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Geology is the Way

Questione di chimica: i cristalli di wollastonite della spiaggia di Norsi (Isola d’Elba)

Le rocce non sono tutte uguali. Prima che mi chiamiate un razzista di rocce, vorrei precisare che quello che intendo è che rocce diverse hanno un chimismo molto diverso, che controlla quali reazioni chimiche possono avvenire, ad esempio quando sono esposte a fluidi idrotermali caldi. Il risultato? Sono dei bellissimi cristalli che si formano solo dove la chimica lo permette:

la costa di Norsi

La costa di Norsi espone un complesso di calcari e argilliti di età Cretacica, conosciuto col nome di Argille a Palombini, sedimenti oceanici deformati dalla subduzione nei primi momenti di vita degli Appennini.

La costa di Norsi è una mostra a cielo aperto che espone delle falesia di argilliti e calcari con un passato turbolento. Queste rocce sono state pesantemente deformate nei primi istanti di vita dell’Appennino Settentrionale, il che ha portato alla frammentazione dei livelli di calcare all’interno delle argilliti (proprio in questo periodo sto lavorando un sacco su queste rocce).

affioramento di calcare e argillite

Strati frammentati di calcari bianchi/giallastri interstratificati in argilliti nere. Argille a Palombini, Norsi, Isola d’Elba.

Forse queste rocce si meritavano un po’ di riposo dopo una deformazione così intensa? Probabilmente si, ma sfortunatamente per loro, l’Elba aveva altri piani. Nel Miocene superiore (circa 6 milioni di anni fa), enormi volumi di magma furono messi in posto al di sotto dell’isola. Il corpo magmatico intrusivo principale nell’area, noto come Plutone di Porto Azzurro, si trova attualmente sepolto un centinaio di metri sotto il livello del mare, al di sotto dell’intera Elba sud-orientale (penisola del Calamita), e affiora principalmente come piccoli dicchi e corpi monzogranitici/leucogranitici, come quello ad est della zona di Norsi, visibile nella carta qui sotto. Le rocce in prossimità del plutone sono state letteralmente cotte dal metamorfismo di contatto a temperature fino a 600-700 °C. Le rocce di Norsi sono state più fortunate, dal momento che sono sfuggite in gran parte al metamorfismo di contatto. Tuttavia, non sono state risparmiate dall’infiltrazione di enormi quantità di fluidi super caldi, rilasciati dalla cristallizzazione del magma.

Questi fluidi caldi (e parliamo di temperature sopra i 400 °C; Zucchi, 2020) hanno fratturato le argilliti nere e depositato calcsilicati verdi (perlopiù epidoto, clorite e anfibolo, ma anche diopside e idrogrossularia) come piccole vene, con uno spessore di alcuni centimetri al massimo. L’interazione tra i fluidi e le argilliti ha prodotto dei sottili aloni di alterazione bianchi arricchiti in quarzo, tutto sommato non molto impressionanti, essendo generalmente più piccoli di una moneta.

vene di calcsilicati in argillite

Le argille a Palombini a Norsi sono piene di queste venette a calcsilicati verdi, depositate dai fluidi caldi che penetravano nelle rocce.

vene di calcsilicati in argillite

Aloni di alterazione bianchi, come quello qui sopra, sono prodotti da reazioni fra i fluidi e la roccia. In pratica, il fluido caldo ‘deruba’ la roccia di ferro, alluminio, e magnesio, lasciandosi dietro un margine arricchito in silice. Tutto ciò avviene ad una scala molto piccola, più piccola di una moneta!

vena di calcsilicati in argillite

La maggior parte di questi calcsilicati sono anfiboli fibrosi (orneblenda o tremolite-actinolite) ma non è raro trovare cristalli verde pistacchio di epidoto o granatini rosa!

La situazione è completamente diversa per i blocchi di calcare. Il calcare è costituito principalmente da carbonato di calcio [CaCO3], calcite. Questo minerale può essere attaccato facilmente da fluidi acidi e si decompone facilmente in ioni calcio [Ca2+] e carbonato [CO32-] ad alta temperatura (reazione di decarbonatazione). Il calcare è inoltre chimicamente molto diverso dai fluidi idrotermali rilasciati dal plutone, che sono tipicamente ricchi in silice disciolta [SiO2]. Di conseguenza, questi blocchi di calcare venivano attaccati facilmente da questi fluidi idrotermali super caldi, divenendo terreno fertile per diverse reazioni chimiche. I minerali carbonatici, infatti, reagivano con la silice ed altri elementi e venivano sostituiti da calcsilicati (minerali di calcio e silice), in genere a partire dal contatto con le argilliti circostanti, lungo cui i fluidi circolavano:

In molte situazioni,  queste reazioni furono in grado di andare a completamento, causando la ricristallizzazione del calcare in un marmo con bellissimi cristalli fibroso-raggiati di wollastonite, uno skarn a wollastonite.

La wollastonite è un silicato di calcio con formula CaSiO3 che si forma dalla reazione fra calcite in decomposizione (che libera Ca) e la SiO2 portata dal fluido. A Norsi la si può trovare come bellissimi aggregati fibroso-raggiati che possono raggiungere diversi centimetri di diametro! Altri calcsilicati verdastri (perlopiù anfibolo ed epidoto) si trovano invece in prossimità del contatto con le argilliti circostanti, dal momento che contengono anche altri elementi, come ferro ed alluminio, che vengono rilasciati dai fillosilicati presenti nelle argilliti.

skarn a wollastonite

Aggregati fibroso-raggiati di wollastonite circondati da carbonati bianchi ricristallizzati.

cristalli di wollastonite

Questo aggregato era largo circa 4-5 cm (mi dispiace per la mancanza di scala, ma stava su un muro verticale!).

Pensate che queste rocce sono belle a scala dell’affioramento? Beh, aspettate di vederle al microscopio allora! [scorrete due volte da destra e godetevi la vista!]

NX + LA
NX + LA
NX + LA
NX
NX
N//
N//

Introduzione alla serie MICROMEGA
Micromega markerQuesto è solo il primo di una lunga serie di post che mostreranno le rocce a scala da mega- a micro. La geologia studia le rocce a diverse scale di osservazione che per me non si possono separare! Personalmente non potrei immaginare di guardare le rocce sul terreno senza vedere anche dei campioni al microscopio o di osservare delle sezioni sottili senza sapere da che rocce vengono: questa è la filosofia che sta dietro alla serie MICROMEGA. Cercate il segnalino verde di MICROMEGA sulla mappa!

NX + LA
NX + LA
NX + LA
NX
NX
N//
N//

Al microscopio, la wollastonite (i cristalli fibrosi con colori bruno/giallastri) sono così grossi in questo campione che semplicemente non ho modo di farli entrare in un unico scatto (il campo dell’immagine è di soli 3 mm). Come potete vedere, c’è ben poco del calcare originario rimasto in queste rocce. La calcite (il minerale trasparente a N// con alti colori di interferenza a NX) è ricristallizzato in cristalli a grana grossa a causa del calore mentre la wollastonite si sta praticamente ‘mangiando’ la calcite e prendendone il calcio per crescere (il calcio fa bene alle ossa e la wollastonite lo sa!).

wollastonite fibrosa

Aggregati raggiati di wollastonite fibrosa, associati a calcite ed altri (piccoli) calcsilicati nello Skarn di Norsi. NX. Larghezza: 3 mm.

Raramente si possono osservare altri minerali oltre alla wollastonite, almeno qui nel nucleo del calcare ricristallizzato (sul bordo c’è un mondo di minerali che vi mostrerò un’altra volta). Tuttavia, ci sono anche alcuni accessori interessanti che possono dire di più dell’evoluzione di queste rocce. Per esempio, ho trovato questo bordo di diopside cresciuto sopra un nucleo di wollastonite (video qui sotto, vista 3 mm, a N//). Il diopside è costituito da calcio, silice e magnesio [CaMgSi2O6], perciò mi chiedo se la sua presenza indichi l’ingresso di un po’ di magnesio nella roccia ad un certo punto, oppure che fosse presente anche della dolomite [CaMg(CO3)2] che ad un certo punto si è destabilizzata? Ad ogni modo, grazie a questa bellissima microstruttura si vede chiaramente che il diopside si è formato dopo la wollastonite. Questo è qualcosa che si può capire solo dall’osservazione al microscopio e che non era assolutamente visibile sul terreno!

Perché gli skarn, come questo, sono importanti?
Skarn è un vecchio termine minerario svedese usato per descrivere una ‘roccia di scarto’, perché queste rocce si trovano normalmente attorno a giacimenti ad ossidi e solfuri, dove elementi commercialmente importanti come ferro, rame, tungsteno, argento ed oro possono essere ritrovati. L’Elba è famosa per le sue miniere a pirite ed ematite e per gli skarn che circondano i giacimenti minerari. Il termine ‘roccia di scarto’ trae secondo me in inganno: gli skarn offrono infatti una vasta gamma di informazioni su come un giacimento si è formato, dal momento che preservano strutture che indicano come reazioni chimiche, trasporto di elementi chimici ed interazione fra fluidi e roccia sono avvenute. Sfortunatamente non ci sono molti studi sugli skarn elbani ma – chi lo sa – magari questo post motiverà qualche futuro ricercatore Elbano 😊. Nel frattempo, restate sintonizzati per i prossimi post!

Voglio ringraziare Sandra McLaren, Silvio Ferrero, Marta Codeço, Ellie, Morgan, e Jerry Nelson per aver supportato il mio blog! Se anche voi volete sostenermi ed aiutarmi nella realizzazione dei miei post, potete farlo offrendomi un caffé su ko-fi!

Bibliografia
Keller & Pialli (1990). Bollettino della Società Geologica Italiana109(2), 413-425.
Zucchi (2020). Geothermics85, 101765.
Papeschi, Vannucchi, Hirose & Okazaki (2022). Tectonics, 41(7), e2021TC007164.

La carta geologica mostrata sopra è stata ritagliata da Barberi et al. (1967). Carta geologica dell’Isola d’Elba alla scala 1:25000. In assoluto la carta geologica più bella mai realizzata per l’isola!

Una galleria intera con molte altre microfoto è disponibile nelle pagine wollastonite e skarn.

2 commenti su “Questione di chimica: i cristalli di wollastonite della spiaggia di Norsi (Isola d’Elba)”

  1. Ciao!
    Questo commento è fuori posto, scusami… Io a Norsi ho solo fatto una luuunga nuotata 🙂
    Ti scrivo qui perché non ho trovato il modo di farlo altrove.
    Mi è stata utile la pagina sulla classificazione delle rocce magmatiche, con diagramma QAPF ed indice di colore.
    Ma mi resta un dubbio… Come si calcola M? En passant, osservo poi che manca la descrizione di F.
    Grazie!
    P.S.
    Hai meritato il caffè (un po’ caro… :-), inflazione a parte)

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