Le rocce Alcaline
Le rocce Alcaline sono rocce che si formano da magmi estremamente arrichhiti in Alcali, questo fatto permette la formazione di minerali ricchi in Na e K generalmente assanti nelle rocce "normali" (Feldspatoidi, Aegirina, Anfiboli sodici ecc ecc.).Oltre all'abbondanza in Alcali, questi magmi risultano arricchiti in elementi Incompatibili.
Elementi il cui raggio Ionico è troppo grande o troppo piccolo per entrare nella struttura di minerali comuni come Olivine, Plagioclasi ecc ecc.
Il termine Incompatibile assume però un significato confusionale in quanto questi elementi incompatibili con i comuni minerali, formano, in magmi Alcalini, fasi mineralogiche a se stanti e peculiari, diventando così perfettamenre "compatibili" con la composizione dei magmi Alcalini.
Le rocce Alcaline mostrano una grande abbondanza di minerali non rinvenibili in altre rocce e contenenti REE, Zr, Nb, Sr, Ba o Li quali:
- Eudialyte Na4(Ca,Ce)2(Fe2+,Mn,Y) ZrSi8O22(OH,Cl)2.
- Loparite (Ce,Na,Ca)2(Ti,Nb)2O6
- Lamprophyllite Na2(Sr,Ba)2Ti3(SiO4)4(OH,F)2.
- Baratovite KCa7(Ti,Zr)2Li3Si12O36F2.
Le rocce Alcaline derivano da Magmi formatisi per piccoli gradi di fusione parziale di rocce Ultramafiche (Peridotiti) nel mantello superiore. La sorgente da cui deriverebbero i magmi Alcalini si ritiene sia stata modificata da fluidi ricchi in elementi incompatibili provenienti da zone profonde del mantello.
Durante la risalita dal mantello, i magmi alcalini subiscono variazioni nelle loro proprietà chimico-fisiche (Composizione, Densità, Temperatura, Viscosità ecc ecc) e sono soggetti a fenomeni di cristallizzazione frazionata che porta alla formazione di magmi distinti aventi caratteristiche diverse dai magmi primari.
I magmi Alcalini contengono un quantitativo rilevante di volatili (acqua, CO2, F ecc ecc.).
La percentuale di volatili però non può superare un certo valore critico, valore oltre il quali i volatili divengono una fase a se stante, smascolandosi dal magma.
Il valore critico può essere raggiunto se la pressione diminuisce, o il quantitativo di volatili aumenta per interazione con le rocce incassanti, o per arrichhimento di volatili per precipitazione di minerali privi di componenti volatili (olivine, Pirosseni ecc ecc.).
I fluidi rilasciati dai magmi Alcalini tendono a reagire con le rocce incassanti, causando un forte Metasomatismo e producendo rocce metasomtiche (Albititi, Aegiriniti, Feniti ecc ecc.).
Nella loro risalita i fluidi Alcalini si raffreddano e danno origine a vene idrotemali che spesso contengono gli stessi minerali peculiari delle rocce Alcaline, con l'unica differenza che queste vene contengono fasi ricche in acqua e particolari carbonati.
Figura 3: Diversificazione dei Magmi.
Le rocce Alcaline possono essere suddivise in cinque grandi gruppi:
1) Rocce Peralcaline sovrassature.
2) Rocce Peralcaline sature.
3) Rocce a Foidi in cui i foidi costituiscono il 10% dei minerali sialici.
4) Rocce a Foidi in cui i foidi costituiscono tra il 10-60% dei minerali sialici.
5) Foiditi in cui i foidi costituiscono più del 60% dei minerali sialici.
Le rocce Foiditiche a Feldspati occupano la parte centrale del triangolo di Strekeisen. Sul lato AF si trovano:
- Fonoliti (Sieniti a foidi).
- Tefriti fonolitiche (monzosieniti a foidi).
- Fonoliti tefritiche (Monzodioriti a foidi).
- Tefriti (gabbri a foidi).
Partendo dalle Fonoliti per arrivare alle Tefriti si ha man mano un aumento del contenuto di Plagioclasio rispetto ai Feldpsati alcalini.
Questa semplice suddivisione risulta spesso insufficiente e limitante per descrivere la grande varietà delle rocce Alcaline e si tende spesso ad utilizzare, in supporto a questa suddivisione, criteri che tengano conto dell'indice di colore e del rapporto Na/K.
Le rocce Alcaline a Leucite sono le uniche rocce tra quelle Alcaline ad avere una distribuzione molto ridotta e limitata a poche luoghi del pianeta. tra tutte le province magmatiche in cui queste rocce compaiono, quella maggiormente nota e conosciuta è la Provincia magmatica Romana che comprende:
- Sabatini.
- Vulcani di Vico e Vulsini.
- Colli Albani.
- Ernici.
- Roccamonfina.
- L'area Campana con il Vesuvio e i campi flegrei.
L'area in questione è tettonicamente assai complessa in cui si ha la convergenza tra Africa ed Europa.
Attualmente sono stati proposti due modelli per l'origine di queste rocce ultrapotassiche (HKS):
1) Il magma ultrapotassico di origine primaria si è generato al di sotto del rift continentale.
2) La provincia Romana giace sopra una zona sismicamente attiva del Piano di Benioff.
Caratteristiche Petrografiche delle rocce Alcaline
- Fonoliti:
Le Fonoliti sono rocce estrusive composte essenzialmente da Feldspati alcalini (Anortoclasio e/o Sanidino), uno o più minerali mafici come per esempio Pirosseni alcalini, Anfiboli alcalini, Augite, Biotite, Faialite e uno o più foidi (Hauyna, Leucite, Nefelina, Noseana).
Questo tipo di rocce contiene generalmente meno del 15% di minerali mafici e più del 10% di Foidi.
Strekeisen propose che il nome Fonolite precedesse il nome del foide dominante nella roccia (Fonolite a Leucite, Hauyna ecc ecc).
Il termine Fonolite venne però introdotto per la prima volta da Klaproth nel 1801 che lo fece derivare da "Phonos" e "Lithos" e letteralmente significa "roccia che suona" dato il rumore particolare che queste rocce emettono quando sono colpite con il martello.
Le Fonoliti si rinvengono comunemente in:
- Depositi Pomicei.
- Depositi Cineritici e Piroclastici.
- Rocce vetrose in colate (Tenerife e Canarie).
- Tefriti:
Le Tefriti sono rocce estrusive composte essenzialmente da Ca-Plagioclasi, Clinopirosseni e Foidi che costituiscono normalmente più del 10% dei minerali sialici. Le Tefriti spesso contengono quantità minori di Feldspati alcalini.
All'aumentare dei feldspati alcalini le Tefriti sfumano in Tefriti Fonolitiche e Fonoliti Tefritiche fino ad arrivare alle fonoliti vere e proprie.
- Basaniti:
Le Basaniti sono un gruppo di rocce Tefritiche che contengono per lo più Ca-Plagioclasi (Bytownite-Labradorite), Clinopirosseni, Foidi e Olivina. Le Basaniti si differenziano dalle Tefriti per contenere una percentuale superiore al 10% di Olivina Normativa.
- Leucititi:
Le Leucititi sono un gruppo di rocce Foiditiche estrusive o subvulcaniche a grana fine composte essenzialmente da Leucite e Clinopirosseni (Ti-Augite, Diopside, Aegirina, Augite). I Feldspati sono praticamente assenti o in quantità ridottissime.
Se è presente una quantità significativa di Olivina il nome della roccia diviene Olivin-Leucitite.
Queste rocce si rinvengono in pochissime località nel mondo come per esempio nella zona delle Leucite Hills nel Wyoming o nella Provincia magmatica Romana.
Il termine Leucitite venne probabilmente utilizzato per la prima volta da Rosenbusch nel 1877 per descrivere rocce con quantità pressappoco equivalenti di Leucite e Clinopirosseni.
Petrogenesi delle rocce Alcaline
Il fatto che rocce dell'associazione alcalina compaiano in una grande varietà di ambienti tettonici implica che la loro produzione non può essere legata ad un solo tipo di magma.
la loro presenza in isole oceaniche e catene sottomarine sta a dimostrare che almeno una parte dei magmi da cui derivano viene prodotta nel mantello e che questi magmi possono evolvere in un ambiente lontano da qualsiasi contaminazione da parte di materiale crostale.
L'associazione Nefelinitica delle Hawaii è un tipico esempio di magmatismo alcalino di intraplacca.
Durante la prima metà del secolo la genesi delle rocce Alcaline era ipotizzata avere luogo nella crosta, e molti modelli Petrogenetici cercavano di descrivere i processi evolutivi di magmi Basaltici o Granitici che avrebbero portato alla formazione di rocce Alcaline.
Nella seconda metà del secolo però le ipotesi concernenti la formazione delle rocce Alcaline sono cambiate.
Attualmente molto petrografi sono concordi nel ritenere che la formazione della maggior parte delle rocce alcaline sia dovuta a fenomeni di fusione parziale del mantello e a successivi meccanismi di differenziazione magmatica.
E' stato proposto che l' evoluzione delle rocce alcaline avvenga tramite due stadi:
- Fusione parziale del mantello superficiale.
- Meccanismi di differenziazione magmatica operanti in livelli superficiali a contatto con la Litosfera.
Questo modello non esclude però che alcune rocce Alcaline siano generate dalla fusione parziale delle parti profonde della Crosta continentale.
Il magmatismo Alcalino ( Bailey-1883) è essenzialmente controllato dal rilascio di magmi ricchi in volatili da zone del mantello profondo.
Fratture presenti nella Litosfera fungono da "vie di fuga" per questi magmi. I volatili e gli elementi incompatibili vengono a loro volta drenati da queste strette fratture.
Le rocce bordanti le fratture (wall-rocks) sono soggette a processi secondari di Metasomatismo e fusione parziale e la composizione del magma in risalita è profondamente influenzata dalle reazioni delle rocce bordanti le fratture e da fenomeni di cristallizzazione frazionata.
Il calore del magma in risalita risulta in graduale increamnto in funzione della percentuale di fusione parziale, inoltre è in relazione alla composizione del materiale fuso, e dalle condizioni fisiche in cui avviene la fusione parziale.
E' stato proposto che magmi alcalini sottosaturi, come Basaniti, Nefeliniti, e altri magmi primitivi ricchi in K si possano formare nel mantello superiore ad una profondità di 80Km circa.
La generazione di questi magmi è provocata probabilmente da fluidi a bassa viscosità provenienti dal mantello profondo (degassamento mantellico).
Questi fluidi tendono e ad essere estremamente ricchi in componenti volatili ed elementi incompatibili e si ritiene siano prodotti in zone di fusione parziale. Una volta formati, questi magmi sono controllati principalmente dalle condizioni tettoniche della zona.
Alcuni possono rimanere intrappolati nel mantello superficiale, e dare luogo a corpi plutonici il cui rilascio di volatili favorisce un ulteriore Metasomatismo del mantello.
Altri invece trovano la via per la superficie lungo fratture o sistemi di faglie.
Gli influssi dei fluidi a bassa viscosità provenienti dal mantello profondo possono essere:
1)Essere direttamente responsabili della formazione di magmi alcalini primari.
2) Causare metasomatismo nel mantello superiore e nella crosta profonda e produrre materiali Glimmeritici particolarmente fertili di magmi alcalini.
Le Glimmeriti, il cui nome deriva del vocabolo tedesco "Glimmer" che significa mica, sono rocce che contengono un altissima percentuale di Flogopite. Le Glimmeriti vengono spesso denominate anche MARID, un'abbreviazione che indica le principali fasi mineralogiche costituenti le Glimmeriti e cioè: Mica (Flogopite), Anfibilo (K-Richterite), Rutilo, Ilmenite, Diopside.
Studi dettagliati sulle MARID hanno messo in evidenza che queste rocce cristallizzano da fluidi particolarmente arricchiti in: O, F, Na, Al, P, Cl, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Rb, Sr, Y, Zr, Ba, REE leggere, Ta, Th, U.
3) Essere assimilati da magmi Basaltici o Picritici e cambiarne la composizione.
Spera (1981) si è occupato della natura di questi particolari fluidi Metasomatizzanti provenienti dal mantello.
Egli ha ipotizzato che la risalita isotermica di questi fluidi avvenga ad una velocità compresa tra 1 e 10 m/s e che il calore trasportato da questi fluidi sia circa 8.5 x 1016J per anno.
Questa enorme quantità di calore sarebbe, secondo Spera, in grado di generare una quantità di magmi basaltici pari a 4.4 x 1011Kg annui. Approssimativamente la quantità di magmi Alcalini ritenuta formarsi sulla terra ogni anno.
Flood Phonolites
Gregory (1921) fu il primo a riconoscere i vasti volumi di lave Fonolitiche presenti nelle successioni vulcaniche Terziarie nel Rift del Kenia.
Il volume di queste rocce, come afferma Gregory, "eccede di molti ordini di grandezza il volume totale delle lave Fonolitiche rinvenute nel mondo".
Il volume totale di queste rocce Fonolitiche si aggira intorno a 25.000 Km3.
Nel 1973 Lippard descrisse nel dettaglio le lave Fonolitiche del Uasin Gishu Plateau situato sul lato ovest del Rift del Kenia. Questo Plateau è costituito da sette colate di flood Phonolite ciascuna con un volume approssimabile a 600Km3.
Queste lave vennero eruttate nell'area dell'attuale Rift Valley e percorsero una distanza di circa 60Km dal punto di emissione. Le irregolarità del terreno impedirono il normale scorrimento delle prime tre colate mentre le ultime riuscirono a livellare completamente, o parzialmente tali irregolarità, e poterono cosi scorrere per altre decine di Km.
La quarta colata, più voluminosa delle altre, ha ricoperto un area di circa 2400 Km2 con uno spessore medio di 100m.
Queste colate Fonolitiche mostrano caratteristiche composizionali molto costanti e generalmente passano da microporfiriche (3-5%) a largamente porfiriche (15-30%).
I Fenocristalli sono generalmente Nefelina, Sanidino-Anortoclasio (in quantità simili), Fe-Ti ossidi, Ferroaugite, Biotite e Apatite.
La maggior parte di queste Fonoliti venne eruttata negli stadi principali della formazione del Graben del Kenia ed è evidente che una così grande quantità di lave richiedeva una camera magmatica di proporzioni assai rilevanti.
Se, come sembra probabile, queste Fonoliti vennero prodotte per fenomeni di cristallizzazione frazionata a partire da magmi basaltici alcalini o Nefelinitici, allora la camera magmatica sarebbe dovuta essere ancor più grande.
Goles (1976) notò che l'area nella quale vennero eruttate queste Fonoliti si estende per 400 Km in lunghezza e per 70 Km in larghezza.
Egli ha ipotizzato che probabilmente queste lave vennero eruttate da una camera magmatica contenente una quantità approssimativa di 50.000 o 100.000 Km3 di magma Fonolitico derivante probabilmente per cristallizzazione frazionata da un volume di magma ancora maggiore (5 o più ordini di grandezza rispetto al volume della camera magmatica fonolitica).
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