Analisi chimica SEM-EDS

Le analisi raster effettuate tramite SEM-EDS sui campioni delle tre tipologie di pozzolana ricadono, nel complesso, in un’ampia regione del diagramma TAS (Fig. 71) sia in termini di variazioni dovute alla serialità sia al grado evolutivo. Sebbene sia presente un elevato grado di dispersione, le composizioni per ciascuna tipologia di pozzolana possono essere ricondotte a quelle già evidenziate da dati di letteratura (Fornaseri et al. 1963, Bakos et al. 1994, Trigila et al. 1995, Boari et al. 2009, Jackson et al. 2009, Dickie J. M. 2010, Jackson et al. 2010). I dati relativi alle composizioni delle pozzolane analizzate sono riportati in tabella 11 (Appendice B). In particolare, le composizioni delle Pozzolane Rosse risultano essere le meno evolute tra le tre tipologie, in quanto variano in una regione composizionale definita dai campi delle tefriti, andesiti basaltiche e trachi-andesiti basaltiche. Le Pozzolane Nere presentano composizioni intermedie tra quelle delle Pozzolane Rosse e delle Pozzolanelle. Nel complesso, la distribuzione dei dati presenta un caratteristico arricchimento in alcali rispetto alla silice tra i campi delle

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andesiti basaltiche/andesiti e le fonoliti tefritiche, in accordo con quanto già osservato in letteratura (cf. Conticelli et al 2010). Le composizioni delle Pozzolanelle sono le più evolute tra le tre tipologie di vulcaniti considerate. Esse variano tra i campi dei basalti, delle andesiti e delle trachiti. E’ da sottolineare, tuttavia, come alcune delle composizioni non ricadano all’interno del campo già definito da letteratura (in particolare dai termini basaltici a quelli andesitici), in quanto caratterizzati da un significativo decremento in alcali a valori di SiO2 confrontabili.

Figura 71. Diagramma TAS (Le Maitre 1989) in cui sono riportate le concentrazioni (wt%) delle tre tipologie di pozzolana di cava. Pozzolana Rossa (rosso), Pozzolana Nera (nero), Pozzolanella (arancio).

La caratterizzazione delle materie prime di natura vulcanica è stata approfondita attraverso lo studio dei clinopirosseni presenti in fenocristalli nelle tre tipologie di pozzolana, sulla base dell’approccio metodologico precedentemente descritto. A tal proposito, sono state effettuate analisi SEM-EDS su fenocristalli di clinopirosseno selezionati in ciascuna delle tre pozzolane considerate. I risultati di tali analisi sono riportati in tabella 12 (Appendice B). A seguito del ricalcolo della formula strutturale, i clinopirosseni analizzati ricadono nel campo del diopside al limite con le augiti sul diagramma QUAD (Fig. 72).

Risultati

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Figura 72. Diagramma QUAD di classificazione per i clinopirosseni (Morimoto 1988); i punti rappresentano i clinopirosseni presenti all’interno delle tre tipologie di pozzolana; in rosso Pozzolane Rosse, in nero Pozzolane Nere, in arancio Pozzolanelle; l’area in grigio i pirosseni della Provincia Romana (Perini et al. 2004; Conticelli et al. 1997, 2010; Funiciello et al. 2003; Dallai et al. 2004; Gaeta et al. 2006; Boari et al. 2009).

Più significativi risultano essere i diagrammi binari in cui sono plottati i valori cationici per gli elementi maggiori. La maggior parte degli elementi che occupano significativamente le posizioni strutturali nei clinopirosseni (e.g., Ca, Al, Mg, Fe) coprono un ampio range composizionale per tutti i pirosseni considerati. Sulla base degli elementi analizzati le differenze più marcate tra i pirosseni delle tre tipologie di vulcaniti si riscontrano per Al, Ti e Ca (fig. 73).

Figura 73. Variazioni dei valori cationici per gli elementi maggiori dei clinopirosseni presenti all’interno delle tre tipologie di pozzolana (in rosso i cpx delle Pozzolane Rosse; in nero i cpx delle Pozzolane Nere; in arancio i cpx delle Pozzolanelle).

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Sebbene sul diagramma Al vs. Ti (fig. 73) i pirosseni delle tre tipologie di pozzolana ricoprano un range composizionale relativamente simile con correlazione positiva, alcuni cristalli rinvenuti nelle Pozzolane Rosse presentano, per bassi valori in Al, concentrazioni più elevate in Ti. Per quanto concerne il Ca, le variazioni più significative si osservano per i clinopirosseni delle Pozzolane Nere, i quali presentano una variazione composizionale più ampia ( 0.7 – 0.9 a.p.f.u.) rispetto ai clinopirosseni delle altre due tipologie (clusterizzati tra 0.86 e 0.91 a.p.f.u).

4.2.1.4 Analisi LA-ICP-MS

Sui clinopirosseni rinvenuti nelle tre tipologie di pozzolana prelevate in cava sono state effettuate analisi puntuali al fine di ottenere le concentrazioni degli elementi in tracce. In tabella 13 (Appendice B) si riportano le concentrazioni degli elementi in tracce dei clinopirosseni analizzati. Anche per questi cristalli, Sc e V sono stati utilizzati come elementi indice del grado evolutivo per evidenziare la variabilità di altri gruppi di elementi in tracce. In generale, gli elementi ad alta forza di campo, quali ad esempio Zr e Nb, non presentano trend ben definiti. Variazioni più significative sono invece più evidenti per gli elementi delle terre rare, in particolar modo per le MREE e HREE. Nei diagrammi binari in cui Sc rappresenta l’elemento indice (fig. 74), i pirosseni delle Pozzolane Rosse e delle Pozzolanelle hanno concentrazioni di elementi delle terre rare relativamente simili, sebbene i primi presentino un’evidente suddivisione in due gruppi distinti. I pirosseni delle Pozzolane Nere sono caratterizzati da concentrazioni in Sc che si distribuiscono con un range comparabile a quello delle altre due tipologie di pozzolana ma con valori di REE tendenzialmente più bassi. Nei diagrammi binari V vs. REE (fig. 75), i pirosseni delle tre tipologie di pozzolana presentano una netta correlazione positiva definita dalla sovrapposizione di due trend principali. Un allineamento, caratterizzato da più elevate concentrazioni di terre rare, è definito dai pirosseni delle Pozzolane Rosse e delle Pozzolanelle, mentre il secondo, con più bassi valori di REE, è esclusivo delle Pozzolane Nere.

Risultati

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Figura 74. Variazioni delle concentrazioni degli elementi in tracce dei clinopirosseni presenti nelle tre tipologie di pozzolana.

Figura 75. Variazioni delle concentrazioni degli elementi in tracce dei clinopirosseni presenti nelle tre tipologie di pozzolana.

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4.2.1.5 Discussione

L’analisi petrografica dei campioni di pozzolana ha messo in evidenza come le tre tipologie presentino caratteristiche abbastanza simili tra loro per quanto riguarda la struttura e la tessitura della pasta di fondo. Le differenze emerse riguardano prevalentemente la natura e l’abbondanza delle fasi mineraliche costituenti le vulcaniti. I caratteri distintivi dominanti sono la presenza di fenocristalli di leucite di grande taglia esclusivamente nelle Pozzolane Nere e una marcata abbondanza di fasi femiche quali clinopirosseno e biotite particolarmente nelle Pozzolanelle. L’analisi micromorfologica al SEM condotta sui campioni di pozzolana ha evidenziato una spiccata variabilità anche all’interno di ciascun gruppo di vulcaniti per quanto concerne le tessiture della pasta di fondo, le dimensioni e l’abbondanza dei vacuoli. Questi caratteri sono principalmente da imputare alle differenti dinamiche di raffreddamento del deposito piroclastico e possono essere pertanto particolarmente variabili anche in affioramenti di limitato spessore ed estensione. Ne consegue che tali caratteristiche micromorfologiche, intrinseche a tutte le tipologie di pozzolane, non possono essere considerate un efficace metodo discriminante. Per tale ragione, lo studio è stato focalizzato sugli aspetti composizionali delle tre tipologie di pozzolana. Le composizioni delle pozzolane studiate ricadono in un’ampia regione del diagramma TAS. Sebbene ci sia una notevole sovrapposizione tra le tre composizioni, le Pozzolane Rosse ricadono tendenzialmente in settori meno evoluti del TAS, mentre le Pozzolanelle presentano le composizioni più differenziate; le Pozzolane Nere si dispongono in un campo intermedio tra questi due termini estremi. Sul diagramma TAS di figura 76 sono riportati anche i campi composizionali delle tre tipologie di pozzolana derivanti da dati di letteratura (cf. Conticelli et al. 2010).

Figura 76. Diagramma TAS (Le Maitre 1989) in cui si riportano le concentrazioni di SiO2 vs.