Nella mineralogia , un'inclusione si riferisce a un materiale intrappolato all'interno di un minerale . Le inclusioni possono essere un liquido , gas , petrolio o altro minerale.
In gemmologia, un'inclusione è una caratteristica all'interno di una gemma , che può estendersi dall'interno alla superficie.
Le inclusioni presenti in un minerale consentono di determinarne le condizioni di formazione nonché la sua origine. Secondo la legge delle inclusioni di Hutton , i frammenti inclusi in un minerale ospite sono più antichi del minerale stesso.
Le inclusioni erano già note nell'antichità : alcuni cristalli trasparenti come il quarzo hanno inclusioni fluide abbastanza grandi da essere visibili ad occhio nudo. Sono stati oggetto di numerosi studi nel corso dei secoli. Nel I ° secolo, Plinio parla di "piccole inclusioni, difetti e vesciche che assomigliano denaro" su alcune gemme. Nel suo lavoro sulle gemme risalenti al XI ° secolo, Al-Biruni offerte, tra gli altri, l'influenza di inclusioni fluide sulla qualità delle pietre preziose come rubino , il diamante , il verde smeraldo o turchese . Déodat Gratet de Dolomieu descrisse nel 1792 inclusioni di petrolio nel quarzo, ma queste furono considerate di poca importanza dalla maggior parte degli studiosi del suo tempo, incluso René Just Haüy .
Il primo lavoro significativo sulle inclusioni è apparso grazie agli sviluppi nel microscopio ottico . Nel 1822, Humphry Davy pubblicò un articolo sulle inclusioni di fasi di acqua e gas nei cristalli. In particolare, dimostra che la presenza di vapore nelle inclusioni è dovuta alla contrazione termica del fluido, favorendo così la teoria del plutonismo sulla formazione della crosta terrestre , che si contrapponeva a quella del nettunismo . Tuttavia, lo xenomorfismo del quarzo nel granito rimane inspiegabile e porta allo sviluppo della teoria della plasticità acquosa , in cui l'acqua contenuta nel granito ad alta temperatura lo renderebbe plastico, e che sembra supportare la teoria del nettunismo. Ispirato dai risultati di Davy, David Brewster sviluppa metodi sperimentali per caratterizzare diverse inclusioni e per studiare le proprietà dei fluidi che contengono. Tre decenni dopo, il lavoro di Henry Clifton Sorby sulla microstruttura dei cristalli ha aperto la strada alla petrografia moderna, in particolare attraverso l'uso della tecnica della sezione sottile . Fu il primo a studiare le inclusioni vitree. I suoi risultati hanno portato alla spiegazione della genesi di rocce vulcaniche, graniti e quarzo, presentando la formazione dei graniti come intermediario tra quella delle rocce vulcaniche (plutonismo) e quella del quarzo (nettunismo).
Lo studio delle inclusioni fluide sta diminuendo dalla fine del XIX ° secolo e l'inizio del XX ° secolo, a causa della mancanza di conoscenza circa termodinamico componente liquida che porta a vari risultati apparentemente contraddittori. Lo studio delle inclusioni fluide fu ripreso in Francia da Georges Deicha nel 1950; il suo libro Le lacune dei cristalli e le loro inclusioni fluide , pubblicato nel 1955, rimane un'opera di riferimento sull'argomento.
Nei decenni successivi alla seconda guerra mondiale , scienziati dell'Unione Sovietica si sono affermati nella ricerca sulle inclusioni vitree, in particolare sviluppando metodi di riscaldamento delle inclusioni al microscopio che hanno permesso il loro studio in situ .
Le inclusioni in un minerale possono essere costituite da uno o più altri minerali (o anche un frammento di roccia ), un vetro magmatico , un liquido (soluzione salina, petrolio, CO 2liquido, ecc.) o un gas (H 2 O, CO 2, idrocarburi). Possono anche essere polifase (vetro + cristalli, liquido + gas, due liquidi immiscibili, ecc.). Le inclusioni costituite da liquido o gas sono qualificate come "inclusioni fluide", le inclusioni costituite da un singolo minerale sono "inclusioni minerali", le inclusioni costituite da vetro o un insieme di minerali sono "inclusioni magmatiche", inclusioni che comprendono sia fluido che cristalli sono spesso indicati come "inclusioni miste".
A seconda del periodo in cui compaiono nella storia del minerale ospite, ci sono due tipi di inclusioni:
Poiché i minerali sono spesso formati da una miscela fusa o da una soluzione acquosa , piccole quantità di questo liquido possono rimanere intrappolate nella struttura cristallina o all'interno di fratture chiuse. Queste inclusioni hanno generalmente una dimensione variabile tra 0,1 e 1 mm , vengono quindi osservate al microscopio ottico. Quando il fluido intrappolato in un minerale è sovrasaturo , i cristalli possono formarsi all'interno dell'inclusione dopo che il minerale ospite si è raffreddato, lasciando una bolla di liquido o gas.
Le inclusioni fluide sono spesso delimitate da facce parallele alle superfici del cristallo ospite, si parla quindi di forme di “cristallo negativo”, che sono caratteristiche delle inclusioni create dalla dissoluzione dei difetti di continuità del cristallo dopo la sua crescita. Piuttosto, le inclusioni fluide primarie, formate durante la crescita di un cristallo, hanno una forma arrotondata e arbitraria.
Le inclusioni fluide si trovano in diversi tipi di ambiente, inclusi minerali coesivi nelle rocce sedimentarie , gangues come quarzo o calcite nelle vene dei depositi idrotermali, ambra fossilizzata e carote di ghiaccio dalla Groenlandia e dal Sud America. " Antartide . Sono generalmente composti da più fasi (liquido + vapore, o liquido + vapore + cristalli) e contengono informazioni sulla composizione chimica , temperatura e pressione dell'ambiente del minerale durante la sua formazione.
Le inclusioni magmatiche, o vitree, sono goccioline di magma intrappolate all'interno di cristalli di rocce magmatiche . Sono molto simili alle inclusioni fluide. Sono generalmente di dimensioni inferiori a 100 μm . Il loro studio permette di determinare la composizione dei magmi presenti all'inizio della genesi di alcuni sistemi magmatici. Poiché si formano ad alta pressione, le inclusioni magmatiche forniscono importanti informazioni sulla quantità di composti volatili ( H 2 O, CO 2, S , Cl ) che portano a eruzioni vulcaniche .
Sebbene piccole, le inclusioni magmatiche possono contenere diverse fasi, come vetri (formati da magmi impregnati ), piccoli cristalli e bolle di vapore. Si trovano nella maggior parte dei cristalli di origine magmatica e sono comuni in quarzo , feldspati , olivina e pirosseni . La formazione di inclusioni magmatiche sembra essere uno stadio normale nella cristallizzazione dei minerali magmatici; sono presenti nelle rocce magmatiche e plutoniche .
Le inclusioni sono un fattore importante nel determinare il valore di una gemma. In molte gemme come i diamanti , le inclusioni influenzano la chiarezza della pietra, abbassandone il valore. Tuttavia, questo non è il caso di tutte le gemme, come lo zaffiro stellato la cui qualità dipende dalla presenza di inclusioni o l' opale che contiene inclusioni fluide di acqua.
È noto che molte gemme colorate, come l' ametista , lo smeraldo e lo zaffiro, contengono inclusioni, che influiscono poco sul loro valore. Sono classificati in tre tipi:
Le gemme contenenti inclusioni fluide sono molto ricercate, ma raramente vengono lavorate a causa della loro fragilità.
Gemma chiara con inclusione metallica.
Peridoto con inclusione lattiginosa.
Rubino tagliato con inclusioni.
Le inclusioni di un minerale danno informazioni sulle condizioni della sua formazione e sulla sua origine. Ad esempio, l'analisi delle bolle di gas atmosferico come inclusioni nelle carote di ghiaccio è uno strumento importante per lo studio del cambiamento climatico .
L'analisi delle bolle d'aria e d'acqua intrappolate nell'ambra fossile risalente a 140 milioni di anni fa ha indicato che il contenuto di ossigeno dell'atmosfera ha raggiunto il picco di quasi il 35% durante il Cretaceo , per poi scendere improvvisamente a un livello vicino al livello attuale all'inizio del Terziario . Questo ripido declino corrisponde o è vicino all'estinzione del Cretaceo-Terziario e potrebbe essere dovuto all'impatto di un grande meteorite che ha creato il cratere Chicxulub .
Nel caso della foto a lato, parte del fluido da cui proviene il cristallo ospite è stato intrappolato durante la crescita dei cristalli. Quando catturato, la temperatura era ancora alta e il liquido conteneva minerali disciolti. Quando la temperatura scendeva, questi minerali si cristallizzavano nell'inclusione, lasciando una bolla di fluido sferico. Il riscaldamento dell'inclusione fino a quando i minerali e il cristallo ospite si dissolvono fornisce una stima della temperatura alla quale si è formato il cristallo.
Le inclusioni fluide sono ampiamente studiate per comprendere il ruolo dei fluidi nella crosta terrestre profonda e all'interfaccia mantello- crosta. In campioni di granulite , hanno fornito importanti indizi sulla genesi di queste rocce grazie al contributo di fluidi sub- litosferici ricchi di CO 2 . Lavori recenti suggeriscono che le reazioni di decarbonatazione durante il metamorfismo estremo, rilasciando CO 2 , hanno contribuito a porre fine alla glaciazione di Varanger .
L'origine dei diamanti naturali del Brasile potrebbe essere localizzata nel mantello inferiore della Terra grazie alla presenza di inclusioni di ferropericlasio ad alta concentrazione di ferro .