komatiite (Canada)

Le Komatiiti sono rocce vulcaniche e subvulcaniche ultramafiche che si rinvengono principalmente nelle così dette greenstone belts archeane e paleoproterozoiche. Le Komatiiti vennero scoperte e descritte per la prima volta attorno al 1960, in Sud Africa in un affioramento lungo il corso del fiome Komati (da cui deriva il nome komatiite).

Sebbene la classificazione delle Komatiiti, abbia da sempre generato numerosi dibattiti, queste rocce vengono definite petrologicamente come rocce vulcaniche ultramafiche, derivanti da magmi fortemente arricchiti in MgO. Il loro contenuto in MgO è estremamente altro (supera comunemente il 18 Wt%) se comparato al contenuto del 10-15Wt% della maggior parte delle rocce mafiche. Viljoen and Viljoen (1969) hanno classificato le Komatiiti in due gruppi basandosi principalmente sulla composizione:

• Komatiiti basaltiche (MgO = 18-24wt%)
• Komatiiti Peridotitiche (MgO > 24wt%)

Le Komatiiti sono inoltre distinte dalla altre rocce mafiche-ultramafiche, per la presenza pressoché costante della tessitura Spinifex (caratterizzata dalla presenza di cristalli di Olivina e pirosseno fortemente allungati e disposti generalmente paralleli gli uni agli altri). Il termine Spinifex deriva dal nome di una pinata spinosa australiana (Triodia spinifex).
A pochi anni dalla scoperta delle Komatiiti in Africa, attorno a 1960, in pochi anni vennero descritte rocce simili in numerose parti del mondo (Canada, Australia e Finlandia). Nonostante la maggior parte delle Komatiiti sia di età Archeana e Paleoproterozoica, si hanno anche esempi di komatiiti Fanerozoiche (le Komatiiti Permo-triassiche del Vietnam) e le Komatiiti Cretacee (90Ma) dell’isola di Gorgona (Colombia) (fig.1).

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Fig.1: Distribuzione delle Komatiiti in funzione dell'età. Da Condie (2001).



La predominanza delle Komatiiti nell’Archeano, la loro minor presenza nel Proterozoico e la loro estrema rarità nel Fanerozoico è stata interpretata e relazionata al progressivo raffreddamento del mantello.

Le Komatiiti si rinvengono sia in collate laviche che corpi subvulcanici, e molto raramente come piroclastiti. Le colate laviche Komatiitiche variano da pochi cm fino a oltre 100 di spessore e sono fortemente stratificate. Ogni livello presenta caratteristiche tessiturali diverse. In una colata tipo si hanno (Fig 2):

Zona A: caratterizzata da una tessitura Spinfex.
Zona B: Caratterizzata da abbondanti cristalli Euedrali di olivina, questa zona ha spesso delle caratteristiche simili a rocce cumulitiche dunitiche e peridotitiche.

Le due zone principali (A e B) vengono a loro volta suddivise in sottozone in base alle caratteristiche tessiturali:

Zona A1: Rappresenta il fronte di congelamento (chilled Margin) ed è caratterizzata dalla presenza di rari fenocristalli di olivina euedrale e da cristalli scheletrici di olivina in una matrice vetrosa.
Zona A2: Si ha la presenza di una tessitura Spinifex orientata in modo caotico.
Zona A3: zona a tessitura Spinifex ben sviluppata, con cristalli di olivina e pirosseno fortemente allungati. La disposizione delle tessitura Spinifex forma dei coni con gli apici verso l’alto.

La zona cumulitica sottostante viene suddivisa in 4 zone:

Zona B1: costituita da cristalli di olivina a tramoggia (forme scheletriche a doppio cono) disposti circa parallelamente al contatto tra B1 e B2.
Zona B2 e B4: zone caratterizzate da cristalli poliedrici di olivina immersi in una matrice vetrosa ricca in Augite.
Zona B3: questa zona non è sempre presente; zona comunemente molto alterata, formata da zone ricche in vetro e Pirosseni.

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Fig.2: Variazione della tessitura in una colata Komatiitica ideale.



I vari strati a tessitura diversa si formano durante il raffreddamento della colata lavica; i cristalli euedrali di olivina, presenti prima dell’eruzione o cristallizzati durante l’emissione, si accumulano alla base della colata, formando le varie zone B. allo stesso tempo si sviluppa la tessitura spinifex, che si propaga man mano della sommità della colata, verso le parti più interne. Sin dalla scoperta delle Kimatiiti, sono nate numerose ipotesi e forti dibattiti, in merito alla loro formazione e alle condizioni di fusione del mantello da cui si sono originate.

Dato che il contenuto in MgO dei magmi anidri, è strettamente relazionato alla temperatura di fusione del mantello (alti livelli di MgO indicano alte temperature di fusione), le Komatiiti necessitano di temperature di fusione molto alte rispetto ai 1250-1350°C per la formazione di magmi MORB. È largamente accettato che durante l’Archeano e il Paleoproterozoico la temperatura del mantello fosse molto più alta, e che le Komatiiti si siano formate a temperature di circa 1600-1900°C, probabilmente a circa 150-200 Km di profondità.

Dato che il rapporto CaO/Al2O3 è fortemente dipendente dalla pressione, Herzberg (1995) ha utilizzato un diagramma Al2O3-Cao/Al2O3 per stimare la profondità di formazione delle Komatiiti (Fig.3).

Da tale diagramma si evince che le Komatiiti Paleoarcheane, con basso Al2O3 e alto CaO/Al2O3, si sono formate a profondità stimate di circa 300-450 Km (9-14 GPa), le Komatiiti Neoarcheane a circa 150-200 Km km (5-6.5 GPa) e le Komatiiti più giovani a profondità di 100-130 Km (3-4 GPa).

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Fig.3: Diagramma Al2O3-Cao/Al2O3 mostrante la distrubuzione della Komatiiti (divise per età). Da Herzberg (1995)



Le Komatiiti, data la loro età, sono spesso state interessate da più o meno intensi processi metamorfici, idrotermali e di alterazione, che hanno totalmente o in parte, obliterato le originali strutture e le mineralogia originaria. Quindi le Komatiiti contengono generalmente minerali metamorfici al posto dei minerali magmatici, i cui relitti spesso sono preservati in rari casi. Il metamorfismo di basso grado delle Komatiiti produce una paraganesi mineralogica caratterizzata da Serpentino-Antigorite, Clorite, Talco, Tremolite, Magnesite-Dolomite e Magnetite. A gradi metamorfici più alti si ha lo sviluppo di Antofillite, Enstatite, Olivina metamorfica e Diopside.

komatiite di Alexo

Alexo è una località a 50 Km da Timmins in Ontario, nella Abitibi Greenstone Belt in canada (Fig. 4). Questa zona, che fa parte della Sperior Province di età Archeana, è caratterizzata dalla presenza di sequenze basaltiche e da intrusioni granitiche. Nell’area si ha la presenza di Colate basaltiche, komatiiti, depositi piroclastici, pillow lava e da un ampia intrusione ultramafica (il sill di Dundonald). Tutta la zona è inoltre stata sottoposta a metamorfismo in facies degli Scisti verdi (Jolly, 1982).

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Fig.4: Carta Geologica semplificata della Abitibi Greenstone Belt.



La colata Komatiitica di Alexo (Fig. 5) ha uno spessore totale di 16 m, alla sommità è presente una breccia ialoclastitica ultrabasica di circa 2 m di spessore con alla base un sottile Chilled margin. Al di sotto si ha uno strato di 9 m con tessitura Spinifex e alla base uno strato di 5 m di cumulati di olivina.

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Fig.5: Rappresentazione schematica della colata Komatiitica di Alexo. da Arndt (1982).



La zona a Spinifex è suddivisa in tre sottozone: una zona con tessitura Spinifex orientata casualmente, una zona con tessitura Spinifex disposta a chevron e una zona a Spinifex con andamento planare (Fig. 5). Nella parte sottostante la zona a Spinifex planare i cristalli di olivina raggiungono i 50 cm di lunghezza e sono immersi in una matrice composta da cristalli aciculari di Pigeonite, Augite e plagioclasio. Lo strato B1 (vedi Fig. 2) originariamente ricco in cristalli tabulari e planari di olivina, è frapposto la zona a Spinifex e la zona cumulitica. La parte cumulitica contiene fino all’80% di cristalli poliedrici di olivina in una matrice di pirosseno e vetro.

Nonostante una generale buona preservazione delle originarie tessiture magmatiche, la colata è stata interessata da vari processi di alterazione, in tempi differenti e che hanno interessato parti diverse della colata (Fig.5):

1) Nella breccia sommitale tutte le fasi sono fortemente cloritizzate.
2) Piccole quantità di solfuri si sono formate alla sommità della colata; Pirite e Pirrotine nella breccia e Petlandite e Pirrotina nella parte sommitale della zona a Spinifex.
3 L’intera colata ha subito processi di idratazione, che hanno portato all’alterazione dell’olivina in Antigorite e Magnetite, del Pirosseno in Tremolite e alla trasformazione del vetro in un aggregato microcristallino di clorite e titanite.
4) La parte basale della zona a Spinifex e lo strato B1 sono fortemente Rodiginzzati, alterazione che ha portato allo sviluppo di Clorite a spese dell’olivina, e Crisolito e magnetite negli strati cumulitici.

Campione donatomi gentilmente da Michael C. Lesher (Laurentian University, Canada).

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Fig.6: Campione di komatiite proveniente dal Komati river in Sud Africa. Notare la tessitura Spinifex. Immagine tratta da James St. John.



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Fig.7: Tessitura Spinifex in un campione di komatiite proveniente da Munro in Canada. Immagine tratta da Nick Arndt.



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Fig.8: Tessitura Spinifex in un campione di komatiite proveniente dalla Abitibi Greenstone Belt. Immagine tratta da Ryan Anderson.



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Fig.9: Tessitura Spinifex in un campione di komatiite proveniente dalla Abitibi Greenstone Belt. Immagine tratta da Ryan Anderson.



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Panoramica di una sezione sottile di komatiite (Alexo, Canada) realizzata da Andy Tindle (Virtual Microscope). Immagine a N//, lato lungo = 2,5 cm.



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Panoramica di una sezione sottile di komatiite (Alexo, Canada) realizzata da Andy Tindle (Virtual Microscope). Immagine a NX, lato lungo = 2,5 cm.




Bibliografia



Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Arndt, N.T. and Fowler, A.D. 2004. Textures in komatiites and variolitic basalts. In: The PreCambrian Earth: Tempos and Events. Pat Eriksson, Wlady Altermann, David Nelson, Wulf Muller, and Octavian Catuneanu (eds.). Developments in Precambrian Geology 12.
• Dann, J.C ., 2001, Vesicular komatiites, 3.5-Ga Komati Formation, Barberton Greenstone Belt, South Africa: Inflation of submarine lavas and origin of spinifex zones: Bulletin of Volcanology, v. 63, p. 462-481.
• Lahaye, Y., and Arndt, T.N., 1996, Alteration of a komatiite flow from Alexo, Ontario, Canada: Journal of Petrology, v. 37, p. 1261-1284.
• Lesher, C.M. (1999). Komatiitic Peridotite-Hosted Fe-Ni-Cu-(PGE) Sulphide Deposits in the Raglan Area, Cape Smith Belt, New Québec . Guidebook Series, v. 2. Mineral Exploration Research Centre. Sudbury: Laurentian University, 177-184.

Foto
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Cristalli scheletrici (Serpentinizzati) di Olivina immersi in una pasta di fondo composta da Pirosseni scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 1x (lato lungo = 9mm)
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Cristalli scheletrici (Serpentinizzati) di Olivina, disposti regolarmente, immersi in una pasta di fondo composta da Pirosseni scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristalli scheletrici (parzialmente Serpentinizzati) di Olivina immersi in una pasta di fondo composta da Pirosseni scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristalli scheletrici (parzialmente Serpentinizzati) di Olivina immersi in una pasta di fondo composta da Pirosseni scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristalli scheletrici (parzialmente Serpentinizzati) di Olivina e cristalli scheletrici di Pirosseno. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristalli di Pirosseni scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici (Piumosi) tra cristalli di Olivina. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici (Piumosi) tra cristalli di Olivina. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristalli scheletrici (Serpentinizzati) di Olivina immersi in una pasta di fondo composta da Pirosseni scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristalli scheletrici di Pirosseno e cristalli scheletrici di Magnetite. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli scheletrici di Pirosseno e cristalli scheletrici di Magnetite. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli scheletrici di Pirosseno e cristalli scheletrici di Magnetite. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli scheletrici di Pirosseno e cristalli scheletrici di Magnetite. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli scheletrici di Pirosseno e cristalli scheletrici di Magnetite. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici (Piumosi). komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli scheletrici di Pirosseno e cristalli scheletrici di Magnetite. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli scheletrici di Pirosseno e cristalli scheletrici di Magnetite. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici (Piumosi). komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli scheletrici di Pirosseno e cristalli scheletrici di Magnetite. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici tra cristalli di olivina. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici tra cristalli di olivina. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di olivina scheletrici (a colonna vertebrale). komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di olivina scheletrici (a colonna vertebrale). komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di Pirosseno scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di olivina scheletrici e cristalli di Pirosseno scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli di olivina scheletrici e cristalli di Pirosseno scheletrici. komatiite di Alexo, Canada. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)