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• experimental petrology
• isothermal crystallization
• Mars
• martian meteorites
• olivine
• olivine-phyric shergottites
• piston cylinder
• undercooling

Martian meteorites currently provide the only direct samples of the martian crust and can be used to investigate the magmatic evolution of the planet. Among them, Dar al Gani 476 is an olivine-phyric shergottite characterized by large zoned olivine crystals (Fo76–Fo58) enclosed in a fine-grained groundmass mainly composed of low-Ca pigeonite, high-Ca augite and maskelynite. These textural and compositional features, together with the disequilibrium between magnesian olivine cores and the groundmass, raise the question of whether the olivine crystals should be interpreted as phenocrysts, antecrysts or xenocrysts.
The aim of this study is to shed light on the crystallization history of DaG 476 and to evaluate if the olivine megacrysts can be related to the same magmatic system that formed the groundmass. For this purpose, piston-cylinder experiments were performed using a synthetic glass representative of the DaG 476 groundmass composition, at pressures of 0.5 and 1.5 GPa and temperatures between 1250 and 1450 ◦C. In addition, one dynamic crystallization experiment was performed at 0.5 GPa, cooling the sample from 1450 to 1150 ◦C. The experimental products were characterized by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), while major element compositions of glasses and minerals were determined by electron probe microanalysis (EPMA) and trace element concentrations were measured by laser ablation inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICPMS).
The results show that pressure exerts a strong control on the crystallizing mineral assemblage. Olivine is stable only at 0.5 GPa, whereas at 1.5 GPa the system is dominated by pyroxene crystal- lization, whose composition varies as a function of temperature. Above 1300 ◦C a pigeonite-like pyroxene and an augitic pyroxene are both stable, whereas at lower temperatures a pyroxene of intermediate composition crystallizes. The dynamic crystallization experiment performed at 0.5 GPa demonstrates that undercooling conditions can produce large skeletal crystals characterized by chemical zoning, closely resembling those observed in the natural meteorite. Overall, the mineral assemblage are successfully reproduced by the experiments, with the exception of plagioclase, which crystallization is likely suppressed by kinetic factors, as its stability is predicted by ther- modynamic simulations. These results imply that martian Fe-rich basaltic melts be undercooled during their evolution.
The experimental results are consistent with the formation of DaG 476 in a dynamic magmatic system, analogous to terrestrial open conduit volcanic systems, characterized by an early crystal- lization of augitic and pigeonitic pyroxene at higher pressure, followed by olivine at progressively decreasing pressures and temperatures. Dynamic crystallization conditions during the ascent of an Fe-rich basaltic magma can therefore explain the progressive stability of the mineral phases and the formation of chemically-zoned olivine megacrysts, such as those observed in the natural sample.

Dar al Gani 476 è una shergottite marziana con tessitura porfirica con megacristalli millimetrici di olivinae-phyric, caratterizzata dalla presenza di cristalli millimetrici di olivina immersi in una pasta di fondo a grana fine, costituita da pirosseni e maskelynite. La composizione dei pirosseni va da termini pigeonitici poveri in Ca a termini augitici più ricchi in Ca, mentre i megacristalli di olivina presentano marcate zonature composizionali, con nuclei ricchi in Mg (Fo76) e bordi progressivamente più ricchi in Fe (Fo58). Queste caratteristiche tessiturali, insieme al disequilibrio chimico tra olivina e liquido finale della groundmass, rendono incerta l’interpretazione sull’origine dei megacristalli di olivina.
In questo studio sono stati condotti esperimenti con il piston cylinder su un materiale di partenza sintetizzato riproducendo la composizione chimica della groundmass di DaG 476, con l’obiettivo di investigare le condizioni di formazione di questa meteorite e della sua peculiare associazione mineralogica. Gli esperimenti sono stati condotti alle pressioni di 0.5 e 1.5 GPa, a temperature comprese tra 1250 e 1450 °C. Oltre agli esperimenti isotermici, è stato realizzato un esperimento di cristallizzazione dinamica a 0.5 GPa, con raffreddamento progressivo da 1450 a 1150 ◦°C. I cam- pioni sono stati poi analizzati attraverso microscopia ottica ed elettronica, mentre la composizione chimica del vetro e delle fasi mineralogiche sono state determinate tramite microsonda elettronica (EPMA) per gli elementi maggiori e spettrometria di massa con ablazione laser (LA-ICP-MS) per gli elementi in traccia.
I risultati mostrano che la pressione controlla in modo significativo l’associazione mineralogica cristallizzata. L’olivina è stabile solo alla pressione di 0.5 GPa, mentre alla pressione di 1.5 GPa il sistema è dominato dalla cristallizzazione di pirosseno, la cui composizione è influenzata dalla temperatura. Sopra i 1300 °C, sono stabili un pirosseno pigeonitico (Low-Ca) e un pirosseno augitico (High-Ca), mentre a temperature inferiori è stabile un pirosseno di composizione in- termedia. L’esperimento di cristallizzazione dinamica a 0.5 GPa mostra che in condizioni di sottoraffreddamento è possibile formare cristalli di olivina di grandi dimensioni di forma schelet- rica e caratterizzati da zonatura chimica, composizionalmente simili a quelli naturali. In generale, sia l’assemblaggio mineralogico che la composizione chimica dei minerali viene riprodottao dagli esperimenti, ad eccezione del plagioclasio, la cui cristallizzazione è probabilmente soppressa per ragioni cinetiche e non termodinamiche (la sua stabilità è predetta da simulazioni effettuate con MELTS). Questo implica che liquidi basaltici ricchi in ferro come quelli marziani possono essere sottoraffreddati.
I risultati degli esperimenti suggeriscono la formazione di DaG 476 in un sistema magmatico dinamico, simile a quello di sistemi vulcanici terrestri di tipo open conduit, caratterizzato da una prima fase di cristallizzazione di pirosseno augitico e pigeonitico a pressione più elevata, seguita da cristallizzazione di olivina a pressioni e temperature progressivamente più basse. Condizioni di cristallizzazione dinamica durante la risalita del magma basaltico ricco in ferro possono quindi spiegare la progressiva stabilità progressiva delle fasi mineralogiche e la formazione di megacristalli di olivina caratterizzati da forti zonature chimiche, come quelle osservate nel campione naturale.