I minerali pesanti

Fonte: http://latana.forumfree.org/index.php?&s=c7092c906c40c66f8dfcf341974ba0e2&showtopic=2070 

I minerali pesanti hanno peso specifico tra 3 e 5 e per questo motivo sono trasportati e depositati con granuli di Q che hanno dimensioni da 0,5 Fi a 1 Fi più grandi (rapporto idraulico).

Le dimensioni di un minerale che si sedimenta assieme ad un altro di altra dimensione nelle stesse condizioni si dice dimensione idraulica equivalente.

I minerali pesanti sono degli attivi indicatori delle litologie dell'area madre. Per essere studiati devono essere separati da tutto il resto e questo avviene per:

• separazione magnetica → con separatore magnetico FRANZ;
• tavole a scosse o ad acqua → sfruttano il diverso rapporto idraulico dei minerali pesanti; in una tavoletta inclinata sottoposta a vibrazione o a flusso d'acqua i minerali più densi si fermano prima venendo incanalati in solchi e raccolti in appositi contenitori;
• liquidi pesanti → per tenere conto del rapporto idraulico la separazione dei minerali pesanti avviene sulla frazione granulometrica 50-350 micron invece che 125-500 micron come per i minerali leggeri.

Spieghiamo meglio questo ultimo metodo di separazione: i liquidi pesanti sono a densità nota e diluendolo con acqua si può raggiungere una densità voluta. Se si vogliono separare i minerali pesanti basta raggiungere quindi la densità di 2,86.

Metodo:

• il liquido pesante va messo in un imbuto A;
• si versa nel liquido pesante una certa quantità di sedimenti;
• inizia così la separazione → i minerali leggeri restano in superficie mentre quelli pesanti vanno verso il fondo dove è situato un rubinetto;
• si apre il rubinetto per far scendere i minerali pesanti dove andranno in una bottiglia apposita dotata di filtro, si chiude il rubinetto;
• si mette un'altra bottiglia per raccogliere i minerali leggeri, sempre tramite filtro e apertura del rubinetto;
• su un altro imbuto viene messo il filtro con i minerali pesanti e lo si lava con un solvente;
• stessa cosa avviene per l'altro filtro con i minerali leggeri;
• la seconda bottiglia di raccolta del liquido pesante serve per essere riutilizzato una volta distillato (costa tanto il liquido pesante).

I minerali pesanti vengono studiati al microscopio attraverso un vetrino provvisorio o stabile. Nel primo caso i minerali pesanti sono montati su vetrino inglobandoli in eugenolo, un liquido con indice di rifrazione pari a 1,54. Il vantaggio di questo metodo è che i tempi di esecuzione sono brevissimi e che si ha la possibilità di recuperare i minerali se mai dovesse essercene la necessità; lo svantaggio è che si perde il materiale alla fine dello studio.

Nel secondo caso invece i minerali pesanti sono inglobati con balsamo di Canada. Il vantaggio è che il tutto è permanente mentre lo svantaggio è che non si possono recuperare i minerali desiderati.

RAPPRESENTAZIONE

Si mettono in percentuale tutti i minerali pesanti e li si mette in grafici:

• barre → rappresentazione delle percentuali sotto forma di barre di lunghezza proporzionale alle varie percentuali:
  • espressione delle percentuali sotto forma di barre proporzionali ma disposte in maniera tale che i rettangoli che rappresentano il minerale più comune siano allineati;
  • lunghezza delle barre proporzionale alle percentuali o dove la somma delle barre di lunghezza proporzionale chiude alla percentuale totale di 100.
• diagrammi a torta → ottima rappresentazione visiva;
• diagrammi rettangolari → se l'insieme dei minerali può essere rappresentata da 3 parametri o se 3 parametri vengono scelti per rappresentare un dettaglio;
• diagrammi ad area → se si vogliono rappresentare le variazioni di quantità di minerali pesanti da un punto ad un altro (fiumi, spiaggia, sequenza stratigrafica).

Lo studio dei minerali pesanti però può assumere complessità molto elevate e per questo si adoperano metodi di analisi matematici e statistici:

• analisi discriminante;
• cluster analysis;
• analisi vettoriale.

Tutti questi metodi tendono ad estrarre in maniera matematica ed oggettiva da un insieme di dati complessi un numero limitato di fattori che semplifica l'informazione.

Se ad esempio abbiamo un set di 100 campioni contenenti 30 specie di minerali pesanti si utilizzeranno questi metodi matematici e statistici:

• cluster analysis → si evidenziano similitudini fra i diversi campioni sulla base di tute e 30 le specie;
• analisi vettoriale → si estrae un numero limitato di fattori basati su tutte e 30 le specie e tramite questi fattori si identificano quei campioni caratterizzati dalle composizioni più estreme e si esprimono gli altri come se fossero variamente costituiti da miscele degli end-members.

UTILIZZI DEI MINERALI PESANTI

• STRATIGRAFIA: al variare dei limiti stratigrafici variano pure i minerali pesanti; esistono 3 aspetti importanti →
  • la zonatura stratigrafica dei minerali pesanti è accompagnata da un progressivo aumento delle specie mineralogiche verso le sequenze stratigrafiche più recenti;
  • l'ordine di comparsa dei minerali in bacini lontani e non correlati fra loro è molto simile;
  • nelle sequenze più antiche sono presenti solo minerali stabili mentre nelle sequenze più recenti minerali instabili.

SPIEGAZIONE: 3 ipotesi →

1. al procedere dell'erosione livelli più profondi vengono messi a nudo favorendo la sedimentazione; essendo i minerali della crosta più stabili di quelli profondi si spiega la zonatura in ordine di stabilità;
2. si presuppone un legame fra le sequenze di minerali e un progressivo sollevamento dell'area-madre: se all'inizio non vi è sollevamento l'erosione sarà lenta e i processi di alterazione saranno forti per cui solo i minerali stabili arriveranno al bacino di sedimentazione; una accelerazione del sollevamento aumenterà invece i minerali instabili;
3. tutti i minerali pesanti sono deposti insieme e in fase post-deposizionale i minerali più instabili vengono distrutti per effetto di soluzioni interstratali; 
   
   

• TETTONICA: con le associazioniorogeniche; i minerali pesanti possono indicare in maniera indiretta la presenza di dorsali.
• PALEOGEOGRAFIA: studiando la distribuzione dei minerali pesanti nei sedimenti antichi è possibile ricostruire la provenienza e il senso di trasporto del detrito sedimentario nel passato individuando così la struttura e morfologia degli antichi bacini e la loro evoluzione nel corso del tempo;
• PROSPEZIONE GEOMINERARIA.

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA STABILITA'

• minerali ultra-stabili: zircone, tormalina, rutilo; stabili come il Q, sopravvivono a più cicli di sedimentazione, unici che si trovano in sabbie super-mature; un'abbondanza di questi minerali ultra-stabili indica un prolungato trasporto e alterazione chimica o una provenienza da sedimenti riciclati; è possibile risalire alla roccia-madre;
• minerali metastabili:
  • olivina → molto instabile e rara nei sedimenti, poco trasporto e alterazione chimica;
  • pirosseni → molto instabili;
  • apatite, granito, epidoti, cianite, sillimanite, andalusite, staurolite e titanite → molto stabili.
  Tutti questi minerali metastabili possono trovarsi nei sedimenti in dipendenza del grado di efficacia dei fenomeni di alterazione e di trasporto.

Fonti: Emilio Saccani, Petrografia delle rocce sedimentarie terrigene, 2010