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Geology is the Way

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Biotite

Monoclina

 K2(Mg,Fe2+)6-4(Fe3+,Al,Ti)0-2[Si6-5Al2-3O20](OH,F)4

La biotite, nota anche come mica nera, è un fillosilicato femico fondamentale che si ritrova in molte rocce ignee e metamorfiche. Il nome gli è stato dato in onore dello scienziato francese Jean-Baptiste Biot, che ha dedicato la sua vita allo studio delle proprietà ottiche delle miche.

Struttura e chimismo
Le biotiti sono un gruppo di fillosilicati triottaedrici. Sono caratterizzate da una pila di ‘fogli’ di tetraedri (Si,Al)O4 uniti come anelli a sei lati che si estendono all’infinito in due dimensioni e strati triottaedrici tipo ‘brucite’, dove ogni anione (O2- or OH–) è circondato da 3 cationi (Mg, Fe) in coordinazione ottaedrica. Ogni foglio triottaedrico (O) si trova fra due strati tetraedrici (T): questa struttura si ripete indefinitamente, perpendicolarmente ai fogli. I ‘sandwich’ T-O-T sono separati da grossi siti cationici che contengono K+ (cationi interstrato).

struttura cristallina della biotite

Schema della struttura cristallina della biotite, vista perpendicolarmente ai fogli (parallela all’asse c) e con inclusa una vista in pianta dei fogli tetraedrici. Basata su Deer et al. (1992).

Le biotiti rappresentano una soluzione solida tra annite – flogopite e siderofillite – eastonite. Questa soluzione solida è controllata da due sostituzioni principali: la sostituzione ferromagnesiaca (Fe → Mg) e la cosiddetta sostituzione Tschermak, ovvero la contemporanea sostituzione di Al → (Fe,Mg) nel sito triottaedrico bilanciata da Al → Si nel sito tetraedrico. Le biotiti possono anche contenere delle vacanze, ovvero dei siti ottaedrici vuoti, e accomodare molti altri cationi fra cui Ti4+, Fe3+, Mn2+, e Li+ nei siti ottaedrici. Il Ti4+ può anche entrare nei siti tetraedrici, mentre il K+ nei siti interstrato può essere sostituito da altri elementi con grande raggio ionico (Na, Ca, Ba, Rb, Cs…). Elementi alogeni – F– e Cl– in particolare – possono sostituire gli ioni (OH)– nella struttura.

chimica della biotite

La biotite costituisce una soluzione solida fra i quattro termini mostrati in figura. La maggior parte delle biotiti naturali giacciono nel campo grigio. Modificato da Deer et al. (1992).


Cristalli di biotite con abito lamellare a base pseudo-esagonale e piani di sfaldatura basali ben sviluppati su ortoclasio. Dimensioni: 7.8 x 6.4 x 3.2 cm. Erongo Mountains, Namibia. Ex collezione Charlie Jey. Foto di Robert M. Lavinsky.

Proprietà
Abito: appiattito, lamellare, con faccia basale pseudo-esagonale
Durezza: 2 – 3
Sfaldatura: sfaldatura basale perfetta su {001}
Geminazione: {001} piano di geminazione – [310] asse
Colore: nero, marrone scuro, marrone metallico, giallo
Lucentezza: vitreo, micaceo (alta riflettività)
Struscio: bianco
Alterazione: clorite
In sezione sottile…
α(α^c basso): 1.530-1.625
β(//b): 1.557-1.696
γ(γ^a = 0-9°): 1.558-1.696
2Vα: 0-25°
Colore: da incolore fino a marrone, giallo, verde, e rossastra
Pleocroismo: forte, marrone/giallo/verde/bruno rossastro da chiaro a scuro (α < β = γ)
Birifrangenza (δ): 0.028-0.080 (alti colori interferenza comunemente mascherati dalla colorazione bruna)
Rilievo: moderato, più alto della mica bianca
Segno ottico: –
[Mindat]

Caratteristiche di terreno

abito cristallino della biotite

Abito della biotite e posizione degli assi ottici e cristallografici. Basato su Deer et al. (1992).

La biotite sul terreno è facilmente identificabile grazie al caratteristico abito, sfaldatura, e lucentezza. Anche dei cristalli molto piccoli di biotite tendono, infatti, ad avere abito lamellare o appiattito e a riflettere molto bene la luce (lucentezza micacea). Il colore è spesso scuro (bruno-nero) fino a giallastro per le varietà più ricche in Mg (flogopite). La biotite presenta una sfaldatura basale perfetta, che può essere osservata come traccia sulle sezioni prismatiche e che causa la forte riflettività delle sezioni basali. L’assenza di tracce di sfaldatura sui piani basali permette di distinguere la biotite dal pirosseno e dall’anfibolo, quando l’abito prismatico allungato di questi ultimi non è evidente. La biotite può essere distinta dalla mica chiara per via del suo colore molto più scuro. La durezza della biotite è molto bassa (2.5 – 3.0) e si può rompere facilmente con le mani lungo i suoi piani basali di sfaldatura.

muscovite e biotite

Le miche presentano la caratteristica sfaldatura basale che permette loro di rompersi come lamine sottili. Questo esempio mostra biotite (a sinistra) e muscovite (a destra). Foto di Siim Sepp (sandatlas.org).

sabbia di mica

Le miche sono fortemente riflettenti, grazie alla loro sfaldatura basale perfetta e il colore metallico, Si identificano facilmente anche quando sono molto piccole. Questa sabbia contiene granuli di biotite nera e mica bianca (muscovite). Campo: 20 mm. Foto di Siim Sepp (Sandatlas.org).

Biotite in sezione sottile
L’abito lamellare della biotite è facilmente riconoscibile in sezione sottile: le sezioni basali (001) appaiono a sei lati o pseudoesagonali, le sezioni prismatiche come rettangoli o lamine molto sottili. Queste sezioni possono mostrare la caratteristica sfaldatura basale della biotite. La biotite è fortemente colorata (marrone/verde) e mostra alti indice di rifrazione (e quindi rilievo) rispetto ad altre miche. Il caratteristico pleocroismo molto forte della biotite (marrone/giallo/verde da chiaro a scuro) è visibile a N// sulle sezioni prismatiche allungate. I colori di pleocroismo sono massimi quando il lato lungo della biotite è orientato parallelamente al polarizzatore (di solito orizzontale o E-W). La tormalina può mostrare un pleocroismo molto simile ma i suoi colori sono più scuri quando il suo asse lungo è verticale o perpendicolare al polarizzatore (quindi a 90° rispetto alla biotite). Lo stilpnomelano pure mostra un pleocroismo ed un abito simili alla biotite. Fortunatamente, lo stilpnomelano non solo ha una sfaldatura basale meno perfetta ma può inoltre mostrare un secondo sistema di sfaldature imperfette orientate perpendicolarmente alle sfaldature basali. La flogopite (il termine ricco in Mg della biotite) è anch’essa pleocroica, ma con colori dal giallo pallido al giallastro. A NX, gli alti colori di interferenza della biotite sono generalmente mascherati dalla sua colorazione brunastra. La biotite si altera comunemente in clorite. La biotite può presentare inclusioni aghiformi di rutilo, che si sviluppano per smescolamento di TiO2 dalla biotite e che seguono un andamento esagonale. La biotite include comunemente zirconi, che sono circondati da aloni scuri, pleocroici (o aureole metamittiche), che si formano quando il reticolo della biotite viene bombardato dalle particelle prodotte dal decadimento radioattivo di U, Th e altri elementi pesanti contenuti nello zircone.

biotite in sezione basale

Sezione basale (pseudoesagonale) di biotite con ‘tessitura sagenitica’, ovvero inclusioni aghiformi di rutilo che si intersecano a circa 60°. Immagine a N//. Foto di Alessandro da Mommio (alexstrekeisen.it).

cristalli di biotite

Molteplici cristalli di biotite (tonalità sul marrone) in una riolite associati a fenocristalli di feldspati e quarzo (bianchi, trasparenti). La biotite mostra tonalità variabili che cambiano con l’orientazione rispetto al polarizzatore, a causa del suo forte pleocroismo. Immagine a N//. Campo: 7 mm. Foto di Alessandro da Mommio (alexstrekeisen.it).

NX
NX
NX
N//
N//

Sopra: Cristalli di biotite (marrone, pleocroica a N//) che definiscono la foliazione in uno scisto di alto grado. Notare la sfaldatura basale ben sviluppata. Gli altri minerali visibili sono quarzo e feldspato alcalino (trasparenti a N//, grigio del prim’ordine a NX). Campo: 1.2 mm. Foto: Samuele Papeschi/Geology is the Way.

NX
NX
NX
N//
N//

Sopra: Cristalli lamellari di biotite (marroni a N//, alti colori di interferenza a NX) associati a cordierite alterata (giallastra). Scisti del Calamita (Isola d’Elba, Italia). Campo: 1.2 mm. Foto: Samuele Papeschi/Geology is the Way.

NX
NX
NX
N//
N//

Sopra: Cristallo di biotite alterato in clorite. Alcune lamelle più brunastre di biotite sono ancora visibili, circondate da clorite verdastra/grigiastra. Valle del Posada, Sardegna (Italia). Campo: 1 mm. Foto: Samuele Papeschi/Geology is the Way.

Ritrovamento
La biotite è un minerale femico comune a moltissime rocce. Nelle rocce ignee, è tipica dei granitoidi ma si può trovare anche in pegmatiti, granodioriti, tonaliti e dioriti. Le varietà flogopitiche si possono trovare in rocce a feldspatoidi e in kimberliti. In alcuni casi, la biotite è stata ritrovata anche in rocce mafiche come le noriti. La biotite è meno comune nelle rocce vulcaniche, dal momento che tende a destabilizzarsi e ad essere sostituita da altri minerali a bassa pressione, ma si può comunque ritrovare come relitti parzialmente riassorbiti.
Nelle rocce metamorfiche, la biotite è un’importante fase di K e (Fe,M) dal basso grado fino a condizioni di alto grado metamorfico. Nella facies degli scisti verdi superiori, la biotite compare in rocce metapelitiche/metasedimentarie da reazioni che consumano la muscovite, la clorite e il K-feldspato. Una volta formata, la biotite può coesistere con altri minerali ferromagnesiaci come la cordierite, la staurolite, il cloritoide o il granato. Nelle rocce metabasiche, la biotite può essere presente in facies anfibolitica, originandosi da reazioni fra la muscovite e l’anfibolo. Ad alto grado, la biotite si destabilizza alla facies anfibolitica superiore/granulitica formando ortopirosseno e K-feldspato, spesso in presenza di fuso. La biotite non è stabile ad alta pressione e, a scisti blu, viene rimpiazzata da muscovite e clorite.
La biotite si può trovare anche nelle rocce sedimentarie come minerale detritico.

Riferimenti bibliografici
Bailey, S. W. (2018). 1. Classification and structures of the MICAS. Micas, 1-12.
David, R. W., & Hans, P. E. (1965). Stability of biotite: experiment, theory, and application. American Mineralogist: Journal of Earth and Planetary Materials, 50(9), 1228-1272.
Eggleton, R. A., & Banfield, J. F. (1985). The alteration of granitic biotite to chlorite. American Mineralogist, 70(9-10), 902-910.
Guidotti, C. V. (1984). Micas in metamorphic rocks. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 13(1), 357-467.

        

Vedi anche
Sandatlas.org – Biotite

Risorse in Italiano
Alexstrekeisen.it – Biotite
Glauco Gottardi – I minerali
Klein – Mineralogia
Klein & Philpotts – Mineralogia & Petrografia
Peccerillo & Perugini – Introduzione alla petrografia ottica

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