petrografia per tecnologie e diagnostica per la conservazione ed il restauro dei bb. cc. - aa...

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Petrografia per TEcnologie e Diagnostica per la COnservazione ed il Restauro dei BB. CC. - AA 2012-13 Roberto Braga - [email protected]

11.Le roccemetamorfiche

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Per studiare• Introduzione allo studio delle rocce

(D’Argenio B., Innocenti F. & Sassi F.P UTET, Torino)– i capitoli sulle definizione dei concetti

generali, le strutture e i criteri classificativi

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Definizioni• Il Metamorfismo è il processo petrogenetico che

trasforma la mineralogia e la struttura di una roccia pre-esistente.

• Le trasformazioni avvengono in condizioni di subsolidus (allo stato solido), in risposta a cambiamenti di Pressione e Temperatura

• Inoltre …• Fluidi acquosi (±CO2) possono essere presenti in

micro- nanoporosità, in inclusioni fluide nei minerali o lungo i bordi dei minerali.

• Il metamorfismo e magmatismo possono coesistere nello spazio e nel tempo

• In estrema sintesi, ci sono 2 tipi di metamorfismo– Regionale, legato alle zone di collisione tra placche– Contatto, legato alla vicinanza di una sorcente di

calore come un’intrusione magmatica

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Orneblendite roccia ignea intrusiva: minerale nero, orneblenda (Mg,Fe,Ca

anfibolo); bianco, plagioclasio (Na,Ca) + quarzo)

Val d’Ultimo (Italia)

Eclogite roccia metamorfica: rosso, granato (Mg,Fe,Ca);

verde, onfacite (Na,Ca clinopirosseno)

Norvegia

Trasformazioni mineralogiche

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Trasformazioni strutturali

Granito, struttura pseudoporfirica isotropa con grossi (cm) cristalli euedrali

di ortoclasio in un aggregato allontriomorfo granulare costituito da

plagioclasio + quarzo + biotite

Metagranito, struttura anisotropa costituita da grossi (cm) cristalli

ovoidali di alcali-feldspato circondati da livelli (foliazione) ricchi di biotite +

quarzo ± plagioclasio

Or

Pl + Qtz+ Bio

A-feld

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Fattori di controllo• Temperatura (T)• Pressione (+ Deformazione) (P)• Presenza di fluidi

• La loro variazione rappresenta il “motore” del processo petrogenetico metamorfico. Dove sono avvenuti, nella storia geologica della Terra, e dove avvengono tuttora queste variazioni di T, P e fluidi?

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2. Fondo oceanico (dove le placche litosferiche si

allontanano)

3. Dove si formano le montagne

(zone di collisione tra placche litosferiche)

3. Al contatto con intrusioni magmatiche

1. All’interno di bacini

sedimentari

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Temperatura• Per convenzione, si ritiene che il processo

metamorfico inizi a temperature superiori a 150 ± 50°C– Al di sotto di quella T, avvengono i processi

diagenetici, compresi la maturazione della materia organica depositata in bacini sedimentari (origine degli idrocarburi; carbone)

• La T facilita la ricristallizzazione dei minerali del protolite, aumentandone la dimensione dei minerali

• Rocce metamorfiche a grana grossa sono, spesso, il risultato di trasformazioni metamorfiche avvenute ad alte temperature

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Temperatura (Una storia del fango)

Slate o Ardesia: Roccia Metamorfica formatasi a c. 200°C

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Granato

Granato

Mica bianca(grana grossa)

Temperatura

Mica bianca(grana fine, invisibile ad occhio nudo. Produce la lucentezza sericea della superficie)

Fillade a granato:Roccia Metamorfica formata

a c. 300-400°C

Micascisto a GranatoRoccia Metamorfica formata a c. 500°C

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Temperatura

15 mm

Bt

Gt

Qtz + Crd

Fels a Granato e Cordierite, Vibo Marina (Calabria)

T >700°C

Coll. Didattica DTSGA-BO

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Granito Ortogneiss

!

• Attenzione! La dimensione dei granuli può essere anche un carattere ereditato dal protolite.

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Migmatite

Roccia Metamorfica di alta temperatura (>700°C) fino a fusione parziale (coesistenza di

metamorfismo e magmatismo)

Temperatura

Ess

ling

en, 2

009

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Grado Metamorfico• Il grado metamorfico è

proporzionale alla temperatura a cui è avvenuta la ricristallizzazione della roccia metamorfica– In prima approssimazione,

una roccia metamorfica a grana grossa è una roccia di alto grado metamorfico (sempre che il protolite non fosse stato una roccia a grana grossa)

– Sarebbe meglio fare considerazioni sui minerali metamorfici presenti. Ad es: rocce metapelitiche a Bio sono di grado più alto di metapeliti a Mus

– In prima approssimazione• Verde, basso grado met.• Giallo, medio grado met.• Rosso, alto grado met.

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ww

w.cgrove417.org/fry/S

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aultpic.jpg

Corsica, maggio 2009

B

Pressione e Deformazione• Le rocce sono generalmente

metamorfosate all’interno della crosta della Terra, nelle zone di collisione tra continenti (dove nasce una catena di monti). Spesso, durante il metamorfismo le rocce subiscono la P delle rocce adiacenti

• Quando si esercita più pressione lungo una direzione preferenziale, la roccia si deforma.

• A seconda della velocità di applicazione della pressione e alle condizioni PT alle quali avviene la deformazione possiamo avere

– Deformazioni fragili (fratture, faglie) (Fig. A)

– Deformazioni duttili [pieghe (v. Fig. B), foliazioni, lineazioni]

A

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Pressione

• (a) Sezione di un campione con minerali aciculari/lamellari orientati casualmente. (b), la roccia fluisce viscosamente in risposta alla compressione (il tutto avviene in 105-106 Ma!!)– I minerali ruotano e tendono ad una posizione di equilibrio che

ha un’orientazione normale alla direzione della pressione.

• La struttura chiamata foliazione è il risultato macroscopico della compressione.

Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

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Foliazione• Foliazione = Ogni

struttura planare sistematicamente ripetuta in un campione di roccia

• Da cosa sono costituiti i piani??? – Alternanza litologica– Variazione di grana– Piani di fratture– Orientazione della forma

dei granuli– Orientazione preferenziale

di minerali– Combinazione tra i

suddetti

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Scistosità

• E’ un tipo particolare di foliazione

• La scistosità è una struttura planare costituita dall’orientazione preferenziale di minerali o aggregati di minerali lamellari (miche).

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Lineazione

• Ogni struttura lineare sistematicamente ripetuta in un campione di roccia

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Fluidi• Fluidi sono presenti in tutti i processi

petrogenetici• Fluido metamorfico: fase costituita

essenzialmente da H2O, CO2 e altri soluti come K+, Na+, Cl-, Si4+ ....

• Quindi, trasportano massa (cioè elementi)• IMPORTANTE: i fluidi sono i responsabili di

importanti processi di trasformazione di rocce, ad es.:

• Trasformano rocce anidre in rocce idrate– idratazione (a.d. alterazione deuterica)– serpentinizzazione

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Fluidi

N// NXAnf

200μm

Tesi Marco Palmieri (2009)Anf, anfibolo (~ 2 wt% H2O)Cpx, clinopirosseno (~ 0 wt% H2O)

Anf

Cpx

• IMPORTANTE: i fluidi reagiscono con i minerali per produrre minerali secondari (c.d. “alterazione deuterica”)

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N// NX

Pl

Qt

200μm

Chl

Bio

Tesi Marco Palmieri (2009)Pl, plagioclasioQt, quarzoBio, biotite (~ 3-4 wt% H2O)Chl, clorite (~ 10-12 wt% H2O)

Fluidi

• IMPORTANTE: i fluidi reagiscono con i minerali per produrre minerali secondari (c.d. “alterazione deuterica”)

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Da: JG Sclater, NATURE 2003

• Attualmente, uno dei luoghi dove avviene un’intensa interazione tra fluidi e rocce è il fondale oceanico.

• Il calore prodotto dal magma innesca dei circuiti idrotermali che trasformano e idratano le rocce femiche (gabbri, basalti) ed ultrafemiche (peridotiti) della crosta oceanica

Fluidi

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Serpentinite• Roccia metamorfica prodotta da reazioni di idratazione di rocce

femiche e ultrafemiche• Queste reazioni trasformano l’olivina e l’ortopirosseno in serpentino

(Fe,Mg)2SiO4 + H2O = Mg3Si2O5(OH)4 + Fe3O4

• Le rocce metamorfiche ricche di serpentino si chiamano … serpentiniti (rocce di colore verde scuro/nero)

Ol

Ol

Mt

Serp

4 mm

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Serpentinite

serpentinite

basalto

breccia

Cava di “Rosso di Levanto” – Reggimonti (SP)

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“Oficalcite” Brecciadi serpentinite

Serpentinite

Venedi calcite

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Valle d’Aosta

• Nome Petrografico– Serpentinite

• Nome Commerciale– Verde Alpi

• Protolite– Peridotiti

• Serpentinite screziata, struttura non orientata (massiva). Le differenze di colore:– Verde chiaro, porzioni di

“serpentino” puro; – Verde scuro,

microaggregato di serpentino+magnetite

– Bianco, vena di calcite

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Lombardia

• Nome Petrografico– Serpentinoscisto

• Nome Commerciale– Verde Serpentino

• Provenienza– prov. Sondrio

• Protolite: – Peridotiti, Pirosseniti

• Struttura scistosa

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