Le Rocce Metamorfiche

Metamorfismo: Insieme di processi attraverso i quali la mineralogia e la struttura della roccia vengono modificate. Questi processi sono dovuti al tentativo delle rocce di riequilibrarsi a seguito di cambiamenti di pressione e temperatura (diverse da quelle a cui la roccia si è formata). Sono processi che avvengono allo stato solido e sono generalmente molto lenti.

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Fig.1: Classificazione dei principali tipi di metamorfismo in base all’estensione, contesto geodinamico e causa.



Tipi di metamorfismo

Metamorfismo ragionale: tipo di metamorfismo a scala regionale che coinvolge grandi volumi di roccia, ed è associato a processi tettonici a grande scala (orogenesi, espansione dei fondali oceanici ecc.). Il metamorfismo regionale è generalmente suddiviso in:

Metamorfismo orogenico: Metamorfismo legato a processi orogenici o di subduzione che coinvolge grandi volumi di rocce. È un metamorfismo che può essere associato alle varie fasi di sviluppo di un orogene, dalle fasi inziali di compressione alle fasi finali di estensione.
Metamorfismo di fondale oceanico: Dovuto alla circolazione di acqua marina molto calda in prossimità delle dorsali oceaniche. Non provoca deformazione ma trasformazioni dovute a temperatura e circolazione di fluidi.
Metamorfismo di seppellimento: Metamorfismo di bassa temperatura di sedimenti e/o rocce in bacini con alto tasso di sedimentazione. Non comporta deformazioni e spesso è difficile distinguerlo dalla diagenesi spinta.

Metamorfismo locale: tipo di metamorfismo che si estende su un’area limitata e che coinvolge un piccolo volume di roccia. È dovuto a cause locali come intrusioni magmatiche, sviluppo di grandi faglia, impatti meteorici, incendi, fulmini ecc. Può essere suddiviso in:

Metamorfismo di contatto: Dovuto alla messa in posto di intrusioni magmatiche (acide o basiche). Ha un’estensione ridotta e limitata alla zona circostante l’intrusione (aureola metamorfica). Può essere accompagnato da deformazioni in base alla dinamica di messa in posto dell’intrusione. Tipiche rocce di questo tipo di metamorfismo sono gli hornfels (cornubianiti derivanti da rocce pelitiche) e marmi.
Metamorfismo 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).
Metamorfismo da impatto: Raro caso di metamorfismo dovuto a impatto di meteoriti. Generazione di rocce vetrose a causa del grande calore generato (tektiti). Metamorfismo idrotermale: Causato da forte circolazione di fluidi ricchi in elementi chimici. Si sviluppa di solito attorno a intrusioni magmatiche o in zone di falgia con circolazione di fluidi. Formazione di depositi minerari a carattere economico.
Pirometamorfismo: Metamorfismo di altissima temperatura e bassa pressione. È di solito legato a corpi magmatici subvulcanici e a collate laviche.
Metamorfismo da combustione: Legato alla combustione naturale di rocce bituminose o ricche in carbone.

A seconda che metamorfismo sia accompagnato da un aumentando o da una diminuzione della temperatura e della pressione avremo: Metamorfismo progrado, al progressivo aumentare della temperatura e della pressione, una qualsiasi roccia, subirà man mano trasformazioni mineralogiche e/o tessiturali con formazione di associazioni di minerali stabili a temperature e pressioni crescenti. Metamorfismo retrogrado, al progressivo diminuire della temperatura e della pressione, una qualsiasi roccia, subirà man mano trasformazioni mineralogiche e/o tessiturali con formazione di associazioni di minerali stabili a temperature e pressioni decrescenti.

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Fig.2: Diagramma P-T delle facies metamorifche. 1) gradiente geotermico in zone con metamorfismo di contatto. 2-3) media dei gradienti geotermici della crosta continentale. 4) gradiente geotermico nelle zone di subdizione.

Facies metamorfiche

Il concetto di Facies metamorfica fu proposto per la prima volta da Eskola nel 1915 che dette la seguente definizione: "Una Facies metamorfica è un gruppo di rocce caratterizzate da un insieme di minerali in perfetto equilibrio alle condizioni di pressione e temperatura a cui si sono formati. La composizione mineralogica stabile, in ogni data Facies, dipende dalla composizione della roccia stessa".

Successivamente il concetto di Facies venne modificato in: Una Facies metamorfica è un insieme di minerali associati nel tempo e nello spazio e che sono dipendenti dalla composizione della roccia in cui si sviluppano. Le varie associazioni mineralogiche che si sviluppano in rocce a composizione diversa sono legate alle condizioni di pressione e temperatura e presenza di fluidi".

Facies delle zeoliti: Definita dalla comparsa delle zeoliti. Ben definibile in rocce basiche e non identificabile in rocce pelitiche. Facies che non fu stabilita da Eskola ma fu introdotta da Coombs et al. (1959).

Facies prehnite-pumpellyite: Facies caratterizzata dalla presenza di prehnite-pumpellyite e suddivisa in tre sottofacies, note nel complesso come sottofacies fegli scisti verdi. Anche questa Facies non fu stabilita da Eskola ma fu introdotta da Coombs et al. (1959).

a) Zona a prehnite-pumpellyite: Sviluppo di prehnite-pumpellyite in metabasiti, e da illite, clorite e smettite in rocce pelitiche.
b) Zona a Pumpellyite-Actinolite: Sviluppo di pumpellyite e actinolite in rocce mafiche.
c) Zona a prehnite-actinolite: Sviluppo di prehnite e actinolite in rocce mafiche.

Facies degli scisti blu: Suddivisa in due sotto facies:

a) Zona a Lawsonite-albite: Sviluppo di lawsonite + glaucofane + albite + clorite +/- pumpellyite e actinolite in rocce mafiche. Sviluppo di carfolite + clorite o fengite + paragonite in rocce pelitiche.
b) Zona ad epidoto: Sviluppo di glaucofane + epidoto + granato/clorite + fengite +/- actinolite in rocce mafiche. Sviluppo di fengite in rocce pelitiche (si ha in rocce pelitiche l’assenza di biotite).

Facies delle eclogiti: Sviluppo di granato + omfacite in rocce mafiche. Si ha assenza di albite e lawsonite in quanto le uniche fasi di Ca e Al stabili sono epidoto o granato. Sviluppo di talco + cianite + fengite in rocce pelitiche. Le eclogiti possono essere suddivise in tre gruppi principali:

Eclogiti di tipo A: Si formano nel mantello e sono portate in superficie da eruzioni kimberlitiche. Ricche in granato piropo.
Eclogiti di tipo B: Si formano alla base della crosta e sono associate a complessi gneissici e rocce anfibolitiche. Ricche in grossularia e almandino.
Eclogiti di tipo C: Si formano a temperatura relativamente bassa nelle zone di subduzione. Sono associate agli scisti blu e contengono almandino.

Facies degli sciti Verdi: Sviluppo di clorite + albite +/- epidoto in rocce mafiche. Sviluppo di clorite + albite + biotite + muscovite +/- andalusite-cianite +/- cloritoide in rocce pelitiche.

Facies delle anfiboliti a epidoto: Sviluppo di epidoto + anfibolo (actinolite/orneblenda) + plagioclasio +/- clorite/granato in rocce mafiche. Sviluppo di biotite + granato (almandino) + plagioclasio + clorite + muscovite +/- cloritoide in rocce pelitiche.

Facies delle anfiboliti: Sviluppo di anfibolo (orneblenda) + plagioclasio (andesina) +/- granato +/- epidoto +/- diopside in rocce mafiche. Sviluppo di granato + staurolite + muscovite +/- biotite +/- andalusite/cianite/sillimanite in rocce pelitiche.

Facies delle granuliti: Sviluppo di plagioclasio + iperstene + diopside + granato + spinello in rocce mafiche. Sviluppo di plagioclasio + sillimanite + granato +/- iperstene. Granato + cordierite sono tipici in granuliti di bassa pressione.

Facies delle sanidiniti: Sviluppo di plagioclasio + iperstene + augite + tridimite in rocce mafiche. Sviluppo di cordierite + sanidino + spinello + iperstene + sillimanite in rocce e pelitiche.

I limiti tra le Facies sono definiti dalla comparsa o dalla scomparsa di uno o più minerali, e non semplicemente da una specifica temperatura o pressione. I limiti tra le varie Facies sono quindi sfumati e non netti.

I protoliti

Per protolite si intende l’originaria roccia prima che subisse delle trasformazioni metamorfiche. Spesso l’originaria struttura della roccia è preservata, soprattutto in condizioni metamorfiche di basso grado ma, all’aumentare della pressione e temperatura l’originaria struttura viene obliterata. I protoliti possono essere raggruppati in quattro grandi class.

Protolite pelitico: Sedimenti ricchi in fillosilicati (argille, mudstone). Sono ricchi in Al, Si, Ca. nel metamorfismo sviluppano comunemente alluminosilicati come andalusite, sillimanite, cianite, staurolite, muscovite granato ecc.
Protolite quarzo-feldspatico: Rocce ricche in quarzo e feldspati come ad esempio graniti o arenarie arcosiche. Durante il metamorfismo i feldspati resteranno invariati, avendo un ampio range di stabilità, e svilupperanno scarse quantità di alluminosilicati (muscovite-fengite).
Protolite calcareo: Rocce ricche in carbonato. Durante il metamorfismo formeranno i marmi. A seconda della presenza di originarie impurità si avrà lo sviluppo, a gradi metamorfici crescenti di: brucite, flogopite, tremolite, diopside, forsterite, wollastonite, grossularia e Ca-plagioclasio.
Protolite mafico/ultramafico: Rocce ricche in Fe e Mg (basalti, dioriti, peridotiti in generale). Durante il metamorfismo svilupperanno numerose associazioni stabili in a base alla Facies.

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Associazioni mineralogiche stabili nelle varie facies metamorfiche. Diagramma valido per protoliti mafici.



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Associazioni mineralogiche stabili nelle varie facies metamorfiche. Diagramma valido per protoliti pelitici.