Natrocarbonatiti

Le natrocarbonatiti dell’Oldoinyo Lengai (Tanzania) sono rocce uniche nel loro genere. Sono rocce porfiriche costituite da fenocristalli di nyerereite (Na,K)2Ca(CO3)2 e gregoryite (Na,Ca,K)2CO3, due rari carbonati anidri estremamente solubili in acqua e soggetti a rapida alterazione atmosferica, immersi in una pasta di fondo ricca in silvite e cloruri. Accessori comuni sono fluorite, magnetite, monticellite, cuspidine, niocalite, sellaite, alabandite, sfalerite e galena. Negli ultimo 40 anni, l’emissione di natrocarbonatiti da parte dell’Oldoinyo Lengai ha seguito un ciclo caratterizzato da effusione di natrocarbonatiti e successiva emissione pliniana di materiale silicatico.

Appena emesse le natrocarbonatiti hanno un colore grigio scuro (Fig.4-5), ma dopo pochissimo tempo, a causa della forte alterazione si formano minerali scondari, e le natrocarbonatiti assumono un colore bianco (Fig.6). Poco tempo dopo che si sono solidificate, le natrocarbonatiti sono attraversate da un reticolo di fratture, da cui fuoriescono i gas rimasti intrappolati; lungo i bordi di queste fratture si sviluppano delle incrostazioni (spesse anche alcuni centimetri) di minerali secondari di colore bianco, giallo o marrone dette "dita di sale" o "efflorescenze" (Fig.7-8-9). Queste efflorescenze sono costituite da minerali secondari che si formano secondo un ordine preciso: 1) 70% termonatrite (Na2CO3*H2O), 2) 10% aftitalite (Na,K)2SO4, 3) halite (NaCl) e 4) silvite (KCl). La sequenza con cui si formano è dovuta alla rimozione, da parte dei gas in fuoriuscita, di differenti elementi man mano che la lava si raffredda.

Origine delle natrocarbonatiti
L'origine delle natrocarbonatiti dell'Oldoinyo Lengai è un tema molto dibattuto dalla comunità scientifica, e nel tempo sono state proposte numerose ipotesi. Quella maggiormente accettata prevede che le natrocarbonatiti derivino dall’immiscibilità tra due liquidi, uno silicatico e uno carbonatitico. Nuovi dati sperimentali, unitamente alle temperature di eruzione estremamente basse (544-593°C) e alle caratteristiche composizionali e mineralogiche, indicano che tale ipotesi è improbabile. Inoltre non esiste nessuno magma silicatico capace di produrre delle natrocarbonatiti tramite immiscibilità tra liquidi.
Secondo una recente ipotesi, proposta da Nielsen T. F (2002), la genesi delle natrocarbonatiti sarebbe legata alla formazione di liquidi alcalini, ricchi in CO2 derivanti da processi di forte metasomatismo al bordo della camera magmatica. Secondo questi autori l’attività dell’Oldoinyo Lengai può essere divisa in tre stadi principali:

1) Fase quiescente.
2) Fase carbonatitica.
3) Fase pliniana.

Fase quiescente
Durante questa fase (Fig.1) dalla camera magmatica profonda si ha la liberazione di fluidi a seguito della cristallizzazione del magma peralcalino ricco in componente carbonatica. Questi fluidi risalendo reagiscono con le fasi mineralogiche precedentemente formate (auto-metasomatismo) e con le rocce incassanti la camera magmatica, permettendo la precipitazione di fluidi carbonatitici.

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Fig.1: Fase quiescente. Modificata da Nielsen, T. F (2002).



Fase carbonatitica
Durante periodi di modesta attività magmatica, come ad esempio durante le fasi di parziale riempimento della camera magmatica, i liquidi carbonatitici formatisi in precedenza possono essere rimobilitati e accumularsi in piccole sacche. I liquidi carbonatitici possono contenere piccole percentuali di materiale silicatico come dimostrato da piccole gocce silicatiche presenti in molte colate natrocarbonatitiche. I liquidi carbonatitici tendono a risalire e ad accumularsi in sacche nella parte alta dell’edificio vulcanico (Fig.2). La continua perdita di CO2 e H2O trasforma questi liquidi carbonatitici in natrocarbonatiti anidre. L’attività carbonatitica è limitata all’emissione di colate laviche e fontanamenti da varie bocce vulcaniche interne al cratere.

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Fig.2: Fase carbonatitica. Modificata da Nielsen, T. F (2002).



Fasa pliniana
L’arrivo di magma silicatico alla base della camera magmatica (Fig.3) causa l’espulsione del vecchio magma. Le carbonatiti presenti sia nella zona metasomatica a contatto con la camera magmatica, che nelle parti sommitali del condotto vulcanico, possono essere espulse assieme al materiale silicatico.

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Fig.3: Fase pliniana. Modificata da Nielsen, T. F (2002).



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Fig.4: Colata natrocarbonatitica in fase di emissione. Notare il colore grigio scuro.



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Fig.5: Colata natrocarbonatitica in fase di emissione. Notare il colore grigio scuro della nuova colata e il colore bianco-marrone delle vecchie colate.



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Fig.6: Colata natrocarbonatitica vecchia. Notare il colore bianco.



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Fig.7: Depositi fumarolici su una colata di lava fresca.



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Fig.8: Depositi fumarolici su una colata di lava fresca.



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Fig.9: Depositi fumarolici su una colata di lava fresca.





Bibliografia



Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• A. Simonetti; K.Bell; C. Shrady (1997): Trace and rare earth element geochemistry of the June 1993 natrocarbonatite la vas, Oldoinyo Lengai (Tanzania): Implications for the origin of carbonatite magmas. Joumal of Volcanology and Geothermal Research 75 (1997) 89-106
• Nielsen, T. F., & Veksler, I. V. (2002). Is natrocarbonatite a cognate fluid condensate?. Contributions to Mineralogy and Petrology, 142(4), 425-435.
• J. Klaudius; J. Keller (2006): Peralkaline silicate lavas at Oldoinyo Lengai, Tanzania. Lithos 91 (2006) 173–190
• A. N. Zaitsev; J. Keller (2006): Mineralogical and chemical transformation of Oldoinyo Lengai natrocarbonatites, Tanzania. Lithos 91 (2006) 191–207
• Roger H. Mitchell (2009): Peralkaline nephelinite–natrocarbonatite immiscibility and carbonatite assimilation at Oldoinyo Lengai, Tanzania. Contrib Mineral Petrol (2009) 158:589–598.

Foto
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Cristalli rettangolari di Nyerereite e cristalli rotondeggianti di Gregorite in una Natrocarbonatite. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
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Cristallo rotondeggiante di Gregorite in una Natrocarbonatite. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli rotondeggianti di Gregorite in una Natrocarbonatite. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli rettangolari di Nyerereite e cristalli rotondeggianti di Gregorite in una Natrocarbonatite. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Lava natrocarbonatica. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
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Lava natrocarbonatica. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
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Lava natrocarbonatica in cui si notano cristalli di Nyerereite di colore giallo/arancione e cristalli arrotondati di Gregorite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
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Lava natrocarbonatica in cui si notano cristalli allungati di Nyerereite. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristallo di Gregorite. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristallo alterato di Nyerereite. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristallo alterato di Nyerereite. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
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Cristalli allungati di Nyerereite e cristallo rotondeggiante di gregorite. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
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