Trasferimento di elementi volatili ai margini di placca convergenti: relazioni tra eterogeneità dei fluidi/fusi COH e anomalie tettoniche nelle zone di subduzione
Progetto L'entità del riciclo degli elementi volatili COH nella Terra è influenzata dalla stabilità dei minerali idrati e dei carbonati, dalla speciazione nei fluidi e dallo stato redox. Esperimenti e modelli termodinamici delle relazioni di fase nelle zone di subduzione mostrano che, a differenza dell'H2O, il C è principalmente fissato in carbonati sino al mantello profondo. Tuttavia, le alte emissioni di CO2 dai vulcani di arco e il ritrovamento di xenoliti a carbonati dal mantello presso i margini convergenti indicano che la perdita di C si verifica anche a profondità limitate, sia per dissoluzione in fluidi acquosi, o per decarbonatazione indotta dal rilassamento termico nelle regioni di risalita dell'astenosfera.
Questo progetto integra studi di terreno, indagini petrologiche e geochimiche su rocce orogeniche, su xenoliti di mantello, e su inclusioni vetrose, con esperimenti di sintesi su solidi e fluidi, al fine di determinare le proprietà chimiche delle rocce con specie COH formatesi attraverso il ricircolo di litologie a idrati e carbonati.
Obiettivo è migliorare le nostre conoscenze sulla fissazione e rilascio di C durante la subduzione, in particolare sull'impatto dei regimi termici transitori, e sulla variabilità degli agenti metasomatici nel cuneo di mantello in zone di complessità geodinamica laterale. Per affrontare questi problemi, il progetto prevede di: i) individuare le fonti di elementi COH e le vie per la mobilità dei fluidi nei mélange di subduzione, ii) svelare i meccanismi di addizione degli elementi volatili al cuneo di mantello, iii) vincolare le condizioni PT-redox del metasomatismo, iv) individuare le condizioni per il trasferimento di CO2 ai sistemi magmatici, v) valutare la speciazione COH nei fluidi e nei fusi sino alle condizioni vulcaniche.
I campioni selezionati comprendono diversi assetti dinamici: l'assorbimento superficiale di C e di elementi mobili nei fluidi è registrato negli oficarbonati dell'Appennino settentrionale; la devolatilizzazione ad alta P e bassa T è mostrata nelle suite oceaniche subdotte delle Alpi Liguri; le trasformazioni di maggiore T nei materiali trascinati verso il cuneo di mantello sono esposte in metaperidotiti dalle Alpi Centrali; il mantello metasomatizzato è campionato da xenoliti eruttati in Giappone e in Patagonia; le abbondanze di elementi volatili nei fusi sono registrati in inclusioni vetrose in olivine da lave dell'Etna. Esperimenti ad alta P e bassa T (500-800 °C), per condizioni redox controllate, ricostruiranno la speciazione COH in fluidi con soluto silicato e definiranno il carico elementare di questi fluidi. Il destino di elementi volatili durante il rilassamento termico ad alta-P sarà simulato sperimentalmente attraverso esperimenti di devolatilizzazione e di fusione di eclogiti e peridotiti a carbonati per T> 900 °C. Ci aspettiamo di fornire una stima della produzione di elementi volatili a margini convergenti e di contribuire a definire la speciazione COH nei sistemi magmatici.