Minerali metamorfici

Tessiture e microstrutture

Esempi di rocce

Marmo a calc-silicati

In geologia il termine marmo è utilizzato per indicare rocce metamorfiche derivanti dalla ricristallizzazione dei minerali carbonatici di rocce sedimentarie. Questo processo fa sì che la grana tenda ad aumentare, conferendo al marmo il sui tipico aspetto saccaroide ("granulare"). Il termine marmo deriva infatti dal greco mármaron (roccia luccicante).

La maggior parte dei marmi è composta da calcite o meno comunemente dolomite (marmi a dolomite sono detti marmi dolomitici). I marmi si formano generalmente durante il metamorfismo regionale; si rinvengono anche nelle zona di contatto tra intrusioni plutoniche e rocce carbonatiche incassanti. Il metamorfismo di calcari impuri (contenenti quarzo e fillosilicati) genera marmi contenenti numerosi minerali quali: diopside, tremolite, talco, flogopite, wollastonite, plagioclasio, vesuviana, forsterite e granato. Questi minerali sono estremamente utili per determinare le condizioni termo bariche a cui è stata sottoposta la roccia.

Metamorfismo regionale di calcari a dolomite e calcite

Durante il metamorfismo regionale di calcari impuri (sia ricchi in calcite che in dolomite), si formano marmi contenenti, a seconda del grado metamorfico, numerosi minerali silicatici.

Calcari ricchi in dolomite

Le varie associazioni mineralogiche che si sviluppano nel metamorfismo regionale dei calcari a dolomite possono essere visualizzateFig.1.

Fig.1: Diagramma P-T-X relativo al metamorfismo regionale di calcari ricchi in dolomite. (1) 3Dol + 4Qtz + H₂0 → Tlc + 3Cal + 3C0₂; (2) 5Dol + 8Qtz + H₂0 → Tr + 3Cal + 7C0₂; (3) Dol + 2Qtz → Di + 2C0₂; (4) 2Tlc + 3Cal → Tr + Dol + C02 + H₂0; (5) 3Cal + Tr → Dol + 4Di + H₂0 + C0₂; (6) 11Dol +Tr → 13Cal + 8Fo + 9C0₂ + H₂0; (9) 3Dol + Di → 4 Cal + 2Fo + 2C0₂; Cal= calcite; Di= diopside; Dol= dolomite; Fo= forsterite; Qtz= quarzo; Tlc= talco; Tr= tremolite. Immagine modificata da K., & Grapes, R. (2011).

♦ Talco: Il talco si forma da fluidi ricchi in acqua a temperature < 500°C. i marmi ricchi in talco sono confinati nella zona T<500 e P < 5 Kbar. Tuttavia, il talco, si forma generalmente per alterazione di minerali mafici, durante le fasi di metamorfismo retrogrado. Il talco viene consumato secondo la reazione (4).

♦ Tremolite: La prima comparsa della tremolite è a circa 500° e 5 Kbar. La prima comparsa della tremolite è facilmente identificabile sul terreno, e costituisce un importante isograda che definisce l’inizio della facies anfibolitica. All’aumentare della temperatura, la tremolite si forma secondo le reazione (2); la paragenesi Dol + Cal + Tr è tipica di marmi in facies anfibolitica.

♦ Diopside: Il diopside si forma secondo le reazioni (3) e (5), oppure nel punto invariante Qtz + Tr + Di (+Dol + Cal). La posizione di questo punto definisce inoltre la più bassa temperatura a cui si possa trovare il diopside in un marmo. Così come per la tremolite, anche la prima comparsa del diopside è un importante isograda, facilmente mappabile, che indica temperature di circa 670°C. Se la reazione di formazione del diopside non avviene nel punto invariante, poiché è stato consumato tutto il quarzo durante il metamorfismo progrado, allora il diopside si formerà secondo la reazione (5), reazione che separa il campo di stabilità della tremolite da quello del diopside.

♦ Forsterite: La forsterite si forma a spese del diopside secondo la reazione (9). A temperature <800 °C, la forsterite può formarsi solamente tramite l’interazione tra il marmo e fluidi esterni ricchi in acqua.

Calcari ricchi in calcite

Le varie associazioni mineralogiche che si sviluppano nel metamorfismo regionale dei calcari ricchi in calcite possono essere visualizzate in Fig.2.

Fig.2:Diagramma P-T-X relativo al metamorfismo regionale di calcari ricchi in calcite. (1) 3Dol + 4Qtz + H₂0 → Tlc + 3Cal + 3C0₂; (2) 5Dol + 8Qtz + H₂0 → Tr + 3Cal + 7C0₂; (3) Dol + 2Qtz → Di + 2C0₂; (14) 5Tlc + 6Cal + 4Qtz → 3Tr+ 6C0₂ + 2H₂0; (15) 3Cal + 2Qtz + Tr → 5Di + H₂0 + 3C0₂; (16) Cal + Qtz → Wo + C0₂; Cal= calcite; Di= diopside; Qtz= quarzo; Tlc= talco; Tr= tremolite; Wo = wollastonite. Immagine modificata da K., & Grapes, R. (2011).

♦ Tremolite: La tremolite viene prodotta secondo la reazione (2), che tende a consumare la dolomite, producendo una paragenesi data da Cal + Qtz + Tr. A gradi metamorfici maggiori, la tremolite viene consumata dalla reazione (15). Nei marmi a calcite, il campo di stabilità della tremolite è più piccolo rispetto a marmi a dolomite.

♦ Diopside: Il diopside si forma generalmente secondo la reazione (15), e compare a temperature più basse (circa 600-650°C) rispetto ai marmi a dolomite.

♦ Wollastonite: Durante il metamorfismo regionale, in sistemi metamorfici chiusi, la formazione della wollastonite è molto limitata. La paragenesi Qtz + Cal è stabile anche in facies granulitica. La formazione della wollastonite è favorita da fluidi circolanti ricchi in acqua, secondo la reazione (16).

Metamorfismo di contatto di calcari a dolomite e calcite

I calcari dolomitici, o ricchi in calcite, possono anche essere metamorfosati durante il metamorfismo termico (di contatto). Questo metamorfismo si sviluppa al contatto tra un intrusione ignea (granitica o gabbrica), e le rocce incassanti.

Calcari ricchi in dolomite

Le varie associazioni mineralogiche che si sviluppano nel metamorfismo di contatto (P = 2 kbar) dei calcari ricchi in dolomite possono essere visualizzate in Fig.3. Lo spessore delle varie zone dell’aureola metamorfica dipendono da: grandezza dell’intrusione e calore dell’intrusione. Generalmente il metamorfismo termico attorno ad un intrusione si estende per alcune centinaia di metri, fino a 1-2 Km per le intrusioni più grandi.

Fig.3: Diagramma T-X relativo al metamorfismo di contatto di calcari ricchi in dolomite. (1) 3Dol + 4Qtz + H₂0 → Tlc + 3Cal + 3C0₂; (2) 5Dol + 8Qtz + H₂0 → Tr + 3Cal + 7C0₂; (3) Dol + 2Qtz → Di + 2C0₂; (4) 2Tlc + 3Cal → Tr + Dol + C02 + H₂0; (5) 3Cal + Tr → Dol + 4Di + H₂0 + C0₂; (6) 11Dol +Tr → 13Cal + 8Fo + 9C0₂ + H₂0; (8) 107Dol + 17Tr + 107H₂0 → 141Cal + 4Atg + 73C0₂; (9) 3Dol + Di → 4 Cal + 2Fo + 2C0₂; (10) 20Dol + Atg → 20Cal + 34Fo + 20C0₂ + 31H₂0; (11) Dol → Cal + Per + C0₂; (12) Dol + H₂0 → Cal + Brc + C0₂; (13) Brc → Per + H₂0; Atg= antigorite; Brc= brucite; Cal= calcite; Di= diopside; Dol= dolomite; Fo= forsterite; Per= periclasio; Qtz= quarzo; Tlc= talco; Tr= tremolite. Immagine modificata da K., & Grapes, R. (2011).

♦ Tremolite: Nei calcari ricchi in dolomite, la tremolite si può formare secondo le reazioni (2), (4) oppure nel punto invariante. La temperatura più bassa del campo di stabilità della tremolite (450 °C), coincide con la temperatura più alta del campo di stabilità del talco. A gradi metamorfici maggiori, la tremolite è consumata secondo le reazioni (5) e (6). La temperatura più alta a cui è possibile trovare tremolite nei marmi a dolomite, è data dalla temperatura del punto invariante Tr + Di+ Fo (+Dol + Cal) a circa 600°C. oltre questa temperatura la tremolite viene trasformata in forsterite secondo la reazione (6).

♦ Forsterite: la forsterite compare in quantitativi modali apprezzabili ad una temperatura di circa 570-600°C, in base al contenuto originario in quarzo della roccia. La paragenesi Fo + Dol + Cal è tipica di rocce a diretto contatto con l’intrusione.

♦ Diopside: il diopside è confinato in una ristretta zona attorno a 600 °C e si forma per l’interazione tra la roccia e fluidi circolanti ricchi in acqua secondo la reazione (5).

♦ Periclasio: Il periclasio si forma generalmente per la decomposizione della dolomite, secondo la reazione (11).

♦ Brucite: la brucite si può formare per decomposizione della dolomite secondo la reazione (12), oppure, più comunemente per idratazione, del periclasio precedentemente formatosi, secondo la reazione (13).

Calcari ricchi in calcite

Le varie associazioni mineralogiche che si sviluppano nel metamorfismo di contatto (P = 2 kbar) dei calcari ricchi in calcite possono essere visualizzate in Fig.4.

Fig.4: Diagramma T-X relativo al metamorfismo di contatto di calcari ricchi in calcite. (1) 3Dol + 4Qtz + H₂0 → Tlc + 3Cal + 3C0₂; (2) 5Dol + 8Qtz + H₂0 → Tr + 3Cal + 7C0₂; (3) Dol + 2Qtz → Di + 2C0₂; (14) 5Tlc + 6Cal + 4Qtz → 3Tr+ 6C0₂ + 2H₂0; (15) 3Cal + 2Qtz + Tr → 5Di + H₂0 + 3C0₂; (16) Cal + Qtz → Wo + C0₂; Cal= calcite; Di= diopside; Qtz= quarzo; Tlc= talc; Tr= tremolite; Wo = wollastonite. Immagine modificata da Bucher, K., & Grapes, R. (2011).

♦ Tremolite: nelle rocce a calcite, la tremolite compare a temperature più basse rispetto alla rocce ricche in dolomite. La tremolite viene sostituita da diopside secondo la reazione (15).

♦ Diopside: il diopside compare nei marmi a calcite, prima che nei marmi a dolomite; la paragenesi Cal + Di + Qtz è tipica di rocce a diretto contatto con l’intrusione.

♦ Wollastonite: nei marmi a calcite la wollastonite può formarsi anche in condizioni di sistema chiuso. In rocce ricche in calcite, contenenti fluidi, la formazione della wollastonite avviene a circa 600°C.

Bibliografia

Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Bucher, K., & Grapes, R. (2011). Petrogenesis of metamorphic rocks. Springer Science & Business Media.
• Fossen, H. (2016). Structural geology. Cambridge University Press.
• Howie, R. A., Zussman, J., & Deer, W. (1992). An introduction to the rock-forming minerals (p. 696). Longman.
• Passchier, Cees W., Trouw, Rudolph A. J: Microtectonics (2005).
• Philpotts, A., & Ague, J. (2009). Principles of igneous and metamorphic petrology. Cambridge University Press.
• 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.
• Vernon, R. H. (2018). A practical guide to rock microstructure. Cambridge university press.

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Cristalli di pirosseno e olivina in un marmo a calc-silicati. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di pirosseno e olivina in un marmo a calc-silicati. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di pirosseno e olivina in un marmo a calc-silicati. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristalli si hercinite (spinello verde) e humiti (cristalli incolori ad alto rilievo) in un marmo a cal-silicati. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli si hercinite (spinello verde) e humiti (cristalli incolori ad alto rilievo) in un marmo a cal-silicati. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli si hercinite (spinello verde) e humiti (cristalli incolori ad alto rilievo) in un marmo a cal-silicati. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli si hercinite (spinello verde) e humiti (cristalli incolori ad alto rilievo) in un marmo a cal-silicati. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli si hercinite (spinello verde) e humiti (cristalli incolori ad alto rilievo) in un marmo a cal-silicati. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli si hercinite (spinello verde) e humiti (cristalli incolori ad alto rilievo) in un marmo a cal-silicati. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)