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Enclave magmatiche e mescolamento tra magmi

Gli inclusi o enclavi magmatiche (in inglese enclaves) sono inclusioni di rocce ignee a composizione generalmente da mafica a intermedia all’interno di rocce ignee a composizione più evoluta che sono considerate come il risultato del mescolamento meccanico e chimico tra due magmi fusi in una camera magmatica.

Mescolamento tra magmi
Magmi con composizione diversa interagiscono comunemente nelle camere magmatiche, producendo una vasta gamma di magmi ibridi che sono il prodotto del mescolamento tra due (o più magmi). Nella maggior parte dei casi, il processo di mescolamento giunge al completamento lasciando solo alcuni indizi geochimici e petrografici, come una segnatura geochimica ibrida o la presenza di zonature inverse o oscillanti nei fenocristalli, che indica l’arrivo di impulsi magmatici successivi nella camera magmatica. Questo avviene perché il mescolamento tra magmi avviene spesso tra magmi di composizione relativamente simile o in profondità durante l’ascesa del magma, il che permette alla maggior parte dei magmi di mescolarsi e omogenizzarsi. Tuttavia esistono moltissimi casi documentati in cui il mescolamento tra magmi rimane incompleto e si lascia dietro delle enclave magmatiche che sono ben visibili sul terreno.

mescolamento tra magmi schema

Il mescolamento di due magmi può lasciare come testimoni delle enclavi magmatiche, che indicano un mescolamento incompleto, o produrre un nuovo magma, di composizione ibrida tra i magmi di partenza. Maggiori dettagli.

Caratteristiche delle enclave magmatiche
Le enclave magmatiche, anche dette inclusi mafici o inclusioni mafiche microgranulari, si ritrovano come masse tondeggianti o lobate di rocce ignee scure a grana fine all’interno di rocce ignee di composizione differente. Diversamente dagli xenoliti – che sono frammenti di rocce solide rimasti intrappolati nel magma durante la sua risalita e messa in posto – le enclave magmatiche derivano dal mescolamento meccanico e chimico incompleto tra due magmi di composizione differente. Le enclave magmatiche variano di dimensioni da alcuni millimetri a diversi metri e, in generale, si ritrovano associate in gruppi di inclusioni di dimensioni differenti. Le enclave magmatiche mostrano quasi universalmente una composizione mafica o intermedia e sono trovate all’interno di corpi ignei più evoluti, come intrusioni granitiche e granodioritiche o flussi lavici riolitici e dacitici. Questo avviene perché l’interazione tra un magma caldo basaltico/andesitico e un magma granitico più freddo e viscoso causa il rapido raffreddamento e la cristallizzazione del magma più mafico, permettendo la preservazione di strutture che indicano un mescolamento incompleto dei due fusi. Il ritrovamento di enclave magmatiche in rocce vulcaniche indica tipicamente che il mescolamento tra due magmi diversi stava avvenendo in profondità nella camera magmatica prima di un’eruzione. In molti di questi casi, si pensa sia stato proprio l’arrivo di nuovo magma ed il conseguente mescolamento nella camera magmatica ad innescare l’eruzione. 

Diverse strutture associate alle enclave magmatiche, che indicano mescolamento tra due magmi fusi, possono essere osservate in terreno e in sezione sottile:

  • Le enclave sono comunemente mafiche (di colore scuro) e si ritrovano in rocce granitiche/riolitiche.
  • La forma delle enclave varia da sferoidale a irregolare ma mostra sempre dei contorni tondeggianti. Queste forme sono tipiche dell’interazione fra due liquidi di diversa viscosità (pensate ad esempio a delle gocce d’olio nell’acqua).
  • Le enclave si deflettono/deformano attorno a oggetti solidi presenti nel magma che le ospita, come fenocristalli, che si erano già formati quando i due magmi hanno iniziato a mescolarsi.
  • Le enclave magmatiche possono contenere xenocristalli derivanti dal magma circostante, che possono essere corrosi dal magma mafico.
  • Il magma mafico nella enclave subisce un raffreddamento molto rapido perché è circondato da magma felsico, più freddo. Come risultato le enclave mafiche cristallizzano a grana da fine a molto fine. Al contrario, le rocce felsiche circostanti tendono ad essere a grana grossa (nel caso in cui le enclave si trovino in rocce intrusive). Anche piccole venette di iniezione di granito nelle enclaves non mostrano una diminuzione di grana.
  • Grosse enclave sono comunemente circondate da enclave più piccole, talora organizzate in treni di corpi ovali. Queste strutture sono indicative del progressivo spargimento di masse di magma mafico nel circostante fuso acido durante il mescolamento.
  • Le enclaves possono essere coinvolte nel flusso del magma circostante e quindi essere deformate in modo duttile e parallelizzate ad una foliazione magmatica. Deformazione duttile localizzata nelle enclaves e assente nelle rocce circostanti indica che erano quasi totalmente solidificate mentre il magma circostante stava fluendo.
  • Un bordo di reazione di composizione ibrida può svilupparsi al contatto tra l’enclave mafica e le circostanti rocce felsiche. Questo bordo è comunemente di composizione tonalitica (biotite-plagioclasio) e indica mescolamento chimico parziale tra i due magmi.
  • Microstrutture che possono svilupparsi durante il mescolamento tra magmi sono una zonatura oscillatoria o inversa (ad esempio in fenocristalli di plagioclasio) e il riassorbimento di alcuni cristalli che si trovano in disequilibrio con il magma dopo il mescolamento.
strutture delle enclave mafiche

Le enclave magmatiche sono associate con molteplici strutture che indicano come il mescolamento tra i due magmi sia avvenuto prevalentemente allo stato liquido. Maggiori dettagli.

Interazione tra oggetti solidi nel magma ed enclave mafiche


Sopra: l’enclave mafica scura sulla destra ha incontrato un megacristallo di feldspato alcalino durante il mescolamento con il monzogranito circostante. Il megacristallo ha ‘punzecchiato’ la superficie dell’enclave, non riuscendo a romperne la tensione superficiale. Monzogranito del Monte Capanne, Elba, Italia.


Sopra: xenocristalli di feldspato alcalino originatosi nel monzogranito circostante che sono stati parzialmente corrosi dal magma mafico nell’enclave (notare l’abito anedrale). Dallo stesso affioramento dello slider precedente. 

Esempi di enclaves in rocce intrusive

inclusi mafici in monzogranito

Inclusi mafici di dimensioni variabili nel monzogranito. Monzogranito del Monte Capanne, Sant’Andrea, Isola d’Elba. [vedi post]

enclave mafica in monzogranito

Inclusione mafica microgranulare (notare la grana molto fine) in monzogranito. Monzogranito del Monte Capanne, Sant’Andrea, Isola d’Elba. [vedi post]

enclave mafiche in granodiorite

Enclaves mafiche nella granodiorite di Neves, in Alto Adige. Le enclaves mafiche sono intruse da numerose venette di materiale granodioritico, ma mantengono sempre dei contorni tondeggianti, seppur irregolari. [vedi post]

enclave mafiche in granodiorite

Enclavi mafiche di forma irregolare e dai contorni arrotondati circondate da rocce granodioritiche a Neves, in Alto Adige. [vedi post]

Esempi di enclaves in rocce vulcaniche

enclave di basalto in dacite

Enclave basaltiche circondate da dacite eruttate nell’eruzione del 14 Maggio 1915 del Vulcano Lassen (Lassen Volcano National Park, California, USA). Il basalto è a grana molto fine dal momento che è solidificato rapidamente al contatto con la dacite. Il mescolamento dei due magmi ha, molto probabilmente, innescato l’eruzione. Foto di Joyce Cory.

enclave di basalto in dacite con xenocristalli

Dettaglio di una delle inclusioni basaltiche nella dacite emessa dal Vulcano Lassen. Notare che il basalto contiene fenocristalli di plagioclasio che derivano dalla dacite circostante. Foto di Jamest St. John.

Mescolamento tra dicchi sin-plutonici e rocce intrusive
La maggior parte delle intrusioni granitiche e granodiorite permane parzialmente fusa nella crosta per migliaia fino a milioni di anni come crystal mush, ‘zupponi’ caldi costituiti da cristalli solidi e un contenuto molto basso di frazione fusa. A causa dell’elevato contenuto di materiale solido, un crystal mush è estremamente viscoso e può essere tagliato da dicchi ignei riempiti da magma. Tuttavia, dacché un pò di materiale fuso è ancora presente nell’intrusivo circostante, i dicchi possono venire deformati lentamente dopo la loro intrusione ed essere tagliati a loro volta da venette di magma derivanti dall’intrusivo circostante. I dicchi mafici in particolar modo sono più caldi delle intrusioni granitiche e possono scaldare il granito circostante, aumentando localmente la frazione di materiale granitico fuso. Strutture che indicano relazioni di cross-cutting reciproche fra dicchi e le rocce intrusive circostanti e strutture come contorni lobati/ondulati o venette di iniezione al contatto, indicano che entrambi i magmi erano parzialmente fusi, ovvero che il dicco può essere classificato come sin-plutonico.

dicco mafico intruso in magma parzialmente fuso
Relazioni di intrusione reciproca tra un dicco mafico e la granodiorite circostante. Il dicco è stato esteso in modo duttile e iniettato da venette di granodiorite. Il contatto fra le due rocce è lobato e molto ondulato, il che indica che entrambe erano in parte fuse al momento dell’intrusione. C’è anche un bordo più scuro a grana fine di granodiorite al contatto, che potrebbe essersi formato per mescolamento parziale tra i due magmi (Neves, Alto Adige, Italia) [vedi post].

Bibliografia
Barbarin, B., & Didier, J. (1992). Genesis and evolution of mafic microgranular enclaves through various types of interaction between coexisting felsic and mafic magmas. Transactions of the Royal Society of Edinburgh Earth Sciences83, 145-153.
Baxter, S., & Feely, M. (2002). Magma mixing and mingling textures in granitoids: examples from the Galway Granite, Connemara, Ireland. Mineralogy and Petrology76(1-2), 63-74. Japan. Journal of Volcanology and Geothermal Research154(1-2), 103-116.
Snyder, D., Crambes, C., Tait, S., & Wiebe, R. A. (1997). Magma mingling in dikes and sills. The Journal of Geology105(1), 75-86.
Vernon, R. H. (1984). Microgranitoid enclaves in granites—globules of hybrid magma quenched in a plutonic environment. Nature309(5967), 438-439.
Vernon, R. H., Etheridge, M. A., & Wall, V. J. (1988). Shape and microstructure of microgranitoid enclaves: indicators of magma mingling and flow. Lithos22(1), 1-11.
Vernon, R. H. (1990). Crystallization and hybridism in microgranitoid enclave magmas: microstructural evidence. Journal of Geophysical Research: Solid Earth95(B11), 17849-17859.
Magmas and Magmatic Rocks: An Introduction to Igneous Petrology
Petrology: Principles and Practice
        

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