ANATECTIC MELTING IN A METAPELITIC SYSTEM: A FLUID AND MELT INCLUSION STUDY

Nel presente lavoro di tesi sono riportati i risultati dello studio di inclusioni fluide e di fuso silicatico effettuato sulle khondaliti della Kerala Khondalite Belt, India, e sugli inclusi granulitici di El Hoyazo, Neogene Volcanic Province, Spagna meridionale, con il fine di caratterizzare l`anatessi di rocce metapelitiche. Nelle khondaliti (gneiss granulitici a granato-sillimanite-cordierite), inclusioni di fuso silicatico (inclusioni vetrose, o MI), interpretate come contenenti fuso anatettico, sono state rinvenute per la prima volta in fasi peritettiche di classiche migmatiti metapelitiche, caratterizzate da metamorfismo regionale con fusione parziale a T~900°C e 6-8 kbar. Le caratteristiche petrografiche delle MI, la loro composizione chimica e il loro fabric interno, dovuto alla presenza di fasi cristallizzate, sono state caratterizzate attraverso l`uso del microscopio ottico e di quello elettronico a scansione con emissione di campo (FESEM), l`acquisizione di mappe elementari ai raggi X e le analisi alla microsonda elettronica (EMP) e in spettroscopia Micro-Raman. I granati peritettici contengono aggregati irregolari costituiti da centinaia di MI, le quali vanno da totalmente cristallizzate (nanograniti) a vetrose, spesso con forme a cristallo negativo. I nanograniti presentano dimensioni tra 5 e 25 μm, e contengono un aggregato criptocristallino di Bt+Kfs+Pl+Qtz±Ap, oltre a fasi accessorie (apatite, zircone, rutilo, spinello e occasionalmente ilmenite) che molto probabilmente hanno favorito l`intrappolamento di porzioni di fuso durante la crescita del granato e la conseguente formazione di inclusioni. La grana delle fasi cristalline nei nanograniti è variabile, da pochi nanometri fino ad alcuni micron. Le inclusioni parzialmente cristallizzate contengono un fuso differenziato, che può occupare il 20-60% dell`area dell`inclusione, coesistente con quarzo, K-feldspato e biotite. Le inclusioni vetrose hanno solitamente dimensioni inferiori, 2.5–17.5 µm, a quelle dei nanograniti e costituiscono circa il 15 % delle inclusioni di ogni ammasso. Al loro interno è presente una fase vetrosa, solitamente coesistente con le stesse fasi accidentali riconosciute nei nanograniti. Dati microchimici sul vetro mostrano una composizione riolitica ultrapotassica, con K2O >> Na2O. Il contenuto di acqua stimato dalla differenza da 100 wt% dei totali delle analisi EMP è inferiore a 3 wt%. La presenza di inclusioni vetrose preservate in questo contesto è una scoperta senza precedenti. Il diametro medio delle inclusioni vetrose (8 μm) è inferiore a quello dei nanograniti (13 μm), e si propone che tale differenza di dimensioni abbia influito sulla cristallizzazione delle porzioni di fuso intrappolato, inibendo la nucleazione delle fasi cristalline nella maggior parte delle inclusioni più piccole. I nanograniti sono stati rifusi attraverso l`uso di un tavolino riscaldante ad atmosfera controllata, e successivamente analizzati al fine di ottenere dati sulle loro composizioni totali. Le analisi in microsonda elettronica mostrano in tutte le inclusioni rifuse una composizione molto simile a quella delle inclusioni vetrose preservate. Avendo un chimismo povero in Na, nel diagramma Q-Ab-Or per il sistema aplogranitico questo fuso si trova molto lontano dalla composizione del “minimum melt”, comunemente accettata come rappresentativa di un fuso anatettico prodotto dalla fusione parziale di metapeliti. Tale composizione, sebbene non sia comune, è segnalata in letteratura per magmi riolitici e per prodotti sperimentali, e suggerisce che la fusione parziale di sia avvenuta a temperature superiori a 850°C, in accordo con le condizioni di anatessi proposte per queste rocce. Questi dati mostrano che assumere una composizione da “minimum melt” come rappresentativa non sia corretto nel presente caso di studio, e che non dovrebbe essere considerata quindi una regola generale. La coerenza dei dati microchimici ottenuti e l`attento studio microstrutturale dei campioni, unito all’uso delle opportune tecniche di rifusione, di microanalisi e di correzione dei dati, supportano l`interpretazione delle composizioni ottenute come rappresentative della fase intrappolata nelle inclusioni, e la conclusione che le MI nei granati delle khondaliti contengano porzioni di fuso anatettico. Questo risultato originale costituisce quindi un importante contributo alla conoscenza di fusi anatettici in rocce naturali. Nella seconda parte del progetto di ricerca sono stati studiati gli inclusi granulitici di El Hoyazo. Queste metapeliti, parzialmente fuse, sono state rimosse dalla bassa crosta mentre l`anatessi stava avendo luogo, e contengono abbondante vetro riolitico in livelli e sacche, oltre che in inclusioni vetrose in quasi tutti i minerali della paragenesi. Diversamente dalle rocce sottoposte a metamorfismo regionale e raffreddate lentamente, in questo caso i caratteri microstrutturali dovuti alla fusione parziale sono stati “congelati” dalla rapida risalita dei campioni in un magma in eruzione. Il granato che contiene inclusioni vetrose è stato la prima fase solida prodotta dalla fusione parziale a ~700°C e 5-7 kbar, e, oltre alle MI, contiene numerose inclusioni fluide (FI) intrappolate in condizioni di immiscibilità fuso-fluido e che non presentano evidenze di modificazioni successive alla loro formazione. Lo studio delle FI nei granati degli inclusi a Spl-Crd e a Bt-Grt-Sil è stato condotto attraverso la loro caratterizzazione petrografica, studi microtermometrici, analisi in spettroscopia Micro-Raman, calcoli di bilanci di massa e studi al microscopio elettronico a trasmissione (TEM). Negli inclusi a Spl-Crd le FI sono bifasiche (L+V), da sferiche a tubulari, e spesso contengono grafite come fase intrappolata. Il fluido contenuto nelle inclusioni è una miscela di H2O+CO2+N2±H2S±CH4, con abbondante H2O, fino a 95 mol%. Negli inclusi a Bt-Grt-Sil, le inclusioni fluide nel granato sono monofasiche e contengono una miscela gassosa a CO2+N2. In entrambi i campioni le inclusioni fluide presentano densità in disaccordo con le proposte condizioni di intrappolamento, e suggeriscono che, nonostante il loro aspetto primario preservato, esse si siano riequilibrate durante la risalita. Lo studio al TEM dei granati negli inclusi a Bt-Grt-Sil ha mostrato, alla scala sub micrometrica, la presenza di fratture parzialmente rinsaldate, interpretabili come possibili vie di fuoriuscita di componenti dalle inclusioni fluide. Negli inclusi a Spl-Crd, i dati raccolti sulle biotiti e le inclusioni vetrose, entrambi coesistenti con le inclusioni fluide, dimostrano che un fuso leucogranitico e una fase COH, entrambi ricchi in acqua, sono stati intrappolati a condizioni di temperatura in accordo con quelle proposte per la formazione del granato (c. 700°C). Negli inclusi a Bt-Grt-Sil, invece, la quasi totale decrepitazione delle inclusioni fluide e la conseguente perdita di componenti non hanno permesso la caratterizzazione della composizione originale del fluido intrappolato nel granato. Tuttavia, sulla base dei contenuti in acqua delle inclusioni vetrose coesistenti, si ipotizza che il fluido fosse in origine più ricco in CO2 di quello presente negli inclusi a Spl-Crd. Il presente studio fornisce ulteriori dati sulla caratterizzazione della fusione parziale di metapeliti nella bassa crosta. Infatti, sebbene i risultati mostrino che gli inclusi hanno perso parte dei componenti originali, la composizione del fluido negli inclusi a Spl-Crd molto probabilmente è simile a quella primaria, in accordo con la composizione del fuso coesistente Lo studio di inclusioni fluide e di fuso silicatico in minerali peritettici rappresenta un nuovo tipo di approccio al problema della fusione parziale in rocce naturali, e questa tesi dimostra che è possibile ottenere risultati validi e rappresentativi, sia dal punto di vista petrologico che geochimico, attraverso lo studio di campioni come i nanograniti, con dimensioni micrometriche o inferiori. Il set di dati ottenuto in questo studio amplia gli orizzonti dello studio petrologico della crosta, in quanto per la prima volta la composizione dei fusi crostali può essere analizzata invece che ipotizzata. Lo studio delle MI nelle migmatiti rappresenta inoltre un campo di studio con grandi potenziali di sviluppo, come è stato recentemente confermato dall`individuazione di ulteriori esempi di nanograniti intrappolati in minerali peritettici di differenti basamenti migmatitici. Per quanto riguarda il fluido coesistente col fuso anatettico, l`eccezionale presenza di MI e FI nei granati di El Hoyazo ha permesso l`identificazione e la caratterizzazione del fluido ricco in acqua che era presente in queste metapeliti all`inizio dell`anatessi