per classificare correttamente un anfibolo:
Esempi: ordinamento cationico
BMg2 CMn3Mg2 TSi8O22 (OH)2
mangano-cummingtonite?NO!
BMn2 C(Mn1Mg4) TSi8 O22 (OH)2
(clino)-suenoite
Serve un modello
cristallochimico!
Serve SREF!
ANa
BLi2
C(Mg4Fe
3+1)
TSi8 O22 (OH)2
ferri-rootname5 or
orA
Na B
(LiMg) C
(Mg3Fe3+
1Li) T
Si8 O22 (OH)2
rootnamex
Esempi - Come individuare, assegnare e quantificare il litio
deviazioni nella formula chimica (ΣC < 5 apfu, bassi Ca e Na)
analisi SIMS, LA-ICP-MS, analisi per via umida
spiegabili con basso ss in M(4) e/o in M(3) (da SREF)
Cf calibrazioni SIMS/SREF
ss in C
Esempi - Fe3+
/Fe2+
e deprotonazione
Na Ca2 (Mg2.2Fe2+
2.0Ti0.2Al0.6) (Si6Al2) O22 (OH)2
pargasite o
Na Ca2 (Mg2.2Fe2+
1.6Fe3+
0.40Ti0.2Al0.6) (Si6Al2) O22 (OH1.6 O0.4)
oxo-rich pargasite o
Na Ca2 (Mg2.2Fe3+
2.0Ti0.2Al0.6) (Si6Al2) O22 O2
oxo-pargasite? o termini intermedi?
serve:
Mössbauer
o SIMS
o FTIR
o SREF
ma per capire se Ti è in
M(1) (deprotonazio-ne) o
M(2) (bilancia T
Al) serve
SREF
Per ricalcolare le formule, usare Ti come proxy:
O2-
= 2 Ti
Ma è molto approssimativo!!
Esempi - Come individuare e quantificare la deprotonazione
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0O(3)O2- (apfu)
Δ o
ctah
edra
l dis
tort
ion
para
met
er
the M (1) site
E capire quale è il meccanismo o il
processo (durante o dopo la
cristallizzazione)
Dalla analisi, solo per via SIMS in situ o tecniche di bulk, o stima Fe3+
/Fe2+
oppure in via indiretta da
SREF (dopo calibratura SREF/SIMS
FTIR polarizzato e dopo calibratura
Esempi - Come assegnare correttamente il titanio
Per fortuna solo nelle
richteriti cristallizzate ad
alta T e medio-bassa P
In M(1) alto Beq rispetto M(2), M(3)
vedi deprotonazione
In M(2) vedi correlazione mbl vs. < ri>
In T(2) anomalie nei dati SREF e negli spettri FTIR
Esempi – Quantificazione e disordine di Al nei tetraedri
NB non è rilevante per un nuovo minerale ma lo è per verificare se la formula è corretta
Esempi - Disordine Al negli ottaedri
pargasite synth
35503600365037003750
Co-pargasite synth
wavenumber (cm-1)
pargasite Finero
abso
rban
ce (a
u)
Morale:
Se lavorate su anfiboli o se volete caratterizzare un nuovo minerale: Fondamentale ricalcolare le formule e verificare la
correttezza cristallochimica Fondamentale/utilissimo utilizzare più tecniche indipendenti SREF spesso risolve molti problemi (meglio se è disponibile
uno studio di base, che ha portato a modelli ed equazioni) Per gli anfiboli, vi forniamo un piccolo/grande aiuto:
AMPH2012 http://www_crystal.unipv.it/labcris/AMPH2012.zip.
Ed un po’ di bibliografia:
Hawthorne F.C., Oberti R. (co-chairs), Harlow G.E., Maresch W.V., Martin R.F., Schumacher J.C., Welch M.D.
(2012) Nomenclature of the amphibole supergroup. American Mineralogist, 97, 2031-2048.
Oberti R., Cannillo E., Toscani G. (2012) How to name amphiboles after the IMA2012 report: rules of thumb
and a new PC program for monoclinic amphiboles. Periodico di Mineralogia, 81, 2, 257-267.
Locock A: An Excel spreadsheet to classify chemical analyses of amphiboles following the IMA 2012
recommendations. Computer and Geosciences, coming soon.