Le rocce ignee

Che cos'è un magma e quali tre componenti lo formano? Distingui tra magma e lava.

Una peridotite mantellica (lherzolite composta per il 60 % da olivina, il 20 % da ortopirosseno, il 15 % da clinopirosseno e il 5 % da spinello/granato) subisce fusione parziale per decompressione adiabatica. Le analisi dimostrano che con un tasso di fusione dal 10 al 15 % si ottiene un liquido basaltico tholeiitico (contenuto di silice intorno al 49 %), lasciando come residuo solido una harzburgite.

1. a) Giustifica perché il fuso risultante possiede una concentrazione di silice, alluminio e calcio superiore a quella della peridotite di origine (~42-44 % SiO₂), specificando quali fasi minerali fondono per prime e quali restano nel residuo.
2. b) Prevedi quale composizione mineralogica e chimica avrebbe il magma se il tasso di anatessi mantellica raggiungesse teoricamente il 100 %, e spiega perché quel tipo di magmi ultramafici fu frequente soprattutto nell'Archeano (komatiiti) ed è eccezionale nella Terra moderna.
3. c) Spiega come episodi ripetuti di fusione parziale e riciclaggio di placche nelle zone di subduzione abbiano portato alla formazione di una crosta continentale media di composizione andesitica a partire da un mantello peridotitico.

Distingui le rocce vulcaniche, filoniane e plutoniche in base al luogo in cui avviene il raffreddamento, e fai un esempio per ciascuna classe.

La sezione mostra uno stesso magma che si raffredda in tre ambienti (1: camera profonda; 2: condotto stretto; 3: colata in superficie), e le lenti, l'aspetto della roccia formata in ciascuno. Spiega, a partire dallo schema, perché le rocce plutoniche presentano cristalli grandi e visibili mentre in quelle vulcaniche si distinguono appena.

Abbina ciascuna roccia plutonica al suo equivalente vulcanico: granito, diorite e gabbro. Spiega che cosa hanno in comune e in che cosa differiscono le rocce di ciascuna coppia.

Che cos'è un batolite e che cos'è un laccolite? In che cosa si differenziano da un dicco e da un sill?

Un dicco di porfido quarzifero taglia dei calcari. Spiega che tipo di corpo ignee è un dicco, che cosa indica la tessitura porfirica sulla sua storia di raffreddamento e quale effetto ti aspetti di trovare nei calcari a contatto.

Alcuni basalti contengono xenoliti di peridotite. Spiega che cosa sono gli xenoliti, da dove li ha strappati il magma nella sua risalita e quali informazioni dirette forniscono sulla composizione del mantello.

In una cartografia geologica si studiano tre campioni metapelitici raccolti lungo un transetto di 400 m che si avvicina perpendicolarmente al contatto di un plutone granitico postorogenico incassato in ardesie:

• Campione 1 (a 350 m dal granito): ardesia argillosa con clivaggio ben definito e piccoli aggregati carboniosi millimetrici (ardesia maculata).

• Campione 2 (a 120 m): roccia con porfiroblasti prismatici di andalusite in varietà chiastolite orientati a caso, che tagliano la foliazione precedente.

• Campione 3 (a contatto diretto): cornubianite dura e massiccia con tessitura granoblastica, composta da cordierite, andalusite, biotite e feldspato potassico, senza alcuna scistosità visibile.

1. a) Giustifica la scomparsa progressiva della foliazione tettonica avvicinandosi al plutone e interpreta le condizioni relative di pressione e temperatura che controllarono questo metamorfismo.
2. b) Prevedi quali cambiamenti mineralogici e tessiturali si osserverebbero nel Campione 3 se l'intrusione granitica fosse avvenuta a 25 km di profondità in un regime orogenico compressivo attivo anziché a 3 km in una crosta fragile e statica.
3. c) Uno studente classifica il silicato di alluminio del Campione 2 come distene (cianite). Utilizzando le relazioni di fase dei polimorfi di Al₂SiO₅, confuta con argomenti la sua identificazione in questo ambiente geologico.

La serie di reazione di Bowen ha un ramo continuo (plagioclasi) e un ramo discontinuo (olivina, pirosseno, anfibolo, biotite). Spiega la differenza tra i due rami e che cosa accade a un cristallo di olivina che reagisce con il fuso residuo fino a restarne isolato (corona di reazione).

In un sondaggio eseguito in un'intrusione ignea bandata sono stati estratti due campioni a diversa profondità:

• Campione A (profondo): roccia ultramafica composta per il 75 % da olivina forsteritica e per il 25 % da plagioclasio ricco di anortite.

• Campione B (più superficiale): roccia felsica ricca di quarzo, feldspato potassico e biotite.

1. a) Giustifica, a partire dalla serie di Bowen e dai processi di differenziazione magmatica per gravità, come un unico magma parentale basaltico omogeneo abbia potuto generare entrambi i tipi di roccia.
2. b) Prevedi quale anomalia composizionale presenterebbe la roccia B se i cristalli precoci di olivina non si fossero separati dal fuso e avessero reagito continuamente con esso durante un raffreddamento molto lento in un sistema chiuso.
3. c) Una relazione petrologica preliminare afferma: «Poiché l'olivina è un silicato, la sua precipitazione massiccia esaurisce rapidamente la silice del fuso residuo». Confuta questa affermazione usando ragioni stechiometriche comparative tra la proporzione di silice dell'olivina e quella del magma basaltico originario.

Lo studio geochimico e tessiturale di un batolite granodioritico ha rivelato i seguenti dati:

1. Il rapporto isotopico 87Sr/86Sr varia gradualmente da 0,7045 al centro del plutone a 0,7110 ai bordi, dove è incassato in metasedimenti crostali antichi con 87Sr/86Sr = 0,7250.

2. Si osservano fenocristalli di plagioclasio con zonatura oscillatoria complessa e discontinuità di riassorbimento ricoperte da sovracrescite più ricche di anortite (tessitura a setaccio), insieme a xenocristalli di quarzo arrotondati orlati da corone di microcristalli di clinopirosseno.

1. a) Interpreta quale processo di evoluzione magmatica spiega l'anomalia isotopica perimetrale e deduci se questo meccanismo ha provocato un'evoluzione verso termini più felsici o più mafici.
2. b) Giustifica a quale fenomeno petrogenetico rispondono le tessiture di corrosione e di disequilibrio mineralogico osservate nel plagioclasio e nel quarzo.
3. c) Una relazione tecnica sostiene che tutta la variabilità di questo plutone sia dovuta esclusivamente a cristallizzazione frazionata in un sistema chiuso. Confuta questa affermazione portando almeno due argomenti basati sui dati forniti.

In un deposito piroclastico pliniano si estrae un fenocristallo di plagioclasio di 2,5 mm e lo si analizza con microsonda elettronica lungo un profilo trasversale dal nucleo al bordo:

• Nucleo: composizione omogenea An45 (andesina), euedrale.

• Zona intermedia: bordo interno corroso con riassorbimento cellulare (tessitura a setaccio), seguito da una banda brusca con composizione An80 (bytownite).

• Bordo esterno: zonatura continua normale che scende gradualmente da An80 a An62 negli ultimi 40 micrometri.

1. a) Interpreta la storia termica e composizionale della camera magmatica registrata cronologicamente all'interno di questo cristallo.
2. b) Prevedi quale fenomeno ha agito probabilmente come innesco fisico dell'eruzione vulcanica finale e giustifica la tua risposta considerando il contrasto di densità, temperatura e contenuto di volatili tra i magmi coinvolti.
3. c) Si stima mediante modelli di diffusione di Fe-Mg nel plagioclasio che l'intervallo tra l'iniezione del fuso anortitico e la risalita del magma in superficie sia stato di soli 15 giorni. Giustifica come si può applicare questa informazione petrologica alla progettazione e all'interpretazione di reti di monitoraggio sismico e geodetico precedenti a un'eruzione.

Che cos'è la lava e in che cosa si differenziano le colate a superficie rugosa (aa) e quelle a superficie cordata (pahoehoe)? Che cosa controlla ciascuna morfologia?

Che cosa sono i piroclasti e quali rocce formano consolidandosi (tufi, ignimbriti)? Quale tipo di eruzione li emette?

Quali gas emette un vulcano e qual è il più abbondante? Perché il contenuto di gas influisce sul carattere esplosivo dell'eruzione?

Metti in relazione il contenuto di silice di un magma con la sua viscosità e con lo stile eruttivo: spiega perché i magmi basaltici producono eruzioni effusive e quelli riolitici eruzioni esplosive.

Descrivi le differenze tra un'eruzione hawaiana e una pliniana: tipo di magma, prodotti emessi, forma dell'edificio vulcanico e pericoli associati.

Il basalto scorre formando colate lunghe; la riolite, duomi e colate corte e spesse. Metti in relazione queste morfologie con la viscosità di ciascuna lava e con il suo contenuto di silice.

Le disgiunzioni colonnari del basalto formano prismi esagonali. Spiega come si originano per contrazione termica durante il raffreddamento della colata e che cosa indica la loro orientazione sulla direzione di raffreddamento.

Le lave a cuscino (pillow lavas) si formano tipicamente in eruzioni sottomarine. Spiega il loro meccanismo di formazione e che cosa indicano quando compaiono all'interno di una catena montuosa, lontano dal mare attuale.

Durante la transizione Permiano-Triassico (circa 252 Ma), i Trappi Siberiani riversarono più di 3.000.000 km³ di lave basaltiche in meno di un milione di anni. Questo evento coincide con la maggiore estinzione di massa del Fanerozoico, una brusca escursione negativa del δ13C nei sedimenti di tutto il mondo e un riscaldamento globale di circa 8 °C-10 °C.

1. a) Confronta la scala temporale e la portata di emissione magmatica di una Grande Provincia Ignea (LIP) con il vulcanismo attuale di dorsale medio-oceanica, giustificando perché le dorsali non provocano estinzioni globali nonostante generino enormi volumi di crosta basaltica.
2. b) Il volume di CO₂ degassato direttamente dal magma basaltico non basta a spiegare il drastico salto termico né la firma isotopica del δ13C osservata nel record geologico. Progetta un'ipotesi termodinamica che coinvolga l'effetto dei sill e dei dicchi basaltici sui bacini sedimentari incassanti (ricchi di carbone, scisti bituminosi ed evaporiti) per risolvere questo squilibrio.
3. c) Giustifica la concatenazione causa-effetto che collega l'impulso magmatico con l'anossia e l'acidificazione delle acque marine poco profonde che annientarono la maggior parte degli invertebrati bentonici.