Le Rocce Metamorfiche

Il metamorfismo di una roccia (ignea, sedimentaria o già metamorfica) è l’insieme dei cambiamenti che insorgono quando questa è sottoposta ad ambienti in cui temperatura e pressione sono diversi da quelli in cui la stessa roccia, denominata protolito (roccia originaria) si è formata; anche l’eventuale presenza dei fluidi è determinante nel processo metamorfico in quanto ne accelera la velocità. Questi cambiamenti avvengono a livello strutturale, a causa di deformazioni meccaniche, e mineralogico, quando si formano nuovi minerali più stabili alle nuove condizioni ambientali; è un processo subsolidus ovvero che non comporta la fusione della roccia.

Sia l’erosione chimico-fisica (weathering) che la diagenesi sono processi che producono modifiche in una roccia ma convenzionalmente si parla di metamorfismo a partire da pressioni di 300 MPa (corrispondente alla pressione litostatica a 20/25 chilometri di profondità) e temperature superiori ai 150/200°C fino a intorno i 700°C quando, in presenza di fluidi, può avvenire una parziale fusione della roccia (anatessi) e quindi il processo di formazione di una roccia ignea; la temperatura aumenta con la profondità secondo un gradiente termico che dipende dal contesto geologico/tettonico e che varia dai 10°C/km ai 75°C/km (in presenza di intrusioni magmatiche). La profondità alla quale avviene un processo metamorfico determina inoltre la pressione alla quale è soggetta la roccia (pressione litostatica, dovuta alla rocce sovrastanti e che ha valori uguali in tutte le direzioni); questa pressione induce una compattazione sia a livello mineralogico che fra i minerali stessi con relativa diminuzione di volume (porosità) ed espulsione della eventuale parte fluida. Durante i processi tettonici ad ampia scala, oltre alla pressione litostatica, si generano pressioni orientate di compressione, tensionali o di taglio; queste sono di minore entità ma agiscono per lassi di tempo molto lunghi e sono in grado di indurre grandi cambiamenti metamorfici; la tessitura delle rocce metamorfiche, ovvero l’orientazione dei minerali e di gruppi di questi, è determinata per lo più dall’azione di queste pressioni che creano anisotropie nella tessitura come le foliazioni ovvero la disposizione con orientazione preferenziale di alcuni minerali lamellari (come le miche) o di bande con differente composizione e grana con sviluppo perpendicolare alla direzione di azione della forza.

La nomenclatura generale delle rocce metamorfiche prevede l’utilizzo del prefisso meta- (metabasalto, metarenaria, ..) ad indicare che la roccia in questione ha subito un metamorfismo che non ha cancellato i caratteri del protolito; nel caso in cui il protolito della roccia metamorfica non sia più identificabile si usano talora i prefissi orto– e para– per indicare un possibile protolito rispettivamente igneo o sedimentario.

In base alla struttura è’ possibile distinguere una roccia metamorfica:

• Con foliazione, ovvero quando nella roccia metamorfica è presente una disposizione preferenziale di minerali in lamine o bande; di questa tipologia di rocce fanno parte:
  – Scisti. E’ un tipo di roccia metamorfica di ambiente caratterizzato da media pressione e temperatura, ha una grana medio-grossa ed è composta da una significante percentuale di fillosilicati (Biotite e Muscovite) i quali si dispongono così da creare una evidente foliazione sub-planare (scistosità) che permette una fratturazione lungo questi piani preferenziali e da quarzo e feldspati che non mostrano particolare foliazione. Quando la relativamente fredda crosta oceanica viene subdotta in profondità (alta pressione) si ha la formazione di un particolare minerale detto Glaucofane, di colore blu, che caratterizza una tipologia di scisti noti come Scisti Blu; i Calcescisti, di colore grigio verdastro e con le superfici di scistosità riflettenti, derivano da protoliti nei quali la componente carbonatica è rilevante; al diminuire della percentuale silicatica i calcescisti assumono caratteri di transizione verso i Marmi, varietà di roccia molto ricercata come materiale da costruzione che deriva da metamorfismo dinamo-termico di rocce quasi esclusivamente carbonatiche (più del 95%).
  – Filladi, rocce a grana fine il cui protolito, soggetto a medio-basso grado di metamorfismo, è una roccia sedimentaria pelitica.
  – Gneiss, gruppo di rocce metamorfiche derivanti da un grado maggiore di metamorfismo che rende instabili i fillosilicati del protolito con l’accrescimento di inosilicati come l’anfibolo orneblenda e pirosseno che si segregano in bande scure mentre feldspati e quarzo occupano le restanti aree; la struttura è spesso massiva e poco scistosa, con grana da medio fine a grossa negli ortogneiss (di origine magmatica).
  – Migmatiti, rocce di passaggio fra l’ambiente metamorfico e quello magmatico, bande o aree chiare formate da una parte più silicatica (parte della roccia soggetta ad anatessi) eterogeneamente mischiate a zone più scure e mafiche.
• Senza foliazione, quando il protolito non è soggetto a stress differenziali oppure mancano minerali fillosilicati e abbondano quarzo, feldspati e granati; di queste rocce fanno parte:
  – Anfiboliti, rocce basiche, come gabbro e basalto, assoggettate ad un metamorfismo tipico di un ambiente di subduzione fra placche, ad alta temperatura (5/700°) e media pressione, di colore scuro; queste rocce metamorfiche sono caratterizzate dalla presenza di orneblenda alluminifera (minerale inosilicato appartenente al gruppo degli anfiboli), plagioclasio (uno dei più importanti silicati della crosta terrestre) e quantità subordinata di quarzo, granato, biotite.
  – Cornubianite (o Hornfels), rocce a grana fine, dure e compatte, derivanti da metamorfismo di contatto quando un magma intrude una roccia inducendo in essa un aumento di temperatura che provoca parziale fusione; la struttura e composizione della roccia cambia con la distanza dal corpo magmatico.
  – Quarzite, roccia metamorfica derivante da quarzoarenarie e composte massicciamente di quarzo che ricristallizza formando una roccia molto dura e resistente agli agenti atmosferici.
  – Eclogite, roccia metamorfica di ambiente caratterizzato da elevata pressione ed alta temperatura, originate a partire da rocce ignee basiche; sono formate principalmente da granato magnesiaco e pirosseno sodico, hanno bassissima scistosità, la densità più alta fra le rocce silicatiche, durezza e tenacità eccezionali.

Si distinguono le seguenti tipologie di metamorfismo:

• Metamorfismo regionale o dinamo-termico: caratterizzato da un gradiente termico abbastanza elevato, mediamente di 25°C/km, avviene su vaste aree per attività tettoniche in grande scala come nello scontro fra placche, nelle aree in subduzione, durante l’espansione del fondo oceanico e nei processi orogenetici (nelle fasi sia compressive che distensive) dove le pressioni orientate determinano pieghe e nuove strutture nella roccia come foliazioni e scistosità; in corrispondenza delle dorsali oceaniche, dove il gradiente termico è molto elevato, avvengono trasformazioni note come metasomatismo dettate dalle infiltrazioni di ingenti masse d’acqua marina all’interno di fratture della crosta in espansione che una volta nel sottosuolo producono un fluido idrotermale che induce importanti trasformazioni mineralogiche nei basalti eruttati dalle dorsali e finanche nei gabbri e nelle peridotiti che da maggiori profondità sono stati dislocati più in superficie per attività tettoniche.
• Metamorfismo di contatto: interessa aree molto più circoscritte agendo sulla superficie di rocce incassanti adiacenti ad un fuso in una camera magmatica (areola di contatto); nonostante le rocce siano pessimi conduttrici di calore, il continuo e perdurante apporto di alta temperatura su una limitata fascia delle rocce incassanti può indurre un importante metamorfismo di alta temperatura anche a bassa pressione, dato che spesso si verifica in aree più vicine alla superficie terrestre. Le rocce metamorfiche che si creano in questi ambienti sono le sopracitate Cornubianiti (o Hornfels).
• Metamorfismo dinamico: si sviluppa nelle rocce delle superfici di contatto dei due blocchi di una faglia trascorrenta a causa dello sforzo di taglio che genera strofinamento e frizione inducendo triturazione nelle rocce; questo processo duttile avviene a profondità di 10/20 chilometri a temperature superiori ai 200/300°C e forma rocce denominate miloniti.

Con il termine facies metamorfica si intende un ambiente caratterizzato da una certa variazione di temperatura (gradiente geotermico) e pressione (profondità) nel quale, a seconda della tipologia di rocce originarie, si rinviene una certa associazione mineralogica ed eventualmente la presenza di minerali indice di quella specifica facies, come ad esempio uno dei tre polimorfi del comune silicato di alluminio Al2SiO5 stabili a diverse pressioni e temperature.
– In condizione LT/LP di bassa pressione (entro il 20 km circa di profondità) e bassa temperatura (intoro ai 200/300°C) si riconosce la Facies Zeolitica, appena sopra la diagenesi e nota come metamorfismo da seppellimento, nella quale il protolito è ben riconoscibile dato il basso grado di metamorfismo.
– In ambienti caratterizzati da un alto gradiente geotermico (HT/LP), come le aureole di contatto fra rocce incassanti e camera magmatica solitamente a poca profondità ovvero bassa pressione, si riconosce la Facies a Cornubianiti.
– In condizioni MT/MP di media temperatura a pressioni medie (gradiente geotermico medio) si riconosce la Facies a Scisti Verdi, caratterizzata dall’alta scistosità della roccia metamorfosata; sempre a medie pressioni, con l’aumentare della temperatura si entra nella Facies Anfibolitica, caratterizzata dalla presenza del minerale anfibolo e la comparsa del minerale granato; a temperature ancora superiori (HT/MP) e prossime all’anatessi si riconosce la Facies Granulitica.
– In condizione LT/HP di bassa temperatura ed alta pressione (basso gradiente geotermico) si riconosce la Facies a Scisti Blu, caratterizzata dalla formazione del minerale Glaucofane (di colore blu) e tipica delle aree in subduzione (crosta oceanica fredda trascinata in profondità).
– In condizione HT/HP di alta temperatura ed alta pressione si entra nella Facies Eclogitica, il massimo tenore di metamorfismo prima dell’anatessi e caratterizzata dalla formazione della roccia eclogite caratterizzata da alta densità.