Le Peridotiti

Le peridotiti sono rocce ultramafiche composte da più del 90% di minerali mafici (olivina, pirosseno, anfibolo, fillosilicati). Fasi accessorie comuni possono essere: granato, spinello, plagioclasio, ilmenite, magnetite, cromite. Le peridotiti costituiscono l’intero mantello superficiale, e si rinvengono in superficie, generalmente sotto forma di xenoliti all’interno di numerose rocce magmatiche di origine mantellica (kimberliti, fonoliti, basalti ecc.) o nei complessi ofiolitici. Le peridotiti sono le rocce "sorgente" dei magmi basaltici, che si originano quando il mantello risale (per motivi tettonici) e interseca il solidus peridotitico (Fig.1). La fusione parziale generalmente varia dall’1% al 20% e le condizioni di P, T e % di fusione parziale influiscono in maniera significativa sulla composizione dei fusi generati. La fusione parziale delle peridotiti, oltre a generare i fusi basaltici, genera residui refrattari e meno fertili (con temperatura di fusione maggiore e meno capaci di genera fusi magmatici) come harzburgiti e duniti (Fig.2).

Fig.1: Gradienti geotermici in varie zone tettoniche: A) In condizioni normali la geoterma (rosso) non interseca mai la curva di solidus peridotitico (verde), questo indica che esso sia sempre allo stato solido. B) Zone di dorsale ocenanica. Il mantello risalendo si decomprime e la geoterma interseca il solidus peridotitico e si ha fusione parziale. C) zone di Plume. Il mantello risale, si decomprime, intersecail solidus peridotitico e fonde. C) Zone di subduzione. I fluidi rilasciati dalla placca in subduzione fanno abbassare la curva del solidus peridotitico (si abbassano le temperature a cui il mantello fonde) e si ha fusione parziale.

Fig.2: Diagramma TiO₂ vs Al₂O₃ per le rocce lherzolitiche, harzburgitiche, dunitiche e per i magmi tholeiitici. Le Lherzoliti (pallino rosso) hanno una posizione intermedia tra le duniti-harzburgiti e i magmi tholeiitici, e tramite processi di fusione parziale di una lherzolite si ottengono liquidi tholeiitici e rocce residuali a composizione harzburgitica. Per gradi di fusione parziale maggiore rocce dunitiche. Modificato da Brown (1993).

Le rocce peridotitiche si possono suddividere in (Fig.3):

Duniti:: Sono composte da più del 90% di olivina. Il nome deriva dalle Dun Mountain, in Nuova zelanda.
Wehrliti: Composte da olivina e clinopirosseno. Il nome deriva da Alois Wehrle.
Harzburgiti: Sono composte da olivina e ortopirosseno. Il nome deriva dalle montagne Harz in Germania.
Lherzoliti: Sono composte da olivina, ortopirosseno (enstatite) e clinopirosseno (diopside). Tra le varie peridotiti le Lherzoliti sono quelle più fertili, e la loro fusione parziale origina le Harzburgiti e successivamente le duniti. Il nome deriva dalla località Lherz nei Pirenei Francesi.

Fig.3: Diagramma classificativo delle rocce ultrafemiche. In rosso il campo delle peridotiti.

le Lherzoliti possono essere suddivise in base alla fase alluminifera presente (plagioclasio, granato o spinello) (Fig.4). Le Lherzoliti a plagioclasio sono stabili fino a 30km di profondità, all'aumentare della profondità la pressione causa la trasformazione delle fasi alluminifere in fasi a struttura più "compatta", dai 30 agli 80 Km sono stabili le Lherzoliti a spinello e da 80 a 400 km le Lherzoliti a granato; oltre i 400 km si hanno fasi estremamente dense.

Il passaggio da Lherzoliti a plagioclasio a Lherzoliti a spinello è dato dalla reazione:

CaAl2Si₂O₈ (plg) + Mg₂SiO₄ (ol) = 2 MgSiO₃ (opx) + CaMgSi₂O₆ (cpx) + MgAl₂O₄ (sp)

mentre il passaggio da Lherzoliti a spinello a Lherzoliti a granato è dato dalla reazione:

MgAl₂O₄ (sp) + 1.55 Mg₂Si₂O₆ (opx) + 0.45 CaMgSi₂O₆ (cpx) = 0.85 Mg3Al₂Si₃O₁₂ (granato) + 0.15 Ca₃Al₂Si₃O₁₂ (granato) + Mg2SiO4 (ol)

Fig.4: Equilibri di fase del mantello. Sono rappresentate le curve di solidus e liquidus del mantello e la geoterma che descrive l'andamento della P e della T all'aumentare della profondità. Si hanno inoltre i campi di stabilità delle varie fasi alluminifere (plagioclasio, spinello e granato). le due discontinuità, una a 410 km e una a 670 km sono dovute al cambiamento di struttura delle fasi mineralogiche (a 410 km si ha il passaggio dell'olivina alfa ad olivina beta e successivamente olivina gamma; a 670 km invece si ha il passaggio da perovskite e magnesio-wustite). Si nota inoltre che la geoterma non interseca mai, in condizioni normali, la curva di solidus del mantello, questo indica che esso sia sempre allo stato solido.

Dunite. Immagine tratta da James St. John .

Xenolite dunitico in un basalto delle Hawaii, USA. Immagine tratta da Sand Atlas.

Harzburgite. Complesso magmatico di Stillwater, Beartooth Mountains, Montana, USA. Immagine tratta da James St. John .

Wherlite a granato (rosso) e cromo-diopside (verde). Åheim, Norvegia. Immagine tratta da Sand Atlas.

Lherzolite a granato (rosso). Xenolite in una kimberite. Kimberley, S. Africa. Immagine tratta da James St. John .

Bibliografia

Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Howie, R. A., Zussman, J., & Deer, W. (1992). An introduction to the rock-forming minerals (p. 696). Longman.
• Le Maitre, R. W., Streckeisen, A., Zanettin, B., Le Bas, M. J., Bonin, B., Bateman, P., & Lameyre, J. (2002). Igneous rocks. A classification and glossary of terms, 2. Cambridge University Press.
• Middlemost, E. A. (1986). Magmas and magmatic rocks: an introduction to igneous petrology.
• Shelley, D. (1993). Igneous and metamorphic rocks under the microscope: classification, textures, microstructures and mineral preferred-orientations.
• Vernon, R. H. & Clarke, G. L. (2008): Principles of Metamorphic Petrology. Cambridge University Press.