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Applicazioni della termodinamica agli equilibri di fasi nelle rocce metamorfiche
P = 3.75 kbar; T = 500 °C (Holdaway, 1971)
Associazioni di fase in equilibrio
1: Grs + Wo + Qtz
2: An + Qtz
Wo
Grs
1
An
Crn
all’equilibrio e
per le trasformazioni
reversibili:
dG = VdP - SdT
Als
2
Qtz
Diagrammi T-X
M
s
+
Bt
+
l
Ch
+
Kf
s
Temperatura di ebollizione
di una soluzione acquosa salina
reazione: Chl + Kfs = Ms + Bt + Qtz + H2O
Rappresentazione di sistemi a due componenti
Rappresentazione di sistemi a tre componenti
0.3
0.5
0
8
0.13
Talc
Mg3Si4O10(OH)2
Esempio di applicazione: aureola metamorfica della tonalite del Bregaglia
Effetti del metamorfismo di contatto
indotto dall’intrusione della tonalite del
Bregaglia sulle rocce ultrabasiche della Val
Malenco
Dal Piaz e Venturelli (1983)
Principali corpi magmatici terziari nelle Alpi
5
6
a
b
1 - Traversella
2 - Biella
3 - Miagliano
4 - Iorio
5 - Bregaglia
6 - Adamello
14 - Rensen
18 - Vedrette di
Ries
a - Monti Lessini
b - Colli Euganei
Atg-Fo-Di
Atg-Fo-Tr
Tlc-Fo-Tr
Ath-Fo-Tr
Rappresentazione delle associazioni di fasi nell’aureola metamorfica del Bregaglia
Fl
Proiezione dal vertice H2O del triangolo
Atg
Tlc
Fo
Tlc
Fl
Fl
Atg = Fo + Tlc + H2O
Tlc’
Fo
Fo + Tlc = Ath + H2O
Fo
Fo
Tlc
Fo
Fo
Tlc
Ath
Atg
Tlc
Ath
Rappresentazione delle associazioni di fasi nell’aureola metamorfica del Bregaglia
Passaggio dalla zona A alla zona B
tramite reazione:
Atg + Di = Fo + Tr
Di
Tr
Atg Ath
Fo
En Tlc
Di
Di
Tr
Fo Atg
Fo Atg
Facies metamorfiche
Il concetto di facies metamorfica è stato
introdotto da Eskola nel 1915. Una facies
metamorfica può essere definita come un
campo P-T all’interno del quale sono stabili
determinate associazioni di minerali. Eskola
definì le facies esaminando le associazioni
mineralogiche delle rocce basiche.
La posizione relativa delle diverse facies nel
diagramma P-T fu fissata correttamente da
Eskola in base a due considerazioni:
(1) rocce equilibrate in condizioni di alta
pressione saranno caratterizzate da
associazioni di minerali aventi densità più
elevata rispetto a rocce formate in condizioni di
bassa pressione;
(2) reazioni di devolatilizzazione si
verificheranno a temperature crescenti dando
origine a rocce con contenuto in H 2O e CO 2
progressivamente più basso.
Facies metamorfiche
Da Philpotts & Ague (2009)
Reazioni metamorfiche
reazione
A+B=C+D
r = reazione
f = formazione
Reazioni metamorfiche
Reazione solido - solido continua:
Jd + Qtz = Ab
J
0
d 10
+
Qt
z=
Ms + Qtz = Kfs + And + H2O
Pg
Pg + Qtz = Ab + And + H2O
Ab
Reazioni di disidratazione discontinue:
+
b
=A
z
t
Q
+
+
Qt
An
z
Ms d +
Kf
H
s+ +
2O
Qt
An
z
d
+
H
2O
Jd 20
Ab
Jd90
Jd80
Jd50
Reazioni metamorfiche
Reazioni di disidratazione continua:
Reazioni metamorfiche
L’equazione di Clausius - Clapeyron da’ informazioni sulla
pendenza della curva di reazione in un diagramma P-T:
eq. di Clausius - Clapeyron:
P
T
2
Tlc + F
o
Ath +
H O
At
En h +
F
+
H o
2O
Srp
+D
i
Fo
+T
r
Srp
Tl c +
Fo +
H2 O
Termobarometria
Termometria del solvus
Equazione termobarometrica
∆H - T ∆S + ∆V (P - 105 Pa) + m RT ln KD = 0
KD = (XFe/XMg)A / (XFe/XMg)B
Geotermometro Grt - Bt
Phl + Alm = Ann + Pyr
Geobarometro GASP
3 An = Grs + 2 Ky + Qtz
Keq = (XGrs /XAn)3
Soluzione simultanea per P e T
Termometro granato - biotite:
Phl + Alm = Ann + Pyr
KD = (XFe/XMg)Bt / (XFe/XMg)Grt
Barometro GASP:
3An = Grs + 2Al2SiO5 + Qtz
3
Keq = aGrs / aAn = (XGrs / XAn)3
Sigle dei minerali
da Bucher & Frey (1994),
esteso dall’originario elenco di Kretz (1983)