Intrusioni Basiche Stratificate
Le intrusioni basiche stratificate sono corpi intrusivi che mostrano strati (Layers) di differente composizione modale.La "stratificazione" è un processo igneo che dipende essenzialmente dalla natura dei processi di frazionamento e dall'effetto della gravità (Wager&Brown - Layered Igneus Rocks).
Sempre secondo questi autori, la maggir parte delle intrusioni basiche stratificate derivano da magmi con "affinità Tholeiitica".
In base allo studio e all'osservazione di:
1) Chilled Margins delle rocce incassanti e relative analisi chimiche.
2) Differenziati acidi.
3) Il trend di frazionamento osservato in particolare nei Pirosseni.
si è dedotto che i magmi "parentali" da cui la maggior parte delle intrusioni si è evoluta avevano un carattere Subalcalino.
Tra tutte le intrusioni Basiche, la più grande con un volume complessivo di circa 100.000 Km3 è indubbiamente il Bushveld Complex in sud Africa.
Il ben più modesto Skaergaard in groenlandia è invece, tra tutte le intrusioni, quella maggiormente nota e conosciuta sotto tutti gli aspetti.
Classici esempi di corpi plutonici stratificati, da cui sono derivate le attuali nozioni in merito, sono:
- Il complesso ultramafico di Skye (Cuillin) e Rhum nelle Hebridi (Eocene).
- Il Bushveld Complex in Sud Africa (2 miliardi di anni).
- Duluth Anortosite Sheet nel Minnesota.
- Stillwater Complex nel Montana (2 miliardi e 750 milioni di anni).
- Skaergaard in groenlandia ( 60 milioni di anni).
- Great Dike in Rhodesia.
- Muskox in Canada.
Nelle intrusioni basiche stratificate si può osservare la maggiore estensione di magmi basaltici come da nessuna altra parte nella crosta. per fare degli esempi basta pensare che Il complesso del Bushveld ha uno sviluppo verticale di circa 7000m, Stillwater di 6000m, Skye tra 3000 e 5000m.
Secondo Grout, la maggior parte di tali intrusioni ha una geometria paragonabile a dei Lopoliti, cioè grandi corpi intrusivi con una depressione centrale e con spessore generalmente di un decimo o di un ventesimo della loro estensione areale o del loro diametro.
Zonatura verticale
Su scala nell'ordine di centinaia di metri, la varie intrusioni presentano caratteristiche simili e costanti per quanto riguarda la zonatura verticale. Rocce ultramafiche alla base, rocce Gabbroidi nei livelli intermedi e Gabbri feldspatici o Ferrodioriti nei livelli superiori.
Skaergaard
1) Zona inaccessibile: Probabilmente composta da rocce ultrabasiche rappresentanti circa il 70% del volume totale.
2) Gabbri con Olivina magnesiaca 800 m.
3) Gabbri privi di Olivina 780 m.
4) Ferrogabbri con Olivina ferrifera 920 m.
5) Gabbri e Ferrodioriti con xenoliti gneissitici 1000 m.
Stillwater
Lo spessore complessivo di tale complesso supera i 5000 m, ma la porzione esposta ha uno spessore inferiore in quanto Stillwater ha subito fenomeni di tiltamento e di ricoprimento da parte di sedimenti.
1) Zona basale le cui rocce si ritiene abbiano la composizione del magma originario 100m.
2) Rocce ultramafiche, Pirosseniti e Peridotiti 1000 m.
3) Noriti a due Pirosseni 850 m.
3) Gabbri 650 m.
4) Gabbri e Anortositi con spessore di 1900m ma alternati in unità di 200 - 500 m.
5) Gabbri 600 m.
Bushveld
1) Peridotiti, Harzburgiti, Bronzite-pirosseniti, Duniti 1300 m.
2) Rocce stratificate a Cromite.Bronzite-Plagioclasio 1000 m.
3) Noriti 4000 - 5000 m.
4) Ferrodioriti 1500 m.
Cullin (Skye)
1) Peridotiti 1250m 2) Allivaliti (Gabbri ad Anortite e Olivina) 1700 m.
3) Eucriti (rocce composte da 30 - 35% di Plagioclasio calcico (bytownite o anorthite), Augite, hyperstene, Pigeonite, e Olivina 2000 m.
4) Gabbri 600 m.
Origine e caratteristiche della zonatura verticale
Tutte le intrusioni basiche stratificate mostrano orizzontalmente, a varie scale, un Layering composizionale.
Questo fatto è secondo la maggior parte degli autori il risultato di fenomeni di "sedimentazione" magmatica.
La gran parte di queste intrusioni si è solidificata a partire dalla base fino alla sommità per accumulo o per precipitazione di minerali dal magma originario e le rocce originatesi vengono denominate Cumuliti.
Queste rocce sono costituite essenzialmente da cristalli di cumulo, che sotto l'azione della gravità si sono depositati verso il basso o hanno fluttuato verso l'alto. Un'altra caratteristica molto importante delle rocce cumilitiche è costituita dal liquido intercumulo.
Il liquido intercumulo è l'ultima fase a cristallizzare, e gioca un ruolo molto importante per vari motivi:
Esso può dare luogo alla cristallizzazione di fasi microcristalline completamente diverse dalle fasi cumulate oppure permettere l'accrezione o la modificazione chimica dei cristalli di cumulo.
Il layering litologico osservabile nelle intrusioni basiche è generalmente denominato "ritmico" in quanto si ripete ritmicamente per decine, centinaia o migliaia di volte nello spessore verticale.
Nonostante la ripetizione ritmica verticale di strati a composizione modale uguale, esistono delle differenze chimiche graduali tra la base e la sommità di queste intrusioni.
Il risultato di queste variazioni chimiche è il fatto che esistono spesso delle differenze nettissime tra rocce a livelli diversi della stessa intrusione. Questo fatto che non è così ovvio è stato definito con il termine "Cryptic Layering".
Il Crypting Layering è spesso ben osservabile in rocce che si trovano a livelli molto distanti, ma per rocce attigue, lo si può rilevare solo tramite analisi chimico-petrografiche.
I due tipi di Layering, quello modale e quello chimico (Criptico) sono controllati e influenzati da fattori indipendenti, quello Criptico è il risultato di variazioni composizionali di successivi liquidi residuali dovuti alla cristallizzazione frazionata che porteranno al layering ritmico.
Criptic Layering
Il Layering criptico è una caratteristica comune a tutte le intrusioni basiche stratificate.
Questo Layering è dovuto al graduale cambiamento chimico di minerali formanti soluzioni solide (Plagioclasi e Pirosseni) al diminuire della temperatura di Liquidus.
In alcune intrusioni però questo Layering è invertito in prossimità della sommità dell'intrusione, ad esempio a Skaergaard i primi 2000m presentano un layering criptico normale, poi nei 1000m in prossimità della sommità questo layering diviene improvvisamente inverso e i Plagioclasi divengono via via più calcici (An30 - An69).
Si ritiene che questo layering criptico inverso sia dovuto al fatto che le rocce della sommità non si siano accumulate e solidificate dal basso verso l'alto, ma si siano solidificate dall'alto verso il basso.
Meccanismi della zonatura (Layering)
Per spiegare la grande disomogeneità delle intrusioni basiche è stato ipotizzato che esse si siano formate per ripetuti impulsi di magma basaltico a differente composizione, con successivi fenomeni di cristallizzazione frazionata che avrebbero interessato le singole "ondate di magma" basaltico.
Però questa ipotesi è risultata inesatta, almeno per quanto riguarda la maggior parte delle intrusioni, poichè il layering cripitico è di solito ininterrotto per migliaia di metri, anche attraverso discontinuità tra le varie zone.
L'ipotesi attuale è che queste intrusioni si siano formate per la messa in posto di singoli quantitativi di magma basaltico, ma come si sia potuta formare una quantità tale di magma basaltico, che spesso supera le migliaia di Km3 non è ben chiara.
Ciò nonostante la similarità della zonatura verticale tra le varie intrusioni e la straordinaria omogeneità laterale di rocce particolari come le Cromititi o rocce ricche di PGE (Platinum Group Elements) indicano senza dubbio eventi singoli e di grande rilevanza.
Qualunque sia la natura del magma originario, il Layering Criptico implica una cristallizzazione graduale di liquidi residuali.
Un ruolo molto importante nel processo di Layering è dato dal fenomeno della Convezione e una peculiarità delle intrusioni stratificate è l'avere strutture di flusso magmatico.
Senza considerare le rocce a contatto con quelle incassanti (Chilled margins), le rocce marginale presentano evidenti strutture di flusso:
- Foliazione da flusso.
- Tessiture fluidali.
- Orientazione preferenziali di cristalli.
- Orientazione allineata di xenoliti e Autoliti (frammenti di rocce derivanti dallo stesso magma).
Queste strutture hanno nel complesso un andamento sub parallelo alle pareti dell'intrusione, e risultano discordanti con il classico layering orizzontale del resto dell'intrusione.
Questo potrebbe essere dovuto a fenomeni di flusso sia durante la messa in posto che in eventi successivi durante la cristallizzazione.
Il complesso basico più grande: Il Bushveld Complex
Il Bushveld Complex nel centro nord del Transvaal in Sud Africa è uno tra i complessi stratificati più famosi, nonchè il più grande in assoluto. L'area coperta del Bushveld si estende per oltre 66.000Km2.
Il Bushveld può essere suddiviso in diverse zone o "complessi".
1) Lower Zone
La zona basale è formata da diversi Litotipi, Noriti, Pirosseniti-Noriti, Harzburgiti-Pirosseniti, Noriti rispettivamente dal basso verso l'alto per uno spessore medio di circa 650 m.
2) Transitional Zone
La zona transizionale ha uno spessore di circa 585 m e consiste rispettivamente di Pirosseniti, Harzburguiti-Pirosseniti, Pirosseniti. Le due formazione di pirosseniti sono composte essenzialmente da rocce monomineraliche a Bronzite con una quantità del 5% di liquido intercumulo.
3) Critical Zone
La zona critica si estende per uno spessore di circa 1555 m.
Questa zona è decisamente importante e particolare poichè alla base di tale zona si ha una grande abbondanza di Cromite. La zona critica può essere suddivisa in sotto zone composte da Pirosseniti intervallate a strati Cromitici, Noriti, Anortositi.
Al di sopra della sotto zona Anortositica si ha la copertura Platinifera del Marensky Reef.
la copertura del Marensky Reef è costituita da un'alternanza di rocce costituite da:
- 50 cm di Pegmatiti Pirossenitiche.
- 2,37 m di Pirosseniti Porfiriche.
- 30 cm di Noriti pirossenitiche.
- 1 m di Noriti.
- 1,50 m di Noriti Anortositiche.
- 3,50 m di Anortositi.
Il carattere Platinifero di questa copertura è dato da minerali quali la Braggite [(Pt,Pd,Ni)S], Cooperite [(Pt,Pd,Ni)S] Laurite [RuS2] e minori quantitativi di Sperrylite [PtAs2] contenenti in media 63% di Platino, 28% di Palladio, 5% di Rutenio, 2% di Rodio, 0,7% di Iridio e 0,6% di Osmio.
4) Main Zone
La zona principale ha uno spessore medio di 4000 m ed è composta di rocce i cui unici minerali di cumulo sono Plagioclasi, Clinopirosseni e ortopirosseni in percentuali variabili da strato a strato, partendo da Pirosseniti fino ad arivare ad Anortositi.
Il Layering criptico è una caratteristica importante della zona principale, i Plagioclasi passano da An76 ad An54, i Pirosseno divengono man mano sempre più Calcici.
5) Zona sommitale
La base di tale zona è composta da strati a Magnetite, ben esposti nella Magnet Heigh area nel Transvaal dell'est.
Nel commplesso le rocce della zona principale sono costituite da ferrodioriti stratificate contenenti Andesina, Olivina (Fo0-45), Ferropigeonite, ferroaugite, Titanomagnetite e Apatite, nelle parti stratigraficamente più in alto il carattere di tali rocce diviene via via più ricco in silice, fino ad avere rocce con Hedembergite, Na-Plagioclasio, K-Feldspati e Quarzo (ferrosienodioriti) e alla fine rocce di tipo Granitoide.
Bushveld Complex.
Carta geologica del Bushveld Complex.
Carta geologica di Skaergaaed.
Zonatura verticale di Skaergaard.
Stillwater Complex.
Localizzazione del Great Dike nello Zimbawe.
Particolare del Great Dike nello Zimbawe.
Testi consultati per la realizzazione di questa pigina:
- Ron H. Vernon (2004): A pratical guide to rock microstructure. Cambridge editore
- Eric A.K. (1985): Middlemost Magmas and Magmatic Rocks. Longman, London
- D’Amico C., Innocenti F. & Sassi F.P. (1987): Magmatismo e metamorfismo. UTET - Igneous Petrology (Carmichael-Turner-Verhoogen).
- "Skaergaard homepage".