RICERCA ITALIANA     

Studio petrologico ed isotopico delle interazioni fluido-fuso-roccia durante l'anatessi crostale: applicazione comparata agli xenoliti pelitici della Provincia Vulcanica Neogenica (Spagna SE) e alle granuliti del Kerala Khondalite Belt (India)

Università degli Studi di Padova

Abstract

Questo Progetto di ricerca intende portare contributi ad una migliore conoscenza delle interazioni fluido-fuso-roccia durante l'anatessi di metasedimenti grafitici.
L'approccio consisterà sia nello studio petrologico, delle inclusioni fluide e vetrose e degli isotopi stabili in campioni naturali, sia nella modellizzazione termodinamica e teorica basata sui dati originali ottenuti e sulle conoscenze già a disposizione.
I campioni naturali appartengono a due contesti geologici ben caratterizzati, contenenti metapeliti grafitiche anatettiche: gli xenoliti nelle daciti della Provincia Vulcanica Neogenica (Spagna), e le granuliti (khondaliti) nel Kerala Khondalite Belt (India). I primi sono rarissimi esempi di crosta parzialmente fusa e portata in superficie da eruzioni vulcaniche; essi conservano al meglio le caratteristiche microstrutturali e geochimiche di rocce di alta temperatura, in particolare la presenza di vetro perfettamente conservato. Le seconde sono tra le rocce più studiate al mondo come analoghi di crosta profonda esposti su grandi estensioni. A causa del loro lento raffreddamento, queste granuliti sono state soggette a vari fenomeni di riequilibrazione microstrutturale e microchimica, con completa cristallizzazione del fuso anatettico. Per queste caratteristiche complementari le due serie di campioni forniranno informazioni integrabili in un quadro d'insieme unitario.
Le ricerche si articoleranno secondo quattro linee principali, che corrispondono anche a stadi di approfondimento successivi:
1: PETROLOGIA DEI PROCESSI DI FUSIONE PARZIALE DI METAPELITI GRAFITICHE
Su campioni appositamente selezionati di xenoliti e khondaliti, la caratterizzazione petrologica verrà effettuata attraverso studi di:
-Microstrutture
-Chimica delle rocce
-Microchimica
-Bilanci di massa
-Termobarometria
-Modellizzazione termodinamica con elaborazione di pseudosezioni
Questi studi petrologici costituiranno la base per una ulteriore selezione dei campioni sui quali effettuare le analisi specifiche delle Linee 2 e 3. A tale scopo si effettuerà anche uno studio microchimico dettagliato delle cordieriti presenti, con particolare attenzione all'analisi del loro contenuto in volatili (H₂O, CO₂).
2: STUDIO DELLE INCLUSIONI FLUIDE E VETROSE IN METAPELITI GRAFITICHE SOTTOPOSTE A FUSIONE PARZIALE
Verranno studiati fluidi e vetri in esempi particolarmente idonei alla caratterizzazione dell'anatessi, in particolare:
-Inclusioni fluide in granati di xenoliti
-Inclusioni fluide in sillimanite e granato di khondaliti
-Inclusioni vetrose nei diversi minerali degli xenoliti
-Inclusioni vetrose cristallizzate nei granati di khondaliti
-Fenomeni di immiscibilità fuso-fluido in xenoliti
3: STUDIO DEGLI ISOTOPI STABILI
Lo studio degli isotopi stabili (O e C) verterà sulle seguenti problematiche:
- Impiego degli isotopi dell'ossigeno come geotermometri in metapeliti di alto grado
- Origine biogenica o abiogenica del carbonio
- Gli isotopi del carbonio come traccianti delle reazioni solido-solido e solido-fluido.
Detto studio verrà effettuato sia su xenoliti che khondaliti.
4: MODELLO PER LA FUSIONE PARZIALE DI METAPELITI GRAFITICHE
Il modello verterà principalmente sui seguenti aspetti:
- Definizione di vincoli termobarometrici
- Simulazione delle modalità fluid-present e fluid-absent;
- Previsione di quantità e composizione dei fluidi e dei fusi prodotti
- Bilancio di massa dei volatili e della loro ripartizione tra fase fluida, fuso e solidi in funzione della pressione
- Previsione delle sequenze di rilascio o consunzione di fluidi e di fusi
- Valutazione dell'importanza relativa di cordierite, fuso e fluido come veicoli di CO₂
- Implicazioni di rilievo per gli studi degli isotopi del carbonio.
Valore aggiunto al Progetto sarà conferito dalle collaborazioni internazionali con specialisti delle discipline e delle metodologie previste. Questo contribuirà ad innalzare la qualità della ricerca e garantirà il raggiungimento degli obiettivi nei tempi prestabiliti. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Bernardo CESARE Università degli Studi di PADOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Premesso:
- che molte aree terrestri espongono rocce granulitiche derivate dalla fusione parziale di metasedimenti grafitici,
- che le metapeliti grafitiche sono uno dei più importanti veicoli del carbonio nella crosta continentale,
- che la presenza di grafite nella roccia implica l'esistenza di fluidi complessi nel sistema C-O-H,
- che non vi sono studi sistematici sull'anatessi di sistemi contenenti grafite,
il presente Progetto si pone l'obiettivo di contribuire ad una migliore comprensione dei processi di fusione parziale di metapeliti a grafite principalmente attraverso a) la caratterizzazione delle interazioni fluido-fuso-roccia, b) la modellizzazione del comportamento dei fluidi C-O-H e c) le implicazioni sul comportamento degli isotopi stabili di alcuni elementi, in particolare il carbonio.
Nei dettagli, gli obiettivi sono riconducibili a quattro filoni principali di ricerca, delineati in seguito, nei quali, attraverso lo studio di rocce naturali, si intende:
1- Caratterizzare da un punto di vista petrologico i processi di fusione parziale di metasedimenti grafitici. Attraverso lo studio comparato di xenoliti restitici e granuliti metapelitiche si intendono caratterizzare: i) i dettagli microstrutturali, con particolare riguardo alla grafite ed alle fasi coinvolte nell'anatessi, ii) le caratteristiche microchimiche delle paragenesi, iii) le condizioni di pressione e temperatura, iv) i bilanci di massa delle principali reazioni di fusione, e v) si intende confrontare tali risultati con modellizzazioni termodinamiche basate sull'uso di pseudosezioni. Con questa parte della ricerca si vogliono vincolare i principali parametri petrologici (P-T-X) operanti nei contesti anatettici studiati, valutare le principali analogie e/o differenze tra i due contesti geologici selezionati, ed effettuare la scelta dei campioni più idonei ai successivi studi delle inclusioni fluide e degli isotopi stabili. Altro obiettivo importante è l'analisi degli effetti della presenza di grafite sulle sequenze di reazione, confrontando i risultati ottenuti con dati provenienti da contesti di fusione parziale in sistemi non grafitici.
Si intende inoltre caratterizzare in dettaglio il contenuto in volatili delle diverse generazioni di cordierite osservate, per ampliare la casistica di dati ottenuti da cordieriti naturali.
2- Caratterizzare le composizioni e le densità di fluidi e il contenuto in volatili dei fusi presenti durante l'anatessi di metasedimenti grafitici. Vi sono pochissimi studi, non sistematici, sulle composizioni di fusi anatettici prodotti in natura da metapeliti grafitiche. Per quanto riguarda i fluidi durante l'anatessi, gli studi di inclusioni fluide in granuliti e migmatiti naturali soffrono di incertezze legate alla ricristallizzazione retrograda delle rocce e alle probabili modificazioni di densità e composizione delle inclusioni fluide. Con questo progetto si intende colmare le lacune appena esposte, attraverso lo studio di inclusioni in campioni che si ritiene possano contenere fluidi e vetri realmente rappresentativi delle condizioni di anatessi. Gli obiettivi sono perciò: i) caratterizzare inclusioni fluide in fasi peritettiche (granato, cordierite) in diversi regimi di pressione, inclusioni fluide in fasi ospiti mai studiate sinora (sillimanite), inclusioni vetrose ben conservate in diversi minerali ospiti, probabili inclusioni cristallizzate in granato, inclusioni fluide e vetrose coesistenti (fluidi immiscibili); ii) determinare le composizioni dei fluidi C-O-H presenti durante l'anatessi; iii) determinare le composizioni di fusi anatettici naturali; iv) determinare le composizioni di fluidi e fusi in condizioni di immiscibilità, v) mettere in relazione questi dati con le condizioni P-T determinate precedentemente, e con le relazioni P-T-X note per sistemi non grafitici.
3- Caratterizzare il comportamento dei sistemi isotopici C e O durante la fusione parziale di metasedimenti grafitici.
Nella linea di ricerca che si occuperà di geochimica isotopica, si prevede di utilizzare in particolare due elementi chimici: ossigeno e carbonio; il loro comportamento, ed il comportamento delle fasi che li contengono, alle condizioni P-T di interesse è tale da consentire diverse applicazioni.
Lo scambio isotopico dell'ossigeno tra fasi coesistenti in xenoliti granulitici e in granuliti esumate consentirà: (i) la stima delle temperature alle quali i processi anatettici hanno avuto luogo; (ii) la valutazione dell'influenza della velocità di raffreddamento del sistema sulla riequilibratura isotopica nei vari minerali. Si intende effettuare misure isotopiche dell'ossigeno su tutte le fasi fisicamente separabili, in modo da avere un controllo interno al sistema dei valori di temperatura ottenuti.
Dal momento che la grafite, una volta cristallizzata, è praticamente inerte a fenomeni di volume diffusion anche in condizioni termiche estreme, questa fase è utile per (i) determinare l'origine (biogenica o abiogenica) del carbonio, (ii) definire alcune reazioni che coinvolgono specie carboniche durante il ramo progrado del P-T-t path. Questi due obiettivi della ricerca hanno implicazioni sia sul bilancio globale del carbonio che sull'identificazione dei processi progradi che portano alla formazione e alla diversa speciazione dei fluidi COH.
Nei campioni scelti, inoltre, gli isotopi del carbonio costituiscono anche dei traccianti per le reazioni fluid-present che hanno portato alla formazione di fuso in presenza di grafite. Con lo studio della sistematica isotopica del carbonio, si intende quindi vincolare ulteriormente il meccanismo di fusione e le specie fluide coinvolte, e possibilmente l'evoluzione di queste ultime col progredire del processo di fusione parziale.
La modellizzazione del comportamento del carbonio durante il metamorfismo di alto grado, la granulitizzazione e l'anatessi crostale consentirà di avere nuovi elementi per descrivere l'evoluzione della composizione isotopica del carbonio nella crosta media-inferiore.
4- Elaborazione di un modello per le interazioni fluido-fuso-roccia durante la fusione parziale di metasedimenti grafitici. L'obiettivo primario di questa parte conclusiva del Progetto è sintetizzare i dati ottenuti, integrandoli con le conoscenze già disponibili in letteratura, in un modello che descriva i) le condizioni P-T alle quali si ha fusione di metasedimenti gafitici; ii) le due diverse condizioni fluid-present e fluid-absent, iii) le quantità e composizione di fluidi e fusi in funzione di P, T e quantità d'acqua del sistema, iv) la ripartizione dei volatili (in particolare CO₂) tra fluido, fuso e solidi in funzione di P, v) le sequenze di produzione o consunzione di fluido e fuso, vi) le importanze relative delle diverse fasi nel trasporto di CO₂ alle diverse P, vii) le implicazioni per l'interpretazione dei dati isotopici del carbonio in senso petrogenetico.
Obiettivo ultimo di questo filone della ricerca è fornire agli addetti ai lavori utili vincoli per la modellizzazione del ciclo globale del carbonio, in particolare per quanto riguarda il bilancio e le possibili origini della CO₂ nella crosta continentale medio-profonda. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Poichè si intende studiare il processo di anatessi crostale di rocce grafitiche utilizzando specifici campioni di (i) particolarissimi xenoliti in vulcaniti dacitiche (Spagna) e di (ii) granuliti metapelitiche del Kerala Khondalite Belt (India), il testo che segue verrà articolato in tre sezioni: la prima che fornisce il quadro di conoscenze di base sui processi anatettici che si intendono studiare, e le altre due quelli sui caratteri petrologici di riferimento per ciascuno dei due gruppi di campioni che si utilizzeranno.
(i) I processi di fusione parziale della Crosta Continentale accompagnano il metamorfismo di alto grado e la formazione dei terreni migmatitici e granulitici, e sono uno dei meccanismi della genesi di magmi granitici s.l.. Ne consegue che la ricostruzione dei fenomeni e delle modalità attraverso i quali avviene l'anatessi é fondamentale per la comprensione dell'evoluzione geodinamica della crosta medio-profonda e all'interfaccia crosta-mantello. Il legame genetico tra associazioni in facies granulitica e anatessi crostale fu messo in luce già dai primi anni '70, quando le granuliti vennero interpretate come residui di un processo di estrazione di fuso (e.g., Fyfe, 1973). Molti terreni granulitici sono oggi ritenuti residui di anatessi, e molte rocce granitiche rappresenterebbero i fusi estratti e messi in posto a livelli crostali superiori (Clemens & Vielzeuf, 1987).
L'origine ed il comportamento di rocce sottoposte a fusione parziale (migmatiti e granuliti) sono stati studiati ampiamente nell'ultimo trentennio attraverso lavori di terreno (e.g., Tracy, 1978; Brown, 1994; Vernon et al., 1990; Sawyer, 1998; Kriegsman 2001), geochimici (e.g., Bea, 1991, 1996; Sawyer, 1991; Watt & Harley, 1993; Watt et al., 1996) e sperimentali (e.g., Thompson, 1982; Vielzeuf & Holloway, 1988; Carrington & Harley, 1995; Gardien et al., 1995; Stevens et al., 1997; Patino Douce & Harris, 1998). In tutti i casi, l'attenzione principale é stata rivolta alle rocce pelitiche s.l., considerate da un lato molto diffuse nella crosta, dall'altro tra le più fertili fra le possibili sorgenti crostali di magmi granitici.
Nelle metapeliti, ed in particolare nelle granuliti di origine sedimentaria, la presenza di grafite è quasi ubiquitaria (Harley, 1989): affioramenti a grande scala si rinvengono in numerosi basamenti del mondo (bibliografia citata in Cesare et al., 2005). In molte di queste granuliti si trovano inclusioni fluide dominate da CO₂ (e.g., Touret, 1971; 1981). La presenza di grafite nei metasedimenti suggerisce quindi la possibile esistenza o generazione di un fluido complesso COH, ed apre numerosi interrogativi: quale è la speciazione di un sistema COH durante l'anatessi e quale la ripartizione delle specie volatili tra fase fluida, fuso e solidi? Una risposta a questi quesiti sarebbe fondamentale per vincolare ulteriormente i modelli quantitativi di degassamento della litosfera (e.g., Mörner & Etiope, 2000; Kerrick, 2001).
Attualmente non esistono studi sistematici della fusione di sistemi grafitici, anche se il loro comportamento teorico in condizioni subsolidus é stato rivisitato di recente (e.g., Connolly & Cesare, 1994; Connolly, 1995, Cesare & Maineri, 1999, Pattison, Lithos, in press). Per quanto riguarda gli equilibri di fusione nel sistema aplogranitico, è ben caratterizzato il comportamento in presenza di fluidi misti CO₂-H₂O (Johannes & Holtz 1996; Holtz et al., 2001), ma non sono considerate altre specie carboniche. E' quindi di grande interesse investigare su alcuni aspetti del comportamento dei volatili sinora trascurati o ritenuti di scarsa importanza e che, al contrario, possono secondo noi avere un ruolo di rilievo nei processi petrogenetici che nella crosta media e inferiore coinvolgono migmatiti, granuliti e magmi anatettici.
Tra i processi che caratterizzano le interazioni fluido-fuso-solido nell'anatessi di metasedimenti grafitici ci si occuperà principalmente di:
-composizione chimica di fluidi, fusi e minerali coesistenti;
-origine dei fluidi carbonici.
Per quanto concerne la caratterizzazione geochimica dei fusi anatettici in contesti naturali (complessi migmatitici e granulitici) la principale difficoltà è la (ri)cristallizzazione del fuso, come chiaramente espresso da Grant (1985): "sebbene si discuta di fusione parziale, quello che in realtà si osserva in una migmatite pelitica é attribuibile con probabilità a ricristallizzazione in condizioni ipersolidus". Infatti, la composizione dei leucosomi raramente coincide con quella di un fuso anatettico ideale (e.g., Brown 2001). Tali difficoltà si possono superare qualora i fusi siano conservati ed analizzabili con successo. Un rarissimo contesto di questo tipo si osserva a El Hoyazo e Mazarron, nella Provincia Vulcanica Neogenica della Spagna meridionale (NVP, vedasi oltre), dove xenoliti restitici contengono abbondante fuso, in particolare come inclusioni vetrose entro vari minerali. Indagini preliminari dei vetri sono già state effettuate (Cesare, 2000; Cesare et al., 1997; 2003a), ma manca uno studio sistematico e completo comprendente anche gli elementi in traccia ed i componenti volatili.
Per quanto riguarda i fluidi carbonici, spesso dominati da CO₂, nelle granuliti, non è sempre verificato che le inclusioni fluide rispecchino le condizioni del picco termico (e.g., Lamb et al., 1987). Oltre all'incertezza sul comportamento termodinamico del sistema fluido-fuso-roccia, ci sono anche problemi sull'origine dei fluidi carbonici (interna vs. infiltrazione), e non è chiaro se nell'anatessi essi siano da inquadrare tra le cause, tra gli effetti, o se la loro presenza sia casuale. Fino ad ora, le sorgenti più accreditate per la CO₂ nelle granuliti sono il degassamento del mantello, la cristallizzazione di magmi basici, o il metamorfismo di carbonati (Valley et al., 1983; Frost & Frost, 1987; Lamb et al., 1987; Clemens, 1990). Cesare et al. (2005) hanno recentemente riconsiderato questo problema, mettendo in evidenza come possa originarsi CO₂ durante la fusione incongruente di biotite in presenza di grafite. Questa ipotesi, che richiede di essere verificata in altri contesti geologici (es. KKB, vedasi oltre) sulla base di evidenze isotopiche (e.g., Pineau et al., 1981; Vry et al., 1988; Fitzsimons & Mattey, 1994), apre altri scenari interpretativi al ruolo dei fluidi carbonici nell'anatessi.
Le diverse solubilità delle specie fluide C-O-H nel fuso silicatico rendono possibili fenomeni di immiscibilità tra fusi silicatici e fluidi carbonici, che sono comuni in sistemi basici o pegmatitici (Roedder, 1984), ma sono rari in rocce anatettiche crostali. Sporadici esempi sono osservabili in cordierite e plagioclasio degli xenoliti della NVP: qui le composizioni chimiche (ed in particolare il contenuto in volatili dei vetri) di inclusioni fluide e vetrose immiscibili possono essere misurate combinando spettroscopia (Raman e infrarosso) e microanalisi (EMP e SIMS).
Per quanto riguarda i solidi, la cordierite, (Mg,Fe)₂Al₄Si₅O₁₈•(nH₂O,mCO₂), è in grado di contenere quantità variabili di volatili (Vry et al., 1990; Kalt, 2000) e costituisce un potenziale sensore della fase fluida durante la fusione (Harley et al., 2002; Bertoldi et al., 2004). Nonostante si ritenga che la cordierite contenga solo H₂O e CO₂, alcuni studi basati sulla spettroscopia Raman e IR hanno riportato l'evidenza di altri composti COH, ed in particolare CH₄ (e.g., Mottana et al., 1983, Khomenko & Langer, 1999). È prevedibile che i fluidi C-H, se presenti, siano contenuti in cordieriti di rocce grafitiche come quelle che si intende studiare.
Tenendo conto del quadro delle conoscenze sopra delineato, gli scopi prefissati saranno perseguiti attraverso uno studio comparato di due contesti geologici molto diversi ma già ben caratterizzati costituiti da metapeliti parzialmente fuse che originariamente contenevano materiale carbonaceo: gli xenoliti provenienti da El Hoyazo (Provincia Vulcanica Neogenica spagnola, NVP) e la porzione pelitica della sequenza metasedimentaria proterozoica del Kerala Khondalite Belt (KKB, India meridionale).
(ii) Gli xenoliti nelle daciti della NVP (Fig. 1) sono un rarissimo esempio di crosta medio-profonda rapidamente esumata mediante eruzioni vulcaniche. Già oggetto di studi petrologici dettagliati (Cesare & Maineri, 1999; Cesare, 2000; Cesare & Gomez-Pugnaire, 2001; Cesare et al., 1997, 2003b; Zeck & Williams, 2002, Alvarez Valero et al., 2005), essi preservano perfettamente i caratteri chimici di rocce parzialmente fuse in condizioni tipiche della crosta intermedia senza essere stati soggetti a riequilibrature retrograde, come sovente accade in molte granuliti (e.g., Brown, 2002). Infatti in questi xenoliti i rapporti tra i minerali, le loro composizioni chimiche ed il fuso prodotto sono rimasti inalterati e possono perciò essere analizzati in dettaglio.


Figura 1: Schema geologico semplificato della NVP (da Cesare et al., 2003a)

Il magmatismo nella NVP, da calcalcalino a shoshonitico, è di età Mio-pliocenica (Lopez Ruiz y Rodriguez Badiola, 1980; Cesare et al., 2003b; Duggen et al., 2004, 2005), ed accompagna l'apertura del bacino di Alboran (De Larouziére et al., 1988, Duggen et al., 2005). La dacite di El Hoyazo (Zeck, 1968, 1970; Munksgaard, 1984, 1985, Benito et al., 1999) contiene abbondanti inclusi crostali, principalmente a Grt/Crd-Bt-Sil-Gr e a Grt/Crd-Sil-Gr (Fig. 2), che costituiscono circa l'1% in volume delle lave eruttate. Essi sono stati interpretati come restiti, formatesi in seguito all'estrazione di importanti quantità di fuso granitico (Cesare et al., 1997).


Figura 2: tipico xenolite a Bt-Grt-Sil nelle daciti di El Hoyazo (NVP).

Gli xenoliti hanno subito fusione parziale a 850±50°C, 500-700 MPa. La biotite è ancora stabile a causa dell'alto contenuto in titanio e della concomitante assenza di quarzo (Cesare, 2000, Cesare et al., 2003b). Questo tipo di xenoliti non contiene inclusioni fluide, ma preserva abbondante vetro che testimonia un'origine anatettica e l'assenza di retrocessioni. Gli xenoliti contengono anche abbondante grafite disseminata, studiata da Cesare & Maineri (1999). Esistono quattro diverse tipologie di grafite, distinte sulla base della ricorrenza microstrutturale e del grado di cristallinità.
Gli xenoliti poveri o privi di biotite contengono sempre cordierite e ilmenite, nonché grafite disseminata. La presenza di inclusioni vetrose primarie nella cordierite e nell'ilmenite indica che queste due fasi cristallizzarono in presenza di fuso.
Le evidenti somiglianze tra gli xenoliti poveri o privi di biotite e gli xenoliti ricchi in biotite (la grana, lo stile della foliazione, il chimismo delle fasi e la presenza di grafite con microstrutture analoghe) fanno ipotizzare che i primi possano essere geneticamente legati ai secondi attraverso una reazione di fusione della biotite, così schematizzata:
Bt + Pl + Sil ± Grt = fuso + Crd + Ilm ± Kfs
cioè da una modifica delle reazioni di fusione della biotite (Vielzeuf & Holloway, 1988; Vielzeuf & Schmidt, 2001), che tenga conto dell'assenza di quarzo e della presenza non trascurabile di titanio nel sistema. Un'importante caratteristica degli xenoliti privi di biotite è che la cordierite ed il plagioclasio calcico frequentemente contengono inclusioni fluide carboniche insieme a inclusioni vetrose di composizione riolitica, in microstrutture che indicano la presenza simultanea di due fluidi (fluido carbonico e fuso silicatico) immiscibili (Roedder, 1984) al momento dell'intrappolamento.
Questo tipo di inclusioni è estremamente raro in rocce crostali e rappresenta una eccezionale opportunità per le ricerche in programma. La presenza di vetro perfettamente preservato dimostra che le inclusioni non possono essere di origine tardiva, legate a processi successivi al picco termico.
iii) Come esempio di anatessi crostale su vasta scala di rocce metasedimentarie contenenti grafite, si esaminerà la sezione crostale profonda, metamorfosata in facies granulitica, affiorante nel Kerala Khondalite Belt (KKB, Fig. 3). Essa è parte del basamento Precambriano dell'India meridionale (Chacko et al., 1987, Santosh, 1996) e si ritiene costituisse, con Madagascar e Sri Lanka, una porzione del Mozambique Belt nel Gondwana orientale (e.g., Harris et al., 1994; Paquette et al., 1994; Windley et al., 1994).


Figura 3: Schema geologico semplificato del KKB (da Shabeer et al., 2005).

Il basamento del KKB comprende una sequenza di rocce granulitiche di derivazione sedimentaria che ha subito fenomeni migmatitici in varia misura (Chacko et al., 1992; Braun et al., 1996; Shabeer et al., 2003). In questa regione si ritrovano prevalentemente tre diversi tipi litologici: charnockiti, gneiss migmatitici a granato e biotite con grafite, e gneiss a granato, sillimanite e grafite, chiamati localmente khondaliti (Fig. 4). Questi ultimi sono quelli che mostrano maggiori affinità litologiche con gli xenoliti della NVP. Il picco metamorfico che nel KKB ha portato all'anatessi e alla formazione di migmatiti è legato all'evento Pan-africano, con età comprese fra i 500 e i 600 Ma (Shabeer et al., 2005). I leucosomi sono costituiti da K-feldspato + quarzo ± plagioclasio ± granato ± cordierite, mentre la porzione restitica della migmatite da quarzo + granato + sillimanite + biotite + cordierite + K-feldspato (Braun et al., 1996). Le paragenesi e le stime geotermobarometriche suggeriscono che i leucosomi si formarono in situ per fusione parziale delle metapeliti, inizialmente in condizioni di presenza di fluidi COH, in seguito evolute in condizioni di fusione di biotite in assenza di fluidi, a circa 850°-900°C e 600-700 MPa (Shabeer et al., 2005). Le rocce del KKB sono tra le più studiate al mondo per i processi di alto grado metamorfico e anatessi crostale. Particolare attenzione vi è stata posta per l'abbondanza di grafite e di inclusioni fluide carboniche nei metasedimenti e nelle charnockiti associate (Srikantappa et al., 1985; Santosh et al., 1990, 1991; Harris et al., 1993; Satish-Kumar et al., 2002).


Figura 4: Tipico aspetto di terreno delle khondaliti del KKB, con leucosomi alternati a melanosomi a Grt-Crd-Sil-Bt-Gr.

Studi precedenti sugli isotopi del carbonio nella grafite hanno evidenziato il ruolo dell'infiltrazione di CO₂ esterna al sistema come meccanismo plausibile di precipitazione di grafite arricchita in ¹³C nelle porzioni di roccia localmente disidratate, mentre la grafite negli gneiss non migmatitici conserva un rapporto isotopico del carbonio tipico del materiale di derivazione biogenica (Jackson et al., 1988; Farquhar and Chacko, 1991; Santosh & Wada 1993a, 1993b; Farquhar et al., 1999; Santosh et al., 2003).
Benchè le due serie di campioni che si intendono studiare in questo Progetto provengano da contesti geologici radicalmente diversi, si può ipotizzare che esse rappresentino espressioni diverse degli stessi processi che portano all'anatessi crostale: i campioni hanno infatti molte similitudini per quanto riguarda paragenesi, condizioni P-T e presenza di grafite. Si ritiene perciò che il loro studio combinato possa portare a informazioni complementari e sintetizzabili in un modello evolutivo con elementi comuni. <<<