Litologia - Appunti esame completo

Minerali, rocce e ciclo delle rocce

Ciclo delle rocce → Procedimento che trasforma una roccia in un altro tipo di roccia, il ciclo non deve essere necessariamente continuo, i minerali sono i materiali costituenti delle rocce, sono omogenei.

Minerale = sostanza solida.

• Non si deve formare in seguito ad attività antropica, ma i minerali sono solo quelli naturali.
• Solido cristallino → configurazione con un ordine predefinito, altrimenti è un mineraloide, rocce vetrose vulcaniche.
• Inorganico → non deve esserci il carbonio organico, i gusci non contengono carbonio organico.
• Specifica composizione chimica → ogni minerale ha una particolare composizione chimica che lo distingue.

Mineralogia → studio della composizione, forma, struttura, distribuzione.

Raramente una roccia è formata da molti minerali, una roccia è formata da aggregati di minerali e le rocce permettono di capire l’evoluzione della Terra perché registrano dati dei fenomeni geologici.

Granito in figura è formata da 4 materiali diversi come il quarzo, molto abbondante nella crosta terrestre, è possibile scomporre la roccia in componenti grossolani.

Classi di minerali

I minerali vengono divisi in classi:

1. Elementi nativi che sono puri e non hanno nessun ione.
2. Solfuri.
3. Carbonati.
4. Ossidi.
5. Alogenuri.
6. Silicati.
7. Solfati.
8. Fosfati.

I materiali più abbondanti nella Terra sono i silicati che rappresentano il 92 per cento della crosta.

Ossidiana, pomice sono materiali vetrosi, mentre il carbone deriva dalla litificazione della sostanza organica e quindi c’è il carbonio.

L'acqua in sabbie e ghiaia scorre senza problemi, mentre l’acqua che scorre in sostanze con permeabilità basse può rovinarsi.

Argilla opalina è un'argilla particolare famosa per la bassissima permeabilità.

Le rocce devono essere descritte con il colore, la dimensione dei cristalli/granuli e il tipo di minerali che lo costituiscono, composizione mineralogica, è molto importante la percentuale di minerali che li costituiscono e la tessitura, dimensione delle particelle dei cristalli e le forme.

Tipi di rocce

Studiando le rocce si possono riconoscere in base alla composizione:

1. Rocce ignee → fusione di rocce nella crosta profonda e nel mantello superiore, la litosfera oceanica che va in subduzione può formare materiale fuso che emigra sulla superficie, può andare in camere magmatiche dove si possono formare diverse attività per l’eruzione. Il processo litogenetico è la cristallizzazione, pian piano che la lava si solidifica può creare una roccia basaltica. Le rocce ignee sono differenti tra loro e all’interno di queste rocce si possono catalogare rocce intrusive o effusive e si possono formare tipi di magmi differenti. Il vulcano quando erutta può essere cenere vulcanica o piroclasti.
2. Rocce sedimentarie derivano da detriti in seguito a processi erosivi nelle catene montuose o in seguito a precipitazioni chimiche atmosferiche. L'accumulo di questi prodotti possono creare rocce sedimentarie, come per esempio l’arenaria è una sabbia litificata composta da materiali silicatici che prendono il nome di clasti. La sabbia del mare, il delta del Po e il fiume Tagliamento sono casi di rocce sedimentarie. I clasti in base alle dimensioni vengono classificati in classi differenti, al di sopra dei 2 mm di diametro i ciottoli diventano ghiaia. La roccia deve essere litificata ed i processi con cui i sedimenti diventano rocce sono la compattazione, i fluidi all’interno degli organismi vengono espulsi per compattarlo ulteriormente, e la cementificazione. Questi processi avvengono dopo il seppellimento, più va avanti il tempo più una roccia si cementifica e si compatta.

Età del Messiniano è successo un evento particolare dove c’è stata una crisi di salinità, dove si parla di rocce sedimentarie evaporitiche che si sono formate per evaporazione, il mar Mediterraneo non era più alimentato dall’oceano e il Mediterraneo ha iniziato ad evaporare facendo precipitare sale e gesso.

In questo modo si forma il gesso.

Calcari e dolomie hanno caratteristiche tipiche e la precipitazione causa la formazione di scogliere, in base alla composizione di magnesio e calcio si possono avere calcari o dolomie. La maggior parte dei depositi delle Dolomiti provengono da un ambiente marino.

3. Rocce metamorfiche che hanno caratteristiche diversa a seconda della variazione di temperatura e pressione. Solitamente ci si trova tra 250 e 700 gradi, quando si superano i 700 gradi si hanno rocce ignee dove la composizione mineralogica cambia e la temperatura e la pressione varia, con lo studio si può capire quali erano le condizioni di temperatura e di pressione alla quale si sono formate. L’ardesia è una roccia metamorfica, il marmo di Carrara è una roccia molto importante.

Nella trasformazione di una roccia da un tipo di roccia ad un altro, i processi sono dovuti alla tettonica placche e all’interazione tra tettonica placche e il sistema climatico, c’è uno scambio tra energia e materia tra interno della Terra, litosfera, atmosfera e idrosfera.

1. Si apre un rift in un continente perché la placca si assottiglia, sul continente può piovere e i sedimenti possono essere trasportati nel bacino del rifting.

Lipari in Sicilia, basalti colonnari a Catania, granito in Trentino immagine 31, affioramento di spiagge molto antiche a Bologna.

Età del Messiniano è successo un evento particolare dove c’è stata una crisi di salinità, dove si parla di rocce sedimentarie evaporitiche che si sono formate per evaporazione, il mar Mediterraneo non era più alimentato dall’oceano e il Mediterraneo ha iniziato ad evaporare facendo precipitare sale e gesso.

In questo modo si forma il gesso.

Calcari e dolomie hanno caratteristiche tipiche e la precipitazione causa la formazione di scogliere, in base alla composizione di magnesio e calcio si possono avere calcari o dolomie. La maggior parte dei depositi delle Dolomiti provengono da un ambiente marino.

Il ciclo delle rocce litogenetico

Il ciclo delle rocce si tratta di un’interazione tra il sistema della Tettonica delle placche e quello del clima.

1. Il ciclo inizia con l’apertura, rifting, di un continente. I sedimenti vengono erosi dal continente, trasportati e depositati nel bacino, dove vengono sepolti e trasformati in rocce sedimentarie dalla litificazione.
2. L’apertura si allarga e si sviluppa un nuovo oceano. Il magma risale dall’astenosfera lungo le dorsali oceaniche e, raffreddandosi, forma basalti: rocce ignee effusive, quindi si forma nuova crosta oceanica.
3. La subsidenza del margine continentale, ossia lo sprofondamento della litosfera terrestre, porta all’accumulo di sedimenti che, per il progressivo seppellimento, danno origine a rocce sedimentarie.
4. Può succedere che questo processo di subduzione cessa, quindi il bacino oceanico cessa di espandersi e inizia a chiudersi, la crosta oceanica va in subduzione sotto un margine continentale, dando origine a una catena di vulcani. Man mano che la crosta oceanica va giù incontra temperature e pressioni che le alterano e le trasformano in altri tipi di rocce ad esempio metamorfiche oppure le rocce fuse risalgono dando origine a rocce ignee granitiche, rocce intrusive, oppure dei magmi vengono espulsi come lave in prossimità dei vulcani.
5. L’ulteriore chiusura del bacino oceanico porta a una collisione tra i continenti, con formazione di alte catene montuose, Himalaya.

Laddove i continenti collidono, masse di rocce vengono sepolte in profondità e modificate da calore e pressione, dando origine a rocce metamorfiche, anche partendo da rocce granitiche. Il sollevamento delle catene montuose costringe le masse d’aria cariche di umidità a sollevarsi e a raffreddarsi, e di conseguenza la condensazione del vapore acqueo porta diffuse precipitazioni. La degradazione meteorica produce una coltre di materiale incoerente - sedimenti - che l’erosione può portare via.

6. Le acque correnti trasportano i sedimenti lontano dalla zona di collisione fino al mare, sul cui fondo si depositano come strati di sabbia e silt.

Questi sedimenti vengono via via sepolti e la litificazione li trasforma in rocce sedimentarie. Via via le catene vengono smantellate e il processo può ricominciare.

Rocce ignee

Sono generate dal raffreddamento di un fuso.

Si dividono in intrusive ed effusive.

Le rocce intrusive possono chiamarsi plutoniche: lento raffreddamento o cristallizzazione, che avviene all’interno della crosta.

Le rocce effusive, vulcaniche, si generano in seguito ad eruzioni.

Classificazione delle rocce ignee

Tessitura: differenze nella grana cristallina, grossa o fine. Dimensione e posizione dei cristalli che compongono le rocce.

Il magma è il fuso al di sotto della superficie, quando viene eruttato si parla di lava.

Il processo di solidificazione, cristallizzazione, delle rocce ignee è stato studiato in laboratorio e si è visto che questo processo è molto simile a quello che accade quando si congela un cubetto di ghiaccio. Quindi più il processo sarà lento, più grandi saranno i cristalli che si andranno a formare.

I fusi che si raffreddano all’interno della Terra subiscono un processo di raffreddamento molto più lento. Questa cosa l’aveva già osservata lo studioso Hutton che aveva iniziato a osservare le intrusioni di granito che tagliavano le rocce sedimentarie e aveva capito che si erano formate per solidificazione di un fuso.

Tessitura faneritica o granulare: con cristalli visibili ad occhio nudo.

Oligocristallina: roccia la cui tessitura è costituita interamente da cristalli, es. granito.

Porfirica: comprende cristalli di dimensioni relativamente grandi detti fenocristalli, immersi in una pasta di fondo di cristalli molto più piccoli, anche vetrosi. I fenocristalli sono costituiti da minerali cristallizzati in profondità lentamente, tipici nelle rocce ignee intrusive.

Afanitica: tessitura formatasi per raffreddamento molto rapido del magma; la roccia ha una grana finissima, irrisolvibile a occhio nudo.

Oloialina: roccia la cui tessitura è costituita interamente o quasi da un vetro vulcanico, roccia effusiva.

Perlitica: tessitura delle ossidiane. Il vetro, esposto all’azione chimica degli atmosferili, lungo le fessure si idrata espandendosi e formando fratture concentiche che, riflettendo la luce, danno alla roccia un caratteristico colore grigio perla.

Vescicolare: causato dalla dispersione dei gas. Caratteristica della pomice. Caratteristica di rocce effusive acide, molto viscose.

Rocce intrusive: si generano all’interno della Terra tra rocce incassanti per un lento raffreddamento del magma, accrescimento dei cristalli.

Rocce effusive: si generano sulla superficie da lave per rapido raffreddamento.

Quando il magma viene eruttato, oltre alla lava ci sono delle rocce piroclastiche che in base alle loro dimensioni vengono classificate: cenere vulcanica ha dimensioni <2 mm, si forma per la nebulizzazione del magma, alle dispersioni dei vari gas, bomba vulcanica, pomici.

Ci sono delle rocce che si formano in condizioni diverse e sono caratterizzate da fenocristalli, il che ci può suggerire un certo tipo di processo genetico della roccia.

Le rocce intrusive sono caratterizzate dalla presenza di cristalli ben visibili.

Composizione mineralogica e chimica

Si è visto che certi tipi di rocce per la loro tessitura erano difficili da classificare, es. ossidiana, struttura vetrosa. Allora si possono classificare in base alla loro composizione.

La prima osservazione che veniva fatta in questo ambito era il contenuto in silice SiO².

Adesso invece si considera più che altro il contenuto relativo di minerali silicatici, cioè ricchi in silice, quarzo, feldspati, miche, pirosseni, anfiboli, olivine.

Si classificano 2 grandi famiglie di minerali che compongono gran parte delle rocce ignee, la suddivisione avviene sulla base di un maggiore o minore contenuto in silice:

• Felsici o sialici, alto contenuto in silice e alluminio.
• Mafici o femici, maggior contenuto di ferro e magnesio.

La differenza principale è la differenza di temperatura alla quale questi minerali cristallizzano.

Basalto e riolite sono due rocce effusive, quindi la genesi è uguale, ma ciò che varia è il contenuto in mineralogico: il basalto è più ricco di ferro e magnesio, mentre la riolite è una roccia sialica, silice e alluminio.

Stessa composizione chimica ma differenze tessiturali: Basalto e Gabbro/Riolite e Granito.

Stessa tessitura ma composizione chimica diversa: Basalto e Riolite/Gabbro e Granito.

Il presente diagramma permette di classificare le rocce in base alla composizione chimica; verso sinistra aumenta il contenuto in silice, verso destra diminuisce.

Le rocce di tipo intermedio hanno più plagioclasi rispetto alle sialiche.

Andando ancora a destra si hanno il gabbro e basalto, ricchi in pirosseni e in cui il quarzo è praticamente assente. Hanno un colore più scuro rispetto alle rocce sialiche.

Infine all’estremo destro si hanno rocce ultrafemiche di colore scuro, queste rocce sono raramente di tipo effusivo, sono intrusive proprio perchè sono tipiche nel mantello proprio a causa delle alte temperature di fusione e cristallizzazione che caratterizzano l’olivina, rimarranno sempre allo stato solido. Il colore caratteristico è verde. La peridotite che è la maggior componente del mantello terrestre è prevalentemente costituito da minerali di olivina.

La temperatura di fusione è l’inverso della temperatura di cristallizzazione.

La temperatura è fondamentale perchè causa delle diversificazioni, perchè non tutti i minerali cristallizzano nello stesso momento.

Oltre alla temperatura ci sono altri parametri da considerare: pressione e contenuto di acqua.

Le rocce femiche sono caratterizzate da temperature di fusione maggiore rispetto alle sialiche.

Quando aumenta la pressione per uno stesso minerale, necessitano temperature più elevate affinché questo possa fondersi.

Il contenuto d’acqua può avere un ruolo fondamentale per far variare la temperatura di fusione dei cristalli: quando aumenta la temperatura di fusione diminuisce.

Le rocce sialiche sono caratterizzate da maggiore viscosità e una minore densità.

Il maggiore contenuto in silice delle rocce sialiche dà una maggiore complessità dei silicati.

Formazione dei magmi

In laboratorio è stato possibile sottoporre diversi campioni di rocce a temperature e pressioni differenti ed è s