Il mistero del Granito II - La nascita delle Rocce Ignee

Dopo l'avvento del Plutonismo (una teoria geologica che assume che le rocce ignee si formano dalla cristallizzazione del magma) nel 19° secolo ben presto si cerco di capire l' esatto meccanismo della formazione dei componenti/cristalli che compongono le rocce solidificate. È chiaro che il magma, la roccia fusa, deriva dal mantello terrestre, che dovrebbe (per motivi termodinamici) essere chimicamente molto uniforme. Questo pone un grande problema, da un mantello cosi monotono si potrebbero - in teoria - derivare solo un limitato numero di rocce, più precisamente:
 

- Le rocce plutoniche, formandosi dalla lenta cristallizzazione del magma in profondità  sono caratterizzate da cristalli di grandi dimensioni.
- Le rocce effusive, raggiungono velocemente la superficie terrestre, dove il rapido raffreddamento forma materiale vetroso o solo piccoli cristalli.

Fig.1. Un singolo cristallo di feldspato in una matrice composta da cristalli molto piú piccoli e meno sviluppati - plutone di Terlano.
 

Ma le rocce ignee terrestri non mostrano solo una variazione della loro tessitura, ma anche una notevole varietà nei minerali che le compongono.
 

Nel 1851 il chimico Robert Wilhelm E. Bunsen (1811-1899) propose che di fatto esistono almeno due varietà di magma nella crosta terrestre - le "pirrosseniti", con una composizione basica (con un basso contenuto di silice), e le "trachiti", con una composizione acida (alto contenuto di silice). Tutte le restanti rocce ignee terrestri si formano quando queste due varietà si mescolano nella crosta terrestre. Bunsen comunque non riuscì a spiegare come queste due riserve di magma potevano restare separate nel mantello terrestre.
 

Il giovane geologo Charles Darwin propose una teoria alternativa -  un magma uniforme e primario perdeva o acquistava dei minerali grazie al loro peso specifico variabile. Darwin basa quest´idea intrigante sulle sue osservazioni geologiche effettuate durante il viaggio attorno al mondo a bordo del "Beagle", soprattutto dopo aver visitato l' isola di origine vulcanica La Ascension.
 

"Credo che non vi possano essere dubbi che in questi casi i cristalli decantino in ragione del loro peso. Il peso specifico del feldspato varia da 2,4 a 2,58, mentre l'ossidiana sembra essere di solito tra 2,3 e 2,4; in una condizione di fluidità il suo peso specifico sarebbe probabilmente minore, il che dovrebbe facilitare la sedimentazione dei cristalli di feldspato. … La decantazione dei cristalli all'interno di una sostanza viscosa come quella delle rocce fuse, come è avvenuto in maniera inequivocabile nel caso dell'esperimento di Drée, merita un esame più attento, perché il fenomeno chiarisce il problema della separazione delle serie laviche trachitiche e basaltiche."
 

Ma solo grazie agli esperimenti sulla cristallizzazione condotti dal geologo Norman Levi Bowen (1887-1956) si riuscì a spiegare l'esatto meccanismo della formazione delle rocce ignee.
Nel 1913 Bowen pubblicò uno dei più famosi diagrammi nelle scienze della terra - la reazione continua tra i due termini estremi dei plagioclasi - Anortite - Albite, che avviene durante la cristallizzazione di un magma. 

Fig.2. Il diagramma della cristallizzazione dei feldspati, da Bowen "The Melting Phenomena of the Plagioclase Feldspars" (1913).

Raffreddandosi, da un magma si differenziano continuamente cristalli, la cui composizione varia rispetto al fluido primario (il meccanismo funziona in entrambi le direzioni, cioè se si fonde un cristallo si possono formare diverse fluidi). Se sia il magma, sia i cristalli rimangono in contatto a fine cristallizzazione la roccia risultante avrà la stessa composizione sommaria del magma primario. Se pero i cristalli sono esportati dal sistema, il magma restante avrà una composizione impoverite di certi elementi (che si trovano ora nei cristalli) e sarà a sua volta arricchito relativamente di altri elementi. Da questo magma residuo si potranno generare altri minerali e cosi anche nuovi tipi di rocce ignee.

Primo passo: Generazione di un magma, tramite fusione parziale delle rocce del mantello, se questo magma primario risale nella crosta terrestre, comincia a raffreddarsi e cristallizzarsi

Secondo passo: I meccanismi della differenziazione magmatica successiva, che separano cristalli e fluido, comprendono:
 

-    Segregazione tramite gravità e peso specifico (come proposta in parte da Darwin)
-    Segregazione tramite correnti di convenzione nei corpi magmatici
-    Segregazione di magma non mescolabili tra di loro

Possibile terzo passo: A questi si aggiungono successivi meccanismi che possono contaminare il magma primario e residuo:

-    Se magma già in parte differenziati si mescolano, possono formarsi nuove variazioni di magma, da cui si possono cristallizzare nuove rocce ignee
-    Assimilazione e contaminazione con rocce preesistenti
 

Continua…
 

Bibliografia:
 

CHIESURA, G. (2013): Isole di Darwin - Un curioso in mezzo al mare. CD-Rom

YOUNG, D.A. (2002): Norman Levi Bowen (1187-1956) and igneous rock diversity. From OLDROYD, D.R. (ed.); The Earth Inside and Out: Some Major Contributions to Geology in the Twentieth Century. Geological Society, London, Special Publications Nr. 192: 99-111

YOUNG, D.A. (2003): Mind over Magma - The Story of Igneous Petrology. Princeton University Press, Princeton - Oxfordshire: 693