RICERCA ITALIANA     

EVOLUZIONE DELLA LITOSFERA INDOTTA DALLA MIGRAZIONE DI FUSI MANTELLICI IN DIVERSI CONTESTI GEODINAMICI

Università degli Studi di Genova

Abstract

L'eterogeneità composizionale del mantello litosferico è stata ben riconosciuta da dettagliati studi petrologici, geochimici e geofisici. Tuttavia ancora controverse sono la distribuzione, la scala e l'entità delle eterogeneità del mantello litosferico, cosi' come l'origine e le conseguenze di tali eterogeneità. Importanti informazioni vengono dagli xenoliti nelle lave alcaline e dai massicci peridotitici, che documentano chiaramente come la migrazione reattiva dei fusi e le reazioni fuso/roccia modifichino profondamente la composizione mineralogica e chimica e la reologia del mantello litosferico. Numerosi e complessi sono i parametri che presiedono allo sviluppo di modelli che descrivano in maniera esaustiva gli effetti dell'interazione fuso-peridotite e la creazione di distinti reservoir geochimici nella litosfera, e ne limitano, di fatto, lo sviluppo.
Questo programma di ricerca si propone di esaminare e descrivere gli effetti delle reazioni fuso-mantello litosferico in diversi contesti geodinamici. L'obiettivo è duplice: i) definire i vincoli petrologici e geochimici che devono essere assunti nello sviluppo di modelli realistici e attendibili della percolazione reattiva di fusi attraverso il mantello litosferico; ii) giungere alla ricostruzione dell'evoluzione temporale e composizionale della litosfera in funzione dell'ambiente geodinamico. Le caratteristiche fisico-chimiche della percolazione reattiva, le loro variazioni spazio-temporali lungo la colonna di mantello percolata, saranno investigate studiando i gradienti composizionali transienti registrati alla scala della roccia totale e delle fasi minerali.
Per ottenere appropriate informazioni sulla modificazione della litosfera operato dai fusi, sono stati selezionati alcuni casi di studio su xenoliti di mantello in lave alcaline, massicci orogenici ed ofiolitici, complessi intrusivi femici-ultrafemici, riferibili ai diversi ambienti geodinamici: estensionali, sopra-subduzione, intra-placca e di plume, e all'interfaccia crosta-mantello.
I casi di studio riguardano:
A) il mantello litosferico di ambienti distensivi: le peridotiti ofiolitiche del sistema Alpino-Apenninico;
B) il mantello litosferico di zone sopra-subduzione: xenoliti e lave dell'areale Mediterraneo centro-occidentale: Tallante (Cordigliera Betica); le peridotiti di Finero (Zona Ivrea-Verbano); le ofioliti del sistema Dinaridi-Albanidi-Ellenidi; gli xenoliti del Cerro de los Chenques (Sud Patagonia);
C) il mantello litosferico in zone intra-placca e di plume: nell'areale Mediterraneo, i distretti vulcanici di Olot, Calatrava, Cofrentes (Spagna), Hoggar (Algeria), Gharian (Libia); gli xenoliti dell'Atlante Medio (Marocco); in America meridionale, gli xenoliti nel Nord-Est del Brasile, e gli xenoliti di Pali Aike (Austral Volcanic Zone, Patagonia Meridionale);
D) i complessi intrusivi femici-ultrafemici: i complessi femici-ultrafemici post-Varisici del sistema Alpino-Appennico; il Complesso Intrusivo Basico (Zona Ivrea-Verbano).
Le ricerche saranno sviluppate mediante studi di terreno e geologico-strutturali, petrografici-microstrutturali, petrologici, geochimici, isotopici e sperimentali. Le indagini chimiche e isotopiche saranno condotte mediante le tecniche SEM+EDAX, EMPA, XRF, ICP-MS, SIMS, LA-ICP-MS presso laboratori attivi nelle sedi delle Unità afferenti al progetto. Avanzate analisi elementari ed isotopiche sia di bulk che in situ verranno eseguite mediante spettrometria ICP-MS e TIMS e l'impiego di microsonde ioniche SHRIMP e CAMECA ims1270 presso Istituzioni con cui sono attive collaborazioni di ricerca.
Le ricerche delle varie Unità sono integrate e complementari tra loro e verranno sviluppate in forma fortemente interdisciplinare: in molti casi le ricerche saranno svolte in collaborazione fra i componenti delle diverse Unita', grazie anche alla complementarietà delle esperienze scientifiche dei ricercatori e della rete dei laboratori analitici disponibili. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giovanni Battista PICCARDO Università degli Studi di GENOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'eterogeneità composizionale del mantello litosferico è stata ben riconosciuta da dettagliati studi petrologici, geochimici e geofisici. Tuttavia ancora controverse sono la distribuzione, la scala e l'entità delle eterogeneità del mantello litosferico, come controverse rimangono l'origine e le conseguenze di tali eterogeneità. Una questione cruciale in magmatologia è stabilire fino a che punto i diversi domini litosferici siano in grado di produrre ed espellere fusi con caratteristiche geochimiche peculiari e distintive dei processi di fusione parziale piuttosto che delle reazioni pervasive fuso-roccia. D'altra parte, le ricerche sulla struttura e composizione dei livelli profondi della Terra richiedono che venga definito il grado in cui la struttura, la composizione mineralogica e chimica dei diversi settori di mantello litosferico sono modificate dalle reazioni peridotite-fuso. Numerosi studi hanno riconosciuto il potenziale teorico della migrazione reattiva di fusi nel modificare le impronte geochimiche dei magmi (McKenzie, 1984; Kelemen, 1986; Iwamori, 1993a, 1993b; Kelemen et al., 1995; Spiegelman, 1996). Analogamente, gli xenoliti di mantello e i massicci peridotitici documentano chiaramente come la migrazione dei fusi modifichi profondamente la composizione della parte solida di mantello attraversato (Bodinier et al., 1990; Vasseur et al., 1991; Godard et al., 1995; Van der Wall & Bodinier,1996).
Lo sviluppo di modelli che definiscano in maniera esaustiva lo scambio chimico tra fusi e mantello litosferico ha conosciuto numerosi ostacoli, principalmente dovuti all'alto numero di parametri coinvolti, quali la formazione e la dissoluzione di minerali, la diffusione degli elementi, i parametri fisico-chimici del processo, gli effetti cinetici (Navon & Stolper, 1987; Vasseur et al., 1991; Iwamori et al., 1993). Tali parametri variano in maniera significativa anche in funzione dell'ambiente geodinamico considerato, aggiungendo così ulteriori complessità alla modellizzazione.
Da queste considerazioni nasce la formulazione del presente progetto, che si propone di esaminare e descrivere gli effetti delle reazioni fuso-mantello litosferico in diversi contesti geodinamici. L'obiettivo è duplice: i) definire i vincoli petrologici e geochimici che devono essere assunti nello sviluppo di modelli realistici e attendibili della percolazione reattiva di fusi attraverso settori di mantello; ii) giungere alla ricostruzione dell'evoluzione composizionale della litosfera in funzione del regime tettonico.
Se la migrazione reattiva di fusi è un importante e diffuso processo petrogenetico, gli effetti chimici devono essere riconoscibili in serie di campioni accuratamente selezionati come rappresentativi. A tale scopo sono stati selezionati xenoliti di mantello, massicci peridotitici orogenici e di sequenze ofiolitiche, intrusioni femiche-ultrafemiche per definire meccanismi ed effetti della percolazione, dell'interazione fuso/roccia e della intrusione di fusi nella litosfera, in contesti: i) estensionali, ii) di sopra-subduzione; iii) di intra-placca e di plume; iv) all'interfaccia mantello-crosta.
Per caratterizzare in modo completo il grado di modificazione della litosfera operato dai fusi, i campioni scelti, rappresentativi di alcuni selezionati casi di studio, saranno sottoposti ad una serie di indagini congiunte di tipo strutturale, petrologico e geochimico. Attenzione particolare sarà rivolta a definire le relazioni tra le caratteristiche fisico-chimiche della migrazione reattiva dei fusi, i loro cambiamenti sia lungo la colonna di mantello percolata sia nel tempo, e lo specifico ambiente geodinamico.
In contesti estensionali lo studio sarà mirato allo studio delle caratteristiche tessiturali/ strutturali e composizionali delle rocce formate dai vari processi di percolazione e impregnazione (peridotiti a spinello reattive, peridotiti a plagioclasio impregnate, duniti a spinello di sostituzione). Scopo è quello di ricostruire: 1) l'impronta geochimica ed isotopica dei fusi primari astenosferici, 2) i cambiamenti che questi subiscono durante la percolazione reattiva, 3) le variazioni composizionali indotte nella peridotite, 4) le relazioni spazio-temporali tra eventi tettonici e magmatici, nel quadro dell'evoluzione tettonica estensionale della litosfera, prima e durante l'oceanizzazione, 5) il ruolo delle discontinuità tettoniche nel favorire e incrementare la migrazione e l'impregnazione di fusi, 6) le modificazioni reologiche (erosione termochimica) del mantello litosferico nella transizione da estensione passiva della litosfera a drifting e spreading di tipo oceanico. L'obiettivo finale è quello di riconoscere mediante modelli numerici e analogici il ruolo dell'interazione litosfera/astenosfera nella transizione da estensione litosferica passiva a drifting e spreading di tipo oceanico.
Nei contesti di intra-placca e in aree di plume vengono osservate le situazioni di maggior erosione termo-chimica della litosfera. Studi condotti su xenoliti mostrano che modelli attendibili di flusso poroso reattivo basati su un limitato numero di parametri sono in grado di descrivere in modo attendibile le caratteristiche mineralogiche e chimiche osservate nelle litologie mantelliche (Bedini et al., 1997; Xu et al., 1998). Tuttavia, è ancora in discussione se le impronte geochimiche, estremamente variabili, siano imputabili all'azione di un unico agente metasomatico che evolve progressivamente per reazione fuso/roccia durante la sua risalita, o debbano essere riferite all'azione di diversi agenti metasomatici, possibilmente in seguito alla rimobilizzazione di componenti litosferiche arricchite (Bedini et al., 1997; Xu et al., 1998; Gorring & Kay, 2000; Ionov et al., 2002; Rivalenti et al., 2004). Di pari importanza è stabilire il significato di vene e tasche di vetro in xenoliti: sono rappresentative dell'agente metasomatico o riflettono semplicemente l'interazione fuso/peridotite immediatamente prima e durante la cattura dello xenolite nel fuso? Il progetto intende inoltre contribuire ad approfondire i motivi per cui la modellizzazione del flusso poroso reattivo nella litosfera non riesce a spiegare in maniera soddisfacente il bilancio REE/HFSE, rendendo così necessario invocare la presenza (anche se non documentata petrograficamente) di fasi accessorie per giustificare le anomalie in HFSE (Bedini et al., 1997). Studi petrologici di dettaglio e analisi in-situ possono migliorare la comprensione delle cause delle anomalie in alcuni dei principali traccianti geochimici nostre conoscenze. A tale proposito saranno opportunamente selezionati alcuni casi di studio atti a illustrare il ruolo della migrazione reattiva di fusi in settori mantellici a granato.
Per gli ambienti sopra-subduttivi, il progetto sarà focalizzato alla comprensione dell'originaria composizione del cuneo di mantello e delle modificazioni indotte dall'interazione con fluidi e fusi derivati dallo slab, spesso seguita dall'arrivo di fusi transizionali e/o alcalini, al passaggio ad ambiente di retro arco (contesto post-orogenico). A riguardo di tali contesti il progetto intende rispondere a fondamentali quesiti ancora irrisolti: i) siamo in grado di riconoscere le impronte mineralogiche e geochimiche prodotte dai materiali derivati dallo slab? ii) quali sono i traccianti mineralogici, chimici e isotopici più idonei a caratterizzare il mantello litosferico di sub-arco? iii) negli xenoliti, fino a che punto la migrazione successiva di fusi post-orogenici di provenienza litosferica o astenosferica preserva le precedenti impronte chimiche legate a subduzione?
Le incertezze su questi aspetti sono in parte riferibili alla insufficiente campionatura di settori di "mantle wedge" e spiegano lo scarso numero di lavori sul flusso poroso reattivo in contesti di sub-arco dove le deduzioni sono principalmente baste sull'inversione dei dati chimici sulle lave di arco. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L'insieme dei dati petrochimici e petrografico-strutturali raccolti negli ultimi anni sul mantello litosferico ha evidenziato come le sue caratteristiche strutturali e la sua composizione modale e chimica siano caratterizzate da importanti eterogeneità indotte dalla percolazione di fusi e da processi di interazione fuso-roccia, eventi che si collocano nell'ambito dei più generali processi di interazione termochimica tra astenosfera e litosfera nei diversi ambienti geodinamici.
I risultati delle più recenti ricerche hanno chiaramente evidenziato come tali processi rivestano una importanza cruciale nella evoluzione della litosfera stessa. I fattori che controllano la migrazione dei fusi e la loro interazione con il materiale litosferico sono molteplici:
- meccanismi di scambio chimico, quali dissoluzione e precipitazione dei minerali nel solido, diffusione degli elementi, trasferimento di volatili tra solido e fuso, propagazione in vene del fuso;
- caratteristiche del sistema solido-fuso, quali la natura del movimento del fuso ("porous flow" o idrofratturazione), la velocità e distribuzione del fuso, la compattazione del solido;
- parametri chimico-fisici, quali la composizione dei fusi primitivi, riconducibile a quella delle loro sorgenti, la composizione delle litologie mantelliche, il contenuto in elementi volatili, il gradiente termico nella litosfera e tra fusi e rocce litosferiche, il rapporto tra volumi di fuso e peridotite incassante;
- aspetti cinetici, come la velocità di diffusione degli elementi nel solido e nel fuso, la velocità di dissoluzione e precipitazione dei minerali, la presenza e tipo di stress tettonico.
Tutti i suddetti parametri sono significativamente variabili in funzione del peculiare ambiente geodinamico. In situazioni estreme, rappresentate dalla migrazione di grandi volumi di fuso per lo più in aree soggette a risalita astenosferica, gli effetti di questo processo possono determinare una vera e propria "erosione termochimica e termomeccanica" della litosfera stessa. La loro parametrizzazione complessiva in un unico modello è di fatto impossibile (Navon & Stolper, 1987; Vasseur et al., 1991; Iwamori, 1993a, 1993b; Godard et al., 1995; Bedini et al., 1997; Vernières et al., 1997), ma lo studio dettagliato di casi di studio può fornire preziose informazioni per la costruzione di semplificati, ma attendibili, modelli di interazione fuso-litosfera.
Di particolare rilevanza è la stretta connessione tra le caratteristiche chimico-fisiche del processo di migrazione dei fusi, la loro evoluzione spazio-temporale ed il particolare ambiente geodinamico. Lo studio dettagliato di tali relazioni richiede un approccio multidisciplinare che coinvolga gli aspetti petrografico-strutturali, petrologici, geochimici ed isotopici. Particolarmente utili alla comprensione dei meccanismi di scambio tra fuso e roccia e delle scale spazio-temporali dei processi di modificazione dei settori litosferici risultano essere i gradienti composizionali transienti registrati dalle litologie mantelliche. Infatti, la loro caratterizzazione, abbinata ai risultati della petrologia sperimentale e della simulazione numerica dei dati chimici, può consentire di risalire ai principali parametri chimico-fisici del processo di interazione fuso-roccia, di definirne l'estensione spazio-temporale e il bilancio chimico complessivo. Tali ricerche consentiranno di approfondire le conoscenze circa le modificazioni reologiche indotte nella litosfera dall'interazione con materiale astenosferico e di riconoscere i meccanismi di formazione e la presenza di "reservoir" geochimici che contribuiscono alla composizione delle lave eruttate.

A) IL MANTELLO LITOSFERICO IN AMBIENTI ESTENSIONALI
La percolazione diffusa e focalizzata dei fusi per meccanismi di flusso poroso diffuso e canalizzato è ritenuta il processo fondamentale nella migrazione dei fusi dall'astenosfera ai livelli superficiali litosferici in ambienti di estensione della litosfera ed in condizioni oceaniche (Kelemen et al., 1995). La presenza di zone ad elevate porosità e permeabilità focalizza, per caratteristiche strutturali e composizionali, facilita la focalizzazione della migrazione dei fusi in canali (Kelemen e Dick, 1995). I fusi astenosferici durante la risalita diventano reattivi ed interagiscono con la peridotite, dissolvendo pirosseni e precipitando olivina (Kelemen et al., 1995). Il flusso poroso focalizzato può causare la completa dissoluzione dei pirosseni nella peridotite, formando canali di duniti (Kelemen e Dick, 1995; Kelemen et al., 1995b,1997; Suhr et al., 1998; Suhr et al., 2003), lungo cui possono migrare i fusi astenosferici (Boudier e Nicolas, 1972; Dick, 1977; Quick, 1981; Bodinier, 1988). La composizione impoverita (da harzburgitica a dunitica) di molte peridotiti di mantello è il risultato di processi combinati di fusione parziale e interazione con fusi migranti per flusso poroso diffuso e reattivo (Kelemen et al., 1990, 1995a, 1997; Van der Wal & Bodinier, 1996; Suhr et al., 1998; Niu, 1997; Niu et al., 1997; Asimov, 1999; Rampone et al., 2004).
La cristallizzazione interstiziale dei fusi percolanti causa l'impregnazione e la rifertilizzazione del mantello litosferico, con formazione di peridotiti a plagioclasio, come documentato sia in peridotiti oceaniche attuali (es. Hebert et al., 1983; Dick, 1989; Cannat et al., 1990; Hekinian et al., 1993; Constantin et al., 1995; Tartarotti et al., 2002) che in peridotiti ofiolitiche (es. Menzies, 1973; Menzies e Allen, 1974; Dick, 1977; Jackson e Ohnenstetter, 1981; Boudier e Nicolas, 1977; Nicolas, 1986, 1989; Tartarotti e Vagelli, 1995; Rampone et al., 1997; Dijkstra et al., 2001; Piccardo, 2003; Piccardo et al., 2004).
Nelle peridotiti ofiolitiche del sistema Alpino-Appenninico, processi di interazione fuso/peridotite sono documentati dalla diffusa presenza di peridotiti reattive, peridotiti impregnate, e canali dunitici. Ricerche recenti indicano una significativa variabilità nella composizione dei fusi percolanti (da singoli incrementi di fusione frazionata a fusi MORB), nelle modalità di interazione fuso/peridotite (da percolazione reattiva a cristallizzazione interstiziale a rifertilizzazione) e di migrazione di fuso (da flusso poroso diffuso e canalizzato a intrusione in dicchi) (Rampone et al., 1997, 2004, 2005; Piccardo, 2003; Müntener e Piccardo, 2003; Piccardo et al., 2004a, 2004b, 2004c; Müntener et al., 2004).
Indagini in corso (Piccardo et al., 2005, in stampa) indicano che il flusso poroso dei fusi nel mantello e' facilitato dalla presenza di discontinuità strutturali (es. zone di shear), in cui l'aumento di porosità e permeabilità facilita la migrazione dei fusi e ne aumenta le potenzialità di reazione chimica (Kelemen e Dick, 1995). Esistere quindi una stretta relazione fra processi tettonici e processi di percolazione di fuso, relazione che ha una particolare rilevanza in un contesto tettonicamente attivo governato dall'estensione della litosfera.
Studi recenti (Piccardo, 2003; Müntener e Piccardo, 2003; Piccardo et al., 2004a) indicano che l'interazione fuso/peridotite causa riscaldamento e modificazioni reologiche del mantello litosferico. Il "thermal softening" della litosfera può rappresentare un fattore determinante nella transizione da estensione passiva della litosfera a drifting e spreading di tipo oceanico (Ranalli et al., 2004).

B) IL MANTELLO LITOSFERICO DI ZONE SOPRA-SUBDUZIONE
Gli studi dei processi di interazione fuso-litosfera in ambienti di sopra-subduzione sono ancora poco sviluppati, sia per la difficoltà di disporre un adeguato campionamento di questi settori di mantello sia per la complessità dei processi in tali contesti, dovuta a: i) la migrazione ripetuta e successiva di fusi di diversa composizione e provenienza; ii) l'azione concomitante da parte di fluidi derivati dallo slab; iii) la migrazione dell'arco vulcanico e progressiva transizione (geografica e temporale) da contesti di arco a retro-arco, con variazione della composizione dei fusi (da transizionali fino ad alcalini) al passaggio da regime orogenico a post-orogenico.
Problemi ancora aperti riguardano: i) il riconoscimento nel mantello litosferico dell'impronta dei materiali provenienti dallo slab; ii) l'identificazione dei traccianti mineralogici, chimici ed isotopici più idonei a riconoscere l'interazione con fusi provenienti dallo slab e a descrivere e modellizzare il processo; iii) il mantenimento delle impronte mineralogiche e geochimiche legate alla subduzione anche dopo la successiva interazione con fusi alcalini post-orogenici.
Gli xenoliti di mantello provenienti da zone di retro-arco (areale Mediterraneo, zone di retro-arco andino) e rari massicci peridotitici (Finero, Alpi Occidentali) rappresentano idonei casi di studio. Nell'area mediterranea centro-occidentale, il vulcanismo da calcalcalino ad ultrapotassico Cenozoico nel settore Provenzale-Sardo-Tirrenico (Beccaluva et al., 2005) da un lato, e nella Cordigliera Betica dall'altro (Benito et al., 1999), dove coesistono litologie di mantello con evidenze di metasomatismo orogenico (Massiccio di Ronda e xenoliti di Tallante, Beccaluva et al., 2004), e' sostanzialmente riferibile ai processi di subduzione al di sotto del margine paleo-europeo a partire dall'Eocene. Nel settore mediterraneo orientale, magmatismo di arco, da tholeiitico a boninitico, associato a corpi peridotitici di mantello, è presente nei complessi ofiolitici Mesozoici del sistema orogenico Dinaride-Albanide-Ellenide (Saccani e Photiades, 2004, Beccaluva et al., 2004). Nelle zone di retro-arco andino, gli xenoliti documentano importanti differenze nei processi di mantello a nord e a sud del punto triplo (46.30° lat S) tra le placche di Nazca, Antartica e Sudamericana e all'aumentare della distanza dalla fossa del Chile (Rivalenti et al., 2004). Gli xenoliti più prossimi alla fossa del Chile mostrano caratteristiche strutturali, petrografiche e chimiche significativamente differenti che sono state riferite sia a fusi derivati dallo slab (Kilian e Stern, 2000; Rivalenti et al., 2004), sia a fusi provenienti da litosfera modificata, sia a fusi di derivazione astenosferica in seguito all'apertura di slab window (Ramos e Kay, 1992; Gorring et al. 1997; Gorring & Kay, 2002).
Il corpo peridotitico di Finero e' riferibile a un originario contesto sopra-subduttivo. Recenti studi indicano che la dominante composizione harzburgitica e le caratteristiche geochimiche della peridotite sono il risultato di processi di percolazione e reazione ad alta temperatura connessi alla risalita di fusi dalla crosta subdotta (Hartmann e Wedepohl, 1993; Zanetti et al. 1999). Una ipotesi alternativa propone un metasomatismo plurimo da parte di fusi alcalini e crostali (Grieco et al. 2001, 2004).

C) IL MANTELLO LITOSFERICO IN ZONE DI INTRAPLACCA E DI RISALITA DI PLUME
In tali contesti si registra in genere un'importante erosione termochimica della litosfera che porta alla formazione di nuove paragenesi a struttura granulare o porfiroblastiche e alla cancellazione delle preesistenti eterogeneità composizionali. L'impronta elementare ed isotopica dei fusi in risalita viene spesso sovraimpressa sulle litologie mantelliche.
Per questi settori litosferici restano ancora da chiarire: 1) gli effetti della rimobilizzazione di componenti litosferiche; 2) l'entità della rifertilizzazione su litologie variamente impoverite dai precedenti eventi di fusione; 3) gli effetti chimici, specie per quanto concerne il budget HFSE/REE, di una possibile percolazione attraverso settori di mantello in facies a granato. E' inoltre largamente dibattuto il significato di alcune inusuali impronte geochimiche (estremi arricchimenti in LILE e impoverimenti in HFSE) attribuite a processi di interazione fuso-peridotite da parte di agenti nettamente distinti (carbonatiti, fusi alcalini evoluti, componente fluida assoluta da magmi, ecc.).
Interessanti casi di studio sono rappresentati dall'areale Mediterraneo e dalla litosfera continentale brasiliana. Studi recenti (Beccaluva et al., 2001) hanno evidenziato come il mantello litosferico anorogenico di pertinenza europea presenti caratteri distinti rispetto a quello di pertinenza africana. Il mantello europeo sembra essere stato interessato da processi metasomatici multipli ad opera di agenti alcali-silicatici con affinità geochimica ed isotopica sia EM ("Enriched Mantle") che HIMU ("High 238U/204Pb") (Wilson & Bianchini, 1999). La litosfera nord-africana risulta invece caratterizzata principalmente dalla componente metasomatica HIMU. La presenza ubiquitaria di tale componente nel dominio europeo-nordafricano sembra indicare l'esistenza di "plume/s" di mantello astenosferico Cenozoico, esteso dall'Atlantico orientale all'Europa Centrale, fino al Mediterraneo Occidentale (Wilson & Bianchini, 1999 e riferimenti bibliografici).
Nella zone di Rio Grande do Norte (Brasile), i centri vulcanici alcalini Cenozoici rappresentano la traccia superficiale del passaggio della litosfera continentale sul plume di Fernando de Noronha (O'Connor & Duncan, 1990). Lo studio delle caratteristiche degli xenoliti provenienti da Pico Cabugi (centro vulcanico del NE Brasile) e affioranti nell'isola di Fernando de Noronha (Rivalenti et al. 2000) ha messo in evidenza una marcata erosione termochimica della litosfera, dovuta ad agenti metasomatici di tipo OIB, con caratteristiche isotopiche diverse nel continente e nell'isola, verosimilmente per la presenza di componenti litosferiche discontinue.

D) I COMPLESSI INTRUSIVI FEMICI-ULTRAFEMICI
I fusi che attraversano la litosfera subiscono ulteriori modificazioni durante la loro messa in posto e il conseguente accumulo e stazionamento all'interfaccia mantello-crosta. Questi processi possono indurre la fusione parziale di settori crostali e causare la contaminazione dei fusi mantellici per aggiunta di componenti crostali.
IL Complesso Basico della Zona Ivrea-Verbano (Rivalenti et al., 1975, 1981,1984; Pin and Sills, 1986) rappresenta un ottimo esempio del ristagno di fusi mantellici al limite mantello-crosta (underplating magmatico). A seguito dell'underplating, la crosta raggiunse l'anatessi e i fusi anatettici migrarono verso livelli crostali più alti, cristallizzando corpi granitici e formando restiti granulitiche (3 gr/cm3) incorporate nel corpo gabbrico in fase di crescita (Sinigoi et al., 1995). La successiva fusione delle restiti produsse quindi fusi charnockitici, anidri ed impoveriti in elementi incompatibili (soprattutto K, Rb, Th ed U) (Sinigoi et al.,1996). Nel settore centro-meridionale, il corpo gabbrico, intruso nella crosta inferiore ad una profondità tra 15-25 Km (Demarchi et al., 1998), presenta una struttura megascopica arcuata (Quick et al., 1992,1994, 2003). Le osservazioni strutturali suggeriscono che il corpo gabbrico sia cresciuto secondo un modello tipo "gabbro-glacier" (Quick et al., 1992). Il tetto del corpo gabbrico, a Sud di Varallo, assume le caratteristiche di una "stretching fault" sinmagmatica (Means, 1989; Snoke et al., 1999). La composizione chimica dei gabbri è fortemente condizionata dalla presenza di un'importante percentuale di componente crostale (circa 30%; e.g. Voshage et al., 1990, Sinigoi et al., 1991, 1994). Una modellizzazione termica preliminare suggerisce che questo processo può durare diverse decine di milioni di anni (Annen & Sparks, 2002, Peressini et al., 2003). Un'ampia bibliografia indica un'età Permiana per l'intrusione (Pin, 1986; Voshage et al., 1990; Vavra et al., 1996, 1999; Henk et al., 1997; Mayer et al., 2000). Dati SHRIMP recenti su zirconi forniscono età comprese tra 310 Ma (evento anatettico) e 287 Ma (età di cristallizzazione), mentre isocrone interne Sm/Nd danno età prossime a 270 Ma per i gabbri e circa 250 Ma per gabbri con granato (Voshage et al., 1987; Mayer et al., 2000). <<<