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Roberta Oberti CNR - Istituto di Geoscienze e Georisorse Pavia

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Gli anfiboli: una cristallochimica complessa deve essere studiata con un complesso di tecniche analitiche. Roberta Oberti CNR - Istituto di Geoscienze e Georisorse Pavia. Complessità strutturale. A (2). H. T (2). O(3). M (1). M (4). T (1). M (2) M (3 ) M (2 ).

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Gli anfiboli: una cristallochimica complessa deve essere studiata con un complesso di tecniche analitiche

Roberta Oberti

CNR - Istituto di Geoscienze e Georisorse Pavia

complessit strutturale
Complessitàstrutturale

A(2)

H

T(2)

O(3)

M(1)

M(4)

T(1)

M(2) M(3) M(2)

A(m)

complessit cristallochimica

01+ 2+

4+

3+

1-2-

Complessitàcristallochimica

Formula unitaria:A0-1B2C5 T8O22W2

A = , Na+, K+, Li+, Ca2+, Pb2+1 sito

B = Li+, Na+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+1 sito M(4)

C = Mg2+, Fe2+, Mn2+, Al3+, Fe3+, Mn3+, Ti4+, Li+3 siti M(1) M(2) M(3)

T= Si4+, Al3+, Ti4+ 2 siti T(1) T(2)

W = (OH)-, F-, Cl-, O2- 1 sitoO(3)

2

1

La componente oxo aumenta la quantità di cationi C ad alta carica e ne inverte l’ordinamento (da M(2) a M(1), M(3)

Sono termini di soluzioni solide complesse

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Classificazione e nomenclatura:

una storia infinita?

  • Leake (1968): calcicamphiboles
  • Leake (1978): primo schema approvato dall’IMA – A,B,T
  • Leakeet al. (1997): 10 anni e 1200 pagine di discussione (cariche ed elementi dominanti e uso di A,B,C bocciati)
  • Leakeet al. (2003): adattato (malamente) alla scoperta dei anfiboli con Li in C genera mostri
  • IMA CNMNC (2008): nuovo Sub-committee on amphiboles
  • Hawthorneet al. (2012): basata su cariche ed elementi dominanti e A,B,C. Riconosce finalmente il ruolo basilare della componente oxo
perch questa storia tormentata
Perchéquestastoriatormentata?
  • Si tratta di un gruppo importante di minerali delle rocce con notevole valenza petrogenetica
  • Esiste una copiosa letteratura, mineralogica ma soprattutto petrologica  anfiboli come indicatori/”definitori”
  • Si è sempre preferito cambiare il meno possibile
  • Si sono soltanto discreditati nomi “di tradizione”
  • Si sono ignorate le componenti che negli ultimi anni si sono dimostrate frequenti e/o misurabili (Fe3+/Fe2+, O2-, Li)
  • Ironia della sorte:
  • Li era presente nelle “vecchie” analisi chimiche per via umida
      • Anfiboli definiti originariamente come anidri
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Leake et al. 1978-2003 basavano la classificazione sui cationiA, B, T e definivanoiconfinisulla base disogliestechiometriche(> 1 apfu)

  • T= Si4+, Al3+, Ti4+ mail Si è sempredominante
  • la componenteoxo (bilanciata in C) diventairrilevante
  • CLie CR3+sono “invisibili”

B(Mg, Fe, Mn, Li)2

E inoltre:

  • limiticomposizionalistravaganti
  • dove i termini menofrequentioccupano lo spaziomaggiore
  • dove la vicarianazacompletatraBNa e BLivieneignorata

Mg-Fe-

Mn-Li

amphiboles

Na-Ca-Mg-Fe-Mn-Li

amphiboles

Ca

amphiboles

Na-Ca

amphiboles

Na

amphiboles

BCa2

BNa2

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Con ilnuovo schema:

La classificazionesibasasuglianioni in W e sui cationi in B, A e C e soprattuttosulcriteriodelladominanzausatosia per la valenzache per la specie chimica

Quindiilsupergruppodeglianfibolisi divide in:

1. 2 gruppi, cioèO2- (oxo) o (OH,F)-dominanti in W

2. (OH,F)-: sidividono in 8 sotttogruppia seconda del catione o gruppodicationidominanti in B

3. irootnamesonodefinitisulla base divaloriinteridellecariche in A e C*

  • iprefissisonodefiniti in base aicationidominantitragliisovalenti in A e C, partendo (quasi) sempredallecomposizioni con ANaC(Mg, Al) [tranne per riebeckite, arfvedsonite, hastingsite, orneblenda].

Na Ca2 (Mg4.20Fe3+0.45Cr0.15Al0.20) (Si6Al2) O22 (OH)2 ferri-pargasiteanche se Fe3+ << 1.0 apfu

* A = Na + K + 2 ACa

C = Al + Fe3+ + Mn3+ + Cr, Sc, V.... + 2 Ti4+ - O2- - CLi

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Supergruppo degli anfiboli

Dellaventuraite

Obertiite

Ungarettiite

Kaersutite

Gruppo: W(OH,F,Cl) dominante

Gruppo:WO dominante

Sottogruppo

sodio-

magnesio-ferro-manganese

Sottogruppo

litio-

magnesio-ferro-manganese

Sottogruppo magnesio-ferro-manganese

Sottogruppo

litio-

calcio

Sottogruppo

calcio

Sottogruppo

litio

Sottogruppo

sodio

Sottogruppo

sodio

calcio

Rootname 6

Rootname 7

Rootname 8

Rootname 9

Rootname 10

Rootname 11

Rootname 12

Rootname 13

Rootname 14

Rootname 15

Rootname 16

Rootname 22

Rootname 23

Rootname 24

Rootname 25

Rootname 26

Cummingtonite

Grunerite

Rootname 3

Tremolite

Magnesio-orneblenda

Tschermakite

Edenite

Pargasite

Sadanagaite

Cannilloite

Rootname 4

Hastingsite

Clino-holmquistite

Pedrizite

Rootname 5

Glaucofane

Eckermannite

Nyböite

Leakeite

Riebeckite

Arfvedsonite

Winchite

Barroisite

Richterite

Katophorite

Taramite

Rootname 17

Rootname 18

Rootname 19

Rootname 20

Rootname 21

Ma la loro stabilità è stata confermata da sistematiche sintesi

BR3+

BR2+

BR4+

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un tetraedro regolare diviso in blocchi omogenei

  • Compatibile con le osservate soluzioni solide complete tra cationi isovalenti in B
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Un po’ dipulizia:

  • Alcuni end-member sonostatiridefiniti:

kaersutite = NaCa2(Mg3Ti4+Al)(Si6Al2)O22O2

quasi tutti riportati a CMg, CAl

  • I cosiddettigroup-5 amphiboles(Leake et al. 2003; cf. parvo-mangano ....) sonocancellati
  • I prefissi“sodic” e “magnesio” sonoaboliti(trannemagnesio-orneblenda), e iprefissisiriferisconosoltantoaicationi C
  • Si usaunasequenzadiprefissianalogaalla formula,. proto-potassic-ferro-ferri-fluoro-sempreseparatida “-”
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Cosa serve ora per classificarecorrettamente un anfibolo:

  • E’ fondamentaleavere un ordinamentocorrettodeicationi (conoscerebene la cristallochimica)
  • La stimaaccurata del rapporto Fe3+/Fe2+diventaessenziale (calcolocaricanetta)
  • Serve un approcciomultianalitico: le analisiMössbauere SREF possonodiventarefondamentali
  • La errata stechiometriadeicationi C nelricalcolodelleformule EMP diventa un indicatoreutilissimo:
  • Se > 5 aumentare Fe3+ (oxo), se < 5 controllareil Li
  • Bisognaquindiincrociareinformazioniindipendenti
esempi ordinamento cationico

Serve un modello cristallochimico!

Esempi: ordinamento cationico

BMg2CMn3Mg2TSi8O22 (OH)2

mangano-cummingtonite?

NO!

BMn2C(Mn1Mg4) TSi8 O22 (OH)2

(clino)-suenoite

ANaBLi2C(Mg4Fe3+1) TSi8 O22 (OH)2

ferri-rootname5 or

or

ANaB(LiMg) C(Mg3Fe3+1Li) TSi8 O22 (OH)2

rootnamex

Serve SREF!

esempi come individuare assegnare e quantificare il litio
Esempi - Come individuare, assegnare e quantificare il litio
  • deviazioni nella formula chimica (ΣC < 5 apfu, bassi Ca e Na)
  • analisi SIMS, LA-ICP-MS, analisi per via umida
  • spiegabili con basso ss in M(4) e/o in M(3) (da SREF)
  • Cf calibrazioni SIMS/SREF

ss in C

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Esempi - Fe3+/Fe2+ e deprotonazione

serve:

Mössbauer

o SIMS

o FTIR

o SREF

ma per capire se Ti è in M(1) (deprotonazio-ne) o M(2) (bilancia TAl) serve SREF

Na Ca2 (Mg2.2Fe2+2.0Ti0.2Al0.6) (Si6Al2) O22 (OH)2

pargasite o

Na Ca2 (Mg2.2Fe2+1.6Fe3+0.40Ti0.2Al0.6) (Si6Al2) O22 (OH1.6O0.4)

oxo-richpargasiteo

Na Ca2 (Mg2.2Fe3+2.0Ti0.2Al0.6) (Si6Al2) O22 O2

oxo-pargasite? o termini intermedi?

Per ricalcolare le formule, usare Ti come proxy:

O2- = 2 Ti

Ma è molto approssimativo!!

esempi come individuare e quantificare la deprotonazione
Esempi - Come individuare e quantificare la deprotonazione

Dalla analisi, solo per via SIMS in situ o tecniche di bulk, o stima Fe3+/Fe2+ oppure in via indiretta da SREF (dopo calibratura SREF/SIMS

FTIR polarizzato e dopo calibratura

E capire quale è il meccanismo o il processo (durante o dopo la cristallizzazione)

esempi come assegnare correttamente il titanio
Esempi - Come assegnare correttamente il titanio

In M(1) alto Beq rispetto M(2), M(3)

vedi deprotonazione

In M(2) vedi correlazione mbl vs. < ri>

In T(2) anomalie nei dati SREF e negli spettri FTIR

Per fortuna solo nelle richteriti cristallizzate ad alta T e medio-bassaP

esempi quantificazione e disordine di al nei tetraedri
Esempi – Quantificazione e disordine di Al nei tetraedri

NB non è rilevante per un nuovo minerale ma lo è per verificare se la formula è corretta

morale

Morale:

Se lavorate su anfiboli o se volete caratterizzare un nuovo minerale:

Fondamentale ricalcolare le formule e verificare la correttezza cristallochimica

Fondamentale/utilissimo utilizzare più tecniche indipendenti

SREF spesso risolve molti problemi (meglio se è disponibile uno studio di base, che ha portato a modelli ed equazioni)

Per gli anfiboli, vi forniamo un piccolo/grande aiuto:

AMPH2012

http://www_crystal.unipv.it/labcris/AMPH2012.zip.

ed un po di bibliografia
Ed un po’ di bibliografia:

Hawthorne F.C., Oberti R. (co-chairs), Harlow G.E., Maresch W.V., Martin R.F., Schumacher J.C., Welch M.D. (2012) Nomenclature of the amphibole supergroup. American Mineralogist, 97, 2031-2048.

Oberti R., Cannillo E., Toscani G. (2012) How to name amphiboles after the IMA2012 report: rules of thumb and a new PC program for monoclinic amphiboles. PeriodicodiMineralogia, 81, 2, 257-267.

Locock A: An Excel spreadsheet to classify chemical analyses of amphiboles following the IMA 2012 recommendations. Computer and Geosciences, coming soon.

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