RICERCA ITALIANA     

ETEROGENEITA' DI MANTELLO ED EVOLUZIONE GEODINAMICA DEL SYSTEMA LITOSFERA-ASTENOSFERA

Università degli Studi di Genova

Abstract

Le eterogeneita’ composizionali del mantello litosferico sono state riconosciute mediante studi petrologici, geochimici e geofisici. La distribuzione, la scala e la grandezza di queste eterogeneita’ sono ancora controverse, come pure e’ ancora dibattuta la loro origine. Un argomento critico riguarda l’estensione a cui i domini del mantello litosferico sono capaci di produrre e rilasciare fusi con particolari impronte geochimiche per fusione parziale o per interazione reattiva con fusi astenosferici in risalita.
Le sorgenti dei magmi nel sistema astenosfera-litosfera portano le impronte di distinti componenti metasomatici nei differenti ambienti geodinamici, come indicato dalle peculiari segnature geochimiche delle associazioni magmatiche sia da situazioni anorogeniche e di sopra-subduzione, sia in ambienti continentali che oceanici, sia da situazioni di intraplacca e connesse con plume. In tutte queste situazioni, le peridotiti litosferiche registrano evidenti impronte di processi di percolazione reattiva di componenti metasomatici e di fusi astenosferici, che ne modificano significativamente le caratteristiche strutturali e composizionali.

Questo progetto di ricerca intende investigare le profonde eterogeneita’ composizionali del mantello litosferico ai differenti ambienti geodinamici (margini divergenti e convergenti di placca e ambienti di intraplacca) e risalire ai processi che condizionano l’evoluzione e le modificazioni del mantello litosferico nello spazio e nel tempo, riconoscendo l’importanza dell’interazione con l’astenosfera, fornendo vincoli petrologici e geochimici ai modelli di percolazione di fuso attraverso la litosfera e ai meccanismi che governano l’eterogeneita’ nel tempo delle sorgenti dei magmi.
A questo scopo, per ottenere appropriate informazioni sulla eterogeneita’ del mantello litosferico ai diversi ambienti geodinamici, e per esplorare i processi che le provocano, sono stati selezionati alcuni casi di studio su xenoliti di mantello in lave alcaline e massicci di peridotiti orogeniche ed ofiolitiche in: (i) ambienti estensionali continentali ed oceanici, (ii) ambienti sopra-subduzione, (iii) ambienti di intra-placca e di plume; (iv) situazioni di interfaccia crosta-mantello.

I casi di studio selezionati riguardano:
1) GLI AMBIENTI ESTENSIONALI, da situazioni pre-rift, a sin-rift fino ad oceanici, investigando: i) il mantello litosferico sottocontinentale, rappresentato dal massiccio peridotitico di Balmuccia (Alpi Occidentali), ii) il mantello degli ambienti distensivi pre-oceanici, rappresentato dalle peridotiti di Zone di Transizione Oceano-Continente (OCT) e di zone piu’ Interne Oceaniche (MIO) proveninenti dal bacino Giurassico della Tetide Ligure ed affioranti nel sistema Alpi-Appennino-Corsica [Lanzo (Alpi Occidentali), Erro-Tobbio (Alpi Liguri), Liguridi Esterne (Appennino Settentrionale) , Balagne e S. Lucia di Mercurio (Corsica)], iii) il mantello oceanico attuale di aree tipo delle dorsali Medio-Atlantica e Indiana di S-W (SWIR);
2) GLI AMBIENTI SOPRA-SUBDUZIONE, investigando: i) distretti vulcanici orogenici e litologie di mantello associate dell’areale Sardo-Tirrenico e della Cordigliera Betica, ii) complessi ofiolitici mesozoici della fascia sub-pelagoniana delle Dinaridi-Albanidi-Ellenidi, iii) xenoliti di mantello rappresentativi del mantello di retroarco della Patagonia extra-andina;
3) LE ZONE INTRA-PLACCA E DI PLUME, investigando: i) distretti vulcanici e xenoliti di mantello associati della placca Iberica (Olot, Calatrava), ii) distretti vulcanici e xenoliti di mantello associati della fascia Sahariana (Medio Atlante, Marocco, Hoggar, Algeria, Gharyan, Libia) e dell’Etiopia;
4) LE ZONE DI INTERFACCIA CROSTA-MANTELLO, investigando: i) il Complesso Intrusivo Basico e le vulcaniti associate (Zona Ivrea-Verbano).

Le ricerche saranno sviluppate mediante studi di terreno e geologico-strutturali, petrografici-microstrutturali, petrologici, geochimici e isotopici. Le indagini chimiche ed 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 sui minerali 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 di Ricerca 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’ di Ricerca, 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

Le eterogeneita’ del mantello litosferico sono state riconosciute mediante studi petrologici, geochimici e geofisici. Nonostante cio’, distribuzione, scala e grandezza di queste eterogeneita’ sono ancora controverse, come pure e’ ancora dibattuta la loro origine. Un argomento critico riguarda l’estensione a cui i domini del mantello litosferico sono capaci di produrre e rilasciare fusi con particolari impronte geochimiche per fusione parziale o per interazione reattiva con fusi astenosferici in risalita. Esso necessita di una migliore comprensione dei processi di interazione fra litosfera ed astenosfera e particolarmente di come le caratteristiche strutturali, modali e geochimiche di settori del mantello litosferico possono essere modificati dall’interazione con i fusi percolanti.
Molti studi hanno dimostrato il potenziale teorico del trasporto reattivo di fuso nel modificare le segnature geochimiche nei magmi (McKenzie, 1984; Kelemen, 1986; Iwamori, 1993a, 1993b; Kelemen et al., 1995; Spiegelman, 1996). Analogamente, gli xenoliti di mantello e i massicci peridotitici a scala globale mostrano evidenze che la migrazione pervasiva di fusi modifica fortemente la composizione del mantello solido (Bodinier et al., 1990; Vasseur et al., 1991; Godard et al., 1995; Van der Wall e Bodinier, 1996). Lo sviluppo di modelli completi di scambi metasomatici fra fusi percolanti e mantello litosferico e’ ostacolato dall’alto numero di fattori complessi e parametri che sono coinvolti, come la formazione e dissoluzione di minerali, la diffusione degli elementi, i vincoli fisico-chimici, gli effetti cinetici (Navon e Stolper, 1987; Vasseur et al., 1991; Iwamori et al., 1993). Questi parametri variano inoltre significativamente anche in funzione dell’ambiente tettonico.

Questo progetto di ricerca intende descrivere gli effetti delle interazioni fusi-mantello in differenti ambienti geodinamici (margini divergenti e convergenti di placca e ambienti di intraplacca), fornendo vincoli petrologici e geochimici ai modelli di percolazione di fuso attraverso il mantello superiore e ai meccanismi che governano l’eterogeneita’ nel tempo delle sorgenti dei magmi. A questo scopo, sono stati selezionati xenoliti di mantello in lave alcaline, massicci di peridotiti orogeniche ed ofiolitiche, e complessi intrusivi femici-ultrafemici per riconoscere i meccanismi e gli effetti della percolazione, dell’interazione fuso-roccia e di intrusione di fuso in: (i) ambienti estensionali continentali ed oceanici, (ii) ambienti sopra-subduzione, (iii) ambienti di intra-placca e di plume; (iv) situazioni di interfaccia crosta-mantello.
Le sorgenti dei magmi nel sistema astenosfera-litosfera portano le impronte di distinti componenti metasomatici nei differenti ambienti geodinamici, come indicato dalle peculiari segnature geochimiche delle associazioni magmatiche anorogeniche e di sopra-subduzione sia in ambienti continentali che intra-oceanici (Carlson, 1995; Hofmann, 1997). Di conseguenza, le ricerche saranno concentrate sulle interazioni fuso/roccia fra astenosfera e litosfera, e sugli effetti combinati strutturali/metrologici/geochimica sulle sorgenti dei magmi nei differenti ambienti geodinamici.

In ambienti estensionali, studi integrati sulle rocce di mantello e sui prodotti magmatici da sequenze ofiolitiche saranno sviluppati con lo scopo di riconoscere: (i) l’ impronta geochimica ed isotopica dei fusi primari, (ii) le modificazioni composizionali dei fusi durante la percolazione reattiva, (iii) le caratteristiche originarie delle peridotiti litosferiche e le modificazioni modali e composizionali indotte dalla percolazione reattiva, (iv) le relazioni spaziali-temporali fra gli eventi magmatici e tettonici nel quadro dell’evoluzione estensionale tettonico-metamorfica della litosfera, che precede e accompagna l’apertura oceanica, (v) le modificazioni reologiche associate all’erosione termochimica e termomeccanica del mantello litosferico indatta dall’interazione astenosfera-litosfera durante l’estensione della litosfera. Lo scopo finale e’ di comprendere il ruolo dell’interazione litosfera/astenosfera nella transizione da estensione litosferica passiva a rifting a espansione oceanica.
Il bacino Giurassico della Tetide Ligure e’ caratterizzato da rocce crostali MORB (gabbri e basalti) che mostrano impronte a granato e sono presenti fusi geochimicamente arricchiti. Le peridotiti degli ambienti OCT del bacino hanno abbondanti bande di pirosseniti a granato che possono essere le sergenti dei fusi alcalini e delle impronte a granato dei MORB (Hirschmann e Stolper, 1996; Salters e Dick, 2001). Studi petrologici e geochimici-isotopici intendono esplorare il possibile ruolo di componenti litosferici a granato nell’origine dei fusi geochimicamente arricchiti e delle impronte a granato dei MORB, per riconoscere le sorgenti di mantello e i processi geodinamici responsabili di queste peculiari caratteristiche presenti nel sistema estensionale in studio. Le ricerche riguarderanno anche le bande pirossenitiche delle sezioni di mantello litosferico per riconoscere la loro origine che puo’ derivare da (i) l’iniezione di fusi derivati dal mantello (Liu et al. 2005), (ii) il riciclo di rocce crostali attraverso la subduzione (Jacob, 2004), o (iii) la delaminazione di materiale della crosta inferiore (Behn e Kelemen, 2006).

In aree intra-placca e di plume e’ registrata una forte erosione termochimica della litosfera.
Gli studi su associazioni di xenoliti indicano che i modelli disponibili di flusso poroso reattivo basati su un limitato numero di parametri possono essere applicati con successo per spiegare le caratteristiche mineralogiche e geochimiche dei settori di mantello da cui provengono (Bedini et al., 1997; Xu et al., 1998). Tuttavia, e’ ancora largamente dibattuto se le impronte geochimiche largamente variabili devono essere ascritte ad un principale agente metasomatico, che evolve progressivamente per reazione fuso-roccia durante il suo movimento verso la superficie o se differenti agenti interesano questi domini del mantello litosferico, probabilmente dovuti alla rimobilizzazione domini arricchiti del mantello litosferico (Bedini et al., 1997; Xu et al., 1998; Gorring e Kay, 2000; Ionov et al., 2002; Rivalenti et al., 2004).
In particolare, saranno sviluppati studi integrati sui magmi basici e gli associati xenoliti di mantello in aree di plume che permetteranno un confronto fra componenti di mantello superficiale, come quelle ipotizzate per la cintura Sahariana (hot fingers astenosferici o miniplumes) e componenti di plume profondo (es. il plume dell’Afar), possibilmente originate nel mantello inferiore (Pik et al., 2006). Questo studio fornira’ un importante contributo al dibattito sui plumes e le loro componenti geochimiche, la cui natura, significato e profondita’ di origine sono tutt’ora materia di discussione (Ernst e Buchan, 2001; Fougler et al., 2005).

In ambienti sopra-subduzione, il progetto di ricerca investigera’ la composizione originale del cuneo di mantello e le sue modificazioni provocate dall’interazione con fluidi e fusi derivati dalla placca in subduzione. Il progetto di ricerca intende affrontare alcuni problemi fondamentali ancora poco sviluppati: (i) e’ possibile riconoscere le impronte mineralogiche e geochimiche dei materiali derivanti dalla placca? (ii) quali sono i piu’ idonei traccianti mineralogici, chimici e isotopici per caratterizzare il mantello litosferico di sub-arco? (iii) nello studio degli xenoliti di mantello in questi ambienti, per quale estensione la tardiva migrazione di fusi litosferici o astenosferici in tempi post-orogenici preserva le impronte precedenti, derivate dal materiale della placca?
Per risolvere questi problemi, il progetto di ricerca si propone di investigare la natura e la provenienza dei componenti orogenici in peridotiti provenienti da cunei di mantello sopra-subduzione in ambienti sia continentali che intra-oceanici. <<<

Risultati parziali attesi

L’insieme dei dati petrochimici e petrografico-strutturali raccolti negli ultimi anni sul mantello litosferico ha evidenziato come, nei diversi ambienti geodinamici, le sue caratteristiche strutturali e composizionali mostrino importanti eterogeneità indotte dai processi che sono attivi ai diversi ambienti.

Il presente progetto di ricerca si prefigge di investigare le caratteristiche e le cause di queste eterogeneita’ ai diversi ambienti, per risalire agli agenti e ai processi che le provocano, per contribuire alla comprensione dell’evoluzione geodinamica del sistema litosfera-astenosfera in relazione all’influenza dei parametri chimico-fisici, dei fattori cinetici, delle caratteristiche del sistema solido-fuso e dei meccanismi di scambio chimico e di diffusione degli elementi che agiscono ai differenti ambienti geodinamici.

L’approccio multidisciplinare di questo progetto, che coinvolge gli aspetti petrografico-strutturali, petrologici, geochimici ed isotopici dei materiali del mantello e dei fusi associati dai differenti ambienti geodinamici, portera’ alla comprensione de: (i) i caratteri e i processi che inducono l’eterogeneita’ composizionale del mantello litosferico, siano i processi di fusione parziale che i processi di interazione con fusi percolanti, (ii) la connessione tra le caratteristiche chimico-fisiche del processo che le genera, la sua evoluzione spazio-temporale e le caratteristiche tettoniche del particolare ambiente geodinamico, (iii) i meccanismi di formazione e la presenza di “reservoir” geochimici che condizionano la composizione delle lave eruttate ai diversi ambienti, (iv) le modificazioni reologiche indotte nella litosfera dall’interazione con materiale astenosferico.

Lo studio integrato delle peridotiti del sistema alpino-appenninico, sia derivanti di situazioni sottocontinentali (Balmuccia) che derivanti dal bacino Giurassico della Tetide Ligure, ed evolute nei differenti ambienti geodinamici OCT e MIO (Lanzo, Erro-Tobbio, Liguridi e Corsica), intende portare contributi e conoscenze che consentano la ricostruzione di come il bacino oceanico si sia evoluto a partire dall’estensione passiva a causa di forze esterne al sistema (far-fied forces) a partire presumibilmente dal Triassico.
Gli studi di terreno, petrografici-strutturali e petrologico-geochimici ed isotopici sulle peridotiti derivanti dai differenti ambienti del bacino consentiranno di riconoscere: (i) i meccanismi di evoluzione di subsolidus del mantello litosferico sottocontinentale durante l’estensione, (ii) le relazioni fra assottigliamento della litosfera e fusione decompressionale della sottostante astenosfera in risalita adiabatica, (iii) i meccanismi di migrazione diffusa dei fusi prodotti dall’astenosfera attraverso la soprastante litosfera in estensione; (iv) i rapporti fra tettonica e magmatismo, cioe’ fra evoluzione di subsolidus a formazione e migrazione di fusi astenosferici, (v) gli importanti effetti reologici prodotti dalla percolazione diffusa, cioe’ i processi di erosione termochimica e thermomeccanica della litosfera, (vi) l’influenza del thermal softening della litosfera indotto dai processi di erosione termica sulla transizione da estensione diffusa della litosfera a oceanizzazione concentrata ed, in conclusione, la rilevanza dei processi di interazione litosfera-astenosfera sull’impostazione delle spreading oceanico sul bacino della Tetide Ligure.
Gli studi sulle pirosseniti litosferiche presenti nel mantello sottocontinentale, sui fusi alcalini nelle peridotiti in ambienti OCT e sulle impronte geochimiche arricchite e a granato nel magmatismo ofiolitico del bacino porteranno a riconoscere i particolari processi petrologici e geodinamici che hanno caratterizzato le fasi precoci del rift nel bacino.
Quesi studi integrati permetteranno di ottenere un quadro complesso e completo, sino ad ora parziale e frammentario, dell’evoluzione tettonico-strutturale e petrologica del bacino giurassico della Tetide Ligure e contribuiranno fortemente all’interpretazione della formazione e dell’evoluzione di analoghi bacini attuali, contribuendo significativamente, in conclusione, alla comprensione della formazione e dell’evoluzione di fondamentali ambienti geodinamici, quali i bacini oceanici.
La comprensione di processi in gioco e dei parametri fisici e chimici che li assistono, consentiranno l’elaborazione di modellizzazioni numeriche ed analogiche piu’ appropriate per i processi di estensione della litosfera, di formazione dei rift e di apertura oceanica, rispetto ai modelli attuali ove gli effetti dell’erosione termomeccanica della litosfera negli stadi di rifting non sono ancora considerati o correttamente utilizzati.

Gli studi dei processi di interazione fuso-mantello litosferico in ambienti di sopra-subduzione sono ancora poco sviluppati. Le ricerche messe in atto da questo progetto porteranno alla comprensione dei problemi ancora aperti, quali: (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.

Nei contesti intra-placca e di plume 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.
Gli studi avviati da questo progetto su materiali provenienti da questi ambienti porteranno alla comprensione di problemi ancora aperti, quali: (i) gli effetti della rimobilizzazione di componenti litosferiche; (ii) l’entità della rifertilizzazione su litologie variamente impoverite dai precedenti eventi di fusione; (iii) gli effetti chimici, specie per quanto concerne il budget HFSE/REE, di una possibile percolazione attraverso settori di mantello in facies a granato, (iv) 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.).

Gli studi sul Corpo Basico della zone Ivrea-Verbano porteranno alla comprensione dei rapporti fra il corpo fabbrico intrusivo e le vulcaniti associate, e dei rapporti fra l’evoluzione magmatica e i processi effusivi. I risultati aspettati forniranno un complessivo quadro evolutivo del sistema intrusivo ed effusivo, innescato dall’inttrusione di fusi mantellaci nell’interfaccia crosta-mantello.

In conclusione, si prevedono risultati di notevole rilevanza dallo sviluppo del progetto di ricerca, che contribuiranno alla migliore comprensione di problemi e processi petrogenetici ancora dibattuti nella comunita’ scientifica internazionale, e ad una migliore comprensione dei rapporti fra processi geodinamici e processi evolutivi del sistema litosfera-astenosfera. Verranno riconosciute le cause e le modalita’ con cui si esplicano i processi di differenziazione del mantello litosferico, che provocano la forte eterogeneita’ del mantello litosferico in connessione con i differenti ambienti geodinamici.

I risultati delle ricerche rivestono quindi un forte interesse per l’avanzamento delle conoscenze su processi e ambienti fondamentali che caratterizzano l’evoluzione composizionale e geodinamica del sistema astenosfera-litosfera, e quindi fondamentali processi evolutivi e ambienti geodinamici del Pianeta Terra. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

1) INTRODUZIONE
L’insieme dei dati petrochimici e petrografico-strutturali raccolti negli ultimi anni sul mantello litosferico ha evidenziato come, nei diversi ambienti geodinamici, le sue caratteristiche strutturali e composizionali mostrino importanti eterogeneità indotte, oltre che dai processi di fusione parziale, anche da processi di interazione fuso-roccia, eventi che si collocano nell’ambito dei più generali processi di interazione tra astenosfera e litosfera. I fattori che controllano la migrazione dei fusi e la loro interazione con il materiale litosferico sono molteplici:1) meccanismi di scambio chimico e di diffusione degli elementi, 2) le caratteristiche del sistema solido-fuso; 3) i parametri chimico-fisici, e 4) gli aspetti cinetici.
Tutti i suddetti parametri sono significativamente variabili in funzione del peculiare ambiente geodinamico. La loro parametrizzazione complessiva in un unico modello è di fatto impossibile (Navon &amp; 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 per la comprensione dei caratteri e dei processi che inducono l’eterogeneita’ composizionale del mantello litosferico, siano i processi di fusione parziale che i processi di interazione con fusi percolanti, sono gli studi sulla stretta connessione tra le caratteristiche chimico-fisiche del processo che le genera, la sua evoluzione spazio-temporale e le caratteristiche tettoniche del particolare ambiente geodinamico. Per lo studio dettagliato e la comprensione di caratteri e processi responsabili dell’eterogenita’ composizionale del mantello litosferico e’ necessario un approccio multidisciplinare che coinvolga gli aspetti petrografico-strutturali, petrologici, geochimici ed isotopici dei materiali del mantello e dei fusi associati. Tali ricerche consentiranno anche 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.

2) GLI AMBIENTI ESTENSIONALI: L’EVOLUZIONE DEL MANTELLO LITOSFERICO DA SOTTO-CONTINENTALE AD OCEANICO
2a) LE PERIDOTITI DELLA TETIDE LIGURE
Nel sistema Alpi-Appennino-Corsica affiorano associazioni ofiolitiche (peridotiti di mantello e rocce crostali) riferibili al bacino oceanico della Tetide Ligure, la cui apertura data al Giurassico Medio. Esse derivano da domini di Transizione Oceano-Continente (OCT) [es. Lanzo Nord (Alpi Occidentali), settori di Erro-Tobbio (Alpi Liguri), Unità Liguri Esterne (Appennino Settentrionale), Corsica Settentrionale (Balagne) e Centrale (S. Lucia di Mercurio)] e da settori oceanici piu’ interni del bacino (MIO) [es. Lanzo Sud (Alpi Occidentali), settori di Erro-Tobbio (Alpi Liguri), Unità Liguri Interne (Appennino Settentrionale)].
Ofioliti e peridotiti di tipo OCT.
L’associazione di ofioliti e rocce di crosta continentale delle unità Liguri Esterne indica transizione con il margine continentale paleo-Africano (placca Adria), analoga all’attuale margine continentale passivo della Galizia (Marroni et al. 1998). Lo studio petrologico e geochimico di peridotiti e rocce crostali provenienti da queste zone di transizione ha permesso di riconoscere che il mantello litosferico sotto-continentale subisce importanti modificazioni composizionali e strutturali nel corso del processo di rifting e di oceanizzazione (Piccardo et al., 2004; Montanini et al., 2006; Piccardo, 2007; Piccardo e Vissers, 2007). Le peridotiti di mantello preservano un’impronta litosferica sottocontinentale (Bodinier et al., 1991; Rampone et al. 1995) e sono caratterizzate da abbondanti bande pirossenitiche a granato/spinello. Le peridotiti OCT (Lanzo Nord e Liguridi Esterne) mostrano (i) limitata impregnazione da parte di fusi MORB aggregati e (ii) la successiva percolazione focalizzata in canali di harzburgiti di fusi arricchiti ad affinita’ alcalina (Piccardo, 2007). La percolazione canalizzata di fusi ad impronta alcalina in tempi successivi all’impregnazione di fusi MORB indica una drastica variazione della composizione delle sorgenti di mantello e necessita della messa a punto di modelli geodinamici per comprendere l’origine e provenienza della rocce sorgenti (pirosseniti a granato?, Hirshmann et al., 2003) dei fusi alcalini. Le rocce oceaniche crostali (gabbri e basalti) delle ofioliti Liguri, che si sono formate successivamente ad impregnazione MORB e percolazione di fusi alcalini, mostrano un’origine da fusi N-MORB che presentano tuttavia rapporti MREE/HREE relativamente elevati, che potrebbero essere legati alla presenza di un componente pirossenitico a granato nel materiale sorgente (Montanini et al. 2007).
Le ofioliti della Balagne, attribuite a transizione oceano-continente verso il margine paleo-Europeo (Durand-Delga et al., 1997; Marroni &amp; Pandolci, 2003), hanno peridotiti di mantello sostanzialmente sconosciute, mentre i basalti mostrano localmente un significativo arricchimento in LREE rispetto alle HREE (Venturelli et al., 1981; Vannucci et al., 1993) e non sono quindi chimicamente analoghi ai moderni basalti tipo N-MORB. Non è ancora stato investigato se l’arricchimento in LREE e’ legato ad un componente mantellico profondo (tipo “OIB”) o a un componente litosferico. Le sequenze gabbriche sono ancora poco conosciute. L’eta’ di intrusione di 181 ± 6 Ma (metodo K-Ar su anfibolo) (Beccaluva et al., 1981) indica una stretta analogia con intrusioni precoci, sin-rifting, nel mantello di altre sequenze OCT, Erro-Tobbio e Liguridi Esterne (Piccardo, 2007, e bibliografia riportata) del bacino Ligure-Piemontese.
Ofioliti e peridotiti di tipo MIO.
Le peridotiti degli ambienti MIO sono caratterizzate da estrema eterogeneita’ strutturale e composizionale (harzburgiti-duniti impoverite in pirosseni e peridotite rifertilizzate da componenti basaltici) causata da complessa successione di processi di interazione fuso–peridotite. Le ricerche precedenti sulle peridotiti ofiolitiche alpino-appenniniche da ambienti MIO del bacino Ligure-Piemontese (Piccardo, 2003, 2007; Piccardo et al., 2004; Piccardo e Vissers, 2007) hanno evidenziato le caratteristiche strutturali e composizionali dei diversi processi di interazione, che possono essere ricondotti a: 1) percolazione reattiva diffusa; 2) impregnazione e refertilizzazione; 3) percolazione reattiva focalizzata reattiva. La percolazione di fusi astenosferici nella litosfera, cioe’ l’interazione astenosfera/litosfera durante le fasi di rifting del bacino, causo’ importanti modificazioni reologiche provocando l’erosione termochimica e termomeccanica della litosfera (Piccardo, 2003, 2007). I fusi percolanti hanno connotazioni geochimiche da MORB Normali fino ad Arricchiti, e localmente fusi ad affinita’ alcalina percolano nei canali harzburgitici.
Le caratteristiche isotopiche di peridotiti e fusi percolanti sono poco note, dopo il pionieristico lavoro di Bodinier et al. (1991) sulle peridotiti di Lanzo, mentre pochi dati isotopici Sm-Nd esistono sull’eta’ Giurassica dei processi di percolazione, su peridotiti impregnate a plagioclasio di Monte Maggiore (Corsica) (Rampone e Piccardo, 2003) e Monte Nero (Liguridi Esterne) (Rampone et al.,, 1995).
Modellizzazioni numeriche ed analogiche (Corti et al., 2007; Ranalli et al., 2007)) indicano che il thermal softening del mantello litosferico causato che l’interazione fuso/peridotite causa riscaldamento e modificazioni reologiche del mantello litosferico. L’effetto dell’erosione termica e’ ancora poco esplorato, e quindi ancora non considerato nei correnti modelli di transizione da estensione della litosfera a spreading oceanico o di formazione dei margini passivi (es. Lavies e Manatschal, 2006).
2b) LE PERIDOTITI OCEANICHE ATTUALI
Mantello sub-oceanico affiora in corrispondenza delle dorsali lente e a velocità di espansione intermedia. La variazione composizionale delle peridotiti abissali è stata messa in relazione con il grado di fusione parziale del mantello (Dick, 1989). Recenti studi hanno messo in evidenza come il mantello sorgente sia eterogeneo a scala variabile (Zindler et al., 1984). Le attuali conoscenze non permettono di valutare la variabilita’ a scala dell’affioramento ne’ le modalita’ di estrazione dei fusi. Processi metasomatici e di interazione fuso-peridotite sono sempre piu’ frequentemente messi in evidenza da studi strutturali e composizionali su peridotiti abissali (Seyler et al., 2001, 2004, 2006; Brunelli et al., 2006).

3) GLI AMBIENTI SOPRA-SUBDUZIONE
Gli studi dei processi di interazione fuso-mantello litosferico in ambienti di sopra-subduzione sono ancora poco sviluppati. 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.
L’area Mediterranea, caratterizzata dalla convergenza e giustapposizione delle litosfere Africana ed Europea, fornisce casi studio di particolare interesse sia per quanto riguarda i margini convergenti continentali che quelli intraoceanici, quali:
1) I processi di subduzione verificatisi sotto il margine meridionale paleo-europeo a partire dall’Eocene, con sviluppo di vulcanismo orogenico nel settore Betico-Provenzale-Sardo-Tirrenico, fino all’Arco Eoliano ed alla Provincia Magmatica Romana (Beccaluva et al., 1991, 2005c; Benito et al., 1999); in tale contesto il mar Balearico ed il Tirreno rappresentano bacini di retroarco (Trua et al., 2003; 2007) del sistema di subduzione in progressiva migrazione spazio-temporale verso sud-est (Beccaluva et al., 2005c).
2) I processi di convergenza intra-oceanica rappresentati dalle ofioliti Mesozoiche del sistema orogenico Dinaride-Albanide-Ellenide, dove si riscontrano complessi magmatici di arco, con affinità da tholeiitica a boninitica, associati a corpi peridotitici del cuneo di suprasubduzione. Tale situazione risulta di particolare interesse per chiarire le relazioni tra magmatismo di supra-subduzione e dinamiche del processo subduttivo intra-oceanico a scala regionale (Beccaluva et al., 2004, 2005; Saccani et al., 2003, 2004).
Xenoliti di mantello sono comuni nelle lave di retroarco della subduzione Andina. Le lave alcaline ospiti hanno caratteristiche simili ai basalti di Isole Oceaniche (OIB). Vari autori attribuiscono questo magmatismo a plumes che risalgono dalla astenosfera sottostante la placca in subduzione, eventualmente attraverso “finestre” nella placca indotte da subduzione di dorsali oceaniche (Ramos e Kay, 1992; D’Orazio et al., 2001; Gorring e Kay, 2001). Una ipotesi alternativa, è stata proposta da Rivalenti et al. (2007), che osservano come i processi di fertilizzazione indotti nella porzione astenosferica del cuneo di mantello da parte di componenti di placca nelle zone più distali dalla fossa, possono costituire la sorgente di magmi con caratteristiche simili agli OIB.

3) LE AREE INTRA-PLACCA E 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.
Per quanto riguarda la Africana ed Europea il dibattito scientifico si è focalizzato sulla origine delle componenti di mantello (litosfera vs. astenosfera) nonchè sulle possibile relazioni con processi di “plume” la cui natura, significato e profondità di provenienza è ampiamente discussa (Ernst and Buchan, 2001; Fougler et al., 2005; Beccaluva et al. Eds, 2007b). In questo contesto risultano interessanti in particolare le province vulcaniche Cenozoiche (e xenoliti di mantello associati) della placca Iberica e della fascia Sahariana in nord-Africa. Tali distretti sono stati generalmente attribuiti a sorgenti magmatiche site nel mantello litosferico influenzate da componenti astenosferiche di provenienza relativamente superficiale o comunque legate a plumes di mantello non profonde (Liégeois et al., 2005; Beccaluva et., 2007c; Bianchini et al., 2007a). Inoltre, la litosfera Europea, inclusa quella Iberica, sembra essere stata interessata 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 &amp; Bianchini, 1999; Wilson and Patterson, 2001; Downes, 2001). La litosfera nord-Africana (incluso il “promontorio adriatico”) sembra invece caratterizzata nei suoi più importanti distretti vulcanici (Iblei-Canale di Sicilia, Hoggar, Tibesti-Gharyan , Darfur) da una più esteso ed intenso metasomatismo di tipo HIMU, con sostituzione dell’antica litosfera cratonica da parte di diapiri di mantello e relative componenti geochimiche di provenienza astenosferica (Civetta et al., 1998; Beccaluva et al., 1998; 2007a; 2007c; in press). Un caso studio di assoluto interesse per il dibattito sui “plume” di mantello è rappresentato dall’Africa orientale dove in corrispondenza del plateau e del rift Etiopico, il magmatismo e gli xenoliti di mantello associati sembrano registrare complesse interazioni delle sorgenti di mantello con componenti di “plume” profondi, forse originati nel mantello inferiore (Pik et al., 2006; Beccaluva et al., 2007d; 2007e).

5) LE SITUAZIONI DI INTERFACCIA CROSTA-MANTELLO
Il Corpo Basico della zone Ivrea-Verbano (Rivalenti et al., 1975, 1981, 1984; Pin and Sills, 1986) rappresenta un ottimo esempio di underplating di fusi mantellici al limite mantello-crosta. L’attività vulcanica dell’SVD è l’espressione in superficie del sistema magmatico indotta dall’”underplating” del Complesso Basico. Il processo è iniziato nella crosta inferiore con l’intrusione di magmi tholeiitici a connotazione mantellina, il progressivo riscaldamento della crosta inferiore fino a raggiungere l’anatessi e la conseguente contaminazione dei magmi basici (Voshage et al., 1990). Le osservazioni strutturali hanno dimostrato che il corpo gabbrico si è accresciuto a partire da una camera magmatica di dimensioni ridotte che veniva continuamente alimentata da fuso basaltico secondo il modello “gabbro-glacier” (Quick et al., 1992). Il modello proposto è consistente con una tettonica estensionale durante la crescita del corpo gabbrico, in accordo con quanto osservato da Brodie and Rutter (1987)e Mulch et al.(2002).
Ancora poco studiati sono i rapporti fra il corpo intrusivo e le vulcaniti, cosi’ come fra l’evoluzione magmatica e i processi effusivi. <<<