RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Controllo dei fattori petrologici sulla cristallochimica delle miche.

Università di riferimento

Università degli Studi di MILANO - SCIENZE DELLA TERRA - MILANO(MI)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Alessandro PAVESE

Descrizione

L'unita di ricerca di Milano accoglie personale del Dipartimento di Scienze della Terra dell'Universita' degli Studi di Milano, del Dipartimento di Scienze Mineralogiche e Petrologiche dell'Universita' degli Studi di Torino, del Dipartimento di Scienze della Terra dell'Universita' degli Studi di Pavia e del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Padova, per assicurare competenze nei settori di: diffrazione da raggi X su cristallo singolo; diffrazione da polveri a condizioni non ambientali con sorgente non convenzionale; spettroscopia IR ed elettronica d'assorbimento; Microscopia Elettronica a Trasmissione; tecniche computazionali non convenzionali. Collaborazioni attive da tempo con l'unita' dell'Universita' degli Studi di Bari assicurano copertura per le competenze relative alla spettroscopia Mossbauer. Competenze petrologiche sono reperibili all'interno del Dipartimento di Scienze della Terra dell'Universita' degli Studi di Milano nell'ambito di consolidate collaborazioni. In tali termini, l'unita' di Milano mira a fondere sinergicamente competenze mineralogiche, chimico-fisiche e petrologiche per sviluppare un approccio multiprospettico alle problematiche scientifiche che si intendono affrontare, e produrre quindi risultati integrati. L'unita' di ricerca di Milano punta a dare tre contributi: (A) obiettivo mineralogico. A.1) Stabilita' di politipi coesistenti 3T e 2M1 di fengite, e ruolo dell'ordinamento cationico. Campioni di fengite dalla Cima Pal (Alpi Occidentali) mostrano coesistenza di politipi 2M1 e 3T. Questa e' un'eccellente opportunita' per affrontare l'ancora aperto problema della stabilita' relativa di tali politipi in funzione del rapporto P/T. Si intende sviluppare il programma nei seguenti passi: (1) caratterizzazione con diffrazione di raggi X su cristallo singolo, e confronto con studi precedenti mediante diffrazione di neutroni su polveri per definire il partizionamento cationico. Questi risultati possono essere integrati da misure spettroscopiche che aiutano nella localizzazione di elementi di transizione. Ulteriori misure di diffrazione neutronica possono contribuire alla determinazione della distribuzione cationica nei campioni in studio. (2) diffrazione ad alta pressione e temperatura da luce di sincrotrone per misurare equazioni di stato P-V-T dei politipi coesistenti, sull'intervallo 0-15 GPa e 300-700 K. Anche la risposta strutturale viene studiata, ed il confronto tra 3T e 2M1 puo' essere utile a ricavare indicazioni sul meccanismo di stabilizzazione di un politipo rispetto all'altro. I dati sono gia' in parte disponibili, ed il completamento delle misure e' pianificato durante l'anno corrente presso la stazione sperimentale ID9A ad ESRF. (3) Osservazioni in microscopia elettronica di trasmissione per verificare la presenza di essoluzioni lungo la sequenza di stacking a seguito di ri-equilibrazione. Intercrescite di quarzo e talco sono state rilevate in campioni di 3T dal Dora Maira, come riportato da Pavese et al. (1999b) e Pavese et al. (2000). (4) Modellizzazione termodinamica di un sistema 2M1-3T in funzione di P e T, per esplorare la stabilita' relativa. Fengiti da altri siti metamorfici nelle Alpi Occidentali (Brossasco - Isasca, St. Marcel) mostrano la medesima associazione dei due politipi in questione. Sebbene il limitato quantitativo di campioni disponibili non consenta l'impiego di tutte le tecniche discusse, studi medianti raggi X e cristallo singolo, microscopia TEM e luce di sincrotrone sono pianificati. A.2) Flogopite e biotite: effetti composizionali sulle proprieta' termoelastiche. Il ruolo delle flogopiti ricche in Fe quali possibili veicolatori geochimici nel mantello terrestre e' condizionato dalla stabilita' di questa mica rispetto a P e T. In uno studio precedente abbiamo misurato l'equazione di stato P-V di una flogopite naturale a composizione quasi-ideale [Betroka, Madagascar]; tuttavia, simulazioni del diagramma di fase mostrano che una significativa incertezza persiste quale conseguenza della mancanza di dati attendibili relativi alla derivata prima del bulk modulus rispetto alla temperatura. In questa luce, abbiamo pianificato esperimenti di alta pressione e temperatura ad ESRF presso la stazione ID9A, per studiare l'equazione di stato P-V-T del medesimo campione. Inoltre, il ruolo giocato da variazioni composizionali con arricchimento in Fe-Ti puo' essere portato alla luce mediante i dati P-V-T recentemente raccolti su una biotite naturale [complesso intrusivo di Val Bliandino, Lecco; Mg/Fe prossimo ad 1; contenuto Al-Ti < 0.08 per sito ottaedrico]. In base ad un confronto tra le proprieta' elastiche della biotite e della flogopite, riteniamo di essere in grado di proporre una previsione sull'effetto del ferro nel modificare le curve di reazione in cui sono coinvolte tali miche, mediante calcoli di equilibrio termodinamico. In relazione ai punti A.1 e A.2, intendiamo cercare collaborazioni per la misura delle curve in funzione di T dei calori specifici a pressione costante, per completare l'insieme delle osservabili richieste per una precisa definizione dei campi di stabilita'. (B) obiettivo metodologico. B.1) Il Metodo di Massima Entropia e' una tecnica che va acquistando un rilievo sempre maggiore negli studi mirati alla determinazione della densita' elettronica e del partizionamento cationico. Infatti, tale tecnica, importata dalla teoria generale dell'informazione, consente un approccio indipendente da qualsiasi modello atomistico, e pertanto si presta bene a ricavare quantita' quando si voglia adottare la via ''least committal''. MEM e' stata gia' impiegata per studiare pigeoniti [Merli and Camara, 2003] e periclasio [Merli et al. 2003]. Nel caso presente, MEM risulta una tecnica limite che intendiamo considerare quanto alla sua efficienza nel (1) determinare il contenuto del sito ''formalmente vuoto'' nelle miche diottaedriche, al fine d'una corretta stima dell'entropia configurazionale, e (2) determinare l'ordinamento cationico quando i metodi convenzionali a raggi X non sono sufficienti. Inoltre, intendiamo dedicare uno sforzo rivolto a migliorare le potenzialita' di MEM. In particolare, la minimizzazione dell'entropia di una matrice densita' quantistica consentirebbe di ridurre drasticamente i gradi di liberta', con conseguente riduzione della complessita' del problema: cio' e' apprezzabile nel caso delle miche, che presentano un'intrinseca complessita' strutturale. (C) obiettivo inteso alla collaborazione. C.1) L'unita' di Milano e quella di Bari intendono sviluppare una sinergia rivolta a: diffrazione neutronica da cristallo singolo e polveri su flogopite ricca in Fe-Al-Ti proveniente dal Monte Vulture (Puglia) per la determinazione della configurazione dell'ossidrile. Questo contributo e' inteso a fornire un supporto al modello cristallochimico recentemente proposto da Scordari et al (2004), che attribuisce un ruolo rilevante all'interazione tra catione interstrato ed ossidrile nella stabilizzazione di un politipo. determinazione precisa del contenuto in Fe e del suo stato di valenza nei campioni coinvolti nel programma in questione. Tale obiettivo ha anche natura metodologica, implicando l'uso d'uno strumento statistico quale la ''leverage analysis'', per migliorare la qualita' dei profili da spettroscopia Mossbauer. Lo sviluppo d'un piu' potente protocollo per trattare i dati da Mossbauer appare necessario alla luce della complessita' strutturale delle miche, e del relativamente modesto contenuto in Fe in molti dei campioni in questione. Il nostro punto di partenza e' la precedente esperienza acquisita nell'applicazione cristallografica del ''leverage analysis'', come segnalato da Merli et al (2000), Merli et al.( 2001) e Merli (2002). Da notare che ''interazioni'' scientifiche sono previste con le unita' di ricerca di Padova, in merito alla stabilita' relativa dei politipi 2M1 e 3T di fengite, di Roma, sulle tecniche avanzate spettroscopiche per la coordinazione atomica locale, e di Modena, sulla realizzazione della banca dati cristallografici e sull'interpretazione dei fenomeni di ordine-disordine in funzione di variabili ambientali. PROGRAMMAZIONE Mesi 0-9: selezione dei campioni; caratterizzazioni di laboratorio; raccolte dati. 10-24: analisi dei dati ed elaborazione; risultati e discussione; conclusioni.