Materiali della terra solida

I MINERALI

Un minerale è una sostanza naturale solida, con due caratteristiche fondamentali:

- Una composizione chimica ben definita (o variabile entro ambiti ristretti);
- Una disposizione ordinata e regolare degli atomi che la costituiscono, fissa e costante per ogni tipo di materiale.

Quasi tutti i minerali hanno una struttura cristallina cioè un’”impalcatura” interna, regolare e ordinata, invisibile perché a livello atomico, dalla quale si origina la forma esterna del minerale, che invece p ben visibile e altrettanto regolare, il cosiddetto abito cristallino o cristallo.

Un cristallo, quindi, è un solito geometrico con facce, spigoli e vertici che si originano per la crescita progressiva, atomo dopo atomo per miliardi di volte, di una struttura tridimensionale elementare di dimensioni infinitesime.
La struttura interna di un cristallo di un qualunque minerale è quindi caratterizzata da una disposizione degli atomi nello spazio tale che una stessa configurazione di atomi si ripete a intervalli regolari lungo più direzioni. La struttura tridimensionale che così si realizza viene genericamente chiamata reticolo.

L’esistenza di atomi diversi per dimensioni e struttura elettronica da origine a reticoli cristallini diversi; anche le forme degli abiti cristallini, di conseguenza, sono molteplici e spesso complesse, ma tutte rispondono a leggi di simmetria. Alla composizione chimica e all’abito cristallino, si associano alcune proprietà fisiche, che aiutano il riconoscimento dei minerali:

- La durezza ovvero la proprietà di resistere all’abrasione o alla scalfittura e dipende dalla forza dei legami reticolari; viene misurata in base alla scala di Mohs, una successione determinata di 10 minerali, ciascuno dei quali può scalfire le facce del minerale che lo precede nella scala ma viene scalfito dal minerale che lo segue.
- La sfaldatura ovvero la tendenza di un minerali a rompersi per urto secondo superfici piane, parallele a una o più facce dell’abito cristallino.
- La lucentezza ovvero il grado in cui la luce viene riflessa dalle facce di un cristallo e si distingue in metallica (tipica di sostanze che assorbono totalmente la luce e risultano opache) e non metallica (tipica dei corpi più o meno trasparenti).
- Il colore.
- La densità o massa volumica (massa per unità di volume, nel SI si misura b kg/m3), che dipende direttamente dall’addensamento di atomi nel reticolo.

Per potersi orientare oltre le 2000 specie di minerali oggi note è oggi necessario ricorrere ad una classificazione. Le unità base di essa sono le specie minerali, ognuna delle quali comprende tutti gli individui minerali che hanno lo stesso tipo di reticolo strutturale e composizione chimica uguale (o variabile entro limiti ben precisi).

Nella crosta terrestre, i due elementi chimici di gran lunga più abbondanti sono ossigeno e silicio, che si combinano tra loro per formare le basi dei silicati, il gruppo più diffuso oltre che numeroso di minerali: costituiscono da soli l’80% dei materiali sulla superficie terrestre.

Nei minerali silicatici ogni ione di silicio coordina 4 ioni di ossigeno e il gruppo silicatico (SiO4)4- che ne risulta ha una forma tridimensionale di un tetraedo. Ma i tetraedi possono anche legarsi direttamente tra di loro, originando catene di tetraedi oppure lamine e reticoli tridimensionali secondo processo detto polimerizzazione.
I cationi che più frequentemente si legano alle strutture silicatiche sono il sodio, il potassio, il calcio, il magnesio, il ferro ferroso e ferrico. Diverso, invece, è il comportamento dell’alluminio, che può sostituire parte del silicio nei tetraedi, originando così gli alluminosilicati, molto importanti perché comprendono, tra gli altri, i feldspati, il gruppo più numeroso dei minerali che compongono la crosta terrestre.

Tra i minerali non solicatici, i soli di una certa importanza nella costituzione di rocce, sono i minerali carbonatici, formati dall’anione (CO3)2- legato a no o più cationi. I minerali più comuni sono la calcite e la dolomite. Abbastanza frequenti sono anche il salgemma e il gesso.

LE ROCCE
Una roccia il più delle volte è un aggregato naturale di diversi minerali, talvolta anche di sostanze non cristalline, di solito compatto, che forma una massa ben individuabile, distinta da altre masse analoghe. In genere quindi le rocce sono eterogenee, ma non di rado ci imbattiamo in specie omogenee, ovvero monominerali.
Per la definizione precisa di una roccia è però necessario identificare il tipo e il numero di minerali presenti e per questo è necessario ricorrere a più approfondite prove di laboratorio.

Le masse rocciose di cui è costituita la crosta si originano e si evolvono in condizioni molto varie, che si possono sintetizzare in tre grandi processi litogenetici, cioè “generatori di rocce”:

- Il processo magmatico è caratterizzato dalla presenza iniziale di un materiale fuso che risale dall’interno della Terra, e la sua cristallizzazione per diminuzione di temperatura porta alla formazione di rocce magmatiche.
- Il processo sedimentario che comprende l’alterazione el’erosione dei materiali rocciosi che affioriano in superficie.
- Il processo metamorfico ha come caratteristica la trasformazione, che avviene all’interno della Terra allo stato solido, di rocce preesistenti che vengono a trovarsi in condizioni ambientali diverse da quelle di origine; i minerali preesistenti, non più stabili, vengono distrutti e se ne formano altri.

Le rocce magmatiche si dividono in due gruppi:

- Rocce intrusive (o plutoniche), quando divengono solide e cristalline in profondità a causa di impossibilità di giungere in superficie; presentano una struttura granulare olocristallina.
- Rocce effusive, quando la massa magmatica, spinta dalla pressione dei gas in essa disciolti, trova una via di risalita e solidifica all’aria libera; presentano cristalli di dimensioni apprezzabili detti fenocristalli.

La distinzione tra i vari tipi di magmi si basa sul loro contenuto di silice, libera o combinata nei silicati; su tale base, i magmi si dividono in:

- Magmi acidi (ricchi di silice);
- Magmi neutri;
- Magmi basici;
- Magmi ultrabasici.

Le principali famiglie di rocce magmatiche invece sono:

- Famiglia dei graniti (rocce acide);
- Famiglia delle dioriti (rocce neutre);
- Famiglia dei gabbri (rocce basiche);
- Famiglia delle peridotiti (rocce ultrabasiche);
- Famiglia delle rocce alcaline (rocce particolarmente ricche di sodio e potassio).

Le rocce sedimentarie invece vengono suddivise in tre grandi gruppi, che riuniscono ciascuno quelle che si formano in modi simili:

- Rocce clastiche (o detritiche);
- Rocce organogene (o biogene);
- Rocce chimiche.

ROCCE CLASTICHE = formate da frammenti (clasti) di altre rocce di ogni tipo.
Conglomeri = rocce con clasti maggiori di 2 mm.
Arenarie = sabbie cementate caratterizzate da clasti tra i 2 mm e i 1/16 mm).
Argille = depositi più minuti da quanti derivano dallo sgretolamento di rocce (meno di 1/16 mm).
Marne = rocche derivanti da mescolanza di calcare e di argilla.
Piroclastici = depositi di materiali emessi da esplosioni vulcaniche.

ROCCE ORGANOGENE (o biogene) = formate quasi solamente dall’accumulo di sostanze legate a un’attività biologica.
Rocce carbonitiche = calcàri organogeni, che derivano dall’accumulo di gusci calcarei (cioè formati da carbonato di calcio, noto come calcite).
Rocce silicee = formate dall’accumulo di gusci di organismi che utilizzano la silice invece della calcite.
Carboni fossili e idrocarburi = dovuti all’accumulo di sostanze organiche.

Rocce evaporitiche o evaporiti = precipitazione, sul fondo di bacini acquei, di composti chimici che si trovano sciolti nell’acqua, quando la loro quantità raggiunge la saturazione.
Rocce residuali = derivano dall’accumulo in posto, cioè senza trasporto, dei materiali che restano dopo l’alterazione meteorica di una roccia affiorante e dopo il dilavamento, ad opera delle acque piovane, delle sostanze solubili che si formano nel caso di tale reazione.

Rocce Metamorfiche = si formano in seguito alla trasformazione di altre rocce, provocata da aumenti di pressione e di temperatura.

Ciclo fitogenico = comprende il processo magmatico, il sedimentario e il metamorfico.