Minerali, rocce e vulcani

I minerali

La Terra è per lo più un pianeta roccioso, perciò formato da rocce, a loro volta costituite da minerali. La Terra ha una struttura interna che può essere definita a strati : lo strato superficiale può essere definito crosta, la quale si suddivide in crosta oceanica e crosta continentale. Di conseguenza sotto gli oceani c’è la crosta oceanica, mentre la crosta che emerge è detta crosta continentale, che è formata da rocce chiare e minerali, ed è molto più leggera.

E’ diverso anche lo spessore delle due croste : la crosta continentale è di circa 70 km, mentre la crosta oceanica è di circa 7-8 km. I ricercatori sono arrivati a fare una perforazione, una delle più grandi con 12 km di profondità, in una miniera della Russia. Lo studio della crosta terreste e degli elementi che la compongono avviene grazie a vari strumenti. In particolare, negli ultimi anni si studiano le onde sismiche, le quali sono quelle onde che si propagano quando avviene un rottura della crosta terrestre, e tali determinano i terremoti. Queste onde sismiche cambiano di direzione e velocità in base a ciò che incontrano , quindi si è potuto studiare i vari strati della crosta terrestre grazie anche alla velocità delle onde sismiche. Sotto la crosta c’è uno strato che si chiama mantello. A circa 250 km di profondità c’è uno strato del mantello detto astenosfera, costituita da rocce semifluide. Il mantello superiore e la crosta invece formano la litosfera. Si è scoperto che questa litosfera è costituita da placche, le quali sono in continuo movimento, e se queste placche si avvicinano sprofondano una sotto l’altra andando a formare fosse oceaniche ( se sono placche oceaniche) , e se sono placche continentali si sollevano e formano catene montuose. La parte più interna della Terra si chiama nucleo. Esso è formato prevalentemente da una lega metallica composta da ferro e nichel, perciò la Terra si comporta come un grande magnete. La parte esterna è fluida e la parte interna è solida perché ci sono temperature elevatissime. Le rocce sono formate da minerali. I minerali sono sostanze solide cristalline. Cristalline significa che gli atomi sono disposti in maniera ordinata e presentano una struttura microscopica che si chiama cella elementare. Cella elementare significa che la struttura microscopica è formata da una figura geometrica ben definita dove gli spigoli sono formati da angoli. Una particolare cella elementare è quella del cloruro di sodio (NaCl) . Esso ha una cella elementare, cioè una struttura microscopica cubica, cioè ad un atomo di cloro si alterna un sodio e viceversa, perciò ogni ione sodio, considerando la struttura tridimensionale, corrispondono 6 ioni di cloro e viceversa, perciò il rapporto di 1 a 6. Esistono però minerali che non hanno una struttura geometrica così ordinata, perché magari si sono formati da un raffreddamento veloce e tali si chiamano minerali amorfi (cioè senza forma) e si dice che hanno una struttura petrosa. Un esempio molto comune è quella dell’ossidiana, che è una roccia la quale si forma ad elevatissime temperature per raffreddamento di silicati, cioè di sabbia. Raffreddandosi però diventa una sorta di impasto, e raffreddandola ulteriormente si ottiene il vetro. L’ossidiana forma così delle superfici spigolose e anche molto taglienti, infatti venne utilizzata anche dagli uomini primitivi per costruire utensili e armi. In generale, i minerali si classificano in base alle proprietà fisiche e chimiche. Una proprietà fisica è il colore, in base a esso si suddividono in 2 gruppi ovvero gli idiocromatici (idios =identità; che identifica il colore, cioè minerali che presentano sempre lo stesso colore) e gli allocromatici (che presentano colorazioni diverse; da allo=diverso). Un esempio di minerale idiocromatico è ad esempio la malachite (verde) e lo zolfo (giallo). Un esempio di minerale allocromatico è il quarzo: se è trasparente si chiama ialino, se è rosa si chiama ametista, se ha sfumature marroni si chiama fumè.
Un'altra proprietà fisica fondamentale è la durezza del minerale. Essa è la capacità di resistere alla scalfittura. Si determina la durezza di un minerale con la scala di Mohs, la quale è formata da 10 gradi. I minerali più teneri, cioè quelli più in basso della scala di Mohs, si lasciano scalfire con un unghia (talco e gesso). Ogni minerale di grado più alto scalfisce il minerale di grado più basso. Al grado 10 della scala di Mohs vi è il diamante, al 9 il corindone. Altra proprietà fisica fondamentale dei minerali è la densità, che è la sua massa per l’unità di volume. Poi vi è la sfaldatura , cioè quella proprietà che ha il minerale di rompersi secondo piani paralleli, cioè di spezzarsi formando lamelle. Si chiama lucentezza, invece, la capacità che ha il minerale di lasciarsi attraversare dalla luce e di rifletterla. Essa può essere metallica o non metallica; e i minerali che possiedono un lucentezza metallica sono opachi in quanto assorbono totalmente la luce, gli altri invece sono più o meno trasparenti. Altra proprietà sono le proprietà ottiche, le quali sono importanti perché servono per il riconoscimento dei minerali. Esse si distinguono in minerali monorifrangenti ( quando la luce si propaga all’interno del cristallo alla stessa velocità in tutte le direzioni) e minerali birifrangenti (quando la luce passa all’interno del cristallo e si divide in due raggi polarizzati che si propagano con diverse velocità) . Altra proprietà è la luminescenza, che è la capacità del minerale, quando è sollecitato dai raggi ultravioletti, di emettere luce. Si parla di fluorescenza se il fenomeno finisce al cessare della sollecitazione, di fosforescenza se il minerale continua ad emettere luce anche dopo la sollecitazione. I minerali vengono classificati anche in base alla composizione chimica. Si distinguono in silicati e non silicati (cioè non contengono silicio). I silicati hanno come struttura di base SiO4 --, cioè il tetrossido di silicio. Esso è una piramide a base triangolare che si chiama tetraedo. Ha 4 vertici che rappresentano gli atomi di ossigeno e il silicio è all’interno del tetraedo. Poiché il tetraedo ha due cariche negative, deve formare due legami, e li forma o con metalli oppure mettendo in comune atomi di ossigeno, cioè formando varie strutture. I silicati si suddividono in : nesosilicati ( se abbiamo silicati (tetraedi) isolati, cioè dove gli atomi di ossigeno sono legati solo a dei metalli, e un esempio sono le olivine), in sorosilicati (se abbiamo coppie di tetraedi e un esempio sono gli epidoti) , in ciclosicati (quando i tetraedi sono disposti ad anello, e un esempio sono il berillo e la tormalina), in inosilicati ( se abbiamo tetraedi disposti a catena semplice (e tali prendono il nome di pirosseni, e tra i pirosseni più comuni ricordiamo le augiti) o a catena doppia(essi prendono il nome di anfiboli, e tra gli anfiboli ricordiamo le ornablende ); in filosilicati ( se i tetraedi formano foglietti, e tra essi ricordiamo la biotite e la muscovite, ma anche i serpentini a cui appartiene l’amianto) e in tettosilicati (quando i tetraedi formano una rete tridimensionale) e i tettosilicati si suddividono in 2 gruppi principali ovvero in feldspati (che sono i minerali principali che si trovano nelle rocce granitiche e quelli principali sono l’ortoclasio e il plagioclasio) e felspatoidi ( i principali sono la leucite ed elfeina). I non silicati sono minerali che non contengono silicio e vengono classificati a seconda della struttura chimica in :
• ossidi e idrossidi ( sono formati da metallo + ossigeno, e gli altri da ossido + acqua) e di tal gruppo ne fanno parte l’ ematite, che si estrae dal ferro, la limonite, la bauxite, utilizzata per l’estrazione dell’alluminio;
• elementi nativi, che sono minerali composti da un solo elemento chimico e piuttosto rari e i più preziosi nella crosta terrestre, come ad esempio diamante, grafite (che si trova nella matita) , oro, argento e rame;
• alogenuri , che sono metalli formati dagli alogeni, e i comuni sono la salgemma (NaCl) e la fluorite;
• solfuri, che sono minerali importanti per l’estrazione di molti metalli che si trovano combinati con lo zolfo , come ad esempio la pirite (che è solfuro di ferro), blenda, galena;
• solfati, che si distinguono in anidri e idrati e si generano prevalentemente per fenomeni chimici di precipitazione, e uno dei più comuni è il gesso ( che è solfato di calcio) ;
• carbonati, i quali sono minerali che si formano prevalentemente per processi chimici e biochimici in acque marine e continentali. I rappresentanti più noti sono la calcite e la dolomite , che sono minerali molto diffusi e i principali componenti di numerosi rilievi montuosi come le Dolomiti, le Prealpi, Massiccio del Gran Sasso;
• fosfati, che sono minerali che possono essere semplici o idrati e i più comuni sono la patite e l’idrossiapatite ;

Rocce

Esse sono aggregati naturali di uno o più minerali, perciò un miscuglio di minerali. Per classificarle si prende in considerazione il loro ciclo litogenetico (lito=roccia| genesi=nascita) e grazie a esso si distinguono tre processi di formazione della roccia stessa :
• processo magmatico, che consiste nella solidificazione di una massa fusa, detta magma, che si è formata all’interno della crosta terrestre. Il fenomeno può avvenire in superficie o in profondità e porta alla formazione di rocce magmatiche o ignee;
• processo sedimentario, che avviene in superficie e produce rocce sedimentarie.
• Processo metamorfico, che consiste nella trasformazione di rocce preesistenti, e avviene in profondità.
Quando in profondità c’è una massa di roccia fusa, che si chiama magma, quando sale su si solidifica e forma le rocce magmatiche. Quando le rocce magmatiche vengono sottoposte agli agenti atmosferici quindi pioggia, neve, grandine, vento, alcuni suoi componenti si staccano, ed essi vengono trascinati dal mare, dai ghiacciai, fermandosi in un punto e formando le rocce sedimentarie. Se le placche terrestri si spingono fra di loro, le rocce presenti negli strati sottostanti vengono sottoposti ad alte pressioni e alte temperature si ha la trasformazione completa della roccia, quindi i minerali presente nella roccia cambiano del tutto, e prendono il nome di rocce metamorfiche. Se la temperatura però è molto elevata, queste rocce è possibile che subiscano un altro processo di fusione e quindi si forma altro magma secondario, e perciò ricomincia il ciclo. Le rocce sono aggregati di minerali. Se nella roccia sono presenti più minerali prendono il nome di eterogenee, se invece è presente solo un minerale sono dette omogenee. Le rocce magmatiche sono dette ignee ( da ignus, fuoco) e si formano dalla solidificazione del magma. Si classificano in base a come solidifica il magma e in base alla composizione chimica. Se il magma trova delle aperture sale in superfice, si insinua tra le rocce formando il camino vulcanico e fuoriuscendo da essa. Il magma al di fuori si solidifica e, solidificandosi questo magma rilascia dei gas e da origine a quel fenomeno conosciuto come vulcanesimo. Le rocce che si formano con la solidificazione del magma si chiamano rocce magmatiche effusive. Se invece, a causa delle alte temperature il magma si solidifica in profondità, forma le rocce dette magmatiche intrusive o plutoni. Può succedere che il magma risalendo trovi degli spazi fra le rocce e si solidifichi a 10 km di profondità, perciò in questo caso si parla di rocce magmatiche ipoabissali o filoniane. Se il magma solidifica all’interno, i vari minerali hanno il tempo di orientarsi e formare una struttura cristallina. Se invece in magma solidifica velocemente alcune parti potranno formare cristalli, oppure non formarne per niente. A seconda del modo di solidificazione del magma assumono una struttura totalmente diversa. Le rocce effusive possono formare strutture diverse, a seconda degli esempi di solidificazione, ad esempio se non ci sono per niente cristalli la struttura è detta vetrosa, perché il magma solidifica senza che i cristalli abbiano avuto il tempo di formarsi (per esempio l’ossidiana, pomice); se invece si formano cristalli piccolissimi la struttura si chiama microcristallina ( per esempio il basalto); oppure se c’è una miscela di cristalli piccoli e grandi la struttura prende il nome di porfirica (per esempio i porfidi). Le rocce ipoabissali hanno struttura porfirica ( per esempio i porfidi). Nelle rocce magmatiche intrusive il magma si raffredda dopo milioni di anni perciò ha il tempo di formare cristalli ben definiti e la sua struttura si chiama granulare ( per esempio il granito).
Classificazione delle rocce in base alla composizione chimica
Si suddividono in acide, neutre, basiche e ultrabasiche. Le rocce magmatiche possono essere classificate grazie alla quantità di silice ( Si O4 = ossido di silice). Se la percentuale dell’ossido di silice supera il 65% le rocce si chiamano acide; se invece è compreso tra 52% e 65% le rocce sono dette neutre; se è compreso tra 45% e 52% sono dette basiche; se è inferiore a 45% sono dette ultrabasiche. Le rocce acide si chiamano anche sialiche ( silicio e alluminio) e sono rocce chiare. Le rocce ultrabasiche invece sono dette feniche (ferro e magnesio) e sono scure. Una roccia intrusiva acida è il granito, e una roccia effusiva acida è la biolite. Una roccia intrusiva neutra è la diorite. Una roccia effusiva neutra è l’andesite. Una roccia intrusiva basica è il gabbro. Una roccia effusiva basica è il basalto (la roccia che forma i fondali oceanici). Una roccia intrusiva ultrabasica è la peridotite. Una roccia effusiva ultrabasica è la picrite (molto rara).

Plutoni

Vengono chiamati plutoni i corpi magmatici consolidati che si sono insediati all’interno della crosta. I plutoni di maggiore dimensione vengono chiamati batoliti, e in Italia il più esteso batolite è quello sardo-corso. Un altro batolite molto importante è presente nelle coste occidentali delle Americhe. In profondità si formano, a causa della alta temperatura, dei punti in cui la roccia si fonde e si formano delle gocce di roccia fusa detti diapiri. Queste gocce confluiscono fra di loro e, a circa 10-20km di profondità, formano dei depositi dette camere magmatiche. Queste camere magmatiche possono rimanere in profondità all’interno della crosta terrestre diventando plutoni; se invece esse trovano delle fratture nella crosta, la pressione diminuisce perciò i gas tendono a insinuarsi nelle fratture che incontrano, e facendo ciò sciolgono la roccia circostante e formano un camino, detto camino vulcanico, da dove poi usciranno all’esterno. Il punto in cui escono gas e magma è detto cratere. Nel magma, nel corso del tempo, si depositano delle sostanze che con il tempo solidificano e formano il camino vulcanico. I prodotti vulcani sono le sostanze che escono al di fuori del cratere del vulcano e si dividono in prodotti gassosi (vapore acqueo, ossido di carbonio, anidride fosforosa) solidi e liquidi. Le sostanze solide che escono al di fuori del vulcano sono dette piroclasti ( piro= fuoco/ clasti= detriti) e a seconda delle dimensioni si suddividono in ceneri, lapilli, bombe. Questi piroclasti, una volta depositati, vengono cementificati e formano delle rocce dure e compatte che si chiamano, in relazione alle loro dimensioni, ceneriti, tufi e conglomerati piroclastici. La sostanza liquida si chiama lava. Essa è la sostanza che si forma quando il magma fuoriesce all’esterno e perde i gas. La lava si può solidificare in maniera subaerea o subacquea, cioè a seconda se il cratere vulcanico è al di fuori della crosta terrestre o all’interno. Se la lava è subaerea, viene suddivisa in due tipi : se ha una superfice liscia viene chiamata pahoehoe ( termine hawaiano che significa “su cui si può camminare a piedi nudi“) ; se invece ha una superfice tagliente viene chiamata AA ( che significa “su cui non si può camminare a piedi nudi”). Se la lava è subacquea, la lava è detta pillow lava (lava a cuscini). Se la lava è molto acida, cioè ricca di silice, periodicamente forma un tappo nel condotto vulcanico che impedisce la fuoriuscita del gas, perciò questi gas aumentano sempre più fino a quando questo tappo viene esploso e lanciato in aria ad altezze molto elevate, causando un’esplosione vera e propria (succede spesso in un vulcano italiano, ovvero il Vesuvio, e l’esplosione più grande avvenne nel 79 d.C., dove sono state sepolte Pompei ed Ercolano). Questi materiali che vengono lanciati in aria durante l’esplosione, a un certo punto, cadono e formano delle nubi ardenti, nelle quali sono contenuti i frammenti piroclasti, e quelli più grossi andranno a finire vicino al cratere, mentre quelli più sottili possono rimanere nell’atmosfera per mesi e influenzare anche il clima. Questo fenomeno è detta caduta gravitica. Se il magma, durante la sua risalita, viene a contatto con delle falde acquifere (cioè dello spazio fra rocce impermeabili in cui si è accomulata dell’acqua), quest’acqua presente diventa vapore e aumenta la sua pressione talmente tanto che può provocare eventi catastrofici quando determina un’eruzione violenta chiamata freato-magmatica, che può distruggere anche il vulcano stesso. Un’eruzione di questo tipo fu quella famosa del Vesuvio del 79 d.C., che distrusse Ercolano e Pompei. Questo tipo di eruzione si chiama pliniana, perché quella che l’ha descritta è Plinio il Giovane, nipote di Plinio in Vecchio, il quale perì durante l’esplosione. Un’altra manifestazione del vulcanesimo esplosivo sono i lahar ( colata di fango): in questo caso, infatti se l’eruzione vulcanica avviene insieme a delle piogge, oppure sulla cima di un ghiacciaio, questa acqua, mescolandosi al magma, forma una colata di fango che scorre per diverse migliaia di km. Si chiama vulcanesimo effusivo quando invece la lava è molto fluida, perciò esce dal cratere molto lentamente ma molto spesso (il più grande vulcano del mondo che è il Mauna Loa dell’Hawaii è un tipico esempio di vulcano effusivo, e la lava fuoriesce molto lentamente, ma molto spesso, perciò brucia tutta la vegetazione circostante. Il vulcano italiano Etna inizialmente era un vulcano di tipo effusivo, ma adesso è di tipo misto cioè alterna delle colate di lava a delle esplosioni vere e proprie). Il vulcanesimo può essere di due tipi ovvero centrale o areale oppure lineare; Centrale significa che il magma fuoriesce dal cratere centrale e non da un cratere secondario; Il vulcanesimo lineare invece è una lunga frattura nella crosta terrestre da cui fuoriesce la lava. Il vulcano centrale può essere a scudo (cioè piatto e largo, le sue eruzioni sono molto frequenti e possono durare per mesi, e ne sono un esempio i vulcani delle Hawaii ovvero il Mauna Loa e il Kilauea ), strato vulcano o a cono (formato da strati di piroclasti e strati di magma solidificato), coni di scorie (chicchi di lava solidificata), o duomo (accumoli di lava solidificata). Si chiama invece lineare quando la lava fuoriesce da delle fratture (le quali sembrano quasi delle chiusure lampo) e solidificandosi questa lava da origine ai cosìdetti plateaux, e se la lava è basica si chiamano plateaux basaltici, e se invece è più acida si chiamano plateaux innibridici ( i più importanti plateaux sono presenti in Islanda). I tipi di eruzione fanno riferimento ai vulcani : Tipo di eruzione a scudo effusivo ( cioè la lava fuoriesce molto lentamente, i gas fuoriescono e formano delle nubi ardenti; i vulcani presenti in Italia hanno questo tipo di eruzione e sono lo Stromboli, Vulcano, Etna, Vesuvio e i vulcani delle isole Eolie; lo Stromboli e Vulcano hanno un’attività più frequente, e lo Stromboli è l’unico vulcano l’Europa che ha eruzioni continue ma tranquille; l’eruzione del vulcano chiamato Vulcano invece è mista, ma non è violenta, l’Etna inizialmente era di tipo effusivo, ora è di tipo misto, ma le eruzioni dell’Etna invece sono molto pericolose; mentre il Vesuvio ha una eruzione di tipo esplosivo.) Il vulcanesimo è strettamente legato al fenomeno della tettonica delle placche.