La simulazione in laboratorio delle condizioni P/T presenti nella crosta e nel mantello superiore della Terra è importante poiché permette di comprendere meglio alcuni importanti processi geologici quali la generazione e l’evoluzione dei magmi, la formazione e la crescita dei minerali e l’interazione tra fluidi e rocce in vari contesti geologici quali, ad esempio, le aree geotermiche, o il mantello terrestre (metasomatismo).

La Mineralogia, la Petrologia e la Geochimica sperimentale permettono appunto di simulare in laboratorio i processi tipici di questi ambienti geodinamici per mezzo di esperienze di laboratorio effettuate sia a partire da materiali naturali che da sistemi semplificati sintetici, utilizzando fasi solide e/o fluide. Gli esperimenti possono essere di interesse anche nel campo della Scienza dei Materiali in quanto è possibile sintetizzare materiali ad elevato potenziale tecnologico ed economico.

STRUMENTAZIONE

Il laboratorio è equipaggiato di:

  • Forni a camera (Carbolite ELF 10/14, CSF 1200 e CWF 1200) che raggiungono i 1200°C e forno tubulare orizzontale (Carbolite STF 15/50/450) fino a 1500°C dotato di dispositivo di quenching;
  • Forno verticale Deltech DT-31(T< 1700°C) modificato appositamente per a) ottenere il raffreddamento rapido (quenching) del campione e b) controllare la fugacità di ossigeno durante l'esperimento per mezzo di una miscela di gas (CO e CO2) fatta fluire attraverso il forno;
  • Microreattore agitato Parr Mod. 5500 designato appositamente per esperimenti di interazione fluido/roccia (utilizzo: P < 20 MPa, T< 350°C);
  • Autoclave a riscaldamento esterno (Leco Corp., modello HR-2B-2) per simulare condizioni P-T della crosta superiore (P< 0.4 GPa, T < 900°C).
  • Pistone cilindro (Psika) per simulare condizioni P-T del mantello superiore (P<3 GPa, T<1700°C).

PERSONALE

Dott. Andrea Orlando, (Ricercatore CNR - Responsabile)
Dott. Daniele Borrini (Riscercatore DST UniFI - Responsabile)

CONTATTI

Telefono:

055 2757560 (Laboratorio)
055 2757510 (Ufficio Orlando)

E-mail:

orlando(at)igg.cnr(dot)it
daniele.borrini(at)unifi(dot)it

I metodi sono variabili in funzione della strumentazione che si vuole utilizzare e dell'esperimento che si vuole eseguire. Gli esperimenti hanno applicazioni in petrologia ignea e metamorfica, geotermia, mineralogia, scienze dei materiali, archeometria,etc.

FORNO VERTICALE

Il campione può essere sospeso ad un cappio di filo di Pt (loop) che viene a sua volta agganciato a due elettrodi. Al termine dell'esperimento il passaggio di corrente negli elettrodi fa cadere il campione nella vaschetta di quenching. La fugacità dell'ossigeno durante l'esperimento è controllabile e misurabile dall'esterno.

MICROREATTORE AGITATO

Materiale solido e fluido in recipiente da 25 ml, stirring tramite agitatore magnetico, possibilità di campionare il fluido durante l'esperimento.

AUTOCLAVE IDROTERMALE

Il campione posto in una capsula d'oro è inserito in un reattore riscaldato da un forno esterno. La T è controllata e misurata da termocoppie K. Il forno permette di stabilire un gradiente di temperatura lungo il reattore in maniera controllata.

PISTONE-CILINDRO

Il campione in una capsula di Pt è posto insieme ad altro materiale (assembly) in un cilindro di carburo di tungsteno ed è schiacciato da un pistone da 0.5 pollici che viene spinto dentro la camera grazie ad una pressa da 75 tonnellate. Il mezzo di P è solido (NaCl), la T è misurata da una termocoppia S.

Il laboratorio è stato attivamente utilizzato in diversi progetti scientifici, tra i quali:

  • PNRA-PEA 2004 per simulare l'infiltrazione di fusi silicatici alcalini in rocce lherzolitiche, in maniera simile a quanto avviene in natura nella provincia vulcanica del Mt. Melbourne (Antartide)
  • COFIN 2004 nel quale gli esperimenti hanno permesso di determinare la velocità di crescita di minerali in fusi silicatici
  • Ricerca spontanea a tema libero focalizzata sul sistema geotermico del Mt. Amiata, interessante analogo naturale per lo studio dei processi di carbonatazione minerale dovuti allí interazione acqua-gas-roccia
  • Progetto Zebu (Utilizzo ad Emissioni Zero del Biogas povero di metano mediante carbonatazione minerale), finanziato attraverso il POR FESR 2007 - 2013, bando regionale (Regione Toscana) 2008, nel quale Ë stata studiata la carbonatazione minerale in rocce serpentinitiche
  • PRIN "Geochimica e Dinamica dei Fluidi in sistemi ad alta pCO2" nel quale sono state studiate le interazioni acqua-gas-roccia in condizioni di alta pCO2
  • Progetto informale IGG-UniPr-Inaf-UniFi su sintesi di plagioclasi contenenti Fe2+ al fine di meglio interpretare gli spettri di riflettanza dei corpi celesti
  • Progetto Aithale di ambito archeometrico , nel quale esperimenti di laboratorio hanno avuto lo scopo di replicare i processi di riduzione dell'ematite elbana utilizzati in epoca antica
  • Progetto ìIntegrated Methods for Advanced Geothermal Explorationî (IMAGE) con sintesi di tormaline ed inclusioni fluide.
  • Orlando A., Conticelli S., Armienti P. & Borrini D. (2000) - “Experimental study on a basanite from McMurdo Volcanic Group, Antarctica: inference on its mantle source”. Antarctic Science, 12, 105-116.
  • Orlando A., Thibault Y. & Edgar A.D. (2000) - “Experimental study of the K2ZrSi3O9 (wadeite)-K2TiSi3O9 and K2(Zr,Ti)Si3O9-phlogopite systems at 2-3 GPa”. Contrib. Mineral. Petrol., 139, 136-145.
  • Orlando A. & Borrini D. (2001) - “Solubility of Ti in andradite under upper mantle conditions: preliminary results”. Periodico di Mineralogia, 70, 99-110.
  • Orlando A. & Borrini D. (2003)- "Synthesis of pyrope - grossular garnets: an experimental study at P=2.5 GPa". Mineral. and Petrol., 78, 37-51.
  • Orlando A. & Borrini D. (2006): “High temperature gas-mixing furnace: experimental set up and applications to Earth Sciences”. Periodico di Mineralogia, 75, 233-240.
  • Orlando A., Abebe T., Manetti P., Santo A.P. & Corti G. (2006)- “ Petrology of mantle xenoliths from Megado and Dilo, Kenya Rift, Southern Ethiopia. Ofioliti, 31, 67-83.
  • Perinelli C., Orlando A., Conte A.M., Armienti P., Borrini D., Faccini B. & Misiti V. (2008)- “Metasomatism induced by alcaline magma in the upper mantle of northern Victoria Land (Antartcica): an experimental approach”. From: Coltorti M. & Grègoire M. (eds) Metasomatism in Oceanic and Continental Lithospheric Mantle, Geological Society, London, Special publications, 293, 279-302.
  • Orlando A., D’Orazio M., Armienti P. & Borrini D. (2008)- “Experimental determination of plagioclase and clinopyroxene crystal growth rates in an anhydrous trachybasalt from Mt Etna (Italy)”. European Journal of Mineralogy, 20, 653-664.
  • Orlando A., Conte A.M., Borrini D., Perinelli C., Gianelli G. & Tassi F. (2010)- “Experimental investigation of CO2-rich fluids production in a geothermal area: the Mt Amiata (Tuscany, Italy) case study”. Chemical Geology, 274, 177-186.
  • Orlando A., Borrini D. & Marini L. (2011)- “Dissolution and carbonation of a serpentinite: Inferences from acid attack and high P–T experiments performed in aqueous solutions at variable salinity”. Applied Geochemistry, 26, 1569-1583.
  • Orlando A., Lelli M. & Marini L. (2012)- “Production of amorphous hydrated impure magnesium carbonate through ex situ carbonation”. Applied Geochemistry, 27, 2500-2510.