Petrologia Ignea

La petrologia ignea si occupa dell’identificazione, classificazione, origine, evoluzione e processi di formazione e cristallizzazione delle rocce ignee. La maggior parte delle rocce disponibili per lo studio provengono dalla crosta terrestre, ma alcune, come le eclogiti, derivano dal mantello. L’ambito della petrologia ignea è molto ampio perché le rocce ignee costituiscono la maggior parte delle croste continentali e oceaniche e delle catene montuose del mondo, che hanno un’età che va dal primo Archeano al Neogene, e comprendono anche le rocce vulcaniche estrusive di alto livello e le rocce plutoniche che si sono formate in profondità nella crosta. Di estrema importanza per la ricerca petrologica ignea è la geochimica, che si occupa della composizione in elementi maggiori e in tracce delle rocce ignee e dei magmi da cui sono nate. Alcuni dei principali problemi nell’ambito della petrologia ignea sono: (1) la forma e la struttura dei corpi ignei, siano essi colate laviche o intrusioni granitiche, e le loro relazioni con le rocce circostanti (questi sono problemi studiati sul campo); (2) la storia della cristallizzazione dei minerali che compongono le rocce ignee (questa viene determinata con il microscopio polarizzatore petrografico); (3) la classificazione delle rocce in base alle caratteristiche testuali, alla granulometria, all’abbondanza e alla composizione dei minerali costituenti; (4) il frazionamento dei magmi progenitori attraverso il processo di differenziazione magmatica, che può dare origine a una sequenza evolutiva di prodotti ignei geneticamente correlati; (5) il meccanismo di generazione dei magmi per fusione parziale della crosta continentale inferiore, del mantello suboceanico e subcontinentale e delle lastre di litosfera oceanica in subduzione; (6) la storia della formazione e la composizione dell’attuale crosta oceanica determinata sulla base dei dati dell’Integrated Ocean Drilling Program (IODP); (7) l’evoluzione delle rocce ignee attraverso il tempo geologico; (8) la composizione del mantello dagli studi delle rocce e della chimica dei minerali delle eclogiti portate in superficie nei tubi di kimberlite; (9) le condizioni di pressione e temperatura alle quali si formano diversi magmi e alle quali cristallizzano i loro prodotti ignei (determinate dalla petrologia sperimentale ad alta pressione).

Lo strumento di base della petrologia ignea è il microscopio polarizzatore petrografico, ma la maggior parte degli strumenti usati oggi hanno a che fare con la determinazione della chimica delle rocce e dei minerali. Questi includono lo spettrometro di fluorescenza a raggi X, l’attrezzatura per l’analisi dell’attivazione neutronica, lo spettrometro a plasma accoppiato a induzione, la microsonda elettronica, la sonda ionica e lo spettrometro di massa. Questi strumenti sono altamente computerizzati e automatici e producono analisi rapidamente (vedi sotto Geochimica). Anche i complessi laboratori sperimentali ad alta pressione forniscono dati vitali.

Con una vasta gamma di strumenti sofisticati disponibili, il petrologo igneo è in grado di rispondere a molte domande fondamentali. Lo studio dei fondali oceanici è stato combinato con l’indagine dei complessi ofiolitici, che sono interpretati come lastre di fondali oceanici che sono state spinte sui margini continentali adiacenti. Un’ofiolite fornisce una sezione molto più profonda attraverso il fondo dell’oceano rispetto a quella disponibile dai carotaggi poco profondi e dai campioni dragati dal fondo dell’oceano esistente. Questi studi hanno dimostrato che lo strato vulcanico superiore consiste in basalto tholeiitico o basalto della dorsale medio-oceanica che si è cristallizzato in una spaccatura o dorsale in mezzo all’oceano. Una combinazione di chimica dei minerali del basalto e di petrologia sperimentale di tali fasi permette ai ricercatori di calcolare la profondità e la temperatura delle camere magmatiche lungo la dorsale medio-oceanica. Le profondità sono vicine ai sei chilometri e le temperature vanno da 1.150 °C a 1.279 °C. Un’indagine petrologica completa di tutti gli strati di un’ofiolite permette di determinare la struttura e l’evoluzione della camera magmatica associata.

Nel 1974 B.W. Chappell e A.J.R. White scoprirono due tipi principali e distinti di roccia granitica: i granitoidi di tipo I e di tipo S. Il tipo I ha rapporti stronzio-87/stronzio-86 inferiori a 0,706 e contiene magnetite, titanite e allanite ma non muscovite. Queste rocce si sono formate sopra le zone di subduzione negli archi insulari e nei margini continentali attivi (in subduzione) e sono derivate dalla fusione parziale del mantello e della litosfera oceanica in subduzione. Al contrario, i granitoidi di tipo S hanno rapporti stronzio-87/stronzio-86 superiori a 0,706 e contengono muscovite, ilmenite e monazite. Queste rocce si sono formate dalla fusione parziale della crosta continentale inferiore. Quelle che si trovano nell’Himalaya si sono formate durante il Miocene, circa 20.000.000 di anni fa, come risultato della penetrazione dell’India in Asia, che ha ispessito la crosta continentale e poi ha causato la sua parziale fusione.

Negli archi insulari e nei margini continentali attivi che circondano l’Oceano Pacifico, ci sono molte diverse rocce vulcaniche e plutoniche appartenenti alla serie calc-alcalina. Queste includono basalto, andesite, dacite, riolite, ignimbrite, diorite, granito, peridotite, gabbro e tonalite, trondhjemite e granodiorite (TTG). Si presentano tipicamente in vasti batholith, che possono raggiungere diverse migliaia di chilometri di lunghezza e contenere più di 1.000 corpi granitici separati. Queste rocce calcalcaline TTG rappresentano il principale mezzo di crescita della crosta continentale durante tutto il tempo geologico. Molte ricerche sono dedicate ad esse nel tentativo di determinare le regioni di origine dei loro magmi genitori e l’evoluzione chimica dei magmi. È generalmente accettato che questi magmi sono stati in gran parte derivati dalla fusione di una lastra oceanica subdotta e del sovrastante cuneo di mantello idratato. Una delle maggiori influenze sull’evoluzione di queste rocce è la presenza di acqua, derivata originariamente dalla disidratazione della lastra subduttata.