Rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche

Le rocce

Le rocce sono aggregati di minerali e possono essere:
eterogenee = costituite da più minerali
omogenee = costituite da un solo minerale.

La roccia è un ammasso che forma un'unità geologica indipendente, prodotta da un determinato processo geologico. Da un punto di vista chimico sono miscugli e non hanno una composizione definita e regolare. Esistono:
rocce coerenti : sono le rocce compatte
rocce incoerenti : sono rocce costituite da frammenti sciolti.
Le rocce vengono classificate secondo 2 passaggi:
1.

Il processo magmatico
Le rocce magmatiche sono quelle più diffuse nella litosfera e si formano per SOLIDIFICAZIONE DI UN MAGMA (miscela di sostanze fuse).
Esistono diversi magmi che si generano in seguito alla fusione parziale di porzioni della litosfera. Inizialmente hanno una temperatura elevata, successivamente tendono a risalire e quindi a raffreddarsi. Causa del progressivo raffreddamento, il magma si solidifica e forma le rocce; esso si solidifica in tre forme diverse e forma tre diversi tipi di rocce magmatiche:
1) Rocce: sono formate da magmi che si formano nella profondità della litosfera in tempi lunghi, perché le rocce assorbono e disperdono il calore molto lentamente. Non tutti i magmi si comportano così, alcuni raggiungono la superficie provocando un'eruzione vulcanica spinta dai gas che contengono. Il magma a questo punto si trasforma in lava, che è priva di gas.
2) rocce effusive: si formano dalla solidificazione in superficie della lava; è un processo molto più rapido del precedente.
3) rocce ipoabissali o filoniane: si formano dalla solidificazione, in prossimità della superficie, di piccole masse di magma; altre volte il magma si solidifica a profondità modeste all'interno della litosfera.

Le rocce magmatiche sono chiamate anche ERUTTIVE o IGNEE e il loro magma contiene silicati sialici e femici allo stato fuso, più diversi gas. Esse si possono formare sia in profondità che in superficie ed hanno un'origine endogena, perché il processo magmatico si realizza all'interno della
Terra. Per riconoscere e classificare le rocce magmatiche bisogna tenere conto della struttura, del tenore del silice e della composizione mineralogica.

Le rocce magmatiche- La struttura
Per comprendere la struttura è importante il grado di cristallizzazione dei minerali e le dimensioni dei cristalli, che dipendono dalla velocità di raffreddamento del magma e dalla quantità di gas disciolti in esso. Un raffreddamento lento porta all'accrescimento dei cristalli; uno molto rapido porta alla formazione di strutture vetrose. La presenza di una grande quantità di gas porta alla formazione di cristalli grandi.
Rocce intrusive: hanno una struttura olocristallina o granulare. I primi minerali che si formano vengono chiamati cristalli idiomorfi, gli altri invece Allotriomorfi, perché si formano in base allo spazio disponibile.
Rocce effusive : le strutture variano in base alle condizioni di raffreddamento; è presente una struttura vetrosa quando il raffreddamento avviene nella superficie di una colata lavica. In esse non si possono distinguere i vari minerali, è presente una miscela a composizione silicata. (es: ossidiana, che forma frammenti molto taglienti o la pomice, che ha un aspetto spugnoso ed è leggera). É presente una struttura porfica quando il magma staziona sotto la superficie terrestre per tempi lunghi e forma dei cristalli di dimensioni diverse chiamati fenocristalli, che sono immersi in una massa detta pasta di fondo.
Rocce ipoabissali: hanno una struttura porfica e aplitica, con cristalli delle stesse dimensioni. Altre hanno una struttura pegmatica con grandi cristalli a volte rari e preziosi.

La composizione
In ogni roccia magmatica si possono riconoscere:
minerali essenziali (silicati)
minerali accessori (percentuali ridotte)
minerali accidentali (occasionali)
Il componente principale delle rocce magmatiche è la SILICE. Tra i minerali essenziali ci sono il quarzo (silice pura), i feldspati (plagioclasi)e i feldspatoidi (nafelina) :questi sono i silicati sialici. Tra i silicati femici troviamo la miche (biotite), i pirosseni e gli olivini.
Per definire con esattezza la composizione chimica e mineralogica di una roccia magmatica bisogna stabilire il tenore di silice e le associazioni e percentuali di minerali presenti.

Le famiglie principali

1) graniti : questa famiglia comprende rocce sialiche. Sono rocce chiare, ricche di quarzo. Hanno una densità variabile, ma sempre minore a quella delle rocce femiche. I graniti sono le rocce intrusive più diffuse ma mancano del tutto nella crosta oceanica. I loro corrispondenti effusivi sono le rioliti, le ossidiane e le pomici.
2) dioriti : questa famiglia comprende rocce a composizione intermedia, dove sono presenti in proporzioni simili minerali sialici e femici. Il quarzo è assente o presente in una quantità minima. Le dioriti sono rocce intrusive, hanno una colorazione grigia e se contengono quarzo sono dette granodioriti; i loro corrispondenti effusivi sono le andesiti.
3) gabbri: questa famiglia comprende rocce femiche, prive di feldspati e quarzo. I gabbri sono le rocce intrusive mentre i loro corrispondenti effusivi sono i basalti.
4) peridotiti : questa famiglia comprende rocce ultrafemiche, che contengono quasi esclusivamente pirosseni e olivine. Le peridotiti sono rocce intrusive e le loro corrispondenti effusive sono le picriti.
5) SIENITI: questa famiglia comprende rocce con un tenore di silice intermedio. Il quarzo in esse è assente o presente in minime quantità. Le rocce intrusive di questa famiglia sono le sieniti mentre quelle effusive sono le trachiti.

Dualismo dei magmi

Esistono due tipi fondamentali di magma che hanno composizione e proprietà fisiche differenti:
magma primario : si forma nel mantello superiore, all'origine è femico, molto caldo e fluido.
magma secondario: si forma nella crosta, è più sialico rispetto a quello primario, ha un'elevata viscosità e una temperatura iniziale minore.
La composizione del magma è spesso modificata da dei processi di differenziazione causati dalla risalita verso la superficie del magma. Essi sono la cristallizzazione frazionata,attraverso cui si generano magmi più sialici; l'assimilazione di materiali prodotti dalla fusione delle rocce che circondano la massa magmatica e la contaminazione di diversi magmi provenienti da zone diverse e profonde.

Processo sedimentario

Le rocce sedimentarie costituiscono solo l'8% del volume della crosta, ma sono le più diffuse nello strato superficiale. Hanno un'origine esogena, ciò vuol dire che i processi da cui derivano avvengono sulla superficie terrestre o appena al di sotto di essa, in ambienti con pressioni molto modeste e temperature che variano velocemente. I materiali da cui sono costituite sono quelli di rocce preesistenti che sono state attaccate dai fenomeni atmosferici.
Il processo sedimentario comprende le seguenti fasi:
degradazione meteorica ed erosione
trasporto
sedimentazione
diagenesi
La degradazione meteorica è la disgregazione e alterazione delle rocce affioranti; queste infatti non sono mai in equilibrio con l'ambiente esterno. I processi di degradazione possono essere fisici e chimici: si parla di degradazione fisica quando le rocce vengono disgregate e producono frammenti con la stessa composizione della roccia madre; si parla di degradazione chimica quando alcuni o tutti i minerali della roccia vengono trasformati in minerali differenti. Degradazione fisica e chimica intervengono quasi sempre insieme e non sono processi indipendenti l'uno dall'altro. Spesso sono favoriti dall'azione di agenti biologici che ne amplificano gli effetti. La degradazione meteorica ha come risultato l'erosione che produce tre tipi di materiali: detriti, sostanze solubili e minerali di alterazione insolubili.
Il Trasporto è dato molto frequentemente dall'azione dell'acqua che trasporta le sostanze solubili in superficie; mentre i detriti e i minerali insolubili spesso restano sul luogo di formazione e vengono rimossi ad opera delle forze di gravità, come il vento.
La Sedimentazione corrisponde alla fase di accumulo dei detriti e può essere:
meccanica: riguarda i detriti che vengono abbandonati quando diminuisce la forza degli agenti di trasporto.
Chimica: riguarda le sostanze che vengono trasportate in soluzione e che precipitano.
Biochimica: riguarda i sali trasportati e utilizzati da altri organismi per costruire i loro scheletri.
I luoghi di sedimentazione di differenziano tra continentali, marini e di transizione.
La diagenesi è la fase terminale del processo di sedimentazione ed è l'insieme di tutti i fenomeni fisici e chimici che portano alla formazione di una roccia coerente. Si riconoscono tre fasi: compattazione, cementazione e ricristallizzazione.
Esistono tre tipi di rocce sedimentarie, date dal diverso trasporto e dalla diversa sedimentazione:
Rocce detritiche o clastiche: sono formate da frammenti chiamati sedimenti terrigeni che sono stati trasportati da vento, acqua o gravità
Rocce di deposito chimico : sono formate da sostanza trasportate e poi depositate tramite processi chimici, come la precipitazione. Comprendono principalmente rocce formate da sali.
Rocce organogene : sono formate da sedimenti prodotti in vario modo da esseri viventi; quasi sempre contengono scheletri, gusci o resti vegetali. In alcuni casi sono delle strutture composte durante la vita da organismi costruttori oppure delle sostanze organiche che nel corso della diagenesi vengono trasformate in prodotti come il petrolio o i carboni.

La struttura e le caratteristiche

E' quasi sempre possibile ricostruire le tappe del processo sedimentario soprattutto grazie alla formazione rocciosa. Questo è un aspetto molto importante perchè una delle caratteristiche delle rocce sedimentarie è la stratificazione, che si può osservare in un affioramento sedimentario. La stratificazione è dovuta a variazioni che intervengono nella sedimentazione e nella natura dei materiali che si depositano. Ogni strato infatti corrisponde a un preciso evento sedimentario.
Ogni cambiamento delle condizioni di sedimentazione porta alla formazione di un nuovo strato diverso, che si sovrappone al precedente. Non sempre è presente la stratificazione: esistono rocce con una struttura compatta in quanto non sono formate da detriti incoerenti.
Le rocce sedimentarie hanno una caratteristica molto importante: in esse sono incluse i fossili, che consentono di ricostruire la vita degli organismi e i mutamenti che si sono verificati nel tempo in una determinata regione.
Quando si parla di rocce sedimentarie il termine struttura viene utilizzato per riferirsi all'aspetto e all'orientamento degli strati o delle masse rocciose nel loro insieme.

La classificazione

La classificazione delle rocce sedimentarie avviene sulla base della loro genesi. Secondo questo criterio si distinguono tre gruppi principali:
rocce detritiche o clastiche
rocce di deposito chimico
rocce organogene
Le rocce detritiche
Sono formate da frammenti incoerenti o cementati in seguito a un processo di diagenesi. La loro classificazione si basa principalmente sulle dimensioni dei granuli di cui sono costituite e sul tipo di cemento presente. Si distinguono quattro classi:
1) ghiaie : danno origine ai conglomerati. Essi contengono ciottoli grossolani, mentre le rocce con frammenti spigolosi prendono il nome di brecce. Gli ambienti di sedimentazione tipici sono le pendici delle pareti montuose soggette a frane o i litorali lungo le coste rocciose.
2) sabbie : danno origine alle arenarie. Esse contengono granuli distinguibili ad occhio nudo. Le sabbie sono depositi che si formano in molti ambienti come i deserti, i fiumi, i laghi o le zone marine. La loro classificazione si basa sulla presenza di quarzo feldspati e frammenti di roccia.
3) silt: danno origine alle siltiti
4) argille : danno origine alle argilliti.
Le siltiti e le argilliti sono costituite in buona parte da silicati di idrati di alluminio.
5)rocce piroclastiche : prodotte dalla sedimentazione e dalla diagenesi dei materiali solidi eruttati dai vulcani.

Le rocce di deposito chimico
Queste rocce comprendono evaporiti, calcari inorganici, rocce silicee, rocce residuali.
Le evaporiti derivano dalla precipitazione di sali in bacini di acque dolci o salate;si formano in regioni a clima caldo-arido ed hanno una struttura cristallina. Le evaporiti più frequenti sono il salgemma, il gesso e l'anidrite.
I calcari inorganici contengono carbonati di calcio depositato per precipitazione. Da ricordare il travertino, le stalattiti e le stalagmiti.
Le rocce silicee si formano in seguito a precipitazione di silice. La più comune è la selce, una roccia dura e compatta in cui è presente il quarzo in forma microcristallina.
Le rocce residuali si formano per l'accumulo nel luogo di formazione di minerali scarsamente solubili; tra queste ricordiamo le bauxiti e le lateriti.

Le rocce organogene
Queste rocce sono formate da sedimenti prodotti in vario modo da esseri viventi. Quasi sempre contengono scheletri, gusci o resti vegetali, mentre in altri casi si tratta di strutture che vengono poi trasformate in prodotti particolari come carbone o petrolio. In base alla diversa composizione queste rocce possono essere:
1) carbonatiche: comprendono calcari e dolomie. I calcari si formano in ambienti marini e talvolta anche in acque dolci, da gusci e conchiglie formati di carbonato di calcio o per opera di organismi costruttori. Tra i calcari ricordiamo le stromatoliti. Le dolomie sono costituite dal minerale dolomite; la maggior parte di esse deriva per diagenesi da calcari marini.
2) silicee: derivano da resti di organismi acquatici con gusci e scheletri di silice. Tra questi i più importanti sono le diatomee, alghe unicellulari, e i radiolari, animali unicellulari.
3) fosfatiche: dette anche fosforiti e derivano da scheletri di vertebrati o dall'accumulo di escrementi di uccelli marini.

Il processo metamorfico

Il processo metamorfico, o metamorfismo, consiste in un insieme di trasformazioni che subiscono le rocce, variando di temperatura e pressione, senza però passare dallo stato fuso. Una roccia è detta metamorfica quando ha subito un cambiamento della struttura o della composizione mineralogica attraverso fenomeni e reazioni avvenuti senza modificarne lo stato solido. Queste rocce si formano soprattutto nelle regioni più attive dal punto di vista geologico dove possono avvenire tre fenomeni che causano una modificazione delle rocce presenti:
aumento della temperatura
aumento di pressione
aumento di temperatura e pressione
Esistono quindi tre tipi di metamorfismo:
1) metamorfismo di contatto : si verifica quando una massa rocciosa viene a contatto con un magma che risale verso la superficie. In genere cambia il grado di cristallizzazione e la struttura delle rocce.
2) metamorfismo dinamico: si verifica quando le masse rocciose vengono piegate e fratturate per effetto di pressioni intense che agiscono per lungo tempo.
3) metamorfismo regionale: si verifica per l'azione combinata della pressione e della temperatura e coinvolge ampie zone della litosfera sottoposte a movimenti di sprofondamento, compressione o innalzamento. Questo metamorfismo può diventare ultrametamorfismo che genera un magma chiamato magma di anatessi, nel quale tutti i componenti sono allo stato fuso.

Le rocce metamorfiche derivano da altre rocce, dette protoliti. La temperatura e la pressione determinano il grado di metamorfismo: per la temperatura, il metamorfismo avviene in un intervallo termico abbastanza ampio, dai 200°C agli 800°C. La pressione che agisce nei processi metamorfici può avere origine ed effetti diversi:
Pressione litostatica : indica la pressione esercitata dalle rocce circostanti sulla massa che viene considerata.
Pressione orientata: indica quelle spinte che agiscono per lungo tempo in una sola direzione e che dipendono dall'azione di forze endogene locali.

La struttura
I cambiamenti di struttura che si riscontrano nelle rocce metamorfiche sono dovuti alla pressione e alla temperatura che provocano tre effetti:
ricristallizzazione e aumento della grana : sono dovute all'aumento di temperatura. La ricristallizzazione è tipica del metamorfismo di contatto in cui si formano rocce granulari. Una roccia tipica di questo tipo è il marmo.
Orientazione preferenziale dei minerali : è una conseguenza del metamorfismo regionale, dove la roccia in questione è sottoposta all'azione di forti pressioni orientate; per effetto di queste ultime la roccia presenta una lineazione o una foliazione.
Frantumazione della roccia in granuli : è associata al metamorfismo dinamico. La struttura delle rocce può assomigliare a quella delle brecce sedimentarie, con granuli cementati tra loro, oppure può essere finemente granulare.

La composizione
Nel corso dei processi metamorfici spesso si formano nuovi minerali. Se la roccia contiene un solo minerale, non si verificano cambiamenti vistosi nella composizione. Se la roccia contiene più minerali, si possono produrre nuove associazioni. In tal caso, si modifica la composizione mineralogica della roccia, ma la sua composizione chimica resta invariata.

Le facies metamorfiche
I minerali che si formano a delle condizioni di temperatura e pressione ben definite, vengono utilizzati come minerali indice del grado di metamorfismo che la massa rocciosa ha subito.
Ogni grado di metamorfismo corrisponde a delle precise condizioni termodinamiche e definisce una facies metamorfica, che comprende tutte le rocce che si sono formate nelle stesse condizioni di temperatura e pressione. In genere, le facies metamorfiche prendono il nome di una sola delle rocce che si possono formare in quelle condizioni di pressione e temperatura.