T o C

Riassunto della puntata precedente:
• Sistemi binari con eutettico
• Cristallizzazione all’equilibrio e frazionata
• Fusione all’equilibrio e fusione frazionata
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
FUSIONE dei minerali
Qual è la composizione del fuso di un
cristallo di quarzo?
SiO
Qual è la composizione del fuso di un
cristallo di olivina?
(Mg,Fe) SiO
2
Questi sono due dei tanti minerali
caratterizzati da
2
4
FUSIONE CONGRUENTE
La composizione del fuso è “congruente”
[= uguale] alla composizione del solido
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
FUSIONE dei minerali
Qual è la composizione del fuso di un
cristallo di quarzo?
SiO
Qual è la composizione del fuso di un
cristallo di olivina?
(Mg,Fe) SiO
2
2
4
...In realtà questo non è del tutto vero.
Ogni minerale costituito da una s.s.
parteciperà al fuso cedendo un elemento
preferenzialmente rispetto a un altro.
Ad esempio, fondendo, l’olivina rilascerà
nel fuso maggiormente Fe rispetto a Mg.
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
FUSIONE dei minerali
L’albite è un minerale a fusione
congruente o incongruente?
Cosa succede se proviamo a far fondere
un cristallo di Albite?
Che composizione avrà il fuso?
Tr + L
E se fonde nefelina?
O Quarzo?
Ne + L
Ab + L Ab + L
Ne + Ab
Ne
Ab + Tr
Ab
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
FUSIONE dei minerali
L’albite è un minerale a fusione
congruente o incongruente?
Questi sono TUTTI minerali a fusione
CONGRUENTE (fuso = stessa
Tr + L
composizione del solido di
partenza)
Ne + L
Ab + L Ab + L
Ne + Ab
Ne
Ab + Tr
Ab
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
FUSIONE dei minerali
Alcuni minerali fondono producendo fusi
a composizione diversa da quella del
solido.
Questo tipo di minerali è caratterizzato
da quella che viene definita:
FUSIONE INCONGRUENTE
La composizione del fuso è “incongruente”
[= diversa] dalla composizione del solido.
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
FUSIONE dei minerali
Due sono i minerali più comuni
caratterizzati da Fusione Incongruente:
Enstatite
Feld. Potassico
Mg2Si2O6
KAlSi3O8
Formula?
Formula?
In quale tipo di rocce l’enstatite è
particolarmente abbondante?
E il feldspato potassico?
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Sistema binario con formazione
di Punto Peritettico
Sistema Olivina-SiO2
Se aggiungiamo SiO2 all’olivina
quale minerale intermedio si
formerà?
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Vediamo cosa succede con l’Enstatite
1
76 5
4
3
2
2000
T oC
1800
Minerali
alla
fine?
Minerali alla fine?
Due Liquidi (immiscibili)
1713
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Vediamo cosa succede con l’Enstatite
1
2000
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
Punto PERITETTICO
1695
Fuso +
Forsterite
1713
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
P = Punto Peritettico
1557 oC: isoterma con presenza di Fo-En-Fuso P
Avviene una reazione: Fo + Fuso P (ricco in SiO2) = En
Olivina e fuso vengono consumati
Fo + Liq
1
2000
T oC
1557 °C
Due Fusi (immiscibili)
1800
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Fo + En
Enstatite + Cristobalite
P
k
d
En+Liq
40
60
80
c
En + SiO2
Enstatite + Tridimite
Mg2Si2O6
SiO2
+ Liq
SiO2
Fo
1
En
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
P = Punto Peritettico
Quando finirà la reazione?
Come si fa a sapere se resterà ancora olivina o
tutta sarà trasformata in ortopirosseno?
Fo + Liq
1
2000
T oC
1557 °C
Due Fusi (immiscibili)
1800
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Fo + En
Enstatite + Cristobalite
P
k
d
En+Liq
40
60
80
c
En + SiO2
Enstatite + Tridimite
Mg2Si2O6
SiO2
+ Liq
SiO2
Fo
1
En
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Assemblaggio finale: Enstatite + Quarzo
2
2000
T1
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
1713
TL
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
T2
Enstatite + Cristobalite
T3
T4
TE
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Assemblaggio finale: Enstatite + Quarzo
2000
T oC
1800
Questa parte del
sistema si comporta
come un sistema
normale con
eutettico
2
Due Liquidi (immiscibili)
1713
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Assemblaggio finale: Enstatite + Quarzo
3
2000
T1
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
1713
TL
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
T2
Enstatite + Cristobalite
T3
T4
TE
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Assemblaggio finale: Enstatite + Quarzo
4
2000
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
1713
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
TL
T1
TE
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Assemblaggio finale: Enstatite + Quarzo
5 Quale fase cristallizzerà a T ?
L
2000
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
1713
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
TL
TE
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Assemblaggio finale: Enstatite + Quarzo
TUTTA la 6 Ma la cristallizzazione termina qui?
2000 forsterite si
trasforma in
enstatite.
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
1713
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
TL
TP
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Assemblaggio finale: Sola Enstatite
7
2000
Quale fase cristallizzerà a TL?
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
1713
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
TL
TP
Enstatite + Cristobalite
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Assemblaggio Finale:
2000
Y
Enstatite + Tridimite
X
Forsterite
+ Enstatite
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
1713
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Bella animazione:
http://www.uwgb.edu/dutchs/JavaScript
InProg/Incongruent.htm
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Fusione incongruente dell’Enstatite
Il liquido prodotto dalla fusione
dell’Enstatite non ha la stessa
composizione del solido.
L’En fonde formando Fo + un liquido
“P”
2000
P
Due Fusi (immiscibili)
T oC
1800
1600
1400
Fuso +
Forsterite
Forsterite
+ Enstatite
Mg2SiO4
20
Mg2Si2O6
1543
Fuso + Cristobalite
Enstatite + Cristobalite
Enstatite + Tridimite
40
60
80
SiO2
Fo
En
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Fusione incongruente dell’Enstatite
… Cosa succede se una roccia
costituita da Forsterite ed
Enstatite comincia a fondere?
2000
… Ma una roccia di
questo tipo esiste?
Due Fusi (immiscibili)
T oC
1800
1600
1400
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
Forsterite
+ Enstatite
Mg2SiO4
20
Mg2Si2O6
HARZBURGITE
Enstatite + Cristobalite
Enstatite + Tridimite
40
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Fusione incongruente dell’Enstatite
Ol
Dunite
90
Peridotiti
40
Lherzolite
Websterite ad olivina
Opx 10
Websterite
Pirosseniti
10
Clinopirossenite Cpx
… Ma una roccia di
questo tipo esiste?
HARZBURGITE
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Fusione incongruente dell’Enstatite
La composizione della prima
goccia di fuso a partire da una
sorgente harzburgitica sarà…
2000
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
1713
1695
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
1557
1543
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
1470
Enstatite + Tridimite
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
T oC
2 Liquidi
1600
Fuso +
Forsterite
5
Fuso +
Cristobalite
4
3
Forsterite
2
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
1
Enstatite + Cristobalite
Enstatite + Tridimite
20
Mg2Si2O6
40
60
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
T oC
2 Liquidi
1600
5
Fuso +
Forsterite 4
Fuso +
Cristobalite
3
1400
Mg2SiO4
Forsterite2
Enstatite + Cristobalite
+ Enstatite
1
Enstatite + Tridimite
20
Mg2Si2O6
40
60
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
T oC
2 Liquidi
1600
Fuso +
Forsterite
Fuso +
Cristobalite
5
4
3
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
2
Enstatite + Tridimite
1
Mg2Si2O6
40
60
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
T oC
2 Liquidi
1600
5
Fuso +
Forsterite
4
Fuso +
Cristobalite
3
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
20
Enstatite + Cristobalite
2
Enstatite + Tridimite
1
Mg2Si2O6
40
60
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Vediamo ora un altro sistema
binario con formazione di Punto
Peritettico
Sistema Leucite-SiO2
Se aggiungiamo SiO2 alla leucite
quale minerale intermedio si
formerà?
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
1800
Sistema Leucite-Silice
4
1600
4
4
Temperatura (°C)
4
1400
3
3
3
1200
2
1000
1
KAlSi2O6
3
4
2
2
1
1
20
3
2
1
40
2
1
60
80
KAlSi(Scienze
SiO2
3O8 Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Petrografia
Ritorniamo al
Sistema Forsterite-Silice
7 kb
3 kb
Con l’aumento della P:
L’En fonde in modo congruente
Scompare l’immiscibilità dei liquidi
Il campo
di stabilità
della Roma
Fo diminuisce
Petrografia (Scienze Geologiche)
Michele Lustrino.
Univ. La Sapienza
A.A. 2015/2016
1 atm
Ritorniamo al
Sistema Forsterite-Silice
Prima
goccia di
fuso da
questa
sorgente?
Prima
goccia di
fuso da
questa
sorgente?
Prima
goccia di
fuso da
questa
sorgente?
7 kb
3 kb
Un fuso generato ad alte P
1 atm sarà più o meno ricco in SiO2
di un fuso a basse pressioni?
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Ritorniamo al
Sistema Forsterite-Silice
Prima
goccia di
fuso da
questa
sorgente?
Prima
goccia di
fuso da
questa
sorgente?
Prima
goccia di
fuso da
questa
sorgente?
7 kb
3 kb
Con l’aumento della P il campo di stabilità
dell’olivina
1 atm si riduce ed i fusi diventano
più pover in SiO2 Lustrino.
(e più
ricchi in MgO).
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele
Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
P0>P1>P2>P3
P0
P1
P
P 2
R0
Res0
Opx = Ol + SiO2
3
P/E
E
P1
P
P 2
3
T
P1
R1
Res1
P2
Ol+L
P
Ol+Opx
Ol
P0
Opx+L
E
SiO2+L
P3
Opx+SiO2
Opx
Res2
R2
SiO2
R3
Fusione per decompressione
P
P0
Res3
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza
Roma A.A. 2015/2016
SiO
Ol Opx
Cpx
P0
R0
Res0
P1
R1
Res1
Volume di
fase del
Cpx
Volume di
fase
dell’Olivina
Ol
P2
Res2
R1 R2 R3
Volume di
fase
dell’Opx
R2
P3
R3
Opx
Fusione per decompressione
Composizioni dei fusi a R1, R2 e R3
a pressioni P1 > P2 > P3
Res3
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza
Roma A.A. 2015/2016
SiO
Ol Opx
Partendo da un mantello impoverito:
Magmi Tholeiitici possono
essere generati con 1030% di fusione parziale
Cosa succede con
l’aumento della
Pressione?
Vengono prodotti
fusi con un minore
contenuto di SiO2
1100
5
1200
15
20
25
1400
Quarzo
Tholeiite
O%
1O%
10
1300
Tholeiite
1500
1600
% di olivina
normativa nel
fuso
15%
20%
Olivin
Tholeiite
Picrite
tholeiitica
15%
10%
30%
40%
20%
30
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Partendo da un mantello non impoverito:
Il campo di stabilità dei
magmi tholeiitici si
sposta fino a pressioni
più elevate
Si formano magmi
alcalini a gradi di
fusione bassi e a
pressioni elevate
1100
5
10
O%
1200
1300
Quarzo
Tholeiite
15%
20
25
1500
1600
% di olivina
normativa nel
fuso
Tholeiite
20%
15
1400
Basalto
alcalino
con
25%
olivina
Picrite
alcalina
Olivin
Tholeiite
Picrite
50%
Tholeiitica
30%
40%
20%
30
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Cosa succede con la
diminuzione della pressione?
Perchè?
Perchè?
Nessuna relazione con la P
Perchè?
Il contenuto di Na2O
è funzione solo del
grado di fusione
parziale
Perchè?
% di Fusione
% di
Fusione
Petrografia
(Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La
Sapienza
Roma A.A. 2015/2016
Ricordate quanto vi ho detto prima?
2000
Enstatite + Tridimite
Forsterite
+ Enstatite
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
…Ebbene a volte non è vero…
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
Enstatite + Cristobalite
Forsterite
+ Enstatite
1400
Mg2SiO4
Enstatite + Tridimite
20
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Cosa succede se la cristallizzazione è frazionata?
Se la cristallizzazione è
1
perfettamente frazionata,
2000
quale sarà la composizione
del Sistema arrivati al Punto
Due Liquidi
(immiscibili)
Peritettico?
T oC
1800
Quindi l’ultima goccia di fuso
avrà la composizione
Fuso + Cristobalite
dell’Eutettico
En-SiO2
Fuso +
Forsterite
1600
Enstatite + Cristobalite
Forsterite
+ Enstatite
X
1400
Mg2SiO4
Enstatite + Tridimite
20
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Cosa succede se la cristallizzazione è frazionata?
In altri termini:
1
2000
Il Punto Peritettico può essere
superato nel caso della
cristallizzazione frazionata.
Due Liquidi (immiscibili)
T oC
1800
Fuso +
Forsterite
Fuso + Cristobalite
1600
Enstatite + Cristobalite
Forsterite
+ Enstatite
X
1400
Mg2SiO4
Enstatite + Tridimite
20
40
Mg2Si2O6
60
80
SiO2
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Differenza tra diagramma Ne-SiO2 e Fo-SiO2:
1
Da un fuso a composizione 1 non
potrà mai cristallizzare quarzo,
neanche in condizioni di
cristallizzazione frazionata.
Da un fuso a composizione 2 non
potrà mai cristallizzare nefelina,
neanche in condizioni di
cristallizzazione frazionata.
2
Tr + L
Ne + L
Ab + L Ab + L
Ab + Tr
Ne + Ab
Ne
Ab
SiO2
3
4
Da un fuso a composizione 3
Due Liquidi
potrà cristallizare quarzo, ma
(immiscibili)
solo in condizioni di
cristallizzazione frazionata.
Fo + L
Fuso + Cr
Da un fuso a composizione 4 non
potrà mai cristallizzare olivina,
En + Cr
Fo+ En
neanche in condizioni di
En + Tr
cristallizzazione Petrografia
frazionata.
SiO2
OlMichele Lustrino.
EnUniv. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
(Scienze Geologiche)
Credits
Alcune figure e schemi da:
J. Winter - Lezioni per il corso di Igneous
Petrology
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016
Ogni anno cerco di migliorare la qualità della presentazione ed aggiungo
nuove informazioni. Cercate quindi su internet di scaricare sempre la
versione più aggiornata di queste slides.
Per commenti, chiarimenti o informazioni su queste slides:
[email protected]
Petrografia (Scienze Geologiche) Michele Lustrino. Univ. La Sapienza Roma A.A. 2015/2016