Processi di degradazione e formazione delle rocce sedimentarie

Adattamento delle rocce

Le rocce, in modo spontaneo o irreversibile, si adattano alle condizioni esistenti nella parte esterna del nostro pianeta.

Le rocce che ricoprono la superficie terrestre a contatto con l’acqua e l’aria finiscono per alterarsi, indebolirsi e sgretolarsi.
Degradazione meteorica→ l’insieme delle interazioni tra l’atmosfera, l’idrosfera e la parte più superficiale della litosfera che producono il disfacimento e la frantumazione delle rocce.

La degradazione può essere:

● degradazione fisica o meccanica (prevalente nelle aree a clima freddo e arido), provoca la disgregazione delle rocce;

● degradazione chimica, (prevalente nelle zone a clima caldo e umido), provoca l’alterazione o la dissoluzione delle rocce.

Processi di disgregazione

I processi fisici e chimici agiscono insieme, agevolandosi l’un l’altro e causano la disgregazione delle rocce, formando detriti o clasti.

Sedimenti→ frammenti sciolti di rocce preesistenti (fango, sabbia, ghiaia), i piroclasti espulsi dall’attività esplosiva dei vulcani, i cristalli di minerali che precipitano direttamente dall’acqua (gesso, salgemma) e i resti minerali di organismo che si sono depositati sulla superficie terrestre.

Agenti di disgregazione

Il più importante degli agenti della disgregazione fisica delle rocce è il calore.

I processi di disgregazione fisica causati dalle variazioni di temperatura sono detti fenomeni termoclastici.

Le forti escursioni termiche provocano frequenti e consistenti variazioni di volume dei minerali e conseguente disgregazione delle rocce.

La disgregazione termoclastica procede dall’esterno determinando il distacco di lamine o foglietti di roccia di spessore variabile dal millimetro ad alcuni centimetri, per un fenomeno detto esfoliazione.

Nelle regioni a clima freddo e di alta montagna l’acqua presente nei pori e nelle fessure delle rocce, gelando, aumenta di volume e può fratturarle per un fenomeno detto crioclastismo o gelivazione.

Anche un ghiacciaio in movimento esercita un'intensa azione erosiva, chiamata esarazione. Negli ambienti desertici, il vento trasporta granuli di pulviscolo e di sabbia, che provocano sulle rocce un effetto abrasivo, detto corrasione.

Azione degli organismi viventi

I viventi producono secrezioni legate alle normali funzioni vitali, che attaccano chimicamente i minerali. Dopo la loro morte, in seguito ai processi di decomposizione, si liberano sostanze, come acidi umici, diossido di carbonio e ammoniaca, che reagiscono con i minerali delle rocce e ne provocano l’alterazione chimica. Le piante, tramite le radici, operano sia un’azione di disgregazione meccanica sia un’azione chimica. Licheni, muschi e batteri sono i primi a colonizzare le rocce penetrando, tra i granuli di minerale. Alcuni molluschi marini (detti litodomi) vivono nelle rocce, in fori scavati con sostanze acide per crearsi un rifugio.

Importanza dei sedimenti

Circa l’80% della superficie terrestre è coperto da sedimenti e gran parte dei giacimenti minerari della Terra (petrolio, gas naturali, uranio e carbone) deve la sua origine ai processi sedimentari. Elementi e composti minerali utili all’uomo si trovano comunemente in rocce sedimentarie. Le nostre conoscenze sull’evoluzione della Terra sono basate sullo studio dei fossili contenuti nelle rocce sedimentarie che sono l’archivio della storia geologica del nostro pianeta.

Le rocce sedimentarie si formano attraverso l’accumulo di sedimenti di diversa provenienza per opera di agenti esogeni.

Ciclo sedimentario

Ciclo sedimentario→ degradazione ed erosione, trasporto, sedimentazione, seppellimento e diagenesi.

La degradazione è il processo di alterazione chimica. La disgregazione è il processo fisico che subiscono le rocce superficiali. Queste alterazioni avvengono ad opera degli agenti erosivi o esogeni (pioggia, acque correnti, ghiacciai, vento, organismi). La degradazione e disgregazione portano al disfacimento delle rocce e alla formazione dei clasti. Erosione→insieme dei processi mediante i quali gli agenti erosivi producono nuovi frammenti rocciosi e asportano i detriti di roccia già degradata.

Il trasporto è il processo che subiscono i clasti, ad opera degli agenti di trasporto (forza di gravità e moti dei fluidi). La durata del trasporto influenza forma, dimensioni e composizione mineralogica del sedimento.

La sedimentazione è il processo che porta i clasti a depositarsi in particolari aree della superficie terrestre, dette ambienti di sedimentazione, quando gli agenti di trasporto perdono energia. La sedimentazione può avvenire anche per precipitazione di sostanze chimiche presenti in soluzione nelle acque marine e lacustri. Tutti questi materiali si dispongono solitamente a strati gli uni sopra gli altri.

Diagenesi e litificazione

Dopo la deposizione il sedimento incoerente e molle viene a poco a poco sepolto da altri materiali (seppellimento), con conseguente graduale aumento della temperatura e della pressione. In seguito al seppellimento si verifica la diagenesi: l’insieme dei processi fisici, chimici e biologici (compattazione, espulsione di acqua interstiziale, circolazione e precipitazione di minerali cementanti, ricristallizzazione, bioturbazione) che provocano la litificazione del sedimento sciolto e la sua trasformazione in roccia vera e propria.

Due sono le fasi più importanti della diagenesi: la compattazione del sedimento sciolto per pressione degli strati sovrastanti con riduzione degli spazi vuoti tra i clasti; la cementazione dei clasti per deposizione delle sostanze chimiche disciolte nelle acque che circolano nel sedimento.

Rocce clastiche

Le rocce clastiche sono formate da detriti provenienti dal disfacimento di altre rocce, sia magmatiche, sia sedimentarie, sia metamorfiche. La classificazione delle rocce clastiche e dei sedimenti sciolti si basa primariamente sulle dimensioni dei granuli.

In base alla composizione chimica, le rocce clastiche possono essere:

● silicatiche o silicee, con prevalenza di silice o silicati;

● carbonatiche, formate da carbonato di calcio o magnesio (calcari, dolomie), quelle composte principalmente da calcare (carbonato di calcio) reagiscono con HCl;

● miste, formate da frammenti calcarei e da argilla (marne);

Rocce organogene

Le rocce organogene derivano dall’accumulo di parti del corpo di organismi, oppure dall’attività degli organismi stessi.

Rocce organogene calcaree→dall’accumulo di resti di organismi marini come molluschi, foraminiferi sottoposti a diagenesi hanno origine calcari pelagici, calcari a foraminiferi che sono rocce bioclastiche cioè dovute all'accumulo di detriti organici. Dall’attività di organismi costruttori come madrepore e coralli traggono origine grandi strutture costituite da rocce organogene: le scogliere coralline chi sono rocce biocostruite.

Le rocce organogene silicee derivano principalmente dall’accumulo di resti organici a composizione silicea (es. spugne).

Le rocce organogene fosfatiche derivano dall'accumulo delle ossa dei vertebrati o dall'accumulo di escrementi di uccelli marini, detto guano. Contengono il fosfato di calcio Ca3(PO4)2 A causa dell'utilizzo massiccio in agricoltura i depositi di rocce fosfatiche si stanno esaurendo

Carboni fossili

Carboni fossili sono costituiti perlopiù da carbonio e derivano da resti vegetali che sono stati sepolti e hanno subìto diagenesi. Si distinguono quattro varietà di carbone:

Ambiente paludoso con abbondante vegetazione; nel sottosuolo si forma torba (contenuto di acqua rilevante e potere calorifico scarso). I depositi vegetali sepolti a profondità ridotta si trasformano in lignite (presenta visibili strutture tipiche del legno come le fibre vascolari). Un ulteriore seppellimento e aumento di pressione trasformano la lignite in litantrace. Elevate pressioni e temperature conducono infine alla formazione di antracite.

Formazione del petrolio

Il petrolio deriva da un processo di decomposizione di sostanze organiche a opera di batteri anaerobi in ambienti privi di ossigeno. Dalla prima parziale putrefazione si forma una fanghiglia chiamata Sapropel. Il petrolio si forma poi da successive modificazioni molto lente che avvengono ad alta temperatura (150°C) e pressione.

Alterazione chimica delle rocce

I processi di alterazione chimica o disfacimento provocano, per azione di agenti esterni, il cambiamento della composizione mineralogica o chimica delle rocce. Si formano così nuovi minerali, detti minerali di alterazione. I principali agenti dell’alterazione chimica sono: l’ossigeno (O2), l’acqua (H2O), il diossido di carbonio (CO2). L’ossigeno tende a reagire con i cationi metallici presenti nella roccia (Al3+ , Mg2+, Fe2+, Fe3+) formando ossidi e idrossidi.

L’acqua può:

sciogliere e trasportare lontano i minerali presenti nelle rocce (i minerali più solubili sono il salgemma e il gesso CaSO4 ·2H2O);

trasformare sali anidri in sali idrati (idratazione) (per esempio l’idratazione della anidrite, CaSO4 , in gesso, CaSO4 ·2H2O);

contenere sostanze disciolte (come CO2) che reagiscono con i minerali della rocce (il carbonato di calcio CaCO3, reagisce con il diossido di carbonio, CO2,e si trasforma in idrogenocarbonato di calcio Ca(HCO3) 2).

Il diossido di carbonio può decomporre i minerali argillosi formando silice e idrossidi di ferro e alluminio. Mentre la silice viene dilavata, gli ossidi e gli idrossidi di ferro e alluminio, meno solubili, rimangono in posto formando lateriti e quando restano solo i minerali di alluminio le bauxiti.

Rocce chimiche

Rocce chimiche

Le evaporiti sono depositi salini che si formano per precipitazione diretta da soluzioni concentrate. Hanno una certa rilevanza economica

I sali minerali più comuni delle evaporiti sono: salgemma (NaCl), gesso (CaSO4·2H2O), anidrite (CaSO4), silvite (KCl).

Le rocce carbonatiche di tipo prettamente chimico comprendono il travertino, le stalattiti e le stalagmiti, la cui formazione è dovuta a fenomeni di tipo carsico. Sono rocce formate da acque ricche di calcio e magnesio che, in particolari condizioni, lasciano precipitare CaCO3, insolubile, ed altri carbonati.

Le selci si formano per precipitazione della silice, SiO2, che risulta in un deposito di cristalli microscopici di quarzo. Le selci sono rocce durissime, spesso costituite da noduli di quarzo globosi del diametro da qualche centimetro a qualche decimetro all'interno di rocce carbonatiche, utilizzate in frammenti dall'uomo nell'età della pietra per costruirsi utensili. Vengono dati vari nomi a seconda delle impurità e del colore; si chiamano diaspri le selci rosse e ftaniti quelle grigie o nere. Si può incontrare in strati, ma spesso è presente sotto forma di lenti e noduli.

Rocce residuali

Le rocce residuali si formano in seguito a processi chimici di alterazione del suolo. Le acque meteoriche portano via i minerali solubili, mentre quelli insolubili rimangono in posto come residuo. La bauxite è una roccia formata da ossidi e idrossidi di solo alluminio. Le lateriti sono formate da ossidi e idrossidi di ferro e alluminio.