Esercizi: Le rocce ignee

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

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.

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?

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?

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.

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.

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).

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.

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 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.

Il complesso Teide-Pico Viejo (Tenerife) è uno stratovulcano con eruzioni esplosive di lave fonolitiche e duomi viscosi, mentre l'eruzione di Tajogaite (La Palma, 2021) ha formato un cono di scorie con lave basanitiche molto fluide. Tenendo conto che entrambe le isole condividono un'origine legata all'hot spot delle Canarie:

1. a) Giustifica come sia possibile che a partire da magmi primari mantellici simili si generino edifici vulcanici e dinamismi eruttivi così radicalmente diversi in due isole dello stesso arcipelago.
2. b) Formula un'ipotesi sull'architettura del sistema di alimentazione magmatica (camere, serbatoi e tempo di residenza) sotto Tenerife rispetto a quello di La Palma che spieghi la presenza di magmi molto evoluti in un caso e di magmi primitivi nell'altro.
3. c) Prevedi quali pericoli vulcanici specifici, derivanti dalla reologia e dalla composizione del magma (oltre all'avanzata di colate basaltiche), devono essere considerati nella mappa di rischio dell'area del Teide e non furono determinanti nell'eruzione di Tajogaite.

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.

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.

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.

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.

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.

Analizza i seguenti tre dati geologici sull'arcipelago delle Canarie:

1. Esiste una correlazione generale decrescente tra le età basali dei complessi sottomarini/prime emissioni e la posizione geografica: Fuerteventura (~20 Ma), Gran Canaria (~15 Ma), Tenerife (~12 Ma), La Palma (~3,5 Ma) e El Hierro (~1,1 Ma).

2. Il vulcanismo olocenico e storico non si limita a El Hierro e La Palma; si registrano eruzioni recenti a Tenerife (1909) e storiche straordinariamente voluminose a Lanzarote (Timanfaya, 1730-1736).

3. L'orientazione delle dorsali vulcaniche («rift») e i raggruppamenti di centri di emissione nelle isole seguono direzioni preferenziali NNE-SSW e NE-SW, parallele alle strutture tettoniche transpressive della catena dell'Atlante marocchino.

1. a) Giustifica perché il dato 1 sostiene l'ipotesi di una pennacchio mantellico fisso sotto la litosfera oceanica, ma il dato 2 contraddice il modello classico di hot spot di tipo Hawaii.
2. b) Valuta come i modelli geotettonici alternativi (frattura propagante dall'Atlante africano o blocchi sollevati per compressione) spieghino il dato 3 e proponi un modello unificato che renda compatibili l'anomalia termica del mantello con il controllo tettonico regionale.
3. c) Se la placca africana mantiene il suo attuale vettore di spostamento verso est-nordest alla velocità di circa 1,5 cm/anno, prevedi la localizzazione geografica relativa e le caratteristiche fisiografiche della futura isola dell'arcipelago delle Canarie.