Le Rocce Metamorfiche

Cosa si intende con il termine Metamorfismo?
Per Metamorfismo si intende l'insieme di processi attraverso i quali la Mineralogia e la struttura della roccia vengono modificate principalmente in risposta a cambiamenti di temperatura e pressione e, in misura minore, alla presenza di fluidi circolanti.

Tutti questi processi avvengono sub-solidus, cioè su rocce allo stato solido. Il metamorfismo è un processo isochimico nel quale viene mantenuta la composizione chimica originaria della roccia di partenza (Protolite): è possibile quindi stabilire, in base al chimismo della roccia metamorfosata, quello del Protolite.

Il Metamorfismo ha un range di temperatura e pressione estremamente variabile. Si tendono a porre come limite inferiore temperature di poco superiori alla Diagenesi (T>200°C), al di sotto delle quali non avvengono reazioni metamorfiche, e come limite superiore temperature al di sopra delle quali il sistema passa nel campo del liquido: 800°C per rocce idrate (a queste temperature si ha l'inizio della fusione parziale) o 900°C per rocce anidre.
Il limite superiore varia molto a seconda del tipo di roccia, alla presenza o meno di acqua, al grado di saturazione in acqua delle rocce.

Le Facies metamorfiche

Cornubianite Scisto Verde Scisto Blu Eclogite Anfibolite Granulite Serpentinite
Diagramma P/T delle Facies metamorfiche.
1) Gradiente geotermico in zone di intrusioni plutoniche.
2)-3) Gradiente geotermico medio della crosta continentale.
4) Gradiente geotermico in zone di subduzione.
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Una prima suddivisione del metamorfismo è basata sulla comparsa dei così detti "minerali indice" che identificano varie "zone" metamorfiche.
Un famoso esempio è quello della successione di minerali indice identificata da Barrow in Scozia.
Barrow riconobbe vari minerali che si succedevano a mano a mano che il grado metamorfico aumentava, e che indentificavano precise "fasce" o "zone" e più precisamente:

• Clorite;
• Biotite;
• Almandino;
• Staurolite;
• Cianite;
• Sillimanite;

Questa suddivisione però è limitativa poichè nei terreni metamorfici compaiono svariati tipi di rocce che, a parità di T-P possono avere minerali metamorfici diversi. In questo modo si dovrebbero prendere in esame tutti i litotipi e tutti i minerali stabili nei vari litotipi. Per ovviare a questo problema si introdusse il concetto di FACIES:
"una Facies metamorfica è un insieme di associazioni mineralogiche stabili a determinate temperature e pressioni".
Rocce a mineralogia variabile, sottoposte alle stesse temperature e pressioni, svilupperanno particolari associazioni mineralogiche (anche diverse) appartenenti alla stessa Facies metamorfica.

In base al concetto di Facies, il vasto range di T-P del metamorfismo può essere suddiviso in varie zone o facies che sono:

Facies delle Zeoliti.
Facies delle Cornubianiti (Albite-Epidoto, ad Horneblenda, a Pirosseno e Sanidiniti).
Facies degli scisti Verdi.
Facies degli scisti blu.
Facies delle Anfiboliti.
Facies delle Granuliti.
Facies delle Eclogiti.


Il metamorfismo consiste essenzialmente in:

1) Cristallizzazione di nuove Fasi (Blastesi).
2) Ri-cristallizzazione di Fasi presenti nel Protolite.
3) Deformazione della roccia:
Rotazione di granuli minerali, trasferimento di materiale in soluzione, deformazione plastica e cataclasi.

Quali sono i fattori che determinano le trasformazioni metamorfiche di una qualsiasi roccia?

Temperatura
Pressione: uniforme e differenziale.
Tempo: servono tempi lunghissimi per ottenere le trasformazioni metamorfiche, e spesso queste trasformazioni e reazioni non riescono a compiersi.
Fluidi

Le nuove condizioni di temperatura e pressione, a cui una roccia è sottoposta durante il metamorfismo, innescano vari processi di riequilibrio, cheavvengono sub-solidus, e sono:
Attivazione.
Migrazione.
Nucleazione.
I componenti chimici presenti nella roccia, grazie all'energia di attivazione, si svincoleranno dai loro reticoli cristallini e cominceranno a migrare all'interno della roccia, per andare a formare nuclei cristallini e successivamente cristalli, se le condizioni lo permeteranno.

La crescita dei cristalli è legata alla disponibilità di elementi chimici presenti nella roccia e alla loro mobilità.
Lo spostamento degli elementi, richiesto per la crescita dei cristalli, è legato alla diffusione allo stato solido (poco efficace) e alla diffusione tramite fluidi circolanti (molto efficace).

In risposta ai cambiamenti di pressione, i cristalli preesistenti, ma anche quelli di neoformazione, tenderanno a disporsi in modo tale da assecondare la direzione di massima pressione: l'energia libera presente sulle facce sottoposte alla pressione più elevata ne facilita la dissoluzione.

Il materiale portato in soluzione si depositerà sulle facce parallele a Sigma1 (facce a minor energia libera). Avremo in questo modo disposizione di cristalli con l'asse maggiore perpendicolare a Sigma1.

I protoliti possibili in natura sono infiniti, ma le principali categorie composizionali di rocce metamorfiche sono rappresentabili con 6 raggruppamenti, che sono largamente rappresentativi delle comuni composizioni delle rocce ignee e sedimentarie:

1) Ultramafico: Altissimo Mg, Fe, Ni, Cr (peridotite, dunite, pirossenite).
2) Mafico: alto Fe, Mg, Ca (basalto, gabbro, andesite, diorite).
3) Argillitico o Pelitico: Alto Al, K, Si (argillite).
4) Carbonatico: Alto Ca, Mg, CO2 (calcare, dolomia).
5) Siliceo: Quasi solo SiO2 (arenaria quarzosa, selce).
6) Quarzo-feldspatico: Alto Si, Na, K, Al (granito, granodiorite, arcose, grovacca).



In base all'ambiente geodinamico, il metamorfismo viene generalmente diviso in:REGIONALE e LOCALE.

1) REGIONALE: agisce su grandi volumi di rocce e si estende su vaste aree.
Esso viene suddiviso in:

• Orogenico: dovuto a collisione e subduzione. Questo tipo di metamorfismo è dovuto essenzialmente alla messa in posto di plutoni acidi e/o basici, e alle forti pressioni dovute alla collisione tra placche.

• Di fondale oceanico: che si esplica in vicinanza di ridge ed è dovuto alla circolazione di acqua marina riscaldata e carica di elementi chimici. Non provoca deformazione ma trasformazioni dovute a temperatura e circolazione di fluidi.

• Di seppellimento: metamorfismo di bassa temperatura di sedimenti e/o rocce in bacini, non comporta deformazioni, e spesso è difficile distinguerlo dalla diagenesi spinta.

2) LOCALE: agisce su volumi di rocce e aree molto più ristrette del metamorfismo Regionale. Viene suddiviso in:

• Di contatto: dovuto a intrusioni sia basiche che acide. La causa di questo tipo di metamorfismo è il grande calore rilasciato dalle intrusioni sulle rocce incassanti.
La zona di contatto tra plutone e rocce incassanti viene denominata Aureola metamorfica, e la sua estensione è dovuta alla temperatura dell'intrusione e alla presenza di fluidi circolanti. Plutoni basici, con temperature maggiori rispetto ai plutini acidi, creano un'aureola di dimensioni minori in quanto rilasciano quantità di fluidi inferiore.
Tipiche rocce di questo tipo di metamorfismo sono gli Hornfels (cornubianiti derivanti da rocce pelitiche) e Marmi (termometamorfismo di calcari).

• Cataclastico: avviene in prossimità di shear zone e faglie. La grande frizione che si sviluppa in queste zone tende a frantumare le rocce, e si vengono così a creare: Fault gauge (zone superficiali), cataclasiti (zone a profondità intermedia), Miloniti (profondità elevate), Pseudotachiliti (rocce parzialmente vetrose dovute al forte attrito che genera calore e fusione parziale).

• Da impatto: raro caso di metamorfismo dovuto a impatto di meteoriti. Generazione di rocce vetrose a causa del grande calore generato (impattiti).

• Idrotermale: causato da forte circolazione di fluidi ricchi in elementi chimici. Formazione di depositi minerari a carattere economico.

Associazioni mineralogiche stabili nelle varie facies metamorfiche. diagramma valido per protoliti mafici. tratto dalle dispense del corso di "Laboratorio di Petrografia" del prof. Sergio Rocchi A.A 2010/2011


Associazioni mineralogiche stabili nelle varie facies metamorfiche. diagramma valido per protoliti pelitici. tratto dalle dispense del corso di "Laboratorio di Petrografia" del prof. Sergio Rocchi A.A 2010/2011