ALPHA AND BETA QUARTZ. The paragenetic conditions for the formation of high temperature and low temperature quartz crystals and phase relations their mineral associations are here deepened.
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IL CRISTALL0 Pag. 1 -- ALFA E BETA

 

LE FASI

Costituito da silice (Si O2 ) la fase quarzo cristallizza nelle due modificazioni alfa (a )e beta (b ), rispettivamente di bassa temperatura (alfa) e di alta temperatura (beta) . La fase di alta temperatura si forma ed è stabile sopra i 573°C (a pressione ambiente) , perciò nelle giaciture si ritroveranno ambedue sempre come quarzo di bassa temperatura , pur avendo l'aspetto esterno caratteristico della loro fase di formazione.I due tipi sono diversi nell'aspetto perchè diverso è l'ambiente che li ha formati ,ma hanno una stessa struttura finale .

Il quarzo beta è enantiomorfo come il quarzo di bassa temperatura , cioè può formare cristalli con spirale sinistra o destra .Il quarzo beta si trova solitamente in rocce acide vulcaniche.
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Disegno che riproduce (visto in pianta,su tre livelli) gli atomi di silicio (neri ) e quelli di ossigeno (bianchi) legati in una struttura che cambia simmetria con il calore . A sinistra è riprodotta la struttura del quarzo trigonale e a destra la sua trasformazione in struttura esagonale quando la temperatura supera i 573°C . Come si può notare la struttura è compatta; solo al centro si intravedono spazi (trigonali ed esagonali) che possono ospitare atomi spuri di dimensione non troppo elevata.

In Italia è presente nelle trachiti dei Colli Euganei ,nei melafiri della Val di Fassa e nelle rioliti dell'Isola d'Elba e della Sardegna .I cristalli più belli si rinvengono però nelle idrotermaliti del Bolognese , che sono lembi di roccia di origine sottomarina formatisi in tempi antichissimi e poi strappati dai movimenti tettonici e portati in superficie frammisti alle argille scagliose presenti nell'Appennino Centrale .

 
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 In questo disegno per semplicità sono riportati solo gli atomi di silicio. Lo schema del cambiamento è lo stesso del disegno a lato. Con una piccola variazione dell'angolo di legame si passa da una fase alfa a quella beta.

La modificazione beta si mostra bipiramidata e con abito caratterizzato dalla mancanza quasi totale del prisma esagono ( a volte si presenta ridotto e molto raramente sviluppato sui valori medi , probabilmente per crescita avvenuta al cambiamento di fase all'abbassarsi della temperatura o della pressione).

 
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 Cristallo beta a "botte" delle trachiti dei colli Euganei

Cristalli bipiramidati di quarzo beta , si notano l'assenza del prisma esagono e la presenza di fitte inclusioni di magnetite . Monteacuto Ragazza.
mm 23-20.

In alcune località è tipico l'abito a "botte" dei cristalli spesso ametistini. Le dimensioni dei cristalli , sempre modeste , vanno da individui submillimetrici a cristalli di qualche centimetro. Spesso i cristalli della fase beta dei plutoni sono lattescenti ed hanno gli spigoli arrotondati perchè corrosi dalle ultime soluzioni circolanti nella massa rocciosa in modo da dare cristalli tondeggianti .

Si può supporre con ragione che nei graniti alle alte temperature si siano formati inizialmente cristalli di tipo beta e successivamente con il raffreddamento sia avvenuto il cambiamento di fase ed abbiano poi continuato la crescita come quarzo alfa . Il quarzo delle idrotermaliti si presenta limpido solo nei cristalli piccoli , solitamente è colorato in grigio scuro per inclusioni di magnetite . Non mancano altri colori come verde , nero , azzurro , rosso , marrone , giallo , latteo .

Tutti i colori sono dovuti ad inclusioni finissime di solfuri e ossidi metallici di vario tipo , presenti occasionalmente in cristalli di alcuni millimetri . Il quarzo beta ( pseudomorfo di alfa) è sempre geminato del Delfinato , tale geminazione è formata da blocchi cristallini grossolanamente radiali che, piccoli al centro , si ingrossano tridimensionalmente verso la periferia del cristallo a comporre una bipiramide esagona .

La geminazione secondaria è evidentemente dovuta a varie cause legate al raffreddamento, come tensioni interne per contrazione del volume,al cambiamento di fase e di struttura ed infine alle inclusioni .

 

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Cristalli beta raccolti su una spiaggia dell'Isola d'Elba. Derivano dalla disgregazione di una roccia vulcanica riolitica; sono parzialmente arrotondati dall'azione delle onde del mare. Capo d'Enfola.
mm. 5-6.

 
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 Cristalli beta delle idrotermaliti, in abito bipiramidato e limpidi Monteacuto Ragazza (BO)
mm 2-3.

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 high-quartz sections
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Sezione trasversale all'asse "C" di cristallo beta , si nota molto bene l'andamento della crescita avvenuto in modo radiale e distribuito in spicchi esagonali.Le parti nere sono di magnetite in microcristalli . Monteacuto Ragazza ( BO ) mm.24 spessore 2,5

Sezione verticale di un cristallo della stessa provenienza dell'immagine superiore. Anche in questo si nota l'andamento radiale e le inclusioni di magnetite. mm 25spessore 3.

 

Il quarzo beta è stato scarsamente studiato per la difficoltà di approccio ai cristalli che devono essere riscaldati alle temperature necessarie al mantenimento della fase beta ; inoltre è di scarso interesse tecnologico perchè in cristalli piccoli e solitamente geminati del Delfinato e con molte inclusioni. Mancano anche analisi per la determinazione di eventuali impurezze anche dei piccoli cristalli limpidi .

 

Il quarzo alfa ( formatosi a bassa temperatura) si differenzia nell'aspetto secondo le condizioni di cristallizzazione ,ma è caratterizzato dallo sviluppo prevalente secondo l'asse "C". Queste differenze non ne cambiano però la struttura cristallina .

 

 

 
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Sezione trasversale di cristallo prismatico di fase alfa, a crescita lamellare ,che mostra l'incorporazione di clorite su facce alterne di romboedro dovuta a crescita trigonale . Tornadri Val Malenco
( SO ) . mm 16.

 Schematizzando , si potrebbe dividere l'ambiente di formazione del quarzo alfa in tre fasce di temperatura e relativo ambiente chimico , tenendo presente che le temperature sono riferite alla pressione ambiente e che in funzione della pressione e del chimismo sono possibili sovrapposizioni anche importanti delle fasce di temperatura qui sotto schematizzate .

 

Infatti come si può vedere dalla tabella sopra riprodotta, il cambiamento di fase quarzo nei due tipi ( per sola riduzione di pressione) interessa una banda di temperatura di ben oltre 500°C !.Schematizzando si avranno le tre seguenti diverse condizioni:-


CRESCITA LAMELLARE

temperatura 180 - 250 °C- ambiente di formazione del quarzo idrotermale caratterizzato da crescita lamellare o di "Bambauer" a strati concentrici con maggiore o minore sviluppo secondo l'asse
"C " (asse ottico ) in funzione della velocità di flusso delle soluzioni , della direzione , della saturazione di queste . I cristalli di dimensione massima di qualche centimetro sono più o meno sottili in funzione della velocità di crescita . Possono essere geminati del Delfinato con isole cristalline grandi a contorno irregolare ,o del Brasile in lamine e inserti paralleli ai romboedri e in rari geminati del Giappone .

 

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Sezione di cristallo di fase alfa che mostra chiaramente la crescita a strati del quarzo lamellare . Il colore, in cristalli lamellari policromi , è considerato raro. Great Dividing Range N.S.W. Australia . mm 35.

 
 

 Le inclusioni minerali sono rare , possono essere inglobate soluzioni acquose , argille , solfuri , sostanze organiche . A questa categoria appartiene anche il quarzo con crescita a tramoggia ,avente inclusioni liquide con presenza di idrocarburi.

- temperatura 250 -350 °C- ambiente di formazione del quarzo idrotermale di media temperatura . E' il classico quarzo di fessura alpina con cristalli di dimensioni massime relativamente modeste ( 20-30 cm.), di limpidezza a volte perfetta , di tipo prismatico più o meno sottile fino ad aciculare ,ancora a crescita lamellare alle basse temperature , miste invece a porzioni cristalline allungate secondo l'asse di massima crescita per le temperature più alte .

low-quartz  high-quartz  crystals

 Cristallo biterminato di fase alfa e di tratto aciculare. Arbaz (AO) mm 63.

 

Spesso geminato del Delfinato , presenta fantasmi di crescita, inclusioni di gas e inclusioni di tipo primario e secondario. Alle basse temperature è geminato del Brasile con inserti di tipo lamellare e geminato del Giappone qualche volta a cuore . Le inclusioni minerali sono prevalentemente di tipo meccanico .(accrescimento del cristallo di quarzo che ingloba un minerale preesistente).Sono rari gli affumicati e alle alte temperature si possono osservare i cristalli con banda lattea chiamati "faden".

CRESCITA MACROMOSAICA

- temperatura 350-573°C formazione del quarzo idrotermale-pneumatolitico di alta temperatura , (definito pneumatolitico oltre i 374°C, che è la temperatura critica dell'acqua , cioè il punto da cui non è più possibile liquefare l'acqua con qualsiasi pressione ) cristallizzato da soluzioni diluite in tempi estremamente lunghi (milioni di anni ) e ad alta pressione .

E' il quarzo a volte gigante delle Alpi Centrali, spesso affumicato. L'aspetto è meno squadrato e comprende cristalli di tipo intermedio, formati da un mosaico di porzioni cristalline non perfettamente allineate è derfinito quarzo macromosaico. Sempre geminato del Delfinato in modo irregolarissimo , mostra rari geminati del Brasile . Sono assolutamente assenti i geminati del Giappone .

 

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Sezione di cristallo di fase
alfa , formatosi a temperatura medio alta che mostra ,per l'ineguale distribuzione del colore , la sua struttura macromosaica.
Gottardo (CH ) mm 41.

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Cristallo di abito intermedio. E' un tipo che fa da ponte tra il tipo prismatico e quello di abito alpino. Si è formato in ambiente con presenza di anidride carbonica . Punta D'Arbola . mm38

 Alle più basse temperature si possono formare i cristalli con banda lattea .Le inclusioni sono disposte irregolarmente e concresciute con il quarzo . Qualche volta , in ambiente particolare , si sono formati cristalli curvi in accrescimento sub-parallelo elicoidale denominati Gwindel . In ambiente ricco di anidride carbonica (calcescisti) si sono formati cristalli definiti di "abito alpino" o abito ticinese .

Tali cristalli caratterizzati dal marcato sviluppo di romboedri acuti assumono un aspetto appuntito e mostrano una struttura a mosaico così accentuata da risultare quasi fascicolata (rarissimamente in aggregati curvi) In essi le inclusioni liquide sono di soluzioni acquose e anidride carbonica liquida , le solide cristalline di minerali inglobati o in crescita contemporanea : ematite , rutilo , sagenite, clorite , muscovite, ecc.

 

low-quartz  high-quartz crystals

Cristallo di quarzo alfa il cui aspetto appuntito ci suggerisce l'appartenenza all'abito alpino. il cristallo è formato da porzioni cristalline geminate del Delfinato, evidenziate dalle diverse riflessioni delle varie porzioni .Proviene dall'alta Val Formazza misura mm 58.

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