Utente:DaP/Sandbox3
Una facies metamorfica rappresenta un ambiente delimitato da un range di temperatura e di pressione in cui, in funzione del chimismo della roccia di partenza, si sviluppano determinate associazioni mineralogiche.
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Storia
Il termine facies è stato riferito per la prima volta ad uno specifico ambiente sedimentario, costituito da rocce tipiche, da parte del geologo svizzero Amanz Gressly nel 1838.
Nell'ultima parte del secolo, George Barrow, geologo scozzese, viene incaricato di rilevare geologicamente una parte degli altopiani scozzesi in cui sono presenti varie rocce metamorfiche derivanti da protoliti appartenenti ai sedimenti pelitici. Barrow, durante questo rilevamento, è il primo a introdurre il concetto di gradiente metamorfico e di minerale indice. Egli infatti suddivide le rocce rilevate, in zone caratterizzate dall'ingresso di un nuovo minerale, rispetto alla paragenesi della zona precedente; in particolare distingue zone a: clorite, biotite, granato, cianite, andalusite e sillimanite. Il grado metamorfico, nel suo modello, aumenta sempre di più spostandosi dalla zona a clorite verso quella a sillimanite ed è riferito ad un gradiente di circa 20°C/km.
La prima concezione di zona metamorfica, pertanto, è l'insieme di varie rocce metamorfiche, che, se di simile composizione chimica, sono costituite da identiche associazioni mineralogiche.
Nel 1915 tale concetto viene precisato dal petrografo finlandese Pentti Eskola, che introduce la definizione di facies metamorfica; ovvero un ambiente delimitato da un range di temperatura e di pressione in cui, in funzione del chimismo della roccia di partenza, si sviluppano determinate associazioni mineralogiche. Tale concetto, essendo stato pubblicato dapprima in lingua madre, e successivamente in tedesco, al coincidere con lo scoppio della prima guerra mondiale, rimase pressochè sconosciuto fino a qualche anno successivo alla fine del conflitto.
Due sono le deduzioni fondamentali a partire dalla definizione di Eskola:
- due rocce con indentico chimismo ed appartenenti alla stessa facies metamorfica devono possedere una eguale paragenesi
- due rocce con differente chimismo, ma appartenenti alla stessa facies metamorfica, possiedono paragenesi differenti
Un ulteriore passo avanti nello studio del metamorfismo va assegnato ad Akiho Miyashiro, il quale, nel corso degli anni '60 introduce il concetto di serie di facies metamorfiche. Miyashiro nota che in certe zone alcune facies sono presenti sempre in associazione tra loro, mentre altre mancano totalmente. Egli propone una stretta correlazione tra la successione di rocce presenti, le relative facies, e il variare del gradiente geotermico. Grazie a questo concetto, Miyashiro dimostra che il modello barrowiano degli altopiani scozzesi, non rappresenta l'unico possibile e sviluppabile con un gradiente geotermico di circa 20°C/km, ed introduce una suddivisione delle facies metamorfiche a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione e basato sulle associazioni di facies caratteristiche delle serie individuate.
In particolare raggruppa le facies in tre gruppi:
- Bassa pressione (gradiente prossimo a 50°C/km)
- Media pressione (gradiente prossimo a 20°C/km)
- Alta pressione (gradiente prossimo a 10°C/km)
La classificazione delle facies di Eskola, legata alla cintura orogenetica da lui studiata, è stata poi rivisitata negli anni '70 dal geologo neo zelandese Francis John Turner. Grazie allo studio delle relazioni presenti tra macrostrutture e microstrutture metamorfiche, Turner adatta il lavoro di Eskola in maniera tale da renderlo applicabile a qualsiasi cintura orogenetica studiabile.
Oggigiorno si ritiene che non sia possibile la presenza, in diversi punti della terra, di gradienti geotermici variabili a tal punto da generare succcessioni di facies metamorfiche così diverse tra loro. Sebbene sia noto che in alcune regioni del pianeta (vedi zone vulcaniche) vi siano gradienti anomali, si è ipotizzato che il metamorfismo (con l'esclusione di quello di contatto), al contrario del gradiente, non sia un processo statico, ma dinamico. Infatti si ritiene che i corpi rocciosi non vengano automaticamente sottoposti a flussi termici o barici determinati dal gradiente presente in quella zona, ma che essi si muovano all'interno di zone con differenti condizioni statiche di pressione e temperatura; in particolare i corpi rocciosi verrebbero traslati da zone fredde e superficiali ad altre più profonde (con conseguente aumento della pressione) e più o meno calde a seconda delle situazioni. La durata delle permanenza delle rocce in tali condizioni genera impronte e trasformazioni metamorfiche più o meno intense, volte alla ricerca di un equilibrio mineralogico più stabile alle diverse temperature e pressioni presenti. Tali mutamenti agiscono fino al completo raggiungimento della condizione di equilibrio, oppure vengono interrotti, o cambiati di intensità, da una successiva messa in movimento dei corpi rocciosi, dovuta a risalita per erosione dei livelli superiori, o ad un coivolgimento in un nuovo evento metamorfico. I processi alla base dei movimenti resposnsabili del metamorfismo sono quelli di subduzione, di obduzione, di rifting, di accavallamento di falde tettoniche e, più in generale, tutti quelli legati alla nascita di un orogenesi.
Minerali indice
Qualsiasi facies metamorfica viene definita dalla possibilità di riconoscervi all'internoalcuni minerali indice. Tuttavia, nel caso in cui la composizione chimica delle roccia non agevoli o permetta la loro crescita, i minerali indice possono, sia non esser visibili ad occhio nudo, ma solo al microscopio, sia non esser presenti del tutto. Every metamorphic facies has some index minerals by which it can by recognized.
Alcuni minerali indice molto comuni sono, ad esempio i i 3 [[|polimorfo|polimorfi]] del silicato di alluminio ((Al2SiO5): Andalusite, Cianite e Sillimanite
L'andalusite è stabile e viene riscontrata in rocce con metamorfismo di bassa pressione e bassa temperatura; salendo di grado metamorfico si riscontra il passaggio alla cianite, stabile ad alte pressioni e basse temperature ed infine, compare la sillimanite, stabile ad alte pressioni ed alte temperature.
Facies metamorfiche e loro associazioni mineralogiche
Facies Zeolitica (LP/LT)
La facies zeolitica rappresenta il primo e più basso grado metamorfico riscontrabile in una roccia; essa infatti è presente solo in condizioni di basse pressioni (tra 1 e 4 GPa) e basse temperature (tra 100°C e 200°C). Al di sotto di tali valori si rientra nella cosiddetta anchizona, dove le pressioni e le temperature agenti sono così basse, da rientrare in un semplice processo sedimentario chiamato diagenesi.
Nella facies zeolitica sono riscontrabili le seguenti associazioni mineralogiche:
- Nelle metabasiti (rocce metamorfiche derivanti da rocce magmatiche basiche):
- heulandite + analcime + quarzo ± minerali argillosi
- laumontite + albite + quarzo ± clorite
- Nelle metapeliti:
- muscovite + clorite + albite + quarzo
Facies a Prehnite-pumpellyite (LP/LT)
La facies a prehnite-pumpellyite è posta a temperature (200 °C - 300 °C) e pressioni (0.2 GPa - 0.5 GPa) leggermente superiori a quella zeolitica. Prende il nome dai minerali prehnite (un fillosilicato di calcio (metallo) e alluminio) e pumpellyte (un sorosilicato).
- Nelle metabasiti (rocce metamorfiche derivanti da rocce magmatiche basiche):
- prehnite + pumpellyite + clorite + albite + quarzo
- pumpellyite + clorite + epidoto + albite + quarzo
- pumpellyite + epidoto + stilpnomelano + muscovite + albite + quarzo
- Nelle metapeliti:
- muscovite + clorite + albite + quarzo
Facies a Scisti verdi (MP/MT)
La facies a scisti verdi è situata a temperature (350 °C - 450 °C) e pressioni (0.35 GPa - 0.6 GPa) medie. Prende il nome dalla tipica tessitura scistosa della roccia interessata e dal suo colore verde (non sempre presente), derivato dalla presenza dei minerali clorite, epidoto ed actinolite.
- Nelle metabasiti (rocce metamorfiche derivanti da rocce magmatiche basiche):
- clorite + albite + epidoto ± actinolite, quarzo
- Nelle grovacche:
- albite + quarzo + epidoto + muscovite ± stilpnomelano
- Nelle metapeliti:
- muscovite + clorite + albite + quarzo
- cloritoide + clorite + muscovite + quarzo ± paragonite
- biotite + muscovite + clorite + albite + quarzo + spessartina (una varietà di granato al manganese)
- dolomite + quarzo
Facies Anfibolitica (MP/MT-HT)
La facies anfibolitica è situata ad alte temperature (500 °C - 700 °C) ed a medie pressioni (0.35 GPa - 0.85 GPa). Il nome deriva dalla presenza preponderante del minerale anfibolo.
- Nelle metabasiti (rocce metamorfiche derivanti da rocce magmatiche basiche):
- Nelle metapeliti:
- muscovite + biotite + quarzo + plagioclasio ± granato, staurolite, cianite/sillimanite
- dolomite + calcite + tremolite ± talco (in presenza di basse pressioni e temperature)
- dolomite + calcite + diopside ± forsterite (in presenza di alte pressioni e temperature)
Facies Granulitica (MP/HT)
La facies granulitica è situata ai massimi valori di temperatura (700 °C - 1000 °C) possibili prima dell' anatessi, a valori medio-alti di pressione (0.4 GPa - 1.2 GPa) e a profondità interne alla crosta profonda variabili tra 10 km e 40 km.
- Nelle metabasiti (rocce metamorfiche derivanti da rocce magmatiche basiche):
- ortopirosseno + clinopirosseno + orneblenda + plagioclasio ± biotite
- orthopirosseno + clinopirosseno + plagioclasio ± quarzo
- clinopirosseno + plagioclasio + granato ± orthopirosseno (in presenza di alta pressione)
- Nelle metapeliti:
- granato + cordierite + sillimanite + K-feldspato (Microclino - Ortoclasio - Sanidino) + quarzo ± biotite
- saffirina + orthopirosseno + K-feldspato + quarzo ± osumilite (in presenza di alte temprerature)
Facies a Scisti blu (MP-HP/LT)
La facies a [scisto|scisti]] blu è situata a temperature piuttosto basse (100 °C - 300 °C), ma a pressioni elevate (0.5 GPa - 0.9 GPa) tipiche delle zone di subduzione. Prende il nome dalla tessitura (geologia) scistosa della roccia e dal suo colore bluastro, donatole dai minerali glaucofane e lawsonite.
- Nelle metabasiti (rocce metamorfiche derivanti da rocce magmatiche basiche):
- Nelle grovacche:
- Nelle metapeliti:
- fengite + paragonite + carfolite + clorite + quarzo
- Nei marmi:
Eclogite facies (HP/HT)
The eclogite facies is the facies at the highest pressure and high temperature. It is named for the metabasic rock eclogite. The eclogite facies had the mineral assemblages:
In metabasites:
- omphacite + garnet ± kyanite, quartz, hornblende, zoisite
In metagranodiorite:
- quartz + phengite + jadeite/omphacite + garnet
In metapelites:
- phengite + garnet + kyanite + chloritoid (Mg-rich) + quartz
- phengite + kyanite + talc + quartz ± jadeite
Albite-epidote-hornfels facies (LP/LT-MT)
The albite-epidote-hornfels facies is a facies at low pressure and relatively low temperatures. It is named for the two minerals albite and epidote, though they are stable in more facies. Hornfels is a rock formed in contact metamorphism, a process that characteristically involves high temperatures but low pressures/depths. This facies is characterized by the following minerals:
In metabasites:
- albite + epidote + actinolite + chlorite + quartz
In metapelites:
- muscovite + biotite + chlorite + quartz
Hornblende-hornfels facies (LP/MT)
The hornblende-hornfels facies is a facies with the same low pressures but slightly higher temperatures as the albite-epidote facies. Though it is named for the mineral hornblende, the appearance of that mineral is not constrained to this facies. The hornblende-hornfels facies has the following mineral assemblages:
In metabasites:
- hornblende + plagioclase ± diopside, anthophyllite/cummingtonite, quartz
In metapelites:
- muscovite + biotite + andalusite + cordierite + quartz + plagioclase
In K2O-poor sediments or meta-igneous rocks:
- cordierite + anthophyllite + biotite + plagioclase + quartz
In Si-rich dolostones:
- dolomite + calcite + tremolite ± talc
Pyroxene-hornfels facies (LP/MT-HT)
The pyroxene-hornfels facies is the contact-metamorphic facies with the highest temperatures and is, like the granulite facies, characterized by the mineral orthopyroxene. It is characterized by the following mineral assemblages:
In metabasites:
- orthopyroxene + clinopyroxene + plagioclase ± olivine or quartz
In metapelites:
- cordierite + quartz + sillimanite + K-feldspar (orthoclase) ± biotite
- cordierite + orthopyroxene + plagioclase ± garnet, spinel
In carbonate rocks:
- calcite + forsterite ± diopside, periclase
- diopside + grossular + wollastonite ± vesuvianite
Sanidinite facies (LP/HT)
The sanidinite facies is a rare facies of extremely high temperatures and low pressure. It can only be reached under certain contact-metamorphic circumstances. Due to the high temperature the rock experiences partial melting and glass is formed. This facies is named for the mineral sanidine. It is characterized by the following mineral assemblages:
In metapelites:
In carbonates:
Voci correlate
Bibliografia
- Phillpots, Anthony R., 1990: Principles of Igneous and Metamorphic Petrology
- Duff, P. McL. D., 1996; Holmes' Principles of Physical Geology
- Visser, W.A., 1980; Geological Nomenclature
- Metamorphic facies by Dave Waters