Gli skarn sono rocce metasomatiche che si formano a contatto tra una roccia silicatica o un fuso magmatico e una roccia carbonatica. Sono formati principalmente da silicati di calcio-magnesio-ferro-manganese a grana grossa, anidri o poveri in acqua (come ossidrile). Si tratta di rocce economicamente molto importanti perché spesso sede di giacimenti di minerali metalliferi, di boro e Terre rare. Sinonimo di skarn nella letteratura nordamericana è il termine tactite.
Etimologia Il termine skarn deriva da un'antica parola utilizzata dai minatori svedesi per indicare il materiale di scarto (ganga), ricco in silicati, che veniva estratto assieme ai minerali da cui si ricavavano i metalli e che apparentemente tendeva a sostituire i calcari nel distretto minerario di Persberg.
Definizioni e caratteri giaciturali Gli skarn sono rocce a grana normalmente grossa, struttura isotropa e tessitura granoblastica-lepidoblastica o granofelsica. Formano corpi appiattiti lungo il contatto oppure vene, camini o corpi irregolari che tagliano le rocce carbonatiche e/o silicatiche (skarn in vene). Gli skarn formatisi a spese di rocce magmatiche o altre rocce silicatiche sono chiamati endoskarn, mentre quelli formatisi all'esterno di un corpo intrusivo quando entra in contatto con un'unità carbonatica sono chiamati esoskarn. Gli esoskarn sono più comuni e si formano quando i liquidi rimasti dalla cristallizzazione del magma vengono espulsi dalla massa rocciosa nelle fasi finali della messa in posto. Entrando in contatto con rocce chimicamente reattive, di solito carbonati come calcari o dolomie, reagiscono con esse e producono un'alterazione che è un tipo di metasomatismo di infiltrazione. Gli endoskarn sono più rari: si formano all'interno del corpo intrusivo in cui sono state prodotte fratture, giunti di raffreddamento e stockwork, il che si traduce in un'area permeabile. L'area permeabile può incorporare materiale proveniente dagli strati carbonatici. I fluidi idrotermali magmatici che sono stati trasportati o creati dall'intrusione interagiscono con questo materiale carbonatico e formano l'endoskarn. Sia la composizione che la tessitura del protolito giocano un ruolo importante nella formazione dello skarn risultante. La zona più esterna degli endoskarn e quella più vicina al corpo magmatico genitore degli esoskarn, oltre a silicati di calcio-magnesio-ferro-manganese, possono contenere feldspato o scapolite e/o feldspatoidi. Per queste rocce, Korzhinskii (1953) introdusse il termine speciale di near-skarn rocks. Lo skarn di reazione è formato dal metamorfismo isochimico che si verifica su unità litologiche sedimentarie finemente interstratificate e implica un trasferimento metasomatico di componenti su scala ridotta (forse centimetri) tra unità adiacenti. Si definiscono skarnoidi i prodotti del metamorfismo di litologie impure, con un certo trasferimento di massa causato dal movimento di fluidi a piccola scala. A differenza dei veri skarn metasomatici, gli skarnoidi riflettono strettamente la composizione e/o la tessitura delle rocce immediatamente circostanti, contengono granato o pirosseno come fasi maggiori, hanno grana fine e sono poveri di ferro. Si possono considerare una via di mezzo tra una cornubianite a grana fine e uno skarn a grana grossa. In accordo con la diversa composizione e con i diversi aspetti genetici, la famiglia degli skarn è stata divisa in due sottogruppi: skarn magnesiaci, sviluppatisi al contatto con rocce carbonatiche magnesiache (a dolomite o magnesite) skarn calcici, formatisi a contatto con calcari e marmi poveri di magnesio.
Sottofamiglia degli skarn magnesiaci Gli skarn magnesiaci sono rocce di alta temperatura contenenti forsterite, diopside, spinello, periclasio, clinohumite, flogopite e pargasite e si formano al contatto tra rocce magmatiche e carbonatiche calcio-magnesiache o magnesiache.
Zonazioni e facies dello stadio magmatico Gli skarn magnesiaci collegati allo stadio magmatico sono caratterizzati da associazioni minerali a pirosseno fassaitico, forsterite, spinello magnesiaco, enstatite, monticellite, åkermanite, merwinite e periclasio. Il pattern tipico di zonazione (colonna metasomatica) comprende le seguenti paragenesiCon paragenesi si intende un'associazione di minerali originatisi contemporaneamente o con successione immediata in seguito allo stesso fenomeno minerogenetico. Una paragenesi è il risultato di un equilibrio termodinamico raggiunto dalle specie cristalline coesistenti nell’aggregato.: granito (o un'altra roccia silicatica) → plagioclasio (An70-95) + clinopirosseno diopsidico → pirosseno fassaitico + spinello → forsterite + spinello → forsterite + spinello + calcite → dolomite (le frecce indicano la direzione della crescita zonata nella colonna). Le paragenesi a ortopirosseno compaiono solo quando l'attività chimica dell'ossido di calcio (CaO) è bassa, per esempio al contatto con magnesite. Le faciesPer facies qui si intende un insieme di associazioni mineralogiche che si sono costituite in un ristretto e ben definito intervallo di pressione, temperatura, composizione e concentrazione dei fluidi. degli skarn magnesiaci dello stadio magmatico che dipendono dalle condizioni di temperatura, concentrazione di CO2 e attività di CaO sono: dolomite, periclasio, magnesite, enstatite, forsterite-calcite, monticellite, monticellite-periclasio, monticellite-spurrite, åkermanite, mervinite, mervinite-periclasio e corindone-plagioclasio (lo spinello è presente in ogni facies).
Zonazioni e facies dello stadio postmagmatico Gli skarn magnesiaci collegati allo stadio postmagmatico si sviluppano principalmente come sostituzione (parziale o completa) di precedenti skarn magnesiaci sviluppatisi durante lo stadio magmatico. Le loro zonazioni e colonne metasomatiche sono meno uniformi e più complesse. Insieme ai minerali residuali stabili dello stadio magmatico compaiono nuovi minerali caratteristici e nuove paragenesi. Le paragenesi a spinello danno luogo a flogopite e pargasite. Le principali facies che sono dipendenti dalle condizioni di pressione-temperatura e dall'attività di CO2, K2O, Na2O, F2, Cl2, B2O3 e FeO sono: flogopite-diopside, flogopite-forsterite, magnetite–forsterite, diopside-monticellite, monticellite-brucite, monticellite-dellaite, monticellite-foshagite, pargasite-diopside, clinohumite, magnetite, ludwigite, kotoite, suanite e altri.
Ambiente di formazione e successive trasformazioni Il campo di temperature nel quale si è formata la sottofamiglia è di circa 750-450 °C alla pressione di 0,05-0,1 GPa. Gli skarn magnesiaci di entrambi gli stadi sono comunemente sostituiti a vario grado da skarn calcici postmagmatici, sotto condizioni di moderata pressione e temperatura, a causa della crescente attività chimica di CaO, al diminuire della temperatura e alla corrispondente diminuzione della concentrazione di CO2 nei fluidi. Le alterazioni post-skarn di bassa temperatura portano alla sostituzione dei minerali dello skarn con serpentino, clorite + actinolite, carbonati e brucite.
Facies a manganese Una rara facies di skarn è analoga agli skarn magnesiaci eccetto per il fatto che il magnesio nei minerali è completamente sostituito dal manganese. Minerali tipici sono: johannsenite, tephroite, glaucochroite, sonolite e galaxite. Queste facies si sviluppano al contatto di rocce silicatiche con carbonati manganesiferi. Queste rocce metasomatiche sembrano essersi formate in uno stadio postmagmatico e a basse temperature. Il Ca-Mn clinopirosseno (johannsenite) come pure i Ca-Mn pirossenoidiI pirossenoidi, come suggerisce il nome, sono chimicamente e strutturalmente legati ai pirosseni, ma non precisamente uguali: negli skarn sono presenti la wollastonite, la bustamite, la rodonite e la piroxmangite. sono caratteristici della facies a manganese degli skarn calcici. Normalmente i minerali degli skarn magnesiaci non contengono apprezzabili quantità di manganese.
Sottofamiglia degli skarn calcici Gli skarn calcici sono skarn di temperatura da media a alta e composti principalmente da granato granditicoCon questo termine si indica un granato che è formato da una miscela di grossularia e andradite., pirosseno (da salite a ferrosalite e/o johannsenite), wollastonite o pirossenoidi ricchi in magnesio e formatisi al contatto tra rocce magmatiche o altre silicatiche e rocce a carbonato di calcio. Possono sostituire precedenti skarn magnesiaci (in condizioni subvulcaniche o ipoabissali).
Zonazione e facies Tutti (o quasi tutti) gli skarn calcici appartengono allo stadio postmagmatico. I minerali tipici di questa sottofamiglia sono: granato granditico, vesuvianite, clinopirosseno (da salite fino a hedenbergite e/o johannsenite), wollastonite, rodonite e bustamite, epidoto, scapolite, plagioclasio; meno comuni sono i silicati di più alta temperatura con rapporto molare Ca/Si ≥ 1,5. La tipica successione di facies, dall'endoskarn più interno all'esoskarn più esterno, è caratterizzata da una zona bimineralica (dove andesina o scapolite o K-feldspato sono associati a salite o grossularia o epidoto), seguita da una zona monomineralica (granato granditico o clinopirosseno calcico) o bimineralica (granato-clinopirosseno), che può essere o non essere seguita da una zona a wollastonite. Le mineralogie specifiche dipendono sia dalle condizioni di pressione e temperatura che dall'attività chimica di K2O, Na2O, F2, Cl2, SO3, FeO, O2 e CO2.
Ambiente di formazione e successive trasformazioni Questi tipici skarn calcici si sono formati in un campo di temperature di 650-400 °C e alla pressione di 0,05-0,4 GPa. La formazione di paragenesi a hedenbergite e johannsenite con associazioni a quarzo e quarzo-granato come pure ad anfiboli si imposta durante le alterazioni post-skarn insieme alla (o dopo la) rottura dei minerali dello skarn.
Altri tipi particolari di facies Alcuni skarn di relativamente bassa temperatura sono arricchiti con Fe2+ e Mn2+ (molecola hedembergitica o johannsenitica nei pirosseni, spessartite nei granati, rodonite e bustamite). Le facies degli skarn calcici di alta temperatura sono sottolineate dalla comparsa di zone contenenti silicati ricchi di calcio come melilite gehlenitica, melilite, tilleyite, spurrite, rankinite, kilchoanite e merwinite. Le temperature della loro formazione sono di 700-900 °C alla pressione di 0,05-0,15 GPa e con XCO2X esprime la concentrazione in termini di frazione molare, ossia concentrazione percentuale in moli di una specie chimica in una miscela omogenea, a prescindere che si tratti di una soluzione liquida, di una miscela solida o di una miscela gassosa. La frazione molare della specie CO2 in una miscela esprime quindi il rapporto tra la quantità di CO2 e la quantità di sostanza di tutte le specie presenti nella miscela omogenea. < 0,05.
Meccanismi genetici e ambienti geodinamici