Complesso alcalino di Jacupiranga
Inquadramento geologico
L’ultima fase magmatica che ha caratterizzato la piattaforma Sud Americana (probabilmente legata all’apertura dell’Oceano Atlantico), è caratterizzata dall’emissione di magmi basaltici e alcalini. Nella zona meridionale della piattaforma, l’emissione di grandi volumi di basalti tholeiitici ha dato origine alla provincia magmatica del Paranà (137 Ma), una delle più grandi estensioni continentali di flood basalts. Il magmatismo alcalino invece è caratterizzato da numerose intrusioni, con composizione estremamente variabile. Si hanno infatti rocce da sature a sottosature in silice, rocce basaltiche, rocce carbonatitiche e kimberlitiche, con età che vanno dal Cretaceo superiore al Cretaceo inferiore. Nella zona centrale della piattaforma il magmatismo alcalino è localizzato prevalentemente lungo il margine continentale della piattaforma, allineati lungo la zona di taglio Lancinha-Cubatão (Fig.1A).Non vi è alcun consenso generale sulle relazioni tra tettonica e petrogenesi dei vari complessi alcalini. Tuttavia, le intrusioni meridionali e centrali sono generalmente correlate all’arco di Punta Grossa (Riccomi et al., 2005), una grande struttura tettonica con andamento NW-SE, caratterizzata inoltre da numerosi sciami di dicchi basaltici (Fig.1B). Dei quattro lineamenti tettonici che caratterizzano e controllano l'arco di Punta Grossa (Gupiara, São Jeronimo-Curiuva, Rio Alonso and Rio Piquiri), quelli di Gupiara e São Jeronimo-Curiuva presentano intrusioni plutoniche alcaline allineate lungo la loro estensione.
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Fig.1 A Carta geologica semplificata della piattaforma Sud Americana. 1) Bacino di Baru (Cretaceo inferiore); 2) Provincia magmatica del Paranà (Cretaceo superiore). 3) Sedimenti del bacino del Paranà (Ordoviciano inferiore – Cretaceo superiore). 4) magmatismo alcalino (rombi = Permo-Triass, quadrati = Cretaceo inferiore, triangoli = Cretaceo superiore, cerchi = Paleogene. 5) Assi dei principali archi tettonici. 6) principali lineamenti tettonici (GP = Guapiara; JC = São Jeronimo-Curiuva; RA = Rio Alonso; RP = Rio Piquiri). 7) zona di taglio di Lancinha-Cubatão. B Assetto tettonico dell’arco di Punta Grosso e del relativo magmatismo alcalino. (a) and (b) dikes; (c) alkaline complexes (BIT = Barra do Itapirãua, BN = Banhandão; BT = Barra do Teixeira, CN = Cananeia, IP = Ipanema, IT = Itapirapuã, JAC = Jacupiranga, JQ = Juquirà, MP = Mato Preto, PAR = Pariquera-Arcu and TU = Tunas). Immagine modificata da Chmyz, Luanna, et al (2017).
Il complesso di Jacupiranga
Il complesso di Jacupiranga fu scoperto nel 1877 da H. E. Bauer. Nel 1891, Derby ha descritto per la prima volta le rocce carbonatitiche, come deposito ricco in ferro data l’abbondate presenza di magnetite. Nel 1954 Melcher realizzò il primo studio dettagliato del complesso, sia a livello petrografico che cartografico. Le operazioni minerarie iniziarono in questi anni. Il complesso di Jacupiranga è localizzato nella zona sud del Brasile, 230 km da San Paolo. Ha un’estensione di circa 65 km2 (Ruberti et al., 2000) e una forma ellissoidale (6.7 km x 0.5), con l’asse maggiore orientato circa NNW. Il complesso è costituito da due distinte intrusioni: un’intrusione ultramafica (duniti) nella zona nord, e un’intrusione clinopirossenitica (jacupirangiti) nella zona sud, intrusa a sua volta da un piccolo corpo carbonatitico..jpg)
Fig. 2: Carta geologica del complesso di Jacupiranga e relativa sezione geologica. Immagine modificata da Salvioli-Mariani, E., et al (2014).
Le carbonatiti affiorano unicamente all’interno delle clinopirosseniti, e hanno un’estensione di circa 0.7 km2. Sono costituite da un’intrusione a forma di imbuto (pipe-intrusion), con una forma sub-circolare. All’interno dell’intrusione carbonatitica si rinvengono numerosi xenoliti di pirosseniti (da centimetrici a decametrici). Le carbonatiti sono composizionalmente eterogenee e variano da calcio-carbonatiti a magnesio-carbonatiti (Fig.2).
Gaspar (1989, 1991) ha suddiviso le rocce del complesso di Jacupiranga in tre principali categorie:
1) Rocce ultramafiche: duniti, clinopirosseniti, carbonatiti e lamprofiri.
2) Rocce a nefelina: ijoliti e melteigiti
3) Rocce a feldspati: gabbri, diorite, monzoniti e sieniti.
Duniti
Le duniti sono ricoperte da uno spesso suolo lateritico derivante dall’alterazione in condizioni di clima tropicale. Sono rocce costitute da olivina alterata in serpentino. Spinelli di titanio e alluminio, carbonati e ossidi di ferro sono presenti come accessori.
Clinopirosseniti (jacupirangiti)
Le pirosseniti di Jacupiranga sono rocce cumulitiche con comuni strutture di layering magmatico. Tra le varie tipologie, quelle a magnetite sono indubbiamente le più abbondanti nel complesso. Sono costituite essenzialmente da diopside (> 80%) e magnetite interstiziale. Sono presenti come fasi accessorie perovskite, flogopite, apatite e carbonati.
Carbonatiti (söviti)
Le carbonatiti presentano una grande variazione tessiturale e mineralogica. Variano da calcio-carbonatiti e magnesio-carbonatiti. Hanno una grana grossa, con cristalli di calcite compresi tra 0.3 e 0.7 mm. Si hanno come fasi accessorie olivina (spesso con bordi di reazione), ilmenite e pirocloro. Tra le varie fasi accessorie, la più importante è l’apatite, che può raggiungere concentrazioni fino al 20-35%. Questo ha reso il complesso di Jacupiranga una delle più importanti fonti di fosforo del Brasile.
Ijoliti
Le ijoliti formano le colline che circondano il complesso; sono costituite da diopside (20-40%), nefelina (20-40%), flogopite, magnetite (5-10%), kalsilite, apatite e perovskite.
Rocce a feldspati
Tutte le rocce a feldspato del complesso di Jacupiranga si rinvengono in vene, sciami di dicchi o piccole intrusioni. Sono suddivise in tre principali gruppi: dioriti, monzoniti e sieniti.
Formazione del complesso di Jacupiranga
La ricostruzione dei meccanismi di messa in posto delle intrusioni magmatiche non è mai facile; le modalità di messa in posto sono influenzate da numeri fattori come la composizione del magma, la grandezza e la profondità dell’intrusione, la natura delle rocce incassanti e il regime tettonico che caratterizza l’area. In particolare, per numerosi complessi alcalini, i maccanismi di messa in posto non possono essere spiegati considerando le dinamiche di una tipica camera magmatica, dove un magma omogeneo subisce fenomeni di cristallizzazione frazionata con lo sviluppo di cumuliti mafiche nella parte basale, e cumuliti sialiche nelle parti sommitali. Un sempre maggior odi articoli hanno permesso di dimostrare che molte intrusioni poco profonde (< 5km), a differenza dei classici complessi stratificati, si intrudono sottoforma di lopoliti (intrusioni a scodella) Hansen and Cartwright, 2006; O’Driscoll at al., (2008).Esperimenti condotti da Mathieu et al., (2008) e Galland et al., (2009, 2004) hanno dimostrato che questo tipo di intrusioni, può generarsi come il risultato di forti regimi di stress nella parte sommitale del condotto di alimentazione (Fig.3). in questi complessi, l’inizio del magmatismo è generalmente preceduto da sciami di dicchi e formazione di sill, che man mano si uniscono in profondità a formare una camera magmatica. Durante questo processo, gli effetti combinati di cristallizzazione frazionata, e continuo afflusso di magma, favorisce la formazione di cumuliti nella parte centrale dell’intrusione, mentre i liquidi più differenziati vengono spinti nelle zona marginali.
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Fig. 3: Modello di messa in posto di un intrusione a "scodella". T1 = inizio della massa in posto e formazione dei primi cumulati mafici nella zona centrale. T2 = sviluppo completo dell’intrusione, in cui i liquidi residuali differenziati sono convogliati nelle zone marginali, aiutati da faglie trascorrenti. Immagine modificata da Beccaluva, Luigi, et al. (2017).
Le due distinte intrusioni che formano il complesso di Jacupiranga (l’intrusione dunitica e quella pirossenitica) si sono originate probabilmente da due magmi parentali differenti, che hanno formato due distinte camere magmatiche, alimentate di due diversi condotti di alimentazione (Fig.4).
La prima intrusione si è generata da un magma alcalino-basaltico che ha inizialmente dato luogo alle cumuliti dunitiche, e gabbriche e successivamente ai differenziati più ricchi in silice (monzoniti e sieniti). La seconda intrusione si è generata probabilmente da un magma nefelinitico che ha generato le pirosseniti cumulitiche e le rocce a nefelina (ijoliti e melteigiti).
Le carbonatiti rappresentano l’ultimo evento magmatico del complesso, e affiorano al centro della seconda intrusione, hanno sfruttato con molta probabilità lo stesso condotto di alimentazione. L’origine delle carbonatiti è probabilmente legata ad una sorgente magmatica mantellica; questa ipotesi è avvalorata dal fatto che non si rinviene carbonato magmatico nelle pirosseniti, né nelle duniti, e da dalle inclusioni fluide delle apatiti presenti nelle carbonatiti, che indicano una profondità di intrappolamento di circa 30-60 km.
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Fig.4: Schema della massa in posto delle due intrusioni che formano il complesso di Jacupiranga. A: prima intrusione ultrabasica derivante dall’infiltrazione di un magma alcalino-basaltico (AG = gabbri alcalini; SD = Sienodioriti; Du = Duniti). B: seconda intrusione derivante da un magma nefelinitico. La seconda intrusione taglia parzialmente la prima. I processi di cristallizzazione frazionate del magma nefelinitico hanno generato le pirosseniti cumulitiche, che costituiscono la maggior parte della seconda intrusione. Le carbonatiti intrudono successivamente le pirosseniti, forse sfruttando lo stesso condotto di alimentazione (Cp = Clinopirosseniti; Ij = Ijoliti; Carb = Carbonatiti). Immagine modificata da Beccaluva, Luigi, et al. (2017).
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Miniera di Cajati, all'interno dell'intrusione carbonatitica. Immagine tratta da Registro diario Cajati
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Crisatalli di magnetite (scuro) in una carbonatite di Jacupiranga. Immagine tratta da E-rocks
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Crisatalli di magnetite (scuro) in una carbonatite di Jacupiranga. Immagine tratta da E-rocks
Bibliografia
Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Alva-Valdivia, Luis M., et al. "Rock magnetism and microscopy of the Jacupiranga alkaline-carbonatitic complex, southern Brazil." Earth, planets and space 61.1 (2009): 161-171.
• Beccaluva, Luigi, et al. "The alkaline-carbonatite complex of Jacupiranga (Brazil): magma genesis and mode of emplacement." Gondwana Research 44 (2017): 157-177.
• Chmyz, Luanna, et al. "Ar-Ar ages, Sr-Nd isotope geochemistry, and implications for the origin of the silicate rocks of the Jacupiranga ultramafic-alkaline complex Brazil)." Journal of South American Earth Sciences 77 (2017): 286-309.
• Salvioli-Mariani, E., et al. "Late veins of C3 carbonatite intrusion from Jacupiranga complex (Southern Brazil): fluid and melt inclusions and mineralogy." Mineralogy and Petrology 104.1-2 (2012): 95-114.