Carbon-bearing cordierite from Allumiere (Tolfa volcanic center, Latium, Italy): occurrence, crystal-structure and FTIR microspectroscopy

In questo lavoro viene descritto lo studio cristallochimico della cordierite di un proietto vulcanico dell’apparato della Tolfa (Lazio, Italia). La roccia esaminata è stata campionata all’interno del deposito piroclastico (“tufo caotico”) affiorante in una cava a Colle dello Spizzicatore, Comune di Allumiere. Il campione è stato esaminato attraverso analisi in microsonda elettronica (EMPA), raffinamento strutturale su cristallo singolo e microspettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR). Combinando queste tecniche è stato possibile caratterizzare la quantità, posizione e coordinazione dei cationi e degli elementi volatili presenti nei canali strutturali del minerale. La cordierite di Allumiere è ortorombica, gruppo spaziale Cccm; i parametri di cella sono (in Å): a = 17,1580(6), b = 9,7573(3) e c = 9,3228(3). Le analisi microchimiche mostrano un rapporto Mg/Fe [XMg = Mg/(Mg+Fe)] = 0,58, e un basso contenuto in alcali (Na + K = 0,042 apfu). Gli spettri FTIR ottenuti su cristallo singolo sono fortemente polarizzati; gli assorbimenti osservabili nella regione di stiramento dell’H2O possono essere attribuiti a molecole di acqua orientate con il vettore H…H // a ed il piano della molecola // (001). Gli assorbimenti presenti nella regione di stiramento dei legami C-O possono essere attribuiti a molecole di CO2 e CO orientate entrambe // a; gli spettri mostrano anche la presenza di 13C and 18O nel campione. Utilizzando i coefficienti di assorbimento molare disponibili in letteratura, è possibile calcolare un contenuto di H2O di 0,02 wt% e di CO2 di 0,22 wt%. La composizione mineralogica della roccia, e la composizione dei volatili nei canali della cordierite sono concordi nel suggerire un evento termometamorfico a bassa P (≤ 2 Kbar) ed alta T (> 700°C) avvenuto in condizioni estremamente riducenti su una metapelite preesistente.

This paper reports the crystalchemical study of cordierite from a volcanic ejectum from the Tolfa volcanic center (Latium, Italy). The studied rock was sampled within the pyroclastic deposit (“tufo caotico”) outcropping in a quarry at Colle dello Spizzicatore, Allumiere Community. The sample was studied by electron microprobe analysis (EMP), single-crystal structure refinement and Fourier-transform infrared microspectroscopy (FTIR). Combination of these techniques allowed detailed characterisation of the amount, location and coordination of cations and volatile molecules in the channels. Cordierite from Allumiere is orthorhombic, space group Cccm; refined cell-parameters are (in Å): a = 17.1580(6), b = 9.7573(3) and c = 9.3228(3). EMP analyses show an intermediate XMg [Mg/(Mg+Fe) = 0.58], and a very low alkali (Na + K = 0.042 apfu) content. Single-crystal FTIR spectra are strongly polarised; the absorptions observed in the H2O stretching region can be assigned to H2O molecules oriented with the H…H vector // a and the molecular plane // (001). The absorptions observed in the C-O stretching region can be assigned to both CO2 and CO molecules oriented // a; the spectra also show the presence of 13C and 18O in the sample. Using the molar absorption coefficients available in the literature, H2O = 0.02 wt% and CO2 = 0.22 wt% are calculated from the measured band intensities. The observed mineral assemblage and the volatile composition of cordierite are coherent with a thermometamorphic overprint on an early metapelite, which occurred at low-P (≤ 2 Kbar), high-T (> 700°C) and extremely reducing conditions.