Appunti di Petrografia

Minerali

PETROGRAFIA

MINERALI

Caratteristiche a LIVELLO MACROSCOPICO:

●​ Sono tutti solidi

●​ Hanno per lo più una forma geometrica

●​ Hanno un colore specifico o trasparenza

●​ Hanno una lucentezza

●​ Sono fatti di materiale naturale inorganico

Tutte le proprietà fisiche macroscopiche dei minerali sono la conseguenza del modo in cui

sono fatti a livello microscopico cioè della loro COMPOSIZIONE CHIMICA e della loro

STRUTTURA CRISTALLINA.

COMPOSIZIONE CHIMICA

I minerali hanno tutti una composizione chimica ben definita, dunque esprimibile con una

formula:

●​ Generalmente i minerali sono composti da più elementi combinati in proporzioni

definite

Salgemma (Cloruro di sodio): NaCl

Quarzo (biossido di silicio): SiO2

Calcite (carbonato di calcio): CaCO3

●​ Sono una minoranza dei minerali è composta da singoli elementi: ELEMENTI

NATIVI

Oro: Au​ ​ ​ Diamante/Grafite (carbonio): C

Argento: Ag​ ​ ​ Zolfo: S

Rame: Cu

La formula chimica esprime in modo sintetico i rapporti quantitativi tra i vari elementi

contenuti nel minerale. Non contempla le impurità.

STRUTTURA CRISTALLINA

A livello microscopico gli atomi (o ioni o molecole) si dispongono nello spazio in modo

ordinato, attraverso legami chimici (ionici, covalenti o a idrogeno), formando un reticolo

cristallino, un’impalcatura fissa e caratteristica per ogni minerale.

POLIMORFISMO

Alcuni composti, a parità di composizione, possono presentare più di una struttura cristallina.

Rispecchiano le condizioni di pressione e temperatura alle quali si sono formati.

Esempio:

●​ I diamanti naturali si formano nel mantello terrestre, in condizioni di temperatura e

pressione molto elevate. Legami forti tengono strettamente “impacchettati” gli atomi

di carbonio in strutture tetraedriche.

●​ Rispetto al diamante la grafite si forma a temperature a pressioni più basse. Forti

legami tengono uniti gli atomi di carbonio in singoli strati. Legami deboli collegano

atomi di carbonio tra gli strati che si alternano.

IL PROCESSO DI CRISTALLIZZAZIONE

1)​ NUCLEAZIONE: gli atomi (in acqua ioni), sparsi a casaccio nella soluzione o nel

magma, si associano in modo ordinario fino a costituire il primo GERME

CRISTALLINO.

2)​ CRESCITA: il germe si accresce per deposizioni di strati successivi di materia lungo

le facce.

TEMPI: dipende dai minerali, alcuni si formano in tempi molto brevi, anche poche ore (es.

Gesso); altri in migliaia di anni (es. alcuni quarzi).

FORMA = ABITO CRISTALLINO

I cristalli presentano la forma geometrica di un solido (poliedro), delimitato da facce piane

(facce cristalline) che s’intersecano in modo tipico per ogni minerale e che definiscono nel

loro insieme l’ABITO CRISTALLINO.

La forma esterna di un cristallo è determinata dalla sua velocità di accrescimento e dalle

condizioni ambientali.

Se i minerali hanno condizioni ideali di spazio e di tempo per “crescere” formano cristalli con

geometrie perfette che rispecchiano la loro struttura interna → Giacimenti minerali

Ma raramente si osservano in natura cristalli isolati e ben formati. Essi si accrescono infatti

in uno spazio circoscritto andando ad aggregarsi tra di loro, con uno spazio ridotto a loro

disposizione, e restando microscopici o comunque molto piccoli.

Più numerosi sono i nuclei che si formano, inoltre, più lento sarà l’accrescimento dei singoli

cristalli che resteranno più piccoli: si può immaginare infatti che la massa cristallina che

precipita venga suddivisa tra di essi. Prima si formano alcuni nuclei e si accrescono

indisturbati finché c’è soluzione sufficiente per permettere agli ioni di migrare facilmente,

quando resta poca soluzione diminuisce lo spazio per muoversi in relazione al tempo di

precipitazione: si formano tanti nuclei e i cristalli restano piccoli.

Possono verificarsi situazioni diverse, per esempio possono cominciare a nucleare ed

accrescersi solo alcuni cristalli che quindi assumeranno dimensioni maggiori di quelli che

cristallizzano nella fase finale, quando resta un velo di liquido che porta alla cristallizzazione

rapida di tanti cristallini insieme.

Oppure si formano fin dal principio tanti nuclei che si accrescono in modo omogeneo.

LE VARIABILI

VARIABILI fisiche che influenzano la cristallizzazione e in particolare le dimensioni e

l’abito cristallino dei cristalli:

●​ La velocità di evaporazione o di raffreddamento:

-​ temperatura dell’ambiente

-​ maggiore è la superficie di scambio termico maggiore è la velocità

●​ Lo spazio a disposizione per la migrazione degli ioni:

-​ dimensioni della camera magmatica/bacino acquoso e

diluizione/concentrazione

●​ La temperatura dell’acqua/magma di partenza:

-​ quindi la quantità di soluto solubile/minerali fusi in un medesimo quantitativo e

dunque la concentrazione della soluzione/magma

La presenza di difetti (dislocazioni, gradini, disomogeneità, ecc) sulla superficie del cristallo,

offre agli elementi chimici disciolti numerosi punti di aggancio per continuare ad accrescersi

lungo una direzione preferenziale, provocando un accrescimento irregolare.

Complica il riconoscimento MA…

Gli angoli tra le facce corrispondenti dei cristalli di uno stesso minerale, indipendentemente

dalla dimensione e dalle differenze superficiali di forma, sono sempre uguali (legge della

costanza dell’angolo diedro).

Se si osservano dei cristalli apparentemente diversi per colore e dimensione ma che

presentano lo stesso angolo tra facce corrispondenti significa che sono lo stesso minerale.

Esempio

Il quarzo: BIPIRAMIDE ESAGONALE angoli di 120°

COLORE

Il colore è una proprietà legata alla LUCE e alla composizione chimica: dipende dalle specie

di ioni che assorbono più o meno fortemente alcuni “colori” dello spettro della luce.

Il colore è in questo caso diagnostico del minerale nel senso che lo caratterizza in maniera

inequivocabile.

Il colore però dipende anche dalle impurità presenti in tracce (in quantità inferiore allo 0,1%)

o da difetti nella struttura cristallina.

Il colore non è in questi casi un carattere diagnostico del minerale.

Esempi

●​ BERILLO:

-​ smeraldo, varietà trasparente del berillo con inclusi di atomi di cromo

-​ acquamarina, varietà trasparente del berillo con inclusi di atomi di ferro

●​ QUARZO:

-​ quarzo ialino

-​ ametista: ferro bivalente

-​ quarzo affumicato, danni da radiazione nella struttura del reticolo cristallino

-​ quarzo citrino, ossidazione del ferro

LUCENTEZZA

Dato dalla luce riflessa dalle superfici di un cristallo. Dipende dalla composizione chimica e

dalla perfezione (piane e lisce) delle facce.

●​ Vitrea, tipica dei corpi trasparenti del tutto o in parte: la luce passa attraverso

●​ Metallica, tipica dei corpi opachi: la luce viene quasi completamente assorbita, tranne

una particolare banda di radiazioni luminose che viene riflessa dalle superfici lisce.

●​ Submetallica, corpi opachi in massa ma trasparenti in scaglie sottili

Se le superfici sono irregolari e scabrose la luce viene diffusa e la lucentezza risulta terrosa

o assente.

SFALDATURA o FRATTURA

Sfaldatura: quando il minerale si rompe secondo i piani della sua struttura cristallina. Accade

quando ci sono zone più deboli di altre.

Frattura: i minerali con legami distribuiti in modo più o meno uguale in tutte le direzioni si

rompono secondo superfici irregolari di aspetto scheggioso o ad andamento curvo

(concoide).

! Più i legami sono forti, più il cristallo tende a fratturarsi al posto di sfaldarsi

DUREZZA = resistenza alla scalfittura

Dipende dalla struttura cristallina e dalle forze di legame tra i componenti chimici (covalenti

più forti dei ionici).

Scala empirica: ogni minerale scalfisce quelli che lo precedono ed è scalfito da quelli che lo

seguono.

Osservazione e descrizione minerali

PETROGRAFIA

OSSERVAZIONE E DESCRIZIONE MINERALI (CRISTALLI)

Osserviamo:

1.​ FORMA: geometria (quale solido geometrico mi ricorda?) o irregolare

2.​ COLORE: omogeneo o disomogeneo

3.​ LUCENTEZZA: se lo muove sotto la luce la riflette? Vedo una faccia piana netta o

solo una zona di lucentezza?

4.​ SCALFIBILITA’: provo a incidere il cristallo con l’unghia e con un chiodo di acciaio, si

scalfisce?

La maggior parte dei minerali che osserveremo si presenta sotto forma di CRISTALLO cioè

di MINERALE che ha potuto accrescersi assumendo una forma geometrica ben definita. I

minerali però nelle rocce sono molto piccoli, non sempre visibili e non sempre formano dei

cristalli di forma perfetta.

Struttura cristallina

PETROGRAFIA

STRUTTURA CRISTALLINA

La forma di uno specifico minerale è chiamata abito cristallino.

Esempio:

●​ Abito della magnetite è un ottaedro, cioè un solido con otto facce triangolari.

●​ Fluorite, replica la disposizione delle facce di un cubo, è detto cubico.

Minerali diversi possono avere abiti uguali.

Esempio:

Salgemma ha un abito cubico come la fluorite.

L’abito cubico del salgemma non è altro che il risultato della ripetizione regolare e ordinata

dei due ioni che lo compongono: cloro e sodio. A causa delle loro dimensioni e

caratteristiche elettrochimiche, il cloro e il sodio si dispongono formando una struttura

cristallina, nella quale ogni atomo occupa una posizione specifica e mantiene invariate le

distanze dagli altri atomi.

Questa struttura ha dimensioni infinitesime. Ripetendosi per miliardi di volte, genera una

disposizione allineata degli atomi, che è comunemente chiamata reticolo cristallino del

minerale. Se le condizioni lo consentono, il reticolo cristallino cresce tanto da formare un

grande cristallo.

Oltre al cubo esistono molte altre forme semplici: queste e altre forme si generano perché

esistono atomi diversi per dimensioni e struttura elettronica e numerose sono le

combinazioni possibili. Le forme semplici, a loro volta, possono combinarsi tra di loro. Un

cubo e un rombo dodecaedro possono combinarsi in una nuova forma composta, ma se il

cubo si compone con l’ottaedro, la forma composta è diversa.

Può accadere che forme semplici si combinino insieme creando una forma estremamente

complessa. Le forme semplici possibili sono varie decine e sono distribuite in 32 classi,

ripartite in sette sistemi che fanno capo a tre gruppi, in cui ricadono tutti i minerali.

Formazione minerali

PETROGRAFIA

LA FORMAZIONE DEI MINERALI

Cristalli di salgemma si sono formati in seguito all’evaporazione di antichi bacini salati.

Cristalli di zolfo, invece, si sono formati intorno alla bocca di una fumarola vulcanica che

esala gas solfuri.

CRISTALLIZZAZIONE DI MATERIALE FUSO

Se una massa di magma, cioè di rocce fuse, resta intrappolata della crosta terrestre il

materiale fuso si raffredda lentamente in profondità.

Gli elementi che lo compongono formano diversi composti chimici che si organizzano in

strutture organizzate che costituiscono i cristalli così crescono i minerali. Quanto più

lentamente si raffredda il fuso tanto più grandi sono le dimensioni dei cristalli possono

raggiungere.

Un magma che cristallizza in profondità forma grandi cristalli.

Una colata lavica che si raffredda in superficie forma piccoli cristalli e se il raffreddamento è

troppo rapido non cristallizza affatto diventano solida in forma di vetro.

BRINAMENTO

Vapori caldi ed esalazioni vulcaniche possono formare minerali per brinamento o

sublimazione inversa. La temperatura dei gas che provengono dal sottosuolo è più alta di

quella delle rocce superficiali quindi quando gli elementi sospesi nei vapori toccano la

superficie delle rocce passano direttamente allo stato solido aggregandosi in cristalli.

PRECIPITAZIONE

Nelle soluzioni acquose la precipitazione comporta la formazione di minerali. A seguito

dell’evaporazione di un golfo marino o di un lago salmastro una crosta di minerali ricopre

l’antico bacino scomparso.

Ma un precipitato si può formare anche in altro modo ovvero se il sovente si raffredda

progressivamente mentre la temperatura dell’acqua diminuisce si riduce anche la sua

capacità solvente e la soluzione diventa sovrassatura inizia così la cristallizzazione di specie

mineralogiche che rispecchiano la composizione chimica della soluzione di partenza.

ATTIVITA’ BIOLOGICA

Minerali sono anche alcuni prodotti di attività biologica. Quando un mollusco forma la sua

conchiglia altro non fa che sottrarre sostanze all’acqua, per esempio carbonato di calcio e

trasformarle in minerali come la calcite con i quali si accresce il guscio. Allo stesso modo si

accrescono le ossa di un vertebrato che aumenta di dimensioni.

Dai minerali alle rocce

PETROGRAFIA

DAI MINERALI ALLE ROCCE

Le rocce sono aggregati di minerali. Possono essere aggregati di minerali diversi (es.

granito costituito da quarzo, feldspato, plagioclasio e mica) o aggregati dello stesso minerale

(es. marmo costituito da calcite.

Nelle rocce i minerali possono anche avere dimensioni sub-millimetriche e non essere visibili

ad occhio nudo ma solo al microscopio.

A volte al posto dei minerali vedo dei clasti di roccia. I clasti sono fatti a loro volta da

minerali.

Le rocce possono essere anche costituite da fossili anche questi fatti di minerali: calcite o

dolomite.

TRE GRANDI GRUPPI DI ROCCE E I PROCESSI LITOGENETICI

●​ Le rocce ignee si formano in seguito alla solidificazione di magma o lava.

●​ Le rocce metamorfiche derivano dalla trasformazione di rocce preesistenti, in

profondità.

●​ Le rocce sedimentarie sono il risultato finale di una serie di processi di deposizione

e precipitazione che avvengono sulla superficie terrestre e poco in profondità.

La crosta