Rocce ignee

Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005PACEPACE

Geologia e mineralogiaGeologia e mineralogia

•• Definizione di roccia e di mineraleDefinizione di roccia e di minerale

•• Processo magmatico, metamorfico e sedimentarioProcesso magmatico, metamorfico e sedimentario

•• I magmi: definizione e caratteristicheI magmi: definizione e caratteristiche

•• Volatili nei magmi (viscositVolatili nei magmi (viscositàà))

•• Pressione anidra ed idrataPressione anidra ed idrata

•• Sovraraffreddamento dei magmiSovraraffreddamento dei magmi


Rocce IgneeRocce IgneeOggi parleremo dei processi che portano alla formazione delle rocce ignee e come le loro composizioni e tessiture ci possono dire da dove provengano, perchè si sono formate e come si sono raffreddate.


PerchPerchèè le rocce fondono?le rocce fondono?Noi sappiamo che nonostante le temperature molto più alte di quelle che si misurano nella crosta, il mantello terrestre è essenzialmente allo stato solido. Quali sono I motivi per la fusione parziale del mantello (o di una qualsiasi altra roccia)?

••Aggiunta di HAggiunta di H22OO••Diminuzione di pressioneDiminuzione di pressione••Aumento di energia Aumento di energia (temperatura)(temperatura)

Quindi quando si formano rocce magmatiche (es. eruzioni vulcaniche), dobbiamo chiederci quale di questi meccanismi sta avvenendo.


Classificazione delle Rocce IgneeClassificazione delle Rocce IgneeLe due cose importanti necessarie per classificare (dare un nome ad) una roccia ignea sono:

tessituratessituracomposizionecomposizione

La tessitura di una roccia ignea si riferisce essenzialmente alla grandezza e alla forma dei cristalli che la costituiscono e al rapporto con cui questi stanno gli uni con gli altri.La composizione di una roccia si basa sul riconoscimento dei minerali che costituiscono la roccia stessa.Ovviamente per alcune rocce vulcaniche i minerali possono

essere tanto piccoli da non essere distinguibili, nemmenotramite microscopio. In questo caso dovremo basarci sulla composizione chimica della roccia.


Tessitura IgneaTessitura Ignea

Questa è una fotografia macroscopica di un GRANITO

Roccia composta essenzialmente da:-Quarzo-Feldspato alcalino-Plagioclasio


Tessitura IgneaTessitura IgneaQuesta èuna fotografia di una sezione sottile di un granito


Notate che i vari minerali non sono cementati tra di loro e che i cristalli sono orientati a caso.

plagioclasio

mica

quarzo

Feld. alcalino

Tessitura IgneaTessitura Ignea


Raffreddamento rapidoRaffreddamento rapido

Raffreddamento rapido = rocce con piccoli Raffreddamento rapido = rocce con piccoli cristalli. Si formano molti nuclei cristallini. cristalli. Si formano molti nuclei cristallini. Questo Questo èè quello che si vede nelle quello che si vede nelle rocce estrusiverocce estrusive, , anche conosciute come anche conosciute come rocce vulcanicherocce vulcaniche. Queste . Queste rocce si formano in prossimitrocce si formano in prossimitàà della superficie della superficie terrestre.terrestre.


Quenching (congelamento)Quenching (congelamento)Quando un magma Quando un magma èè esposto a temperature relativamente basse esposto a temperature relativamente basse (atmosfera terrestre o acqua in superficie) non ha il tempo di a(atmosfera terrestre o acqua in superficie) non ha il tempo di adeguare deguare la sua energia per formare cristalli organizzati.la sua energia per formare cristalli organizzati.Il risultato Il risultato èè la formazione di vetro in un processo chiamato la formazione di vetro in un processo chiamato quenchingquenching(congelamento).(congelamento).

La struttura della pomice e dellLa struttura della pomice e dell’’ossidiana ossidiana èè composta essenzialmente di vetro, ad composta essenzialmente di vetro, ad indicare la sua formazione allindicare la sua formazione all’’interfaccia interfaccia tra il vulcano e ltra il vulcano e l’’aria.aria.

OssidianaOssidiana

PomicePomice


Le lave a cuscino (Le lave a cuscino (pillow lavaspillow lavas)) si formano quando i flussi di lava si si formano quando i flussi di lava si formano in ambiente marino e sono sottoposti ad elevata pressionformano in ambiente marino e sono sottoposti ad elevata pressione e idrostaticaidrostatica

Estrusioni subaqueeEstrusioni subaquee

Pressione IdrostaticaPressione Idrostatica

Risalita Risalita di di magmamagma


Quello che avviene in Quello che avviene in profonditprofonditàà

Quello che vediamo in Quello che vediamo in superficie (suite ofiolitiche)superficie (suite ofiolitiche)


Chilled marginsChilled marginsin pillowin pillow

11

11

22

22

33 3344

44

55

55

Nei bordi delle lave a cuscino (pillow lavas) si nota il passaggNei bordi delle lave a cuscino (pillow lavas) si nota il passaggio da un io da un materiale quasi interamente vetroso (marrone chiaro; tessitura omateriale quasi interamente vetroso (marrone chiaro; tessitura oloialina) loialina) ad un materiale con numerosi microliti (marrone scuroad un materiale con numerosi microliti (marrone scuro--nero; tessitura nero; tessitura criptocripto--microcristallina. microcristallina. PerchPerchèè??


Con il Con il raffreddamento raffreddamento lento, si formano lento, si formano meno nuclei e meno nuclei e questo permette questo permette lo sviluppo di lo sviluppo di singoli cristalli singoli cristalli pipiùù grandi. grandi. Questo Questo èè quello quello che si vede in una che si vede in una roccia ignea roccia ignea intrusiva.intrusiva.

1 cm

Raffreddamento lentoRaffreddamento lento


Raffreddamento a due stadiRaffreddamento a due stadiMolte rocce ignee, tuttavia, hanno dimensioni dei cristalli

molto differenti: alcuni piccoli ed altri grandi.Questa è chiamata tessitura porfiricatessitura porfirica.

La tessitura porfirica denota un raffreddamento in due stadi:1) In un primo momento il raffreddamento avviene

relativamente in modo lento (in profondità); ciò permette lo sviluppo dei cristalli più grandi.

2) Poi il magma viene raffreddato più rapidamente: i cristalli più grandi (ed in genere quelli meglio formati) vengono intrappolati in una matrice di materiale a grana più fine.


Rocce ignee porfiricheRocce ignee porfiricheMolte rocce ignee hanno una grana variabile: alcuni cristalli Molte rocce ignee hanno una grana variabile: alcuni cristalli piccoli ed altri pipiccoli ed altri piùù grandi.grandi.

Microfotografia di un Microfotografia di un fenocristallo di feldspato fenocristallo di feldspato

(1 cm) in una matrice (1 cm) in una matrice (nera) vetrosa(nera) vetrosa

Campione macroscopico di una roccia a Campione macroscopico di una roccia a grana media con fenocristalli centimetrici grana media con fenocristalli centimetrici di feldspatodi feldspato


Rocce ignee porfiricheRocce ignee porfiricheMolte rocce ignee hanno una grana variabile: alcuni cristalli Molte rocce ignee hanno una grana variabile: alcuni cristalli piccoli ed altri pipiccoli ed altri piùù grandi.grandi.

1 cm


ComposizioneComposizioneLe rocce ignee vengono classificate soprattutto sulla base

dei tenori in siliciosilicio (Si) ed elementi come il ferroferro (Fe) e magnesiomagnesio (Mg). Tutti questi elementi vengono espressi in ossidi.

- Rocce ricche in Fe e Mg sono chiamate femichefemiche- Rocce povere in Fe e Mg sono chiamate felsichefelsiche- Rocce povere in Si sono chiamate basichebasiche- Rocce ricche in Si sono chiamate acideacide- Rocce con composizioni intermedie sono chiamate...

intermedieintermedie.

Le rocce del Mantello terrestre, estremamente ricche in Fe e Mg sono chiamate ultrafemicheultrafemiche.


Rocce Ignee FelsicheRocce Ignee FelsicheA grana fine A grana fine

(effusiva) = riolite(effusiva) = rioliteA grana grossa A grana grossa

(intrusiva) = granito(intrusiva) = granito

Riolite e granito hanno grosso modo la stessa composizione Riolite e granito hanno grosso modo la stessa composizione chimica. Differiscono solo nella grandezza dei cristalli.chimica. Differiscono solo nella grandezza dei cristalli.


DiversitDiversitàà IgneaIgnea

Tutti questi sono graniti. Loro soddisfano la definizione: Tutti questi sono graniti. Loro soddisfano la definizione: Rocce a grana grossa con abbondante quarzo e feldspati. Rocce a grana grossa con abbondante quarzo e feldspati.

PerchPerchèè sono cossono cosìì differenti??differenti??


1 cm

1 cm

Rocce Ignee IntermedieRocce Ignee IntermedieEsempio di roccia a grana fine (estrusiva) =

andesiteandesite

note: molti anfiboli e feldspati,Non c’è quarzo visibile


Rocce da Rocce da Felsiche ad Felsiche ad intermedieintermedie

Cosa cambia da un granito (sx)Cosa cambia da un granito (sx)a una diorite (dx)?a una diorite (dx)?


Classificazione delle Classificazione delle rocce ignee faneriticherocce ignee faneritiche

La classificazione delle

Rocce intrusiveRocce intrusive si basa sul

CRITERIO MINERALOGICOCRITERIO MINERALOGICO



La classificazione delle rocce ignee La classificazione delle rocce ignee faneritiche faneritiche èè anche dettaanche detta

Classificazione di Classificazione di StreckeisenStreckeisen

Su cosa si basa questo Su cosa si basa questo criterio classificativo?criterio classificativo?


Nelle rocce ignee intrusive si distinguono due gruppi di minerali:- FONDAMENTALIFONDAMENTALI

- ACCESSORIACCESSORII minerali fondamentaliminerali fondamentali sono quelli che caratterizzano le rocce e contribuiscono a classificarle; in genere, ma non sempre, sono quelli più abbondanti;

I minerali accessoriminerali accessori non incidono nella classificazione ma possono influire negli attributi della nomenclatura; in genere, ma non sempre, sono quelli meno abbondanti;



Classificazione delle rocce igneeClassificazione delle rocce igneeI minerali sono stati distinti in 5 gruppi che corrispondono ai seguenti parametri:

QQ = quarzo;

AA = feldspati alcalini inclusa l’albite (da An0ad An5)

PP = plagioclasi (da An5 ad An100)

FF = feldspatoidi [= nefelina, leucite, analcime, sodalite, kalsilite, noseana, hauyna e cancrinite];

MM = minerali femici ed altri [= olivine, pirosseni, anfiboli, miche, melilite, minerali opachi e accessori quali zircone, apatite, titanite, epidoti, allanite e carbonati].

Ad eccezione di quelle in cui Ad eccezione di quelle in cui M >90M >90 [ultrafemiche], tutte le [ultrafemiche], tutte le rocce sono classificate tramite i parametri rocce sono classificate tramite i parametri Q, A, P, FQ, A, P, F che che rappresentano rappresentano minerali non femiciminerali non femici


Classificazione delle rocce igneeClassificazione delle rocce ignee


Classificazione delle Classificazione delle rocce igneerocce igneeplutonicheplutoniche

Doppio Triangolo diDoppio Triangolo diStreckeisenStreckeisen

La roccia deve contenere almenoLa roccia deve contenere almenoil 10% dei minerali QAPF.il 10% dei minerali QAPF.

N.B.: Normalizzare al 100%N.B.: Normalizzare al 100%

Classificazione delle Classificazione delle rocce faneriticherocce faneritiche

[M < 90%][M < 90%]

Granitoidericco in Qz

9090

6060

2020Qz-Sienitea Feldspati alcalini Qz-Sienite Qz-Monzonite Qz-

Monzodiorite

Sienite Monzonite Monzodiorite

Sienite con foidi

5

10 35 65Monzonite

con foidiMonzodiorite

con foidi

90

Sienite aFeldspati alcalini

Sienite a FeldspatiAlcalini con foidi

10

Monzosienitea nefelina

Sienite a nefelinaMonzodioritea nefelina

Gab

bro

a ne

felin

a

Qz-Diorite/Qz-Gabbro/

5

10

Diorite/Gabbro/Anorthosite

Diorite/Gabbrocon foidi

60

Foidite(Nefelinite)

Quartzolite

GranitoGrano-diorite

Tonalite

Gran

ito a

Felds

pati a

lcalin

i

Q

A P

F

60

Sieno-granito

Monzo-granito

Qz-Anorthosite


Classificazione delle Classificazione delle rocce igneerocce igneeplutonicheplutoniche

Doppio Triangolo diDoppio Triangolo diStreckeisenStreckeisen

Classificazione Classificazione preliminare (di campagna) preliminare (di campagna) delle rocce plutonichedelle rocce plutoniche

9090

6060

2020

SienitoideDioritoideGabbroideAnortosite5

10 65 90

10

Sienitoide con foidi

Dioritoide con foidiGabbroide con foidi

5

10

60

Foidolite

Quartzolite

Granitoide

Q

A P

F

60

[M < 90%][M < 90%]


Classificazione delle rocce igneeClassificazione delle rocce igneeplutonicheplutoniche

Ora affronteremo uno studio Ora affronteremo uno studio approfondito di tipo petrologico approfondito di tipo petrologico sulla genesi e classificazione dei sulla genesi e classificazione dei granitigraniti



II Sono =Sono =

????????



Sia il gelato che il granito in principio sono Sia il gelato che il granito in principio sono liquidi che diventano solidi con il liquidi che diventano solidi con il raffreddamento e fondono di nuovo se la raffreddamento e fondono di nuovo se la temperatura sale oltre un certo valore.temperatura sale oltre un certo valore.

Tuttavia il gelato congela solo a temperature molto basse, mentrTuttavia il gelato congela solo a temperature molto basse, mentre il e il granito congela a temperature al di sotto di ~650 granito congela a temperature al di sotto di ~650 °°C.C.EE’’ anche vero che sia i graniti che i gelati allanche vero che sia i graniti che i gelati all’’aumentare della temperatura aumentare della temperatura e alle all’’avvicinarsi al proprio punto di fusione tendono a diventare morbavvicinarsi al proprio punto di fusione tendono a diventare morbidi idi (provate a mettere un gelato nel fornetto a microonde). (provate a mettere un gelato nel fornetto a microonde).



Sia i gelati che i graniti diventano cristallini Sia i gelati che i graniti diventano cristallini quando solidificano.quando solidificano.

Ovviamente i cristalli saranno di tipi differenti ma in entrambeOvviamente i cristalli saranno di tipi differenti ma in entrambe i casi si i casi si può parlare di cristalli. I cristalli nei gelati sono troppo picpuò parlare di cristalli. I cristalli nei gelati sono troppo piccoli per coli per essere visti ad occhio nudo, ma ci sono.essere visti ad occhio nudo, ma ci sono.



Sia i graniti che i gelati possono avere molti Sia i graniti che i gelati possono avere molti ““gustigusti”” e colori, ma ognuno di loro ha alcuni e colori, ma ognuno di loro ha alcuni componenti fondamentali.componenti fondamentali.

Per i gelati gli ingredienti fondamentali sono Per i gelati gli ingredienti fondamentali sono lattelatte, , uovauova e e zuccherozucchero..Per i graniti gli ingredienti fondamentali sono Per i graniti gli ingredienti fondamentali sono plagioclasioplagioclasio, , feldspatofeldspatoalcalinoalcalino e e quarzoquarzo..



Se non hai uno dei componenti base, non puoi Se non hai uno dei componenti base, non puoi chiamare i gelati e i graniti con il loro nome.chiamare i gelati e i graniti con il loro nome.

Come per i gelati, ci sono rocce che sembrano graniti (e possonoCome per i gelati, ci sono rocce che sembrano graniti (e possono avere avere molti componenti tipici dei graniti), ma non sono graniti. Es. smolti componenti tipici dei graniti), ma non sono graniti. Es. se un granito e un granito èè un gelato, una granodiorite un gelato, una granodiorite èè un sorbetto e unun sorbetto e un’’anortosite anortosite èè uno yogurth uno yogurth congelato.congelato.


Classificazione delle rocce igneeClassificazione delle rocce igneeplutonicheplutonicheSia per i gelati che per i graniti, si possono Sia per i gelati che per i graniti, si possono avere tutti gli ingredienti fondamentali ma avere tutti gli ingredienti fondamentali ma questi possono non essere mescolati come si questi possono non essere mescolati come si deve e alla fine si avrdeve e alla fine si avràà qualcosa di diverso qualcosa di diverso (es. un frapp(es. un frappèè per i gelati o una arenaria per i per i gelati o una arenaria per i graniti).graniti).Termini Termini ““CioccolataCioccolata””, , ““FragolaFragola””, , ““VanigliaVaniglia”” per i graniti sono per i graniti sono ““PeralluminosoPeralluminoso”” (molto alluminio), (molto alluminio), ““PeralcalinoPeralcalino”” (molto sodio e potassio), (molto sodio e potassio), Metalluminoso (una via di mezzo). Tuttavia, diversamente dai gelMetalluminoso (una via di mezzo). Tuttavia, diversamente dai gelati, tutti ati, tutti i graniti devono avere uno di questi i graniti devono avere uno di questi ““gustigusti””..



Sia per i graniti che per i gelati le Sia per i graniti che per i gelati le apparenze possono ingannare.apparenze possono ingannare.

Un gelato a vaniglia può essere molto diverso da un gelato a fraUn gelato a vaniglia può essere molto diverso da un gelato a fragola e gola e pistacchio, ma questi due tipi hanno molti ingredienti simili e pistacchio, ma questi due tipi hanno molti ingredienti simili e sono sono prodotti fondamentalmente nello stesso modo.prodotti fondamentalmente nello stesso modo.



Che effettivamente non sembra Che effettivamente non sembra molto simile a questmolto simile a quest’’altro:altro:

Bene, questo Bene, questo èè un granitoun granito

Ma anche questo Ma anche questo èè un granito un granito


Classificazione delle rocce igneeClassificazione delle rocce igneeplutonicheplutonicheCome nei gelati, molte delle cose interessanti nei graniti Come nei gelati, molte delle cose interessanti nei graniti si trovano nelle cose che vengono aggiunte o mixate e nel si trovano nelle cose che vengono aggiunte o mixate e nel modo in cui queste sono servite.modo in cui queste sono servite.

I pezzi di cioccolata e le noccioline del granito sono i vari miI pezzi di cioccolata e le noccioline del granito sono i vari minerali come nerali come la biotite e lla biotite e l’’orneblenda.orneblenda.

I I ““truciolitrucioli”” di cioccolato sono gli schlieren (livelli di minerali scuri chedi cioccolato sono gli schlieren (livelli di minerali scuri che si si ritrovano nei graniti).ritrovano nei graniti).

Gli M&M's o i biscottini del granito sono chiamati xenoliti (rocGli M&M's o i biscottini del granito sono chiamati xenoliti (rocce ce originariamente fuori del sistema granitico) ed enclave (porzionoriginariamente fuori del sistema granitico) ed enclave (porzioni scure i scure associate ai graniti).associate ai graniti).

La menta e il pistacchio nel gelato sono come elementi chimici tLa menta e il pistacchio nel gelato sono come elementi chimici tipo fluoro, ipo fluoro, boro e titanio nel granito. Sono boro e titanio nel granito. Sono ““ingredientiingredienti”” presenti in quantitpresenti in quantitàà minime minime ma hanno grossa influenza nel ma hanno grossa influenza nel ““gusto finalegusto finale””..


Classificazione delle rocce igneeClassificazione delle rocce igneeplutonicheplutonicheSia i graniti che i gelati hanno diverse Sia i graniti che i gelati hanno diverse forme...forme...

I graniti possono essere serviti (messi in posto) come batoliti I graniti possono essere serviti (messi in posto) come batoliti (grosse (grosse masse arrotondate) o laccoliti (a forma di duomo) o lopoliti (a masse arrotondate) o laccoliti (a forma di duomo) o lopoliti (a forma di forma di cono) o sills (ad andamento orizzontale) o dicchi (ad andamento cono) o sills (ad andamento orizzontale) o dicchi (ad andamento non non orizzontale) o....orizzontale) o....Come per i gelati, la forma differente non vuol dire nulla rispeCome per i gelati, la forma differente non vuol dire nulla rispetto alla tto alla composizione.composizione.Nello stesso modo, i gelati possono essere serviti con varie creNello stesso modo, i gelati possono essere serviti con varie creme, vari me, vari tipi di coni etc., e i graniti possono essere serviti (attorniattipi di coni etc., e i graniti possono essere serviti (attorniati) da i) da ““coniconi””di rocce ignee, metamorfiche o sedimentarie. di rocce ignee, metamorfiche o sedimentarie.


Classificazione delle rocce ignee Classificazione delle rocce ignee faneritiche faneritiche ultrafemicheultrafemiche [[M > 90%]M > 90%]

OlivinaOlivina

ClinopirossenoClinopirossenoOrtopirossenoOrtopirosseno

LherzoliteLherzoliteHa

rzbu

rgite

Wehrlite

WebsteriteOrtopirosseniteOrtopirossenite ClinopirosseniteClinopirossenite

Websterite ad olivina

PeridotitePeridotite

PirossenitePirossenite

90

40

10

10

DuniteDunite


Classificazione delle rocce ignee Classificazione delle rocce ignee faneritiche faneritiche ultrafemicheultrafemiche [[M > 90%]M > 90%]

OlivinaOlivina

ClinopirossenoClinopirossenoOrtopirossenoOrtopirosseno

LherzoliteLherzolite

Harz

burg

ite

Wehrlite

WebsteriteOrtopirosseniteOrtopirossenite

ClinopirosseniteClinopirossenite

Websterite ad olivina

PeridotitePeridotite

PirossenitePirossenite

90

40

10

10

DuniteDunite

Le rocce del mantello Le rocce del mantello superiore sono composte superiore sono composte essenzialmente da essenzialmente da peridotiti (per la grande peridotiti (per la grande maggioranza lherzoliti)maggioranza lherzoliti)

Se una peridotite fonde il fuso risultante ha composizione basalSe una peridotite fonde il fuso risultante ha composizione basaltica: tica: roccia con composizione basica (basso contenuto in Si) con bassoroccia con composizione basica (basso contenuto in Si) con bassocontenuto in alcali (Na e K) ed elevato contenuto in Mg e Fe (fecontenuto in alcali (Na e K) ed elevato contenuto in Mg e Fe (femica) mica)


CreditsCredits

Alcune figure e schemi da:Alcune figure e schemi da:L. MorbidelliL. Morbidelli -- Le rocce ed i loro costituentiLe rocce ed i loro costituentiJ. WinterJ. Winter -- Lezioni per il corso di Igneous PetrologyLezioni per il corso di Igneous PetrologyP. TomascakP. Tomascak -- Lezioni di GeologiaLezioni di GeologiaPlummer, McGear and CarlsonPlummer, McGear and Carlson Physical GeologyPhysical Geology (1999) (1999)

McGraw Hill ed.McGraw Hill ed.NOAANOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) (National Oceanic and Atmospheric Administration)

(http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/bathymetry/relief.html(http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/bathymetry/relief.html

Rocce ignee

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