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ROCCE

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by

Niccolò Pinzauti

on 5 November 2014

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Transcript of ROCCE

LE ROCCE
Le rocce sono aggregati di
minerali
. Le rocce monomineraliche sono molto più rare di quelle a composizione eterogenea.
ROCCE
MINERALI
Sono solidi
cristallini

naturali
, generalmente
inorganici
. I minerali sono
omogenei
.
Naturali
Non sono prodotti artificialmente. Pietre artificiali come i diamanti di laboratorio (anche se riproducono le impurità) non sono considerati minerali.
Inorganici
Le molecole organiche in genere non cristallizzano, quindi la maggior parte dei minerali è inorganica.
Omogenei
Entro un certo volume ha composizione chimica ben definita. La maggioranza delle rocce, essendo formate da più minerali, non è omogenea.
CRISTALLI
Sono solidi naturali che presentano struttura regolare e ripetitiva a
livello atomico
. Il modo con cui un cristallo si presenta spazialmente è detto
habitus cristallino
. Se presenta facce e spigoli ben definiti è detto
euedrale
o
idiomorfo
, altrimenti è
anedrale
o
allotriomorfo
.
Un cristallo è formato dalla ripetizione di
celle elementari
, ovvero anioni e cationi che si dispongono a formare solidi geometrici. Il solido minimo è il tetraedro (piramide a 3 facce). Gli anioni (più piccoli) si dispongono nei vuoti lasciati dai cationi (più grandi). Questa struttura si ripete all'infinito nello spazio, in genere formando strutture che rispecchiano la cella (la cella cubica del sale forma cristalli cubici), ma può anche formare strutture diverse: è il caso della fluorite, della magnetite e del granato, che sono formati dallo stesso tipo di cella, solo disposta in modo diverso.
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Na+
Costanza dell'angolo diedro (legge di Stenone)
Gli angoli tra facce equivalenti di un cristallo sono uguali. La legge prende il nome da Niels Stensen (Niccolò Stenone).
Isomorfismo
Cristalli differenti hanno la stessa forma: è il caso del salgemma e della pirite (hanno entrambi forma cubica).
Vicarianza
Lo stesso tipo di minerale può presentare ioni differenti, che vicariano (si scambiano) a causa delle dimensioni simili. La vicarianza è comune tra i silicati (minerali con ioni silicio SiO4 -). L'olivina può essere formata da ioni magnesio o silicio: nella formula chimica (Mg, Fe)2SiO4 si scrivono entrambi. L'olivina di ferro e l'olivina di magnesio sono minerali isomorfi.
Polimorfismo
Minerali con la stessa composizione chimica hanno habitus differenti.

- Diamante e grafite: entrambi formati di carbonio puro, nel primo gli atomi si dispongono secondo resistentissime strutture a tetraedro, nella seconda a strati che si sfaldano facilmente.

- Calcite e aragonite: formate da carbonato di calcio (CaCO3), la prima è appiattita, quasi lamellare e birifrangente, la seconda è più instabile.
-
Colore
: delle impurità possono modificare il colore di un minerale rispetto al colore di partenza. Questo è utile per identificare minerali polimorfi come la pirite.
-
Birifrangenza
: alcuni minerali, come la calcite, sdoppiano l'immagine che li attraversa.







-
Durezza
: si stabilisce con la scala di Mohs, 10 minerali ordinati dal meno duro al più duro (dal talco al diamante). Se un minerale ne scalfisce un altro è di durezza superiore; il diamante scalfisce tutti i minerali.
Tra le proprietà fisiche dei minerali che ci permettono di identificarli ci sono il
colore
, l'
habitus
cristallino (la forma), la lucentezza, la
durezza
, la
birifrangenza
, la densità, il peso specifico, l'effervescenza, la frattura, etc.
CLASSIFICAZIONE DEI MINERALI DELLA CROSTA CONTINENTALE
I minerali si dividono in
silicati
(circa il 98%) e
non silicati
(il restante 2%).
Silicati
- Silicati
Mafici
o
Ferromagnesiaci
: hanno colore scuro e vi prevalgono i cationi Mg 2+, Fe 2+, Fe 3+.
- Silicati
Felsici
o
Ferrosialici
: hanno colore chiaro e vi prevalgono i cationi Fe 2+, Fe 3+, Si+, Al+.
Non Silicati
- Alogenuri (da àlos = sale): sali con anione di gas alogeno (F-, Cl-, Br-...). Esempio: sale (NaCl).
- Carbonati: con anione CO3 2-. Possono essere di calcio (calciti) o di magnesio (dolomie).
- Solfati: con anione SO4 2-. Possono essere di calcio (gesso).
- Ossidi: con anione O 2-. Possono essere di ferro (ematite).
- Solfuri: con anione S 2-. Possono essere di ferro (pirite).
- Nitrati: con anione NO3 -.
- Elementi nativi: formati da atomi di un solo elemento legati fra loro, si combinano con altri elementi con difficoltà. Possono essere metalli nobili (Au, Ag, Pt), rame (Cu), zolfo (S8), diamante e grafite (C).
Le rocce si originano durante il
ciclo litogenetico
. Vengono classificate a seconda della loro formazione.
Magma
Rocce ignee o magmatiche
Sedimenti
Rocce sedimentarie
Rocce metamorfiche
cristallizzazione
degradazione e trasporto
degradazione e trasporto
degradazione e trasporto
fusione
litificazione
metamorfismo
metamorfismo
ROCCE IGNEE (MAGMATICHE)
Sono le più veloci a formarsi. Si formano dal
magma
presente nell'astenosfera, lo strato caldo al di sotto della più sottile litosfera, a sua volta formato da rocce di tutti i tipi che sprofondano e vanno incontro a fusione. Le rocce magmatiche si categorizzano per
tessitura
(dovuta alla genesi) e
composizione chimica
.
Una roccia magmatica può essere
effusiva
o
vulcanica
(formata dalla lava che si raffredda in superficie),
intrusiva
o
plutonica
(formata dal magma che si raffredda lentamente in profondità) o
intermedie
. Ognuna di queste rocce ha
tessitura
(aspetto, trama) differente.
Tessitura
Rocce effusive
Derivano dal rapido raffreddamento della lava (magma superficiale) in superficie. Grandi minerali non hanno il tempo di formarsi e si crea una grande quantità di microscopici cristalli non visibili ad occhio nudo. Questa tessitura, tipica di rioliti, andesiti e basalti, è detta
afanitica
o
microcristallina
.
Se durante un'eruzione vulcanica la lava viene scagliata in aria o nell'acqua, la roccia effusiva si raffredda così rapidamente che assume
tessitura vetrosa
(non composta quindi da minerali), come l'
ossidiana
o vetro vulcanico, il cui colore nero è dovuto alle impurità presenti. Se durante il raffreddamento i gas rilasciati dalla lava rimangono intrappolati, essi formano piccole sacche vuote nella roccia, come nella
pomice
: si parla quindi di
tessitura vescicolare
.
Rocce intrusive
Sono tali le rocce formate dal raffreddamento del magma in profondità. Dato che i tempi sono molto lunghi (da 1000 a 1 milione di anni), si formano grandi cristalli ben distinguibili (più lunga è la formazione, più grandi sono i cristalli). La loro tessitura, che troviamo in
graniti
,
gabbri
e
dioriti
, è detta
faneritica
od
olocristallina
.
Rocce intermedie
Presentano caratteristiche sia intrusive che effusive: sono rocce che hanno cominciato il raffreddamento in profondità ma che sono poi risalite in superficie. Sono formate da una pasta di fondo microcristallina o anche vetrosa dove sono immersi grandi cristalli (fenocristalli). Queste rocce vengono chiamate porfidi o porfiriti, in quanto hanno tessitura porfirica.
Composizione
La componente in silice (SiO2) del magma che si raffredda determina il tipo di roccia ignea che si forma. Se la percentuale è alta (fino al 75%) la roccia è
felsica
, se più bassa (fino al 40%) è
mafica
o
ultra-mafica
.
Due rocce ignee, a parità di composizione, possono presentare tessitura differente: ad esempio, il granito è la versione intrusiva delle rocce felsiche mentre la riolite ne è la variante effusiva.
Come si vede dal grafico, minerali come l'ortoclasio e l'olivina non possono essere presenti insieme in una roccia: sono
incompatibili
.
Le rocce
felsiche
sono composte da minerali chiari come quarzo e ortoclasio e abbondano di ferro, alluminio e silicio (Fe-Al-Si); si trovano perlopiù nella crosta continentale con tessitura faneritica.
Le rocce
mafiche
e
ultra-mafiche
sono composte da minerali scuri come olivina e pirosseno e abbondano di magnesio e ferro (Ma-Fe); si trovano perlopiù nei fondali oceanici con tessitura afanitica.
Le rocca
intermedie
presentano elementi, come la composizione e il colore, a metà strada tra le felsiche e le mafiche.
Serie di Bowen
Ci mostra l'ordine di
raffreddamento
dei minerali che compongono le rocce ignee nell'ordine olivina > pirosseno > anfibolo > miche > ortoclasio > quarzo. Ciò vuol dire che minerali mafici come l'olivina si raffreddano anche a temperature più elevate; di conseguenza, le prime rocce ignee a formarsi sono quelle mafiche. Maggiore è la temperatura di raffreddamento, minore è l'acidità.
Temperatura di raffreddamento
E' la temperatura alla quale un fluido inizia la solidificazione. Se un fluido raffredda a temperatura più elevata si dice che raffredda prima. Infatti un tale fluido, a parità di temperatura con un altro fluido con temperatura di raffreddamento più bassa, comincia a solidificare prima.
Rocce felsiche
Rocce intermedie
Rocce mafiche
Tessitura faneritica
Tessitura afanitica
Tessitura porfirica
granito
diorite
gabbro
riolite
andesite
basalto
porfido granitico
porfirite andesitica
basalto porfirico
ROCCE SEDIMENTARIE
Si formano durante quel momento del ciclo litogenetico che avviene sulla superficie terrestre con l'accumulo e la litificazione dei
sedimenti
, ovvero ciò che resta di altre rocce o minerali dopo che sono stati erosi.
Ciclo sedimentario
Comprende l'insieme dei fenomeni che coinvolgono sedimenti e rocce sedimentarie.
Degradazione meteorica
(
erosione
): gli agenti atmosferici (acqua, vento, cambiamenti di temperatura e pressione) comportano la disgregazione fisica e l'alterazione chimica delle rocce. Ciò che resta, una miscela di particelle solide e ioni, è chiamato
clasti
o
detriti
.
Trasporto
delle particelle solide dovuto alla gravità, ai corsi d'acqua, al vento o al movimento dei ghiacciai.
Sedimentazione
: il materiale solido arresta il suo percorso e si deposita, mentre gli ioni in soluzione si depositano quando le caratteristiche chimico-fisiche del fluido mutano o vengono estratti da organismi viventi, come le conchiglie.
Litificazione
: i depositi sedimentari vengono
compattati
dal peso superiore e
cementati
dalle sostanze trasportate dall'acqua tra i granuli, come carbonato di calcio (CaCO3) e silice (SiO2).
Diagenesi
: le rocce mutano le loro proprietà fisiche e chimiche per la pressione subita durante la litificazione e per i cambiamenti di temperatura.
Se i sedimenti si depositano a strati avviene la
stratificazione
.
A seconda della genesi delle rocce sedimentarie, esse si distinguono in
clastiche
(dall'accumulo di particelle solide erose da rocce preesistenti),
chimiche
(dalla precipitazione di ioni in soluzione) e
organogene
(dall'accumulo di sostanze derivate da attività biologica).
Rocce clastiche
Sono formate da una varietà di clasti, dove i più abbondanti sono i minerali argillosi e il quarzo, e spesso presentano
fossili
. Vengono classificate in base alla
granulometria
(dimensione) dei sedimenti da cui sono composte:
argilliti
e
siltiti
,
arenarie
,
conglomerati
e
brecce
e
rocce piroclastiche
.
Argilliti e Siltiti
Molto numerose (compongono più della metà delle rocce sedimentarie), hanno grana molto fine: sono formate da
fanghi
, ovvero rispettivamente
argille
(granuli di dimensioni inferiori a 1/256 di millimetro) e
limo
o
silt
(tra 1/256 e 1/16 di mm). La loro composizione, spesso a strati, ci informa sull'ambiente di deposizione: sono luoghi tranquilli come laghi, piane alluvionali, lagune e bacini oceanici profondi. Se è presente una componente variabile di frammenti calcarei sono dette
marne
.
Arenarie
Sono formate da granuli delle dimensioni della
sabbia
(da 1/16 a 2 mm), in generale omogenei. Presentano grande varietà di minerali nella composizione, in particolare quarzo, che, grazie alla sua durezza elevata, si conserva anche dopo lunghi trasporti.
Conglomerati e Brecce
I clasti che li compongono sono
ciottoli
e
ghaie
(più grandi di 2 mm; in generale i ciottoli sono più grandi), immersi in una pasta di fondo di sabbia o fanghi. In un conglomerato le particelle sono più arrotondate, in una breccia meno e di dimensioni maggiori. Normalmente queste rocce si formano dopo un trasporto breve.
Rocce piroclastiche
Sono formate dal consolidamento dei materiali espulsi durante le eruzioni vulcaniche, e per questo costituiscono una classe di transizione tra le rocce sedimentarie clastiche e quelle ignee effusive. I frammenti più sottili, come le ceneri, formano
tufi
e
cineriti
, mentre quelli più grandi, ovvero lapilli e blocchi, formano
brecce vulcaniche
.
Rocce chimiche
Sono formate da ioni che vengono trasportati in soluzione, di norma dall'acqua. Precipitando (cioè posandosi) formano
evaporiti
, rocce
silicee
,
calcari inorganici
o rocce
residuali
.
Evaporiti
Rocce silicee (selce)
Calcari inorganici
Rocce residuali
Quando un bacino fermo d'acqua salata evapora, la concentrazione di sale aumenta fino alla saturazione. I minerali allora precipitano in ordine partendo dal meno solubile. Nelle evaporiti, che si possono originare da antichi bacini marini o da bacini alluvionali temporanei, si riscontra spesso questa stratificazione.
Sono rocce compatte costituite da quarzo (silice; SiO2) microcristallino dopo una precipitazione chimica. Le impurità possono donare loro un colore differente, come il
diaspro
(rosso) o l'
agata
(a bande). La silice può anche sostituirsi al carbonio delle piante, formando così il
legno silicizzato
.
Per variazione chimica o di temperatura dell'acqua in cui è disciolto, il carbonato di calcio (CaCO3) precipita e forma in genere
travertino
(roccia simile al marmo, ma molto più leggera). Le gocce d'acqua nelle grotte depositano il carbonato di calcio a formare
stalattiti
e
stalagmiti
. Il carbonato di calcio può anche depositarsi intorno a minuscoli frammenti di conchiglie per costituire gli
ooliti
.
Si originano dall'accumulo e diagenesi di ossidi e idrossidi di ferro e alluminio poco solubili, residui di rocce disciolte dall'acqua. Dal ferro si formano le
lateriti
, dall'alluminio la
bauxite
.
Rocce organogene
Derivano dai residui dell'attività biologica degli organismi, e possono essere
carbonatiche
,
silicee
,
carbone
o
idrocarburi
.
Rocce carbonatiche
Rocce silicee
Carbone
Idrocarburi
Si distinguono in
calcari
e
dolomie
, a seconda che siano derivate dal minerale calcite (formato da carbonato di calcio) o dolomite (formato da carbonato doppio di calcio e magnesio, CaMg(CO3)2). Si possono formare grazie all'azione di organismi, come i coralli che secernendo carbonato di calcio creano le
barriere coralline
o
scogliere carbonatiche
(che possono emergere per formare gruppi montuosi come le Dolomiti), o al deposito di resti organici, come il
calcare pelagico
o
chalk
.
Sono formate dall'accumulo degli scheletri di microrganismi (come le diatomee) contenenti silice, e spesso costituiscono rocce porose e fragili note come
tripoli
o
farina fossile
.
E' interamente costituito da sostanze organiche, ovvero resti vegetali sepolti e compattati. A seconda del grado di compattazione, si distingue in
torba
,
lignite
e
litantrace
. Il carbone è molto usato come combustibile.
Composti di idrogeno e carbonio, sono derivati dalla decomposizione di sostanze organiche insieme a sedimenti molto fini: possono essere solidi (
asfalto
,
bitume
), liquidi (
petrolio
) o gassosi (
metano
). Anche gli idrocarburi fluidi sono ottimi combustibili.
Ambiente di sedimentazione
E' il contesto geografico dove i sedimenti si accumulano. L'ambiente dipende in primo luogo dalla granulometria: a parità di corrente d'acqua o di vento, sono le particelle più piccole a percorrere più spazio. Gli ambienti possono essere:
Continentali
, che si dividono in
fluviali
(formano piane alluvionali),
glaciali
(formano morene, miscugli non selezionati) ed
eolici
(formano dune di materiali sottili e ben selezionati).
Marini
, che si dividono in mare
basso
(sulla piattaforma continentale, fino a 200 m di profondità; sabbie, limo, trappole petrolifere) e mare
profondo
(oltre la scarpata continentale, a più di 200 m di profondità; piccole particelle di varia provenienza).
Transizionali
, come
spiagge
, piane tidali, lingue di sabbia,
delta
e
lagune
.
Strutture sedimentarie
La struttura tipica delle rocce sedimentarie è la stratificazione, cioè la sovrapposizione di strati di differente spessore e talvolta composizione. I piani di separazione tra uno strato e l'altro corrispondono a una pausa nella deposizione o a un cambiamento delle caratteristiche dei sedimenti.
Facies
Una
facies
è l'insieme di caratteristiche che definiscono un determinato ambiente sedimentario. Ad esempio, vicino alla riva del mare la facies sarà sabbiosa, più al largo argillosa e successivamente carbonatica. Nel passaggio tra una zona di deposizione e l'altra la
facies
passa gradualmente a quella adiacente.
ROCCE METAMORFICHE
Sono rocce preesistenti che subiscono un
processo metamorfico
che ne altera le caratteristiche; la roccia originaria è chiamata
protolito
.
Grado del metamorfismo
Il metamorfismo può essere di
basso
o
alto

grado
, a seconda dell'intensità dei fattori metamorfici coinvolti. In condizioni di alto metamorfismo, parti di rocce possono fondersi in magma per poi raffreddarsi in rocce ignee, mentre altre parti con composizione differente solo metamorfosare. E' il caso delle
migmatiti
, rocce che non appartengono precisamente a nessuno dei tre gruppi.
Fattori metamorfici
I principali fattori che provocano la metamorfosi delle rocce sono la
temperatura
, la
pressione
e i
fluidi chimicamente attivi
.
Temperatura
Pressione
Fluidi chimicamente attivi
Il calore fornisce l'energia necessaria per alimentare le reazioni chimiche di ricristallizzazione dei minerali e formazione di nuovi. In genere, con il metamorfismo per temperatura la composizione chimica e mineralogica della roccia rimane pressappoco la stessa. L'aumento della temperatura in relazione alla profondità segue il
gradiente geotermico
(circa 33° per km).
Con l'aumentare della profondità aumenta anche la pressione dovuta al peso dei materiali sovrastanti; questa
pressione di carico
agisce ugualmente in tutte le direzioni e può provocare la ricristallizzazione e la formazione di nuovi minerali più compatti, senza creare deformazioni.
In prossimità dei margini di placca (soprattutto nelle catene montuse), invece, le rocce sono sottoposte a una
pressione orientata
(prevalente in una direzione rispetto alle altre); tali forze, che deformano notevolmente la tessitura delle rocce donando un
orientamento preferenziale
ai minerali, sono dette
sforzi differenziali
.
Rocce contenenti acqua, quando disidratate da temperature elevate, possono subire la ricristallizzazione di alcuni minerali a causa della stessa acqua che trasporta e rideposita ioni.
Ambienti metamorfici
A seconda dell'ambiente dove si svolge il metamorfismo è differente: i tre tipi principali sono quello di
contatto
, quello
cataclastico
e quello
regionale
. Ogni tipo non è rigidamente definito ma può sovrapporsi con gli altri.
Metamorfismo di contatto (termico)
Metamorfismo cataclastico (di faglia)
Metamorfismo regionale
Questo tipo di metamorfismo si verifica nelle rocce incassanti una camera magmatica (
aureola metamorfica
o
di contatto
). Le dimensioni del corpo magmatico determinano quelle dell'aureola. Il ruolo principale è svolto dal calore che "cuoce" le rocce e ne modifica la composizione.
E' un caso dove prevale l'azione della pressione: le rocce presso una faglia tettonica vengono frantumate e ricompattate in una breccia di faglia formata da un miscuglio di frammenti eterogenei. Se la temperatura è alta a causa della profondità, le rocce non si comportano più in maniera fragile, bensì duttile, e danno origine alle
miloniti
.
E' il tipo di metamorfismo che produce la maggior parte delle rocce metamorfiche. Coinvolge regioni molto ampie ed è legato alla formazione di catene montuose. Due margini di placca, scontrandosi, deformano e fanno sprofondare ampie porzioni di crosta terrestre che, sotto pressione e temperatura, mutano notevolmente. Talvolta qualche roccia può fondersi in magma e formare dei corpi ignei.
Minerali indice
Sono minerali usati per determinare l'ambiente metamorfico dove si sono formati. Rocce che appartengono alla stessa
facies
metamorfica
, ovvero che presentano lo stesso insieme di minerali indice, si sono formate in ambienti metamorfici simili.
Tessitura delle rocce metamorfiche
In caso di metamorfismo a deformazione elevata, la roccia ha tessitura lineata (
lineazione
): i minerali allungati, come gli anfiboli, e appiattiti, come le miche, si dispongono lungo piani paralleli secondo un'orientazione preferenziale.
Rocce composte da minerali ben disposti su piani presentano
foliazione
.
Una foliazione molto accentuata, dove i piani sono lamelle facilmente sfaldabili e distinguibili a occhio nudo, si chiama
scistosità
.
Se il protolito è composto da minerali scuri e silicati chiari (come ad esempio il granito) e subisce un metamorfismo di alto grado, tali minerali si dispongono in livelli ben distinti e differenziati per colore, tuttavia non sono facilmente separabili: hanno
tessitura gneissica
.
Se la roccia non presenta cristalli con orientazione preferenziale e deriva da un protolito con struttura compatta (come quarzo o calcite), soprattutto dopo metamorfismo di basso grado assume una
tessitura massiccia
.

In presenza di pochi cristalli di grandi dimensioni (
porfiroblasti
) immersi in una massa di cristalli più piccoli si ha la
tessitura porfiroblastica
.
Le rocce metamorfiche più comuni
Argilloscisto
: a grana fine, foliato, opaco. Deriva da metamorfismo di basso grado di argillite e siltite. Una varietà molto sfaldabile è l'ardesia.
Fillade
: come gli argilloscisti ma con metamorfismo di grado intermedio. Ha aspetto lucido.
Scisto
: roccia con grana medio-grossa dove predominano i minerali lamellari (di norma miche). Ha subito un metamorfismo di grado medio-alto. A tutte le rocce metamorfiche con struttura simile si aggiunge il suffisso "-scisto".
Gneiss
: sono rocce a grana medio-grossolana dove predominano minerali di forma allungata. La maggior parte ha composizione felsica e deriva dal granito o dalla riolite, oppure sono l'ultimo stadio di una serie metamorfica ad alto grado che parte dalle argilliti.
Marmo
: ha struttura massiccia e deriva dal calcare o dalla dolomia. Il marmo puro (
marmo saccaroide
) è bianco, scintillante e composto quasi solo da calcite.
Quarzite
: è molto dura e deriva da un'arenaria ricca di quarzo. E' bianca se pura.
Antracite
: deriva dalla compressione della litatrace. E' nera, omogenea, leggera e lucida; prende fuoco facilmente.
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