DI ArJCUNE ROCCk.: «GRANITICHE

A. 1...o:>OI:>E.LLI
DISTRIBUZlo:-m DELLA
e
E. POLA(;CO ~llLASI
HADIOA1'TrVIT~'"
:\IEGLI ZIRCON(
DI ArJCUNE ROCCk.: «GRANITICHE
~
nELL'AR.CJPEI~AGO TOSCA:\IO
Riassunti. E' slat.1 slu,llata la distribunolle della radiOllltivilà negli :r.ir·
eoui indu..si iII hiotile di quanro ro«e intrusi"e di lipo gnlllilito. La teeniea. usata
è quella delle lastre ed elliulsion.i nudl':'lri. Riportando ili un grafieo le atlirit'" speeitirhfl misurale per elll3lli di 0,5 a/cm." . .IIet. eOllno il nUlllero di individui per ogni
singola da_ !li olleugollo degli illtogrammi ebe ilei GlJIO Ilelle ro«f1 provenienti da.
Monteerillto, Giglio e Gal'orrano Imnuo un lludamento neUllmellte bimodale. A tali
dali .Ile ne sonllllano altri <!:li qUllli risulla ehe, a~meno nella grallodiorite dell' isolll
d'Elba, I 'llttiTilà degli :r.ireoni iudusi ilL biotite è millore di quella degli :r.iTeoni
illciulli iII teldllllilto ehe è Il 8U.1 VOltll minore di quelill degli :r.ireoni inclusi in
qUArzO. Per IClItArc di illll'rpretllre quellI i risultati ~i IlrOIlOllKollo duc illOI('llli;
l'OI'clllualc pre!K'lIza di zireolli ('reditAtI ilei IJIl1gma di alllllClll!i Il .la po;;sibililà di
diverse gellcrazioni di zireoni di dimensioni progr_i\,lllllcntc lIIillori e COli tonleliUti ereseenti di elementi rllJ.ioatlil'i. Quesla !leColula ipote$i !lClIlhra illierpretllte
0011 maggioro Illlerenza i dali ollelLuti. Tutlllxia il "erifitar8i di ulia di e9!Ie "OIL
ellelude neeessariall1ellte l'allra.
A~strlct. The rlIc1iOlletiril,. of tbe lirwIls indud~l io biotite has bee.. lIwdied
by noea.ns ot t1le uuelflllr plates melhod in Ih...e grunodi(lriles frOlli Mimteeristo,
Giglio aud Elbll (}I. Capa.me) i"alld8 alld a quaru,mOlllOnile 1IelU" Gll\'onano
(Grosseto). The resulta are gi"t'1I in the histograms ot rig!. I, 2, 3 and 'l, In 1I1e
elise of }[onteerilto, Giglio :U1d Ga"orrallo tbe distrihuliOll of radioaetivit,. is
dffirly bimooal. Morco\'cr ili the EII),lI grallooiorite il has beeu fOUlld thal the
~ize of the zire'lls indnded in rUllllnrnenlsl lIIiller(ll~ i" deerellllilig from biotilt',
1.0 fe1dspau, lo quarl:r. while their ~ifie aeti"it.'" ilLcr('ll!K"~ in Ihe same direetioll.
1'0 tr.'" lo interprete llleae dal'l 1\\'0 hl'pothl'st'S are gi\"l''';
l) lt i~ ]lOl!l:lible that a grOllJl of zirl'.olls il\herile<1 frOlli older roekij \\'IlS
prese"t in the mnglll" Or Illlate:r.is whieh gal'e origin tu Ihese intrulliOIlS. Thill eonld
explain onl)' Ihe birno<:\1l1 dislribuliOll ot the hiijtogr:ln~s ili till". l, 2 alld 3.
2) Zinoll' ellu1l\ be 11<,t/'rmined b)' lluue!'Sive steps of eristalli:r.atioll.
This bypothesis per",il" :I good illtcrpretalion of Ihe aoo\'e data. A short
is givell 011 the malter.
di~u!l8ioll
166
.... LOXGIXELLI
e
E. POL..\CCO :\IILAXI
Il punto di partRn7..a per questo studio [u ,'osservazione di ulla
serie di sezioni sottili preparate per la determinazione dI'II 't'tlt degli
aloni pleocroiei. Le rocce pn>se iII esame era ilO;
Isola d'Elba - Granodiorite del Monte Capanne
Isola di :\lOllteéristo • Oranodiorite
Isola del Giglio - Grsnodiorite
Ga\'orrano - Quarzomollzonite.
l"u rile'"ato l'hl' in SE'no alla stessa roccia e talvolta anche in sellO
al medesimo cristallo includ<'llte, si trO\"8'-8nO insiellU" zirconi che avevano determinato intensi aloni pleocroici e :ùreoni praticamente privi di
alol1l'. Ciò pone,-a, seppurf' in termini molto generllli, la questione di
un 'ampia variabilitlÌ del contenuto in uranio e lodo degli zireoni di
llna medesima mllssa intl'usiva. Iniziammo così una scI"ie di misure tendenti a stabilil'e il c range), di variabilitlÌ e, allo scopo di limitare in
prim.a istanza il campo di studio, prendemmo in ('same i soli zirconi inc!w>i in biotite. La leHerat.ura riporta IlUmerosi dali relatÌ\'i a varie
proprietA degli zirconi (variazioni delle carat.teristiche ottiche e morfologiche in particolare) dati elaborat.i principalmente allo scopo di ricercare elenu'nti per una correlazione di tali caratteri alle caratteristiche l>etrogenetiche. )lolto meno numerosi sono inv<'Ce gli studi riguardanti l'at.ti';tft degli zirconi anche se, in linea generale, sono noti i
valori medi nei "ari tipi di rocce ed i c .ange), di variabilità assoluta.
Si è potuto cosi eonstat.are che, se da un lato è notevolmente variabile
il eontenuto in uranio (da 30 ppm al 3% secondo BEIXRICH (1958»,
altrettanto può dirsi )l('r il eontelluto in torio senza che nect'SS.ll.riamente
esista una relazione di variabilità tra i due. Si passa così da valori
del rapporto Th/P dt'Il'ort'linl' di 0,2-0,3 a ,·alori largamente maggiori
dell'unitlÌ. D'alll'O canto vari Autori hanno dimostrato (va:\'" BUT"M..AR
e HOUTEIOfAXS. 19:')1) (WHSE:\'" ('t al., 1953) (SILV~:R e DEuTscH, 1961,
1962) ecc. l'Il{' il rapporto ThjU e la concentrazione as.~oluta di ciascuno
di tali el{'mellti possono variare llll1piam('utc anche in seno allo stesso
cristallo, sia rsso appal·tcnl'nt{' li l'occe granitici\{' od n roccc pegmatitichc. Per quanto l'iguardR la variabilitlÌ della radioattività degli zirCOlli
in seno allo stf'AAO ammllsso intrusivo i dati sono ancora più scarsi.
Abbiamo pl'nsato (Iuindi che potesse risultare utile portare un contributo in questo campo OSS('rvando la distribuzione dl'UIl radioattività
negli zirconi inclusi in biotite ed appartenenti Il rocce grosso modo eoe.ve
(o la cui mt'SS.ll. in l)()Sto non è comunque avvenuta con rilevanti intero
pri;TRIIHiZIOXE l)},;I.L,\ RAUIOATTI\'ITÀ NEGLI ZIRCOXI ECC.
167
valli di tempo) e concentrate in Ulla zOlla di estensione relativamente
modet>ta. Si è inoltre tentato di mettel"e in evidenza una eventuale relazione tra dimensioni dei cristalli e radioattivitA.
3.
32
ISOLA OEL GIGLIO
28
( n.l00 individui I
24
20
o
c
8
•
~ 4
<
o !-I--l-+---I--I--+-I--l-+--l---+=+-H,-----~
02345678
AttiviHi specifica
(ti/crt.. sec)
Fig. I.
[.le l'oece prese in esame sono già state studiate dal punto di vista
petrografieo-mineralogico in una serie di lavori rli diversi Autori {.?!1ITTK\lPERQ[lER, 1954) (Cocco, 1959) (ilIARIXELLI, 1959, 1961) per cui non
riteniamo necessario riportare notizie in propooito rimandando alle note
citate. Nel complesso, per le quattro ]"oeee prpse in esame, Ò stalli misurata la radioattività di oltre ottocento individlli cdstallini.
Tecnica. usata.
La tecnica delle misure è quella ben lIotl1 delle lastre nucleari e
delle emulsiOlli nucleari «in gel form» colate su sezioni sottili sco·
perte delle roece. Tale teenica, messa inizialmente a punto per altri
16.:;
A. W:-:OIXELLI li.' E. l'OL,\CCO MIL.\XI
scopi, è stata. applicata ormai da molti anni allo studio della distribuzione della radioattività in sezioni sottili o lucide di rocce (B,utAIWV
c KRI'."TSCfmER, 1935) (CURIE, 1946) (BEE, 1948) (YAOODA, 1949) {PIC-
..
c-
'0
72
64
56
GAV ORRANO
48
l n,203 in-dividui l
40
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32
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~ 24
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c-_
h
2
3
4
5
Attivita specificd
6
7
(oI./cm'.st'c)
•
}'ig. 2.
]949, ]952) ecc. Anche in questo caso non riteniamo cntrare iII
particolari rimandando a tale scopo alla vasta letteratura sul! 'argomento. Per il presente studio sono state utilizzate lastre nueleari I1ford
C2 ed IlfOl'd K2 di 50 .u di spessol'C ed emulsioni « in gel form» dello
stesso tipo. Le sezioni usate ('l'ano di circa 25-30 ,li di spessore.
CIOTTO,
DISTRIBUZIOXE DELLA RAD!OA1"1'IVlT;' KEOLl ZIRCOXI ECC.
.16!J
Risulta.ti ottenuti
Non si è l'itenuto necessario, specialmente per ragioni di spazio, ripol'tare uno per uno tutti i dati ottenuti. La distribuzione della radioattività
degli zil'coni misurati è riportata graficameute nelle figg. l, 2, 3 e 4.
I n ascissa sono date le attivitA specifiche pel' classi di 0,5 ct/elll.~ . sec..
In ordinata è riportato il numero degli individui per ogni singola
classe. Il conteggio delle particelle 11. e la misura della. superficie
esposta (effettuata per mezzo di un reticolo oculare tll.rato) sono stati
particolarmente accurati. [,'errore medio complessivo per ogni singolo
valOl'e, comprendente l'errore di conteggio, quello della Illisura della
superficie e la flnttua1.iOll(' statistica n{'ll 'emissione et in relazione ai
tempi di esposizione può essere valutato inf{'riore a ± 10%.
Discussione dei risultati e conclusioni
Dai grafici riportati si rileva immediatamente un diffel'ente andamento tra gli istogramnù relativi a i\'lontecristo, Giglio e Gavorrano
da wulo parte e quello relativo aH' isola d'Elba dali 'altra.
In quest 'ultimo caso, anche se non è possibile parlare di distribuzione gaussiana intorno ad Ull valore modale, si ha comunque un addensamento dei dati intorno al nl.lore 1. !'\egli altri tre casi si può
invece considerare la distribuzione dci dati come bimodale se non anche
(per quanto riguarda la granodiorite di Montecristo) trimodale. Una.
distribuzione di questo tipo si. accorda piuttosto difficilmente COIl i
concetti classici circa l'evoluzione della cristallizzazione in un magma
fuso. Per iuterpretare un tale fatto due diverse possibilità possono
venir prese in esame:
l) i due diversi gruppi di valori rilevabili nelle rocce intrusive
di Montecristo, Giglio e Gavorrano possono venire attl"ibuiti uno ai
cristalli di zil'cone fOl'matisi normalmente in seno alla. massa. magma.tica ali 'atto della cristallizzazione, l'altro ad UlUlo certa .qll.8ntità di
cristalli ereditati e provenienti dai materiali chE' sono stati coinvolti
nel processo di anatessi che ha dato origine ai magmi in questione. Questa ipotesi potrebbe venir sostenuta dal fatto che lE' rocce intrusive in
esame sono state considerate dagli Autori che le hanno studiate come
tipiche rocc(' da Illal!mi di anatessi;
-c-
20
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ISOLA DI t-
4
5
Attivita specifica
6
7
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:Pig.3.
e
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Cl
14
ZIRCQXI ECC.
Olt:;TRllll;ZIOXE I)ELLJ\ RAOIOAT"fI\'IT.\ XEQLI
J 71
2) una distribuzione bimodale o plurimodale potrebbe indicare
il \·erificarsi di generazioni diverse di zircolli succedutesi nel tempocon diverse cfLratteristiche di composizione per quanto riguarda i
contellUti in uranio e torio.
..
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..
52
t-
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,.
32
28
ISOLA D'ELBA (M.CAPANN
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(n.185 ifldìvidui l
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•
5
AHivita 5pecltica
•
7
( .J./c~. 5ec
8
)
•
10
}'ig. 4.
Un' ipotesi di questo tipo non è IIUOV& ed è gill stata sostenuta
almeno per alcuni casi (GOTTFRIED et aL, 1959) (SILVER, 1963 a, 1963 b).
172
A. LOX(lIXELLI
e
E. 1'OL..<\CCO lllLAXI
Tali Autor'i mettono in luce una relazione che esisterebbe tra dimellsioni dei cristalli di zircone, loro età relativa e contenuti in uranio,
torio e hafnio. I cristalli di dimensioni più minute dovrebbero essere
in generale i più tardivi e risulterebbero pure sensibilmente arrieehiti
lIE'i tre elementi citati rispetto ai cristalli primi formati. A questo pro·
posito i\L\RIXELLI (1959) aveva già osservato come nella granodiorÌle
elbana si verificasse Ull fenomeno non facilmente illterpretabile. I contenuti specifici di zircone risultavano largamente maggiori nella biotite che negli altri minerali fondamentali (fe.ldspati e quarzo) mentre
le &ttiYità specifiche medie degli zireoni risultavano sensibilmente magg-iori per gli inclusi in quarzo e feldspato che per gli inclusi in biotite.
Abbiamo effettuato alcune misure dello stesso tipo su un altro eam·
piOllf' di grallodiorite del M. Capanne per poter disporre di un mago
giore llumero di dati ed anche perché tale fenomeno è particolarmente
interessante tenendo conto che solo nella granocliorite dell'Elba l'alldamento della distribuzione della radioattività negli zirconi inclusi in
biotite nOli è bimodale. I dati ottenuti SOIlO i seguenti (i valori tra pa·
rentesi ROliO quelli ottenuti dal MAH:INI!:I,LI che vengono riportati per
comodità di confronto):
superficie totale di roccia esamina.ta cm 2 12,8.
ZirCOIl' in biotite
-
Il.
52 per una superficie complessiva di cm\! 5,Oi . 10- 1
-- superficic media di ogni zircollC
~/J.
975 (p2 910)
intervallo delle attivitit specifiche misurate 0,46-3,92 ct/cm 2
•
Sf"C.
(0,73-3,64)
auivitit specifica media 1,65 ct/cm': . sec. (1,96)
-
-
50 per una. superficie (:omplessiva di cm:: 4,59 .
superficie media di ogni zircone ,u2 918 (J1 2 870)
Il.
1O-~
intervallo delle attivitA specifiche misurate 0,82.6.00 ct/em2
(1,09-5,<»)
attivitil specifica media 2,55 ct/cm:: . sec. (2,42'
. Sl"C.
D18TRIBUZIOSE DELL.\ )(AI)IOATTI\-IT,\ X"EGLI ZIROOX) ECC.
I i3
---Zirco'li in qllarzo
-
n. 39 per ulla superficie complessinl di cm 2 3,00 -
-
superficie media di ogni zireone p2 HO (p2 630)
IO-~
intRrval10 delle attivitit specifiche misurate 1,90-6,15 a/cm 2
(2,<3-5,84)
attivitii speeifica media 3,55 a./cm 2
•
•
sec.
sec. (3.99).
Questi risulhlti sono in ottimo accordo con quelli ottenuti da MARI",ELLI e confermallo il verificarsi del fatto citato. Una eonstataziOlle
di questo tipo, unita a quanto pr-ecedentt!mente os.-.ervalo costituisce un
notevole pUlito a favore dell' ipotesi nwnero due. Infatti, se la cristallizzazione degli zirconi in un prOCf'SSO intrusivo a"venisse in una sola
fase inizialf", la distribuzione dei medesimi nei minerali fondamentalj
dovrebbe essere statistica. ~Oll si ,'OOc come potrebbe aver luogo un 'inclusione c preferenziale. da parte di un minerale con geh"ziolH" gia pt"r
quaqto riguarda le dimensioni, sia per quanto riguarda la concentrazione di elementi radioattivi. I.noltre, secondo quanto l'ilevato da MARI,
NI':LLI, il contenuto specifico di zircone llf'lla biotite i.' poco 1ll('110 di
quattro volte maggiore di quello degli alLl'i minerali fondamentali della
roccia. Anche pel' questo dato è valida l'osservazione precedertte.
Dpl resto alcuni dei dati. disponibili nella letteratura sull 'argo.
mento avvalorano la possibilità del succedelosi di gpneraziolli diverse
di zirconi in seno ad una massa magmatiea in da di consolidamento.
l) rinvenimento sia in rocce granitiche che in pegmatiti (LARS!::." ('t
l'I., 1953) (Dt:I1TSCIi e SILVER. 196J) di zirconi che presentano nume·
l'OGe zonat.ure concentriehe nelle qUl'li variano in maniera .sellliibile i te·
nori in uranio e torio può essere una ulteriore conferma del fatto che
i eristalli di questo minerale non si sono formati in un solo, relat.ivamente breve, intervallo di tempo, ma [a eristallizZ8.zioll(" i.' proseguita
PCI' tappe, fOI'Me anche intervallilta da parziali riciissoluzioni. Che gli
zirconi più tardivi (come dovrebbel'O essere quelli inclusi ili quarzo) risultino i più ricchi in uranio e torio è poi in perfetto accordo col fatto
che nonnalmente questi elementi risultano più abbondanti nelle fasi
tardin' anche se possono venir trovati. in fase magmatica. in quantità abbastanza rilf'v8nti nt."gli accessori di prima deposizione.
li4
A. LOSGlSELLI
e
~:.
l'OL...\CCO )IILASI
Le possibilità di c soluzioni solide ~ fra Wl teorico COIllPOElW
c USiO~ ~, ThSiO~ e ZrSiO~ SOIlO statc mcssc in evidenza da .i\! U:'ll>TO:'<
l' Ho\' (l961) studjando sperimcntalmente gli cquilibri chimici anche a.
tempel'ature relativamcnte modeste (l35O"C), E' risultato che 4 ± 2
moli per cento di c liSiO. ~ po6SOno entrare nello zircone a questa U'Illperatura, La possibilità di c soluzioni solide • ThSiO~ - ZrSiO~ è minore
ma non molto din'rsa. Ciò rende accettabile la formazione tardiva di
zirconi a U'mperature relat.i"/lmellte basse e con contenuti piutt06to
l'lcvati in uranio e torio, Questo fatto è del l'eslo rilcvabile in natUl'll..
La pl'esenza in l'occe pegmatitiche di cristalli di zircone con contenuti
~el\f'rahnentR piut~w elevati di eltmenti radioatth'i conferma la validirà delle esperienze di laboratorio degli Autori sopra citati. Per t('ntar(' un' interpretazione di un processo di questo tipo potn'bbe risulTare valida l'ipotesi affacciata Il quesW Prol>osito da ìllARI1'1ELLI. Succ('S.,>i'·amente alla prima fase di cristallizzazione dei minerali accessori,
la diminuzione di pressione determinatasi CQllseguent('llI('nle alla dilli i!luzione di tempcrattIT'a, e fOI'se anche la variazionc delll.~ conccntrllzioll(' dei singoli cOEltitucnti, potrebbero provocare l'instabilità degli zirconi già crista.1lizzati con conseguente ridissoluzione. A tale ridissoluzione verrebbero sottratti quei cnstilUi e"enlualmente già inclusi in
biotite. Si può aggiungere che, successivamente, potrebbe giocare fiensibihnente a fayore di ulteriori fasi di cristallizzazione la accresciuta
concentrazione dei singoli costituenti nelle fasi tardiye di consolidaIllento,
Collegando il difff'rl'nte ll-lIdllmento d<'!rli isto~rll.lllllli riportati une
dimensioni dei relativi stock intrusivi si potrebbe forse anche s{lIbilire
una relazione tra masse di IlIllgllli intrusi, conseguenti diffen'IIze nei
processi di raffreddamento e consolidamento e din'fSO andamento della
distribuzione della radioattiyità negli zirconi. :\'on si tratta chp di
un' ipotesi e del resto nOli è questa la sede per una discussione approfondita di tRii complessi fenomeni. RillllLIIl' il fatto che solo COli tale
ipotPSi è pOAAibile darr un' interpn'tazione plausibile dei risultati esposti in questa nota,
Si den' rilf"'are che, in og-ni caso, il n'rificarsi di UII fatto del genere nOlI escluderebbe l'attendibilità dell' ipotesi numl'ro uno. Pur n'alizzandosi illfHtti fasi successi n' di cristallizzazionI' degli zirconi sarebbe scmpre possibilI' la presenza, in un 1lI8g'ma di anatessi, di zireoni
DIJ':TRIRI'ZIOSE DELI..\ R.\DIO.\Tl'I\"lTÀ :\EGLI ZIRCOSI ECC.
175
('l'ooitati e non completameli tI' rifusi che andassero ad aggiungersi a
quelli determinati dalla primfl. fase di cristallizZAzione. In tal caso sem·
brCl"('bbe più plausibile attribuire a zirconi ereditati quelli df.'i gruppi
a minore attività.
~el caso degli zirconi inclusi in biotite va rilevato che un Lenta~
tivo di stabilire UIlI\ relazione tra attività specifica e dimensioni dei
cristalli non ha dato esito positivo. Nelle l'oece esaminate si ha ulla distribuzione attività-dimellsiOlli del tutto casuale senza. il minimo accelino ad un andamento preferenziale.
Un ampliamento dello studio eseguito agli zirconi inclusi negli
altri minerali fondamentali di OgnUll8 delle rocce esaminate potrebbe
risultare chiarificatore dei problemi esP06ti.
C.N.E.N. . Laboratorio di Geologia N1lcleore, l'io S. Morio, tt . Pisa.
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