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Geology is the Way

Tormalina

Trigonale

XY3Z6Si6O18(BO3)3(O,OH)3(O,OH,F)

Il gruppo della tormalina è una famiglia di ciclosilicati che contengono elementi alcalini (Na, Ca e persino Li), Fe e Mg. Membri di spicco del gruppo della tormalina sono l’elbaite, la sciorlite e la dravite, che rappresentano accessori comuni di rocce ignee e metamorfiche (specialmente pegmatiti) e che sono molto apprezzate come gemme, per la loro bellezza e l’elevata durezza (7 sulla scala di Mohs). ‘Tourmali’ è una parola singalese usata localmente per descrivere le gemme colorate provenienti dallo Sri Lanka (Ceylon), ritenute essere zirconi in epoca coloniale. Quando alcuni di questi ‘zirconi’ arrivarono nei Paesi Bassi, venne scoperto che si trattava di un nuovo minerale, che prese infine il nome di ‘tourmalin’ e ‘tourmaline’ da Rinmann (1766) e Richard Kirwan (1794).

Struttura e chimismo
La tormalina è caratterizzata da formula generale XY3Z6Si6O18(BO3)3(O,OH)3(O,OH,F). I tetraedri contenenti il Si sono organizzati in anelli ditetraedrici con formula Si6O18 che giacciono sul piano basale della tormalina (0001) e i cui vertici puntano nella stessa direzione e sono orientati parallelamente all’asse c. I siti ottaedrici Y e Z della tormalina sono coordinati da ioni O, OH ed F e sono organizzati in strutture ditrigonali, in cui i siti Y formano un ‘anello’ interno di 3 ottaedri che condividono uno spigolo fra di loro e i siti Z costituiscono un anello più esterno di 6 ottaedri che condividono uno spigolo con i siti Y. Il sito anionico (O, OH, F) è centrato fra gli ottaedri Y, mentre i siti (O,OH)3 giacciono al contatto tra due ottaedri Z e un ottaedro Y. Il sito Y è più grosso del sito Z e contiene Mg, Fe2+, Mn, Al e Li, mentre in Z si concentrano Al, Fe3+ e Mg. Infine, i gruppi triangolari [BO3] sono orientati sul piano (0001) perpendicolarmente a c e condividono due angoli con i siti Z ed uno col grosso sito cationico X, che contiene Na, Ca, K o può essere vacante. Questa struttura, mostrata in modo semplificato nell’immagine qui sotto è impilata lungo l’asse c in modo che il sito X si trovi sopra l’anello tetraedrico e sia a sua volta sormontato dal doppio anello di siti ottaedrici X ed Y e dai gruppi [BO3] (vedi sotto, a destra).

tormalina struttura cristallina schema

Schema semplificato della struttura cristallina, vista sul piano basale (0001) (a sinistra) e con un dettaglio dell’impilamento dei siti tetraedrici e cationici lungo c (destra). Modificato da Deer et al., (1992).

Le tormaline possono essere suddivise in base all’occupanza del sito X (secondo Hawthorne & Henry, 1999): tormaline ad elementi alcalini (X = Na), tormaline di calcio (X = Ca) e tormaline a sito X vacante (X = ). In secondo luogo, nomi specifici possono essere assegnati in base al contenuto dei siti Y e Z. Ci sono svariati minerali nel gruppo della tormalina (lista completa su Mindat), ma le specie più comuni sono la dravite [NaMg3Al6Si6O18(BO3)3(OH)3(OH,F)], la sciorlite [NaFe2+3Al6Si6O18(BO3)3(OH)3(OH,F)], l’elbaite [Na(Li1.5Al1.5)Al6Si6O18(BO3)3(OH)3(OH,F)] (tutte tormaline ad elementi alcalini), l’uvite [CaMg3MgAl5Si6O18(BO3)3(OH)3(OH,F)], e la liddicoatite [Ca(Li2Al)Al6Si6O18(BO3)3(OH)3(OH,F)] (appartenenti al sottogruppo delle tormaline di calcio). Tutte le tormaline possono avere varietà ossi-, idrossi- e fluor-, a seconda del contenuto dei siti anionici (es: idrossielbaite, se i siti anionici di un’elbaite contengono in prevalenza OH). Le tormaline naturali sono caratterizzate da molteplici sostituzioni anioniche e cationiche (in primo luogo, Fe2+ → Mg, Fe3+ → Al, Na  K) che causano estese soluzioni solide. La soluzione solida fra le tormaline ad elementi alcaline e di calcio è guidata dalla sostituzione di Na+ per Ca2+ nel sito X bilanciata dalla sostituzione di Al3+ per Mg2+ nel sito Z. Le tormaline possono inoltre incorporare una vasta gamma di elementi in traccia come Mn, Ti, Cr, Ni e V e per questo motivo rappresentano dei ‘minerali pattumiera’ dal punto di vista geochimico.

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Associazione di cristalli prismatici di tormalina in una pegmatite deformata. Larghezza: 3 mm. Calamita, Isola d’Elba.

Proprietà
Abito: prismatic
Durezza: 7
Densità: 2.9 – 3.2 g/cm3
Sfaldatura: {11-20}, {10-11} indistinta
Geminazione: {10-11}, {40-41} rare
Colore:
• dravite: da nera a marrone
• sciorlite: generalmente nera
• elbaite: blu, verde, gialla, rossa, incolore
• uvite: marrone, verde, rosso intenso
Lucentezza: vetrosa fino a resinosa
Struscio: marrone a bianco
Alterazione: –
In sezione sottile…
ε: 1.612-1.650
ω: 1.633-1.671

Colore:
• dravite: giallo/marrone chiaro a scuro
• sciorlite: verde/blu a giallo
• elbaite: generalmente incolore
• uvite: giallo pallido a incolore
Pleocroismo: ω > ε
• dravite: ω marrone scuro/giallo bruno, ε giallo chiaro/giallo
• sciorlite: ω blu/verde scuro, ε viola rossastro/verde pallido/giallo pallido
• elbaite: generalmente incolore e non pleocroica
• uvite: ω giallo pallido, ε incolore
Birifrangenza (δ): 0.017-0.035 (colori del second’ordine)
Rilievo: moderato
Segno ottico:
[Mindat]

Caratteristiche di terreno

tormalina abito cristallino e proprietà ottiche

Alcuni abiti cristallini comuni della tormalina (a sinistra) e veduta dall’alto di un cristallo di tormalina (a destra). Modificato da van Hinsberg et al. (2011).

La tormalina è più comunemente trovata in cristalli visibili in rocce granitiche, specialmente pegmatiti, apliti e vene idrotermali associate. È presente inoltre in rocce metamorfiche come fase accessoria ed in rocce sedimentarie come granuli detritici ma comunemente in cristalli troppo piccoli per essere riconosciuti sul terreno. Le tormaline della serie sciorlite-dravite appaiono spesso nere o brune e mostrano un abito prismatico, che ricorda pirosseni e anfiboli a primo impatto. A parte questa somiglianza di prim’ordine, la tormalina è molto più dura della gran parte dei minerali mafici (durezza: 7, come il quarzo) e non mostra piani di sfaldatura evidenti. Inoltre, cristalli euedrali di tormalina euedrali mostrano le caratteristiche sezioni basali ditrigonali (mostrate qui sopra). Altre specie di tormalina come l’elbaite sono meno comuni nelle rocce e si ritrovano perlopiù in pegmatiti. L’elbaite è molto apprezzata dai collezionisti per la sua trasparenza e la vasta gamma di colorazioni (rosa, rosso, verde e blu). Un’altra caratteristica distintiva della tormalina è la presenza, molto comunemente, di striature di crescita, orientate parallelamente all’asse lungo.

Tormalina sciorlite

Cristalli prismatici di tormalina var. sciorlite. Foto © James St. John.

tormalina elbaite dall'Elba

Tormalina var. elbaite dalla sua località tipo: San Piero in Campo, Isola d’Elba. Dimensioni: 3.36 cm. Foto © Didier Descouens.

tormalina orientata

Cristalli orientati di tormalina (neri) associati a quarzo e feldspato alcalino in un dicco pegmatitico. Capo Calvo, Calamita, Isola d’Elba.

pegmatite a tormalina

Cristalli prismatici di tormalina (neri) associati a quarzo lattiginoso parzialmente trasparente e feldspato alcalino bianco/arancio. Naregno, Calamita, Isola d’Elba.

vena metasomatica a tormalina

‘Tormalinizzazione’. I livelli a fillosilicati di questi scisti sono stati sostituiti da tormalina nera a seguito della reazione con fluidi idrotermali in questa vena. I livelli bianchi di quarzo non sono stati interessati da questa reazione e sono sopravvissuti anche nel centro della vena. Capo d’Arco, Isola d’Elba, Italia. Maggiori informazioni: Dini et al. (2008).

La tormalina in sezione sottile
Il caratteristico pleocroismo, l’abito prismatico e la mancanza di sfaldature sono generalmente diagnostiche. La maggior parte delle specie di tormalina mostrano un forte pleocroismo a luce polarizzata sui toni del marrone, giallo e verde, molto simile a quello della biotite e dell’orneblenda. Tuttavia, contrariamente alla tormalina, sia la biotite che l’orneblenda mostrano un assorbimento più marcato quando il loro asse lungo è parallelo al polarizzatore (maggiori dettagli qui sotto). La dravite mostra un pleocroismo con colorazioni marroni-giallastre, mentre la sciorlite è caratterizzata da colori dal verde al blu, al giallo al rosso/viola. Variazioni di colore e pleocroismo sono comuni nelle tormaline fortemente colorate, in cui evidenziano variazioni di composizione chimica (zonature). L’uvite ha colori molto più chiari, con un pleocroismo molto debole (giallo pallido a incolore), mentre l’elbaite pura è incolore e generalmente non pleocroica. Queste tormaline debolmente pleocroiche possono essere confuse con topazio, apatite e corindone.
A Nicols incrociati, la tormalina mostra colori di interferenza moderati sul secondo ordine, solitamente in parte mascherati dalle colorazioni intense e dal pleocroismo.


Pleocroismo della tormalina (dravite-sciorlite). N//. Larghezza: 3 mm.


Zonatura concentrica in tormalina. N//. Larghezza: 3 mm.

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Sezione prismatica di tormalina in una matrice di quarzo ricristallizzato. Larghezza: 1 mm.

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Sezione basale di tormalina (estinta a NX), dalla tipica forma trigonale. Larghezza: 3 mm.

Tormalina vs biotite
Come mostrato nel video qui sotto, la tormalina (il cristallo al centro) e la biotite (i cristalli appiattiti attorno) mostrano colore e pleocroismo simile. La differenza principale è che la tormalina mostra colori più scuri (massimo assorbimento) quando il suo asse lungo è orientato verticalmente (perpendicolare al polarizzatore), mentre nella biotite i colori massimi si osservano quando il suo asse lungo è orizzontale (parallelo al polarizzatore). Per semplificare:
• Tormalina: colori massimi N-S
Biotite: colori massimi E-W

L’orneblenda pure mostra colori più intensi quando il suo asse lungo è orientato E-W.

Galleria – Leucograniti a tormalina deformati
Leucograniti deformati (metaleucograniti) in cui i cristalli di tormalina si ritrovano circondati da quarzo ricristallizzato, feldspato alcalino (ortoclasio) e plagioclasio. La sericite è presente come alterazione del feldspato. Alcuni campioni contengono inoltre mica bianca (muscovite). Per maggiori informazioni: Papeschi et al. (2022).
Per gentile concessione di Giovanni Musumeci.

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Zonatura concentrica in tormalina. Larghezza: 3 mm.

Galleria – Pegmatite a tormalina deformata
Pegmatite a quarzo + tormalina + plagioclasio, deformata in una zona di taglio all’interno di rocce scistose dell’aureola del Calamita (mineralogia dell’incassante: biotite + quarzo + andalusite + cordierite + muscovite). Per maggiori informazioni: Papeschi et al. (2022).
Per gentile concessione di Giovanni Musumeci.

tormalina in pegmatite

Cristalli piegati e deformati di tormalina, con estinzione ondulata. NX. Larghezza: 3 mm.

tormalina fagliata

Cristalli microfagliati di tormalina circondati da quarzo ricristallizzato. NX. Larghezza: 3 mm.

tormalina fratturata e guarita

Frattura in tormalina marrone (dravite) riempita da tormalina blu (sciorlite). N//. Larghezza: 3 mm.

Ritrovamento
La tormalina è un minerale caratteristico di rocce ignee evolute a composizione granitica, in particolar modo pegmatiti, leucograniti e sistemi di vene associati. L’associazione con intrusioni granitiche è legata al fatto che elementi incompatibili come il boro e il litio vanno a concentrarsi nei fusi residuali dei graniti, permettendo la cristallizzazione di tormalina in rocce ignee e idrotermali tardive. Attorno ai plutoni, l’attività idrotermale può portare alla cristallizzazione di tormalina come prodotto metasomatico in rocce incassanti o nelle aureole. Questo processo, detto ‘tormalinizzazione’, è caratterizzato dalla sostituzione di minerali ferromagnesiaci, come la biotite, da parte della tormalina.
Anche le rocce metamorfiche, in particolar modo metasedimenti, spesso contengono tormalina di composizione dravite-sciorlite come minerale accessorio. In queste rocce, la tormalina cresce o per ricristallizzazione di originaria tormalina detritica o per metasomatismo da parte di fluidi contenenti boro. I sedimenti argillosi possono anch’essi contenere una certa quantità di boro, che ricristallizza come tormalina durante il metamorfismo. Le tormaline ricche in magnesio possono formarsi per metasomatismo di rocce basiche. La tormalina è infine presente in marmi, calcescisti e rocce a calcsilicati, probabilmente con composizioni uvitiche.

Bibliografia
Hawthorne, F. C., & Henry, D. J. (1999). Classification of the minerals of the tourmaline group. European Journal of Mineralogy 11, 201-215.

        

Le informazioni mostrate su questa pagina sono tratte da Introduction to the Rock-Forming Minerals e Optical Mineralogy: Principles and Practice.

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

en_US English
Proprietà dei Minerali
Minerali

 

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