Compressibility and thermal expansion of garnets with compositions typical of inclusions in diamonds

La maggior parte dei diamanti si sono formati nel mantello litosferico subcratonico, e più precisamente nella porzione di mantello definita in inglese come ‘diamond window’. Solo l’1% di questi diamanti contiene altre fasi minerlai incluse. Nonostate la loro rara ricorrenza sono molto importanti nelle Scienze della Terra, in quanto rappresentano gli unici campioni che contengono al loro interno le fasi minerali del mantello terrestre più profonde e non alterate che vengono studiate oggigiorno. Per questo motivo la determinazione della loro pressione di formazione, e quindi della loro profondità di provenienza, è di rilevante importanza per determinare le condizioni chimico-fisiche dell’ambiente in cui si sono formati. Nella maggior parte dei casi la pressione di provenienza di tali campioni viene determinata applicando la geobarometria classica, che si basa sul partizionamento degli elementi chimici tra i minerali costituenti il mantello. Questo metodo però può venir utilizzato soltanto in rari casi, ovvero quando all’interno dello stesso diamante sono presenti le fasi minerali adatte. Per questo motivo negli ultimi decenni è stato sviluppato un metodo alternativo, definito come metodo elastico. Questo metodo permette la determinazione della pressione di formazione considerando la pressione residua, definita come Pinc, alla quale è soggetto il minerale incluso in condizioni superficiali, ovvero a pressione e temperatura ambiente. La Pinc è dovuta alle differenze nelle propietà termoelastiche (compressibilità ed espansività) del diamante e dell’incluso. In linea di principio il metodo elastico può essere applicato a qualsiasi diamante contenente una o più fasi minerali incluse, ma è necessaria l’accurata conoscienza dei parametri termoelastici sia del diamante che del minerale incluso. Dal momento che in passato i parametri termoelastici del diamante sono già stati determinati con accuratezza, nel presente lavoro di tesi mi sono focalizzata sulla determinazione del bulk modulus ed espansione termica dei granati, che assieme alle olivine sono le fasi minerali più abbondanti incluse nei diamanti. A causa della complessa variabilità composizionale dei granati è molto importante studiare come le proprietà termoelastiche dei granati variano con la composizione chimica. Questo può IV" " essere determinato solamente studiando le proprietà elastiche dei termini estremi, quali il piropo, l’almandino, la grossularia e l’uvarovite. Per questo motivo durante il lavoro della presente tesi sono stati determinati dei nuovi valori del bulk modulus e dell’espansione termica di piropo (Mg3Al2Si3O12), almandino (Fe3Al2Si3O12), grossularia (Ca3Al2Si3O12) e uvarovite (Ca3Cr2Si3O12). Questi parametri sono stati determinati tramite esperimenti di diffrazione a raggi-X ad alta pressione e temperatura in-situ. In conclusione sono state determinate le proprietà elastiche di un cristallo singolo sintetico di composizione eclogitica (i.e. Py51Al22Gr27). Per verificare se la variazione del bulk modulus misurata può essere calcolata considerando una soluzione solida ideale, è stato fatto un semplice calcolo di media pesata. A questo punto le pressioni di intrappolamento di un granato eclogitico sono state calcolate con il metodo elastico in condizioni di mantello litosferico subcratonico considerando i valori termoelastici calcolati e misurati. I risulatati ottenuti evidenziano la minima differenza tra la pressione di intrappolamento calcolata con il coefficiente misurato e calcolato, che è di soli 0.03 GPa, nell’intera regione termica considerata (1000-1800 K). Tale differenza nel calcolo della pressione corrisponde a una differenza nella profonditá di formazione di solo 1 km. Nonostante le ulteriori complicazioni che potrebbero comparire con l’applicazione del metodo elastico, come per esempio la presenza di soluzioni solide più complesse e la presenza di fratture, questo risultato dimostra chiaramente la potenzialità del metodo elastico nel calcolare le pressioni di intrappolamento con incertezze di un’ordine di grandezza inferiori a quelle calcolate con la geobarometria classica.