RICERCA ITALIANA     

Terreni metamorfici di alta ed altissima pressione e contesto geodinamico di formazione ed esumazione

Università degli Studi di Siena

Abstract

Il programma di ricerca propone lo studio di rocce di alta e altissima pressione (HP/UHP) di natura sia felsica (crosta continentale inferiore) o ultramafica (mantello supra-subduzione) della placca superiore riattivati, mediante processi di delaminazione e
sottoerosione tettonica, nelle zone di subduzione e successivamente coinvolti insieme alle rocce della placca inferiore nei processi di accrezione ed esumazione. La ricerca avrà un carattere multidisciplinare e riguarderà i parascisti, ortoscisti e metabasiti della Zona
Sesia-Lanzo (alta Val Chiusella, Alpi Occidentali), e ultramafiti metamorfiche, metabasiti e para e ortogneiss del Gateway metamophic Complex dell'Orogene di Ross nel Lanterman Range (Antartide).
Le indagini consentiranno la caratterizzazione strutturale, petrologica, geochimica, mineralogica, geocronologica e reologica di tali rocce. La finalità è quella di pervenire alla formulazione di un modello quantitativo dei processi di subduzione ed esumazione di
terreni metamorfici di HP e UHP in cui sono coinvolte rocce sia della placca inferiore e superiore in due diversi contesti geotettonici e geodinamici: Alpi Occidentali (tipico orogene collisionale) e l'Orogene di Ross (Antartide) (tipico orogene di margine continentale attivo). <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Carlo Alberto Ricci Università degli Studi di SIENA

Obiettivo del Programma di Ricerca

La presente proposta di ricerca propone nuovi studi di rocce di alta (HP) e altissima pressione (UHP) per raccogliere nuovi dati ed interpretazioni sulla tettonica, petrologia metamorfica e reologia di lembi della placca superiore di natura sia felsica (crosta
continentale inferiore) o ultramafica (mantello supra-subduzione) riattivati, mediante processi di delaminazione e sottoerosione tettonica, nelle zone di subduzione e successivamente coinvolti insieme alle rocce della placca inferiore nei processi di accrezione ed esumazione caratteristici dell'evoluzione dei prismi orogenici. Inoltre si propone di studiare la preservazione degli indicatori di HP/UHP in relazione alla maggiore/minore tendenza a persistere in forma di relitti metastabili e all'efficacia delle condizioni
(strutturali, cinetiche, fluidi..) che ne favoriscono la conservazione e i meccanismi di esumazione (non ancora completamente compresi) che porta rapidamente le rocce HP/UHP da profondità superiori ai 100 km fino alla superficie. I materiali, oggetto del
Programma di ricerca, sono le rocce di alta e altissima pressione del Lanterman Range (Terra Vittoria settentrionale, Antartide) che si sono originate durante l'orogenesi di Ross e le rocce della Zona Sesia-Lanzo (alta Val Chiusella, Alpi Occidentali). Lo scopo principale è quello di pervenire alla formulazione di un modello quantitativo dei processi di subduzione ed esumazione di terreni metamorfici di HP e UHP in cui sono coinvolte rocce sia rocce della placca inferiore che superiore in due diversi contesti geotettonici e geodinamici: l'Orogene di Ross (Antartide) tipico ambiente di margine continentale attivo e le Alpi Occidentali tipico orogene di collisione continente-continente.

Gli obiettivi intermedi che costituiscono la base di partenza per la formulazione dei modelli geodinamici nei due ambienti di convergenza litosferica sono:
- la ricostruzione delle geometrie delle strutture, della loro cinematica e della loro evoluzione nel tempo;
- la caratterizzazione mineralogico-petrologica 1) delle fasi relitte incluse in minerali di HP/UHP che permettono la ricostruzione della natura del protolite e/o dello stadio metamorfico precedente alle condizioni di picco barico, 2) delle associazioni di picco
metamorfico in condizioni di alta e altissima pressione che comprende anche la ricerca di relitti di coesite e 3) le connesse trasformazioni di fase durante la esumazione a varie scale; il tutto per ricostruire le condizioni P-T-X e i percorsi P-T-t delle rocce
appartenenti sia alla placca superiore che inferiore;
- la ricostruzione dell'evoluzione temporale mediante geocronologia radiometrica anche con l'ausilio di strumenti quali lo SHRIMP e di analisi in situ con tecniche di fusione laser;
- lo studio sul ruolo dei fluidi convogliati nel canale di subduzione nei confronti delle trasformazioni mineralogiche. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Premessa

Gli ambienti di convergenza litosferica siano essi di margine continentale attivo o di tipo collisionale continente-continente sono uno degli argomenti geologici più studiati dai ricercatori di varie discipline delle Scienze della Terra. Un notevole impulso alle ricerche
si è avuto quando sulla base di studi minero-petrologici (Chopin, 1984) è stato chiaro che il processo di subduzione coinvolge non solo porzioni di litosfera oceanica ma anche porzioni continentali che possono prima raggiungere profondità ben oltre i 100 km e poi essere rapidamente esumate (Schertl et al., 1991; Ji &amp; Zhao, 1994; Wang &amp; Ji, 2000; Ranalli et al., 2000;). Inoltre, il processo di subduzione non coinvolge solo le rocce della placca inferiore, ma, attraverso processi di erosione tettonica, anche rocce della placca superiore siano esse felsiche (crosta inferiore) o ultrafemica (mantello litosferico). Le rocce della placca superiore coinvolte insieme alle rocce della placca inferiore nei processi di subduzione subiscono il metamorfismo di HP/UHP e successivamente di esumazione (Brueckner &amp; Medaris, 2000; Ranalli et al., 2004). Purtroppo, non tutte le rocce formatesi in condizioni di alta e altissima pressione e successivamente esumate conservano le caratteristiche fisiche e chimiche acquisite in profondità a causa della maggiore efficacia delle condizioni (strutturali, cinetiche, fluidi etc.) che si sono sviluppate durante l'esumazione.
La comprensione dei processi di subduzione-esumazione può essere raggiunta attraverso lo studio delle rocce di HP/UHP, ma è necessario un approccio interdisciplinare ed integrato che preveda varie metodologie delle Scienze della Terra per comprendere i fenomeni nella loro interezza. Tale ricostruzione deve essere basato sullo studio meso e microstrutturale dei corpi rocciosi, sulle variazioni delle paragenesi e della composizione delle singole fasi in funzione delle variazioni di pressione, temperatura e composizione del sistema nel tempo che permetteranno la ricostruzione delle condizioni precedenti al picco metamorfico, le condizioni di HP/UHP e le successive variazioni avvenute durante l'esumazione. I dati minero- petrologici e geocronologici costituiranno la base per definire i percorsi P-T-t dei vari corpi rocciosi e insieme ai dati reologici e termotettonici verranno usati per la costruzione di modelli geodinamici quantitativi in due diversi ambienti di convergenza litosferica: l'Orogene di Ross (Antartide) che costituisce un classico margine continentale attivo e la zona Sesia-Lanzo (Alpi Occidentali) che rappresentano un tipico ambiente di collisione continente-continente.

I materiali di studio sono parascisti, ortoscisti e metabasiti nella Zona Sesia-Lanzo (alta Val Chiusella, Alpi Occidentali), e ultramafiti metamorfiche, metabasiti e para e ortogneiss del Gateway metamophic Complex dell'Orogene di Ross nel Lanterman Range (Antartide) tutti disponibili, così come sono disponibili molti data base geologici, mineralogici e delle proprietà fisiche. L'esperienza e la competenza dei ricercatori che collaborano alla realizzazione di questo progetto di ricerca spaziano dalla geologia strutturale alla petrologia, alla mineralogia, alla geochimica e alla geofisica e le collaborazioni internazionali in atto (vedasi il Modello B) sono adeguate alle problematiche del presente Programma e garantiscono un approccio metodologico e scientifico a carattere interdisciplinare.

Le attrezzature e le metodologie che si intende applicare sono adeguate al progetto proposto e consistono in:
1) microscopi ottici orthoplan, piattaforma universale a 5 assi e zoom apocromatico per lo studio microstrutturale di sezioni orientate (Colorado Spring, USA)
2) microscopia SEM e HRTEM (Siena) per lo studio dei prodotti delle reazioni continue e discontinue intra- ed intercristalline;
3) microsonda WDS (CNR Firenze), microsonda ionica e LAM (Pavia) per la aratterizzazione microanalitica delle singole fasi;
4) spettrometria Raman per la identificazione in situ di fasi mineralogiche (Siena);
5) spettrometria di massa per gas rari accoppiato a sonde laser (IR e UV) dedicato alla geocronologia argon (Pisa);
6) spettrometro di massa per la determinazione degli isotopi dell'ossigeno (Pisa)
7) microsonda SHRIMP (Canberra, Australia)
8) computer e software per elaborare i modelli quantitativi delle reazioni metamorfiche e dell'evoluzione P-T (Parigi, Francia)
9) computer e software per elaborare i modelli quantitativi dei processi di esumazione (Ottawa, Canada) . <<<