Minerali metamorfici

Tessiture e microstrutture

Esempi di rocce

Granulite mafica

Granulite: roccia metamorfica di alto grado costituita da silicati anidri di Fe-Mg; la presenza di feldspati e l’assenza di muscovite primaria sono indicativi della facies granulitica. Granuliti contenenti >30% di minerali mafici (prevalentemente pirosseno) sono dette granuliti mafiche; granuliti contenenti <30% di minerali mafici sono dette granuliti sialiche (o felsiche). Le granuliti presentano comunemente una struttura gneissica, con bande ricche in feldspati, alternate a bande ricche in minerali mafici. La tessitura è tipicamente granoblastica (IUGS Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks, 2007).

La località "tipo" delle granuliti è la Granulitgebirge in Sassonia (Germania). Fu qui che il termine granulite comparve per la prima volta nella letteratura scientifica grazie a Weiss (1803). Tuttavia, il termine granulite fu coniato nel 1785 dal famoso poeta e scrittore Tedesco Johann Wolfgang von Goethe, dal latino "granulum" (piccolo granello). In una delle sue molte escursioni Goethe notò delle rocce particolari, mai descritte prima, e scrisse: "Ci sono strane rocce a Bodetal, che non avevo mai notato e che non so se classificare come graniti o come porfidi, e per le quali ho proposto il termine granulite in quanto ricche in granelli di quarzo".

Il termine granulite è un termine che sfortunatamente è gravato da forti ambiguità in quanto è stato utilizzato in vari paesi, con diversi significati:

(i) In Francia fu utilizzato per descrivere rocce granitiche a grana molto fine.
(ii) In Scozia e in Inghilterra fu usato per descrivere rocce psammitiche (rocce metamorfiche derivanti da sedimenti arenacei) di alto grado.
(iii) Weiss (1803) utilizzò il termine per descrivere rocce metamorfiche di alto grado, leucocratiche e con composizione quarzo feldspatica. Classificazione che più si avvicina al significato moderno del termine granulite.

Le rocce della facies granulitica sono estremamente importanti da un punto di vista scientifico in quanto rappresentano porzioni esumate di crosta continentale profonda. Il loro studio quindi ci può fornire importanti indizi sui processi che avvengono nelle parti più profonde della crosta terrestre. Sebbene le rocce granulitiche affiorino in alcuni complessi metamorfici recenti, la maggior parte di queste rocce è confinata a terreni di età Precambriana.

Facies granulitica

Il concetto di facies granulitica (Fig.1) fu introdotto da Eskola nel 1939, per definire il più alto grado del metamorfismo regionale in cui compaiono rocce ricche in minerali anidri al posto dei più comuni minerali idrati. A differenza delle altre facies metamorfiche, quella granulitica ha un range di temperatura e pressione più ampio. Questa facies si estende comunemente da 650 °C fino a 900 °C, ma si hanno casi in cui si possono raggiungere temperature di 1050 °C (al limite con il campo magmatico). La pressione varia da 5 kbar fino a 12 kbar (20-45 Km). I minerali della facies granulitica sono generalmente anidri, a causa delle reazioni di disidratazione dovute alle alte temperature. Nella parte bassa della facies granulitica (al limite con quella anfibolitica) si può avere la presenza di minerali idrati come ad esempio orneblenda e biotite (ma non muscovite); la parte alta della facies granulitica invece è dominata completamente da minerali anidri (pirosseno e granato).

Durante il metamorfismo progrado, i minerali del gruppo degli anfiboli (prevalentemente tremolite, antofillite ed orneblenda) subiscono reazioni di disidratazione, che portano alla formazione di pirosseni (enstatite, diopside, iperstene); anche i minerali fillosilicatici (come la muscovite) si disidratano, favorendo lo sviluppo di minerali anidri come i feldspati potassici. La formazione di rocce granulitiche, a partire da rocce di più basso grado metamorfico e più ricche in H₂O, come le anfiboliti, è un processo molto comune (sia a livello locale che regionale) in molti terreni metamorfici. Questa transizione è legata a processi di disidratazione che convertono minerali ricchi in volatili (biotite e anfiboli) in minerali anidri (pirosseni e/o granato e feldspati). Il processo mediante cui questa transizione si verifica può essere legato o a fenomeni di fusione parziale o a causa dell'infiltrazione di fluidi a poveri in H₂O e ricchi di CO₂ "sistema anfibolite" in un processo noto come disidratazione allo stato solido.

Fig.1: Diagramma P-T delle facies metamorfiche. P-P = facies Prehnite-Pumpellyite.

Petrogenesi della granuliti

Un grande problema nell'affrontare la petrogenesi delle granuliti in modo conciso, è che i terreni granulitici hanno caratteristiche molto variabili, e che le rocce della facies granulitica presentano molte caratteristiche poco chiare o di dubbia interpretazione. Una delle caratteristiche principali delle granuliti, che ha generato anni di dibattiti, e per cui non c’è ancora una visione univoca, è il carattere "anidro" di tali rocce e il fatto che la paragenesi granulitica è stabile in condizioni di PH₂O << Ptotal. Sono stati proposti tre modelli riguardanti la genesi delle granuliti:

Fusione parziale: Questo modello fu proposto da Fyfe (1973). Secondo Fyfe le granuliti rappresentano il residuo (restiti) della fusione parziale delle rocce della crosta profonda. Questo modello è stato adottato da numerosi autori, ed ha ricevuto molta attenzione in quanto numerosi studi hanno dimostrato che, la fusione incongruente in condizioni anidre di rocce contenenti paragenesi idrate (muscovite, biotite, orneblenda), è un importante processo alla base della crosta profonda e nei più alti gradi del metamorfismo.

Fluidi ricchi in CO₂: Questo modello fu proposto da R.C. Newton. In molti complessi granulitici si ha comunemente la transizione da rocce ricche in minerali idrati, a rocce ricche in minerali anidri; questo fenomeno è noto in letteratura come "charnockitisation", ovvero la transizione da rocce con una paragenesi idrata a rocce con una paragenesi anidra, costituite da pirosseni (charnokiti). Questo processo di transizione si pensa sia dovuto alla disidratazione dei minerali idrati, ad opera di fluidi ricchi in CO₂. Tale fenomeno venne descritto per la prima volta nelle rocce granulitiche dell’india meridionale.

Metamorfismo di protoliti anidri: In molti complessi granulitici, i protoliti delle rocce granulitiche, sono costituiti da rocce ignee povere in minerali idrati e quindi poco ricche in acqua; il metamorfismo di questo tipo di protoliti, non richiede quindi nessun tipo particolare di processo o fenomeno per trasformarli in granuliti.

Associazioni mineralogiche della facies granulitica

Granuliti mafiche
Le granuliti mafiche sono caratterizzate da una paragenesi data da clinopirosseno + ortopirosseno + plagioclasio ± granato ± biotite ± orneblenda ± K-feldspato ± quarzo. In condizioni di pressione minori di 10 kbar, la reazione che per prima porta allo sviluppo di ortopirosseno, a partire da rocce anfibolitiche (costituite da orneblenda + plagioclasio ± quarzo ± clinopirosseno ± granato) è:

Orneblenda + quarzo ± granato = ortopirosseno ± plagioclasio + liquido

A pressioni maggiori di 10 kbar, un’altra reazione analoga porta allo sviluppo dell’associazione di granato + clinopirosseno:

Orneblenda + plagioclasio + quarzo = granato + clinopirosseno + liquido

Granuliti intermedie
Le granuliti intermedie sono caratterizzate da una paragenesi data da clinopirosseno + plagioclasio ± granato ± biotite ± K-feldspato ± quarzo. Questo tipo di granuliti deriva dal metamorfismo di protoliti semipelitici o protoliti ignei con composizione intermedia (andesiti, sieniti ecc.) in cui il principale minerale idrato è la biotite. La reazione che per prima porta allo sviluppo di ortopirosseno è:

Biotite + quarzo ± plagioclasio = ortopirosseno + liquido ± granato ± cordierite ± K-feldspato

Granuliti sialiche (o pelitiche)
Queste granuliti derivano dal metamorfismo di protoliti pelitici ricchi in alluminio e contengono comunemente, oltre a ortopirosseno e/o biotite, minerali come: granato, polimorfi di Al₂SiO₅ (sillimanite, cianite o andalusite), saffirina, corindone osmulite ecc. Numerosi autori considerano la presenza di K-feldspato + Al₂SiO₅ (sillimanite, cianite o andalusite) diagnostica per la facies granulitica di rocce pelitiche. La reazione che per prima porta allo sviluppo di questa associazione è:

Muscovite + quarzo ± plagioclasio = Al₂SiO₅ + liquido ± K-feldspato

La comparsa dell’associazione K-feldspato + Al₂SiO₅ nelle granuliti sialiche, avviene 100 ± 150 °C al di sotto della prima comparsa dell’ortopirosseno nelle granuliti mafiche. Nelle sequenze metamorfiche regionali, o di contatto, in cui la comparsa di K-feldspato + Al₂SiO₅ nelle metapeliti, e la comparsa dell’ortopirosseno in rocce mafiche e/o intermedie, può essere mappata sul terreno, si è notato che costantemente la prima associazione compare sempre a temperature minori rispetto alla seconda. Molti autori preferiscono quindi definire la transizione, dalla facies anfibolitica alla facies granulitica delle metapeliti, in base alle associazioni che si sviluppano più vicino (sia spazialmente sul terreno, che per estensione in pressione e temperatura) alla prima comparsa dell’ortopirosseno in rocce mafiche. Queste associazioni sono granato + cordierite + K-feldspato (per pressioni < 9 kbar) o ortopirosseno + Al₂SiO₅ (per pressioni > 9 kbar):

Biotite + sillimanite + quarzo ± plagioclasio = granato + cordierite + liquido ± K-feldspato

Biotite + granato + quarzo ± plagioclasio = ortopirosseno + Al₂SiO₅ + liquido ± K-feldspato

In molte granuliti pelitiche inoltre si ha la presenza di associazioni mineralogiche peculiari, o la presenza di particolari minerali come saffirina, osmulite o corindone. Queste paragenesi indicano un metamorfismo di altissimo grado, con temperature > 1000°C.

Terminologia obsoleta delle granuliti

Nel tempo sono stati coniati numerosi termini per indicare rocce di tipo Granulitico:

• Halleflinta: Termine obsoleto, di origine Svedese, per indicare rocce granulitiche a grana fine a composizione quarzo feldspatica e con struttura foliate.
• Leptynite: Nome coniato da Hauy ed inizialmente attribuito a rocce granulitiche a grana fine composte essenzialmente da feldspato alcalino, quarzo, mica bianca, granato e sillimanite.
• Leptite: Termine svedese per indicare rocce a grana fine, a tessitura gneissica composte da feldspato alcalino, quarzo e rari minerali mafici.
• Namiester Stein: Termine derivante dalla località Namiest, nella Boemia, ed utilizzato per indicare le granuliti in generale.
• Pyribolite: Tale termine, era attribuito a rocce granulitiche composte da plagioclasio, orneblenda, clino e ortopirosseno. La presenza dell’ortopirosseno era indispensabile per tale classificazione.
• Pyriclasite: Rocce metamorfiche di alto grado composte da plagioclasio, pirosseno (orto e clino) e granato.
• Pyrigarnite: Termine coniato da Vogel (1967) per indicare rocce metamorfiche composte da pirosseno e granato, e talvolta plagioclasio (plagio- pyrigarnite). Tale definizione venne modificata da Mehnert (1972) che aggiunse il plagioclasio tra I costituenti fondamentali.
• Stronalite: Termine regionale obsoleto derivante dalla Val Strona (Alpi) e usato per descrivere rocce granulitiche composte da feldspato, quarzo e granato. Fesi accessorie sono Cianite, cordierite e sillimanite.
• Trappgranulite: Termine obsolete per indicare rocce granulitiche a pirosseno, a composizione basaltica e contenti plagioclasio, quarzo, pirosseno, pirrotina e granato.

granulite2020(1).jpg

Kashmir White "Granite" (granulite a granato). Ghats, India. Immagine tratta da James St. John.

Granulite. Dalesice, Repubblica Ceca. Immagine tratta da Petr Hyks.

Granulite mafica (plagioclasio = bianco, granato = rosso, pirosseno = nero). Ivrea Verbano zone, Italy. Foto personale.

Granulite pelitica con livelli grigio-blu di cordierite. Kottavattom, India. Immagine tratta da Eleanore Blereau.

Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Harley, S. L. (1989). The origins of granulites: a metamorphic perspective. Geological Magazine, 126(3), 215-247.
• Harlov, D. E. (2012). The potential role of fluids during regional granulite-facies dehydration in the lower crust. Geoscience Frontiers, 3(6), 813-827.
• Heier, K. S. (1973). A Discussion on the evolution of the Precambrian crust-Geochemistry of granulite facies rocks and problems of their origin. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 273(1235), 429-442.
• O’Brien, P. J. (2006). Type-locality granulites: high-pressure rocks formed at eclogite-facies conditions. Mineralogy and Petrology, 86(3-4), 161-175.
• Pattison, D. R., Chacko, T., Farquhar, J., & McFarlane, C. R. (2003). Temperatures of granulite-facies metamorphism: constraints from experimental phase equilibria and thermobarometry corrected for retrograde exchange. Journal of Petrology, 44(5), 867-900.
• Santosh, M. (1991). Role of CO₂ in granulite petrogenesis: evidence from fluid inclusions. Jour. Geosci., Osaka City Univ, 34, 1-53.

Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di clinopirosseno, ortopirosseno e plagioclasio. hartmannsdorf (Germania). Immgine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di clinopirosseno, ortopirosseno e plagioclasio. hartmannsdorf (Germania). Immgine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli di clinopirosseno, ortopirosseno e plagioclasio. hartmannsdorf (Germania). Immgine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli di clinopirosseno, ortopirosseno e plagioclasio. hartmannsdorf (Germania). Immgine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa), granato (sigla Grt) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di clinopirosseno, ortopirosseno, granato (sigla Grt) e plagioclasio. hartmannsdorf (Germania). Immgine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa), granato (sigla Grt) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di clinopirosseno (verde), ortopirosseno (rosa), granato (sigla Grt) e plagioclasio (incolore). hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di clinopirosseno, ortopirosseno, granato (sigla Grt) e plagioclasio. hartmannsdorf (Germania). Immgine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristallo granato. hartmannsdorf (Germania). Immgine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (grigio I ordine), pirosseno e orneblenda in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di plagioclasio (grigio I ordine), pirosseno e orneblenda in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (grigio I ordine), pirosseno e orneblenda in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (grigio I ordine), pirosseno e orneblenda in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (grigio I ordine), pirosseno e orneblenda in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore), pirosseno (alto rilievo) e orneblenda (marrone) in una granulite. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di plagioclasio (incolore) e ortopirosseno (beige) in una granulite leucocrata. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (grigio I ordine) e ortopirosseno in una granulite leucocrata. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore) e ortopirosseno (beige) in una granulite leucocrata. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di plagioclasio (grigio I ordine) e ortopirosseno in una granulite leucocrata. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (incolore) e ortopirosseno (beige) in una granulite leucocrata. Ivrea Verbano. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di plagioclasio (grigio I ordine) e ortopirosseno in una granulite leucocrata. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
Smescolamenti antipertitici (le macchie scure) in un cristallo di plagioclasio. Granulite leucocrata. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Smescolamenti antipertitici (le macchie scure) in un cristallo di plagioclasio. Granulite leucocrata. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Smescolamenti antipertitici (le macchie scure) in un cristallo di plagioclasio. Granulite leucocrata. Ivrea Verbano. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)