Fillosilicati ed altri silicati del metamorfismo

geomin-Muskovite.sheetIn zone profonde della crosta, dove la pressione e la temperatura aumentano considerevolmente, i silicati che compongono le rocce si trasformano nei minerali che sono invece stabili a condizioni così estreme. Spesso l’aspetto schiacciato o allungato di tali minerali suggerisce genericamente l’applicazione di presisoni elevate. Se i processi geologici fanno si che pressioni e temperature tornino ad essere più basse, può accadere che alcuni di essi non siano più stabili e tendano a ritrasformarsi nei minerali tipici della nuova situazione, se non a fondere per formare nuovo magma.

Un gruppo di silicati molto importante, tipico per la sua forma schiacciata, a lamelle, è quello dei Fillosilicati, letteralmente “silicati a fogli” (in alto a sinistra).

geomin-TOTFogli di tetraedri di silice (T) rappresentati dalla formula Si2O52- vengono sovrapposti a fogli composti da ottaedri (O) che possono essere di due tipi diversi a seconda che ci sia presenza di magnesio od alluminio: tipo Brucite Mg3(OH)6 o tipo Gibbsite Al2(OH)6, rispettivamente. In presenza di alti tenori di magnesio, combinazioni di strati tetraedrici di silice e ottaedrici di Brucite (T-O) costituiscono il fillosilicato chiamato Serpentino (T:Si2O5 + O:Mg3(OH)6), un minerale noto per l’aspetto filamentoso della sua varietà Crisotilo (amianto), dovuto al fatto che i fogli T-O sono arrotolati su loro stessi. L’aggiunta di un altro strato T di tetraedri qualora ci fosse abbondanza di silice genera una struttura a sandwich T-O-T (a destra) tipica del minerale noto come Talco.

La stessa situazione è replicabile in caso di alto tenore di alluminio, in cui l’impacchettamento T-O di tetraedri di silice e ottaedri tipo Gibbsite dà luogo alla Caolinite, un minerale delle argille dal tipico colore bianco; il corrispettivo impacchettamento T-O-T genera la Pirofillite.

L’aggiunta di fluoro, potassio ed alluminio in condizioni di alte pressioni può portare alla generazione di un minerale noto come Mica: la varietà Flogopite si ritrova in ambienti magnesiaci (se in presenza anche di ferro si ha la Biotite, detta Mica nera), la Muscovite (o Mica bianca) si ha nel caso di abbondanza di alluminio (ma assenza di fluoro). Le Miche sono quei tipici minerali dall’aspetto lamellare di facile sfaldatura.

  T-O   T-O-T   |——— MICHE ———|
Magnesio geomin-serpentino   geomin-talco   geomin-flogopite   geomin-biotite
Mg3(OH)4Si2O5 + Mg3(OH)2Si4O10 +K, F, Al -> KMg3(OH,F)2(AlSi3O10) +Fe -> K(MgFe)3(OH,F)2(AlSi3O10)
  Serpentino   Talco   Flogopite   Biotite

Alluminio geomin-caolinite geomin-pirofillite geomin-muscovite
Al2(OH)4Si2O5 + Al2(OH)2Si4O10 +K, Al -> KAl2(OH)2(AlSi3O10)
Caolinite Pirofillite Muscovite

Un’altra famiglia di minerali tipica degli ambienti metamorfici è quella dei Granati. Si tratta di Nesosilicati, ossia di silicati strutturati a gruppi isolati di tetraedri SiO44-; in questo caso i gruppi sono di 3 tetraedri: (SiO4)35-. Al gruppo si accosta spesso l’alluminio a formare il radicale più caratteristico dei Granati: Al2(SiO4)33-, ma anche il ferro trivalente nell’Andradite, o il cromo (Uvarovite). Questo radicale può legare magnesio, ferro, manganese o calcio.


Mg Fe Mn Fe3+ Al Cr
geomin-piropo geomin-almandino geomin-spessartite geomin-andradite geomin-grossularia geomin-uvarovite
Mg3Al2(SiO4)3 Fe3Al2(SiO4)3 Mn3Al2(SiO4)3 Ca3Fe2(SiO4)3 Ca3Al2(SiO4)3 Ca3Cr2(SiO4)3
Piropo Almandino Spessartite Andradite Grossularia Uvarovite
<——— Granati calcici ———>

Un gruppo di nesosilicati importante in quanto indicatore della pressione di formazione di una roccia metamorfica è quello dei silicati di alluminio Al2SiO5. Esso appare in tre polimorfi che non sono mai insieme nella stessa roccia, essendo stabili a condizioni di pressione e temperatura diverse. L’Andalusite si forma a bassa pressione (LP) ma a temperature variabili, la Cianite solo ad alta pressione (HP > 4 Kbar), la Sillimanite ad alta temperatura (HT) ma a pressioni variabili.

HP LP HT
geomin-cianite geomin-andalusite geomin-sillimanite
Al2SiO5
Cianite Andalusite Sillimanite

geomin-Silicate-double-tetrahedra-3D-ballsIn alcuni casi i gruppi di tetraedri sono formati da coppie appaiate Si2O76- (a sinistra) e vengono chiamati Sorosilicati. Nel gruppo degli degli Epidoti si trovano legati a calcio, ferro ferrico ed alluminio, oltre che un gruppo SiO4. I più comuni sono la Zoisite (ortorombica) e la Clinozoisite (monoclina):


Fe3+ Al
geomin-epidoto geomin-zoisite
Ca2(Al,Fe)3O(SiO4)(Si2O7)(OH) Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH)
Epidoto Zoisite