SCIENTIFIC SUMMER ACADEMY 2014 ‐ Laboratorio di Geologia Lo sbocco della Valle di Susa ed il Monte Musinè: una porzione di mantello terrestre nelle Alpi Occidentali Simona Ferrando & Daniele Castelli Dipartimento di Scienze della Terra Università degli Studi di Torino Sacra di S. Michele Monte Musiné Panoramica “virtuale” delle Alpi Cozie, dal Monviso alla Valle di Susa (modificato da Giardino et al. 2007). 1. Cosa sono i ciottoli “verdi” trovati nella Collina di Torino? Collina di Torino Peridotite Lo studio del campione “a mano” Esempio di peridotite. Grazie alla grana grossa ed al diverso colore, si riconoscono i minerali fondamentali per definire la roccia: l’olivina (minerale verde brillante), il clinopirosseno (minerale verde scuro) e l’ortopirosseno (minerale verde bruno). L’impiego di una lente permette di riconoscere alcuni degli ulteriori caratteri distintivi dei tre minerali. In alto, il campione mostra la tipica colorazione bruno-rossastra che la roccia assume per alterazione della superficie esposta agli agenti atmosferici. Lo studio del campione al microscopio Campione di peridotite, osservato in sezione sottile al microscopio ottico in luce trasmessa polarizzata. Le due immagini si riferiscono alla stessa area del campione, fotografata con una diversa configurazione dei dispositivi del microscopio: ad un solo polarizzatore (a sinistra) e con due polarizzatori (a destra). Osservando le proprietà ottiche dei minerali nelle due diverse configurazioni del microscopio, è possibile determinare la presenza di olivina, clinopirosseno ed ortopirosseno. Le peridotiti sono costituite per oltre il 90% da due tipi di minerali: olivina (un silicato di Mg e Fe) e pirosseni (silicati di Ca, Mg e Fe). I geologi definiscono le peridotiti in modo diverso a seconda delle diverse quantità relative di olivina e di due varietà di pirosseni. Il tipo più comune viene chiamato lherzolite. [ silicato di Mg e Fe, con formula (Mg,Fe)2SiO4 ] Campo composizionale delle peridotiti [ silicato di Mg e Fe, con formula (Mg,Fe)2Si2O6 ] [ silicato di Ca, Mg e Fe, con formula Ca(Mg,Fe)2Si2O6 ] Metaperidotite ‐ Serpentinite Lo studio del campione “a mano” Esempio di serpentinite. La roccia è costituita prevalentemente da serpentino (un minerale “a strati”, a grana fine con tonalità di verde simili alla pelle di un serpente). Il campione mostra la tipica colorazione bruno-rossastra che la roccia assume per alterazione della superficie esposta agli agenti atmosferici. Quando sono ancora riconoscibili i “relitti” dell’olivina originaria che il serpentino tende a sostituire, la roccia viene chiamata metaperidotite. Lo studio del campione al microscopio Campione di metaperidotite, osservato in sezione sottile al microscopio in luce trasmessa polarizzata. Le due immagini si riferiscono alla stessa area del campione, fotografata con una diversa configurazione dei dispositivi del microscopio: ad un solo polarizzatore (a sinistra) e con due polarizzatori (a destra). In entrambe le immagini è riconoscibile la presenza di piccoli relitti di olivina (appartenenti allo stesso cristallo perché equi-illuminati nella microfotografia di destra) parzialmente sostituiti da serpentino. Il minerale opaco è magnetite. Serpentinoscisto Lo studio del campione “a mano” Se la serpentinite si può dividere in lastre sottili allora si chiama serpentinoscisto. Esempio di serpentinoscisto. La roccia è costituita prevalentemente da serpentino (un minerale “a strati”, a grana fine con tonalità di verde simili alla pelle di un serpente). Il campione si divide in lastre sottili. Lo studio del campione al microscopio Serpentino Campione di serpentinoscisto, osservato in sezione sottile al microscopio in luce trasmessa polarizzata. Le due immagini si riferiscono alla stessa area del campione, fotografata con una diversa configurazione dei dispositivi del microscopio: ad un solo polarizzatore (a sinistra) e con due polarizzatori (a destra). In entrambe le immagini è riconoscibile la presenza serpentino orientato e di piccoli cristalli di olivina. Cosa avviene alle peridotiti durante i processi metamorfici? Gli esperimenti dimostrano che le rocce sottoposte a compressione ed a riscaldamento sono sede di reazioni chimiche (“reazioni metamorifche”) che permettono la sostituzione dei minerali “originari” da parte di “nuovi” minerali (“minerali metamorfici”). Sistema sperimentale per lo studio in laboratorio della trasformazioni minerali nelle rocce. Le razioni metamorfiche che coinvolgono le peridotiti-serpentiniti sono: • reazioni di idratazione Olivina + acqua Æ serpentino + magnetite + idrogeno 3Fe2SiO4 + 2H2O Æ 2Fe3O4 + 3SiO2 + H2 3Mg2SiO4 + SiO2 + 4H2O Æ 2Mg3Si2O5(OH)4 • reazioni di disidratazione Serpentino Æ Olivina + acqua Cosa avviene alle peridotiti durante i processi metamorfici? Gli esperimenti dimostrano che le rocce sottoposte a compressione ed a riscaldamento si deformano. Sistema sperimentale per lo studio della deformazione delle rocce in laboratorio. Il serpentinoscisto è una serpentinite che ha subito deformazione Serpentinite Serpentinoscisto 2. Significato geologico di peridotiti e serpentiniti Le peridotiti sono le rocce tipiche del mantello terrestre. Il mantello terrestre è l’involucro terrestre immediatamente sottostante la crosta. Il suo stato è solido, la sua densità è maggiore della crosta e la sua composizione chimica è ricca in silicio (Si), ossigeno (O), magnesio (Mg), ferro (Fe) e, in misura minore, in calcio (Ca). Il mantello litosferico è la porzione più esterna del mantello; insieme alla crosta (continentale ed oceanica) costituisce la cosiddetta “litosfera”. Un Pianeta in evoluzione: la tettonica a placche CROSTA: ROCCE DISIDRATAZIONE DI MANTELLO LITOSFERICO: MAGMATICHE, SERPENTINITI IN EE METAPERIDOTITI SEDIMENTARIE SUBDUZIONE SERPENTINITI METAMORFICHE Dove troviamo più facilmente rocce del mantello litosferico (peridotiti e serpentiniti)? Per esempio nelle catene montuose a costituire i cosiddetti “Massicci Peridotitici” Massiccio dell’Erro-Tobbio, tra Piemonte e Liguria Esiste un Massiccio Peridotitico vicino alla collina di Torino? Lanzo Lanzo Lanzo Lanzo Druento Druento Monte Monte Musinè Musinè Estensione, -Ovest, della Estensione, verso verso Nord Nord-Ovest, della carta carta geologica geologica di di Torino. Torino. In puntinato”) le In colore colore verde verde (a (a volte volte ““puntinato”) le Rivoli Rivoli peridotiti è comprese peridotiti del del Monte Monte Musin Musinè comprese nel Massiccio di ”. nel cosiddetto cosiddetto ““Massiccio di Lanzo Lanzo”. Druento Druento Monte Monte Musinè Musinè C.so C.so Francia Francia Rivoli Rivoli Il Massiccio Peridotitico di Lanzo Il Massiccio di Lanzo è una porzione di mantello litosferico “antico”, coinvolto (insieme alla sovrastante crosta) nei processi di apertura di un oceano (Tetide) e, successivamente, di subduzione e convergenza di placche con conseguente sollevamento di una catena montuosa (Alpi). Durante questi processi le rocce del mantello e della crosta hanno subito cambiamenti metamorfici. Nel Massiccio di Lanzo sono stati riconosciuti grandi volumi “relitti” (di dimensioni anche chilometriche) di peridotiti di mantello (in prevalenza lherzoliti, per esempio sul Monte Musiné) avvolti da fasce di metaperidotiti e serpentiniti. metaperidotiti e serpentiniti Peridotiti di mantello Peridotiti di mantello Peridotiti di mantello metaperidotiti e serpentiniti Schema geologico del Massiccio di Lanzo (modificato da Müntener et al., 2005). Il Monte Musinè sullo sfondo della Sacra di S. Michele Peridotiti del Monte Musinè: le rocce del mantello litosferico (Piccardo, 2007) 3. Ricostruzione dell’evoluzione geologica del Massicio Peridotitico di Lanzo Durante l’apertura e l’espansione di un oceano, il mantello litosferico risale in superficie e viene a contatto con l’acqua di mare. Le peridotiti si idratano e diventano delle metaperidotiti o delle serpentiniti Placca europea Placca africana MANTELLO LITOSFERICO: PERIDOTITI Oceano Tetide Apertura e sviluppo dell’oceano Tetide Sviluppo di forme di vita marine (per es. ammoniti) e terrestri (per es. dinosauri) Durante la subduzione, il mantello litosferico idratato subisce compressione e riscaldamento Æ formazione di serpentinoscisti con evidenze di parziale disidratazione (formazione di olivina) Subduzione dell’oceano Tetide Sviluppo di uccelli e mammiferi Collisione tra le due placche e sollevamento della catena alpina. Il Massiccio di Lanzo oggi costituisce una parte delle Alpi Rappresentazione tettonica delle Alpi e sezioni geologiche della catena alpina nel suo settore occidentale. Il profilo illustra l’assetto più recente (in alto) (modificato da Giardino et al., 2005). Elementi Elementi didi mantello mantello coinvolti coinvolti nell’orogenesi nell’orogenesi alpina alpina Formazione e sollevamento della catena Alpina Scarso sviluppo di nuove specie di mammiferi 4. Come mai troviamo ciottoli di peridotiti, metaperidotiti, serpentiniti e serpentinoscisti nella Collina di Torino? Formazione del Bacino Ligure-Piemontese Si sviluppano mastodonti e i primati Bibliografia e siti web d’interesse Giardino M., Lucchesi S., Perotti L., 2010. Da Rivoli alla Sacra di San Michele, In M. Panizza (a cura di), Via GeoAlpina itinerari italiani. Un’escursione nello spazio e nel tempo, Tip. CSR, Roma, pp. 276-285. Giardino M., Giordan D., Baggio P., Mortara G., 2005. Map of the Sangonetto Valley Geosites (Western Alps): Geological research and tourism enhancement. 325-336. In: G. Pasquarè, C. Venturini & C. Groppelli (Eds): Mapping Geology in Italy (2004), APAT-SGN, SELCA Firenze. 340 pp Giardino M., Mortara G., Russo S., 2007. Panorama delle Alpi Occidentali. Elaborazione grafica e note illustrative stampate in occasione del II Convegno Nazionale AIGEO “Ambiente geomorfologico ed attività dell'uomo: risorse, rischi, impatti. Torino. Stampa Litografia GEDA. Muentener et al., 2005. Peridotite Workshop 2005 – Field Trip Guidebook. Groppo C., Callegari E., Castelli D., Compagnoni R., 2010. Atlante di Petrografia dell’Università di Torino: www.atlantepetro.unito.it
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