Mineralogia sperimentale

Lo scopo della mineralogia non è soltanto l’identificazione dei minerali, ma anche la determinazione dei campi di pressione e di temperatura nei quali si formano. Un sistema di determinazione è la riproduzione in laboratorio, che è stata tentata fin dal XIX°secolo, soprattutto a Parigi. E proprio nei laboratori de l’Ecole des Mines di Parigi A.Daubrée (1848-1896),prima professore all’Università di Strasburgo, effettuò le prime sintesi minerali. Egli ha così aperto la strada ai numerosi ricercatori, che hanno dapprima cercato di riprodurre i minerali più preziosi, cioè quelli che costituivano le "pietre" dello stesso nome. Quando Moissan otteneva dei risultati molto controversi sulla sintesi del diamante, P. Hautefeuille realizzava numerose sintesi utilizzando degli agenti mineralizzatori (gas o vapore come

catalizzatori). Egli ha riprodotto così il rutilo, il corindone e la titanite. Per via secca, Hautefeuille riuscì a cristallizzare tridimite, quarzo, nefelina,leucina,fenacite,zircone e smeraldo, per via umida le tre varietà polimorfe del biossido di titanio.

Tra il 1871 ed il 1892, E.Fremy,Feil e Verneuil hanno sintetizzato il rubino.

Tutti questi lavori non erano che i primi timidi inizi di una ricerca che si svilupperà in modo straordinario a partire dalla seconda metà del XX° secolo.Le sintesi di laboratorio, che si fanno sotto condizioni note di temperatura e di pressione, permettono di verificare gli studi teorici sulle leggi di equilibrio tra le fasi minerali. I nomi che si sono messi maggiormente in luce sono: Bakhuis Roozeboom, P. Schreinemakers o W.Gibbs. Durante tutto il XIX° secolo, a parte gli importanti lavori di Van’t Hoff sulla cristallizzazione dei sali a partire dall’evaporazione dell’acqua del mare o sulla transizione gesso-anidrite,non si ebbero vere e proprie interpretazioni. Per quel che riguarda i problemi più complessi, concernenti in particolare la cristallizzazione dei principali tipi di rocce ignee (granito e basalto), i primi lavori furono realizzati dall’inglese J.Hall (1761-1832). Ma fu impossibile conoscere con precisione le temperature di fusione dei principali minerali prima dell’invenzione della termocoppia platino altro metallo, che fu realizzata nel 1886. A partire da questa data la situazione si evolverà rapidamente. Le teorie magmatiche fissate da H. Rosenbusch sono ben definite, le tecniche di laboratorio ( forni, autoclavi, apparecchi di misura di temperatura e pressione) permettono di realizzare delle esperienze affidabili. La mineralogia sperimentale avrà un grande impulso, soprattutto sotto l’influenza dell’americano N.L. Bowen, che arriva nel 1910 al Geophysical Laboratory della Carnegie Institution di Washington (creato nel 1906).

Nell’arco di alcuni anni N.L.Bowen chiarirà i meccanismi della cristallizzazione dei magmi basaltici e,approdando a sistemi sempre più complessi,arriverà a definire il principio della cristallizzazione frazionata, uno dei fondamenti della petrografia moderna.

La mineralogia e la petrologia sperimentale sono divenute le branche più importanti delle Scienze della Terra.

Nel 1954, l’équipe francese di Weil,Hocart e Monier realizzarono la sintesi dei minerali opachi: arseniuro di rame, proustite, stibina. Qualche anno dopo, J. Prouvost trasforma dei solfuri metallici in condizioni che richiamano le sostituzioni idrotermali. Questo lavoro fu continuato da Maurel, che analizza i cambiamenti idrotermali tra 100°C e 200°C. tra sulfuri metallici e soluzioni acquose di sali.

Nel 1965 si sono avuti numerosi lavori dedicati alle interazioni fluide-solide nel sistema dei feldspati alcalini.

A bassa temperatura, questo problema riguarda essenzialmente la sintesi dei minerali delle rocce sedimentarie e delle formazioni superficiali, cioè le argille.La kaolinite e la muscovite sono state ottenute nel 1965 a Parigi da Lagache; Wey e la sua équipe hanno prodotto le zeoliti nel 1970.

Numerosi lavori sperimentali hanno riguardato anche il campo complementare della petrografia delle rocce magmatiche e metamorfiche.F.Fouque e A. Michel-Levy avevano mostrato la strada,riproducendo minerali di rocce vulcaniche per via secca. J.Wyart, intervenendo nella controversia che, durante gli anni, oppose "solidisti" e "magmatisti", per il problema dell’origine dei graniti, ha mostrato l’importanza dell’acqua al momento della cristallizzazione dei magmi granitici.A partire dal 1940, H.Saucier studia in laboratorio la viscosità di un vetro a composizione chimica di granito. Questi lavori, che necessitano di strumentazioni particolarmente importanti, sono stati realizzati in pochi laboratori adeguatamente attrezzati: il Geophysical Laboratory di Washington, che per decenni è stato un modello per tutti gli altri, ma anche il gruppo di H. Winkler di Gottinga, che lavorerà nelle maggiori università della Germania e dell’Austria, il Centre de Recherches sur la Synthèse des Mineraux (CNRS) di Orleans, l’Istituto di Ricerche di Chernogolovka, di Mosca ,etc. E’ la sperimentazione che ha permesso la definizione delle basi dei dati termodinamici indispensabili per il calcolo delle reazioni , e soprattutto, la determinazione delle condizioni pressioni-temperature subite dalle rocce profonde ( in particolare, il cammino P-T delle rocce metamorfiche). Le ricerche attuali procedono in molteplici direzioni: cinetica delle reazioni, reologia dei magmi e, soprattutto, ottenimento di temperature o pressione sempre più elevate. Grazie alle "incudini a diamante", si possono oggi riprodurre le condizioni esistenti in tutti i punti del globo, fino ai livelli più profondi, mantello inferiore e lo stesso nucleo.