Struttura e classificazione dei Feldspati
Il termine "feldspato" è la trascrizione italiana dell'originario termine "feldspat" di probabile origine Svedese. Il termine Svedese feldspat deriva da due parole "Feld" che significa campo e "Spat" che significa spato (calcite) e si pensa si riferisse ai rinvenimenti di spato in campi agricoli.I membri del gruppo dei feldspati sono tra i costituenti più abbondanti delle rocce ignee.
La grande abbondanza e l'ampia variabilità chimica dei feldspati ha permesso un loro utilizzo come parametri principali della classificazione delle rocce ignee.
I feldspati sono presenti praticamente in tutti i tipi di rocce ignee, da quelle sottosature a quelle sature e sovrassature (solo alcune rocce ultrabasiche e rare rocce alcaline ne sono prive).
I feldspati possono essere classificati chimicamente tenendo conto dei tre termini estremi del sistema ternario NaAlSi3O8 (Albite) - KAlSi3O8 (Ortose) - CaAl2Si2O8 (Anortite).
Le composizioni intermedie tra Albite e Ortose costituiscono la così detta serie dei K-feldspati mentre le composizioni intermedie tra Albite e Anortite formano la serie dei Plagioclasi.
La distinzione dei feldspati oltre che su base chimica può essere effettuata anche su base strutturale, questo fattore dipende dalla temperatura di cristallizzazione e dalla successiva storia termica.
I feldspati che mantengono una struttura uguale a quella di alta temperatura alla quale si sono formati sono detti feldspati di alta temperatura o semplicemente di "alta", mentre i feldspati che posseggono una struttura formatasi a temperature più basse, o che abbiano subito un graduale e lento raffreddamento a partire da temperature elevate sono detti feldspati di bassa temperatura.
I feldspati di alta temperatura sono tipici di rocce vulcaniche mentre quelli di bassa sono caratteristici delle rocce plutoniche o subvulcaniche.
La differenza tra i feldspati di alta e di bassa può essere sia una differenza della geometria reticolare (con o senza variazione della simmetria) o può essere una differenza del grado di "ordinamento" degli atomi di Si e Al in siti tetraedrici distinti.
Struttura
La struttura dei feldspati è in qualche modo simile a quella dei polimorfi della Silice, e consiste in una impalcatura tridimensionale indefinitivamente estesa di tetraedri SiO4 e AlO4.La struttura dei feldspati può essere fatta derivare da quella dei polomorfi della Silice per ingresso di Al nell'impalcatura di tetraedri e concomitante ingresso di Ioni Na+, K+ e Ca2+ nelle lacune della struttura.
Se un solo Si4+ viene sostituito da parte di un Al3+ per unità di formula, la struttura può essere neutralizzata (bilanciata) con l'introduzione di uno Ione Na+ o K+, mentre se sono due gli atomi di Si4+ ad essere sostituiti il bilanciamento richiederà l'introduzione di Ioni bivalenti come Ca2+.
sviluppo dei nastri di tetraedri lungo l’asse x (a) e l’unione dei nastri paralleli. Nella figura ogni punto rappresenta un tetraedro TO4. Immagine tratta dalle dispense del corso di Cristallochimica
L'impalcamento dei feldspati è spesso descritto e spiegato facendo riferimento alla struttura del Sanidino.
In questo caso la distribuzione di Al e Si nei siti tetraedrici T1 e T2, strutturalmente distinti, è totalmente casuale.
Gli Ioni K+, legati a nove ossigeni, sono posti in siti di grandi dimensioni con disposizione perpendicolare all'asse b.
Gli atomi di Si e Al formano uno "scheletro" costituito da anelli di quattro tetraedri legati in catene parallele all'asse a e con un andamento detto a "collo d'oca" o a "gomito" (vedi figura a lato). Il contorno squadrato di queste catene tetraedriche è responsabile delle sfaldature ad angolo retto e della forma pseudo-tetregonale dei feldspati.
Classificazione
La nomenclatura dei feldspati di alta temperatura nel sistema An-Ab-Or (vedi figura 3) è basata sulla simmetria cristallina.Nel campo del Sanidino (figura 3a), nel quale la variazione composizionale è compresa tra Or50 e Or80, cadono minerali a simmetria Monoclina.
Il campo dell'Anortoclasio comprende feldspati Triclini a temperature ambientali, ma che possono aver avuto una simmetria Monoclina ad alte temperature.
Il termine puro NaAlSi3O8 possiede due forme, una di alta e una di bassa temperatura entrambe tricline, la forma di alta temperatura però subisce una transizione (per temperature > 980°C) alla simmetria Monoclina (Monalbite).
I minerali della serie dei Plagioclasi mostrano simmetria Triclina sia a temperature magmatiche che a temperature ambiente.
Nei feldspati alcalini l'ordinamento di Al/Si e Na/K produce cambiamenti di simmetria, di ottica, di morfologia e di essoluzione spesso molto rilevanti; nell'intervallo Or15 e Or85 i fenomeni di essoluzione generano Criptopertiti a scala submicroscopica, Pertiti e/o Mesopertiti (figura 3b).
I feldspati alcalini con composizione Or > 85% vengono denominati Ortoclasi pertitici o Microclini, il Microclino ha simmetria Triclina, ma la morfologia della maggior parte dei Microclini è comunque Monoclina a causa delle fitte geminazioni a scala finissima.
Il nome Ortoclasio è generalmente utilizzato per descrivere feldspati alcalini ricchi in K con ordine interno intermedio.
L'Adularia è un feldspato potassico di bassa temperatura in cui il grado di ordine differisce moltissimo anche all'interno delle stesso cristallo, questo comporta una variazione delle proprietà ottiche, compreso il cambiamento del piano degli assi ottici che da parallelo diviene perpendicolare a (010).
Una classificazione puramente chimica dei Plagioclasi può essere data tenendo conto delle percentuali di Ab-An, per ogni intervallo viene assegnato un nome specifico:
0-10 Albite, 10-30 oligoclasio, 30-50 Andesina, 50-70 Labradorite, 70-90 Bytownite, 90-100 Anortite.
Figura 3 (a-b). Diagramma Ab-An.Or. Immagine tratta da magmatismo e metamorfismo
Smescolamenti
Nei feldspati alcalini le lamelle di essoluzione a grana fine hanno orientazione cristallografica coerente con il cristallo di feldspato includente, come testimoniato dalla continuità delle sfaldature attraverso le due fasi.Le isole a grana più grossa possono avere orientazione non coerente con il cristallo ospitante e risultare geminate.
Queste tessiture sono classificate come pertiti nel caso in cui isole di feldspato sodico si ritrovano incluse in un cristallo di feldspato potassico, antipertiti quando isole di feldspato potassico si ritrovano in un cristallo di feldspato sodico, mesopertiti nei casi a composizione intermedia (vedi figura 3b).
Nei feldspati alcalini questi smescolamenti sono originati dalla presenza nel sistema feldspatico di una lacuna di miscibilità (solvus) a bassa temperatura tra i componenti sodico e potassico (vedi diagramma Albite-Ortose).
Lo smescolamento comporta la ridistribuzione di K e Na, che non sono costituenti dell'impalcatura tettosilicatica: così le isole smescolate possono crescere con orientazione strutturale più o meno parallela (coerente) con quella del cristallo ospite.
Le isole più grandi e con orientazione non coerente possono essere state sottoposte ad aumento della grana tramite processi secondari coinvolgenti circolazione di fluidi.
Diagramma Albite-Ortose. Immagine tratta delle dispense di S.Rocchi
Questo sistema è fortemente influenzato dal valore della P°H2O, che tende a deprimere considerevolmente le temperature di liquidus e di solidus e ad innalzare leggermente la curva di solvus.
A bassa PH2O (Diagramma Albite-Ortose parte sinistra)
In questo caso solvus e solidus non si intersecano e dal liquido cristallizza a T relativamente alta un singolo feldspato, che al di sotto della propria T di solvus, smescola lacinie di felspato sodico in una matrice di feldspato potassico (pertiti) o lacinie di feldspato potassico in una matrice di feldspato sodico (antipertiti), secondo la composizione del feldspato originario.
Le rocce, generalmente graniti e sieniti, che hanno un solo feldspato, sono dette di Ipersolvus.
Ad alte PH2O (Diagramma Albite-Ortose parte destra)
In queste condizioni invece solvus e solidus si intersecano e dal liquido cristallizzano a T relativamente bassa due feldspati: un alcalifeldspato ricco in K e un plagioclasio ricco in Na.
Al di sotto delle rispettive T di solvus entrambe queste fasi possono smescolare rispettivamente isole di feldspato ricco in Na e isole di feldspato ricco in K. Rocce con una storia di cristallizzazione di questo tipo sono dette di Subsolvus.
Nei Plagioclasi questi fenomeni di smescolamento avvengono poichè nel sistema Ab-An sono presenti tre lacune di miscibilità a bassa T.
Queste tre lacune di miscibilità causano la formazione di smescolamenti detti Peristeriti nei plagioclasi più sodici, smescolamenti Bøggild nei plagioclasi andesinici-labradoritici, e smescolamenti Hüttenlocher nelle labradoriti-bytowniti (Figura 4).
Gli smescolamenti Peristeritici presentano una composizione Ab2Ab16, i concrescimenti di tipo Bøggild incece sono costituiti da due tipi di lamelle che mostrano composizioni An39 - 48 e An53 - 64, questi due tipi di smescolamenti a diversa composizione producono la famosa iridescenza detta Labradorescenza.
Gli smescolamenti di tipo Hüttenlocher presentano due componenti di composizione An65 e An95.
Diversamente da quanto accade nei feldspati alcalini, gli smescolamenti dei plagioclasi coinvolgono la ridistribuzione anche di Al e Si, costituenti strutturali dell'impalcatura tettosilicatica e quindi molto meno mobili di Na e K: ne risultano così concrescimenti submicroscopici, non osservabili in sezione sottile.
Figura 4. Pe (Peristeritici), Bø (Bøggild), Hø (Høttenlocher). Immagine tratta delle dispense di S.Rocchi
Per quanto riguarda le caratteristiche ottiche dei K-feldspati e Plagioclasi vedi le relative pagine.
Bibliografia
Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Rocchi S. (1993): Meccanismi di cristallizzazione e strutture delle rocce ignee. SEU Pisa.
• W. A. Deer, R. A. Howie, J. Zussman (1994): Introduzione ai Minerali che costituiscono le rocce. Zanichelli editore.
• Optical Mineralogy : The Nonopaque Minerals by Phillips / Griffen
• E. WM. Heinrich (1956): Microscopic Petrografy. Mcgraw-hill book company,inc
• Appunti di cristallochimica