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metamorfismo (petrografia)

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Descrizione generale

Complesso di trasformazioni strutturali, mineralogiche e chimiche di rocce solide per adattamento a condizioni chimico-fisiche diverse da quelle originarie. Una roccia sottoposta a pressioni crescenti in ambiente isochimico mostra cambiamenti nell'aspetto e nella composizione mineralogica tanto più evidenti quanto maggiore è l'intensità della pressione. Le modificazioni più significative operate dal metamorfismo sono: A) progressivo aumento delle dimensioni dei cristalli col crescere dell'intensità del metamorfismo e tendenza all'equidimensionalità da parte dei cristalli di una stessa specie minerale; l'aggettivo cristallino che qualifica certe rocce metamorfiche, come calcari cristallini, scisti cristallini, indica solo che quelle rocce presentano cristalli evidenti in conseguenza dell'intensità notevole del processo metamorfico che le ha interessate. B) Comparsa di un aspetto foliato, ossia di una disposizione dei minerali in bande o letti subparalleli anche in rocce originariamente sprovviste di qualsiasi disposizione preferenziale degli elementi costitutivi, che con l'accentuarsi della pressione orientata o di quella di carico passa a una vera e propria tessitura scistosa. C) Distribuzione dei minerali presenti tanto più ordinata e regolare quanto più intenso è stato il metamorfismo: ne risulta alla fine un'alternanza ripetuta di livelli a composizione mineralogica diversa, come è evidente negli gneiss. D) Modificazione dell'assetto cristallino tale da renderlo più stabile nelle nuove condizioni di temperatura e di pressione, il processo comporta una ricristallizzazione più o meno spinta secondo l'entità del cambiamento ambientale.

Ricristallizzazione

Porta alla comparsa di nuovi minerali stabili in determinati intervalli di temperatura e di pressione: per un certo intervallo quindi possono coesistere stabilmente solo certi minerali, la cui associazione risulta caratteristica per quelle condizioni. L'insieme dei caratteri chimici e mineralogici presentati da una roccia metamorfica consente di precisare le condizioni ambientali, ossia l'intervallo di temperatura e di pressione, in cui ha operato il metamorfismo. Rocce di analoga composizione chimica e con le stesse associazioni di minerali debbono considerarsi pertanto formate in identiche condizioni chimico-fisiche, ossia appartenenti alla stessa facies metamorfica. Per stabilire l'intensità del metamorfismo, ossia il grado di metamorfismo, ci si può basare semplicemente sulla presenza o meno di alcuni minerali, detti critici, indicatori specifici di facies. Una prima suddivisione dell'ambiente metamorfico, basata sui rapporti tra livello termico e pressione con la profondità, distingue un'epizona, una mesozona e una catazona. Nell'epizona, più superficiale, il metamorfismo agisce in condizioni di temperatura non molto elevate, mentre le pressioni, per lo più orientate, o di carico o generate da cause tettoniche, già raggiungono valori notevoli; l'ambiente favorisce le reazioni chimiche esotermiche e la formazione di minerali a minor volume molecolare, ossia con abito lamellare, tabulare o prismatico. La mesozona presenta caratteri intermedi tra la precedente e la catazona, profonda, dove la pressione, pur crescente, non è più unidirezionale ma raggiunge valori più o meno uguali in tutte le direzioni, mentre la temperatura è assai elevata; vi sono favorite le reazioni endotermiche e la formazione e la stabilità di minerali ad alto volume molecolare. Questa schematica suddivisione può essere integrata tenendo conto della presenza o prevalenza di alcuni minerali critici: così si distinguono la zona della clorite, tipica dell'epizona, della biotite, dell'almandino, della staurolite e della cianite, caratteristiche della mesozona, della sillimanite, significativa per la catazona. Il campo metamorfico può essere quindi studiato determinando l'andamento delle linee che indicano la scomparsa di un minerale diventato instabile nelle nuove condizioni ambientali (linee di isometamorfismo negativo o isograde negative) oppure la comparsa di un nuovo minerale (linee di metamorfismo positivo o isograde positive). L'entità delle trasformazioni chimico-mineralogiche dipende dal numero di costituenti presenti nelle rocce sottoposte al metamorfismo; se i costituenti sono pochi, poche saranno le fasi possibili, se ce ne sono molti, potranno invece formarsi diversi minerali stabili solo in successivi intervalli di temperatura e di pressione. Così, per esempio, un'arenaria silicea o un calcare puro, metamorfosati daranno rispettivamente una quarzite o un calcare cristallino, mentre da un sedimento argilloso-arenaceo si otterrà al crescere del metamorfismo un argilloscisto, una fillade micaceo-cloritica, un micascisto biotitico-granatifero, ecc.

Fattori fondamentali del metamorfismo

I fattori fondamentali del metamorfismo sono la temperatura e la pressione oltre al metasomatismo: secondo il variare della loro importanza reciproca si hanno diversi tipi di metamorfismo. Il metamorfismo dipendente prevalentemente dalla pressione si definisce dinamometamorfismo o metamorfismo tettonico o di dislocazione o meccanico o cinetico; quello dovuto essenzialmente alla temperatura, metamorfismo termico o metamorfismo di contatto; quello dovuto sia alla temperatura sia alla pressione, metamorfismo regionale o generale e comprende aspetti tanto del metamorfismo di dislocazione quanto di quello di carico o di seppellimento. Fenomeni metasomatici possono verificarsi in qualsiasi processo metamorfico. Solo il metamorfismo regionale è capace di esplicare un'azione a vasto raggio; gli altri tipi di metamorfismo hanno rilievo solo in ambito ristretto. Le rocce sottoposte al dinamometamorfismo subiscono essenzialmente o deformazioni plastiche o frantumazioni più o meno intense. Nel primo caso l'aspetto più caratteristico è la comparsa di una tessitura scistosa con scorrimenti, rotazioni, nuove orientazioni di minerali, movimenti che facilitano inoltre la penetrazione di eventuali fluidi nell'interno delle rocce e quindi le ricristallizzazioni; dato che questo metamorfismo è soprattutto evidente in ambienti dominati da fenomeni tettorogenetici, le rocce che ne derivano sono indicate come tettoniti. Le rocce rigide, invece, sottoposte a forti tensioni si frantumano: i loro frammenti, saldandosi successivamente, originano rocce come le cataclasiti e le miloniti. Il metamorfismo termico è limitato alle zone di contatto tra un magma e le rocce incassanti o, più eccezionalmente, all'intorno del punto di impatto di una meteorite, o di esplosione di ordigni nucleari; infine, anche l'incendio prolungato di miniere di carbone può produrre effetti di metamorfismo termico. Più che il valore delle temperature, è significativa la durata del contatto termico. Il metamorfismo di contatto è caratterizzato da una più o meno evidente ricristallizzazione: i minerali idrati sono sostituiti da altri anidri; resti organici, sostanze argillose, silice colloidale, parti vetrose di rocce effusive sono sostituiti da fasi cristalline stabili alle nuove condizioni; i calcari si trasformano in marmi, ecc. La liberazione di sostanze volatili o ancor di più l'apporto di nuove sostanze da parte delle soluzioni magmatiche comporta il manifestarsi di un'intensa attività chimica metasomatica, cui è dovuto il formarsi di numerosissimi minerali, detti di contatto, diversi secondo la composizione del magma, il contenuto in materie volatili e la natura delle rocce incassanti. Tipica espressione di questa forma di metamorfismo è la formazione dell'aureola metamorfica nelle rocce attorno a un'intrusione profonda. Il metamorfismo generale ha una vasta diffusione, particolarmente nell'ambito dei basamenti cristallini e delle catene montuose. Sembra favorito, più che da un aumento anomalo della pressione, da un incremento di temperatura molto più intenso del gradiente normale, e quindi questo metamorfismo è tipico delle aree sedi di anormali flussi di calore, come infatti si ritiene siano gli orogeni. Tenendo conto delle relazioni tra gradiente geotermico e pressione si possono distinguere tre aspetti fondamentali del metamorfismo regionale: metamorfismo di alta temperatura e di bassa pressione, caratterizzato dalla successione di minerali critici biotite→andalusite→cordierite→sillimanite; metamorfismo di media temperatura e di alta pressione, considerato come normale per la sua grande diffusione, caratterizzato dalla successione clorite→biotite→granato→almandino→staurolite→cianite→sillimanite; metamorfismo di bassa temperatura e di alta pressione, in cui rientra per lo più il metamorfismo di seppellimento, caratterizzato inizialmente dal formarsi di zeoliti e poi dall'affermarsi della giadeite e del glaucofane. Considerando che i valori di pressione subiscono una variazione molto più ampia di quelli relativi alla temperatura, i tre aspetti suaccennati vengono più comunemente definiti di metamorfismo debole, medio e forte. Una roccia può a più riprese essere soggetta a metamorfismo: il fenomeno è definito polimetamorfismo e può essere sia progressivo, quando i processi metamorfici risultano man mano più intensi, sia retrogrado (retrometamorfismo o diaftoresi), quando una roccia già interessata da un metamorfismo di alto grado è successivamente trasformata in modo da presentare caratteri metamorfici di zone superiori, denunciati dal formarsi di minerali stabili a temperature inferiori a quelle che avevano provocato l'originario metamorfismo. Così, per metamorfismo retrogrado, i feldspati potassici sono sostituiti da un aggregato finissimo di sericite, la biotite e i granati si cloritizzano, epidoti e calcite si formano a spese di silicati calciferi stabili a temperature più elevate, ecc.