Geologia di base con laboratorio

TRASPORTO CHIMICO

L’alterazione dei minerali primari, la formazione dei nuovi minerali autigeni(Per

autigenesi (dal greco aythi, nello stesso luogo) si intende il processo di

formazione dei nuovi minerali, che avviene durante la diagenesi delle rocce

sedimentarie. Questo processo avviene nel sottosuolo a bassa profondità,

solitamente entro rocce sedimentarie, spesso non consolidate, in condizioni di

temperatura non elevata e bassa pressione, e questo lo differenzia dalla

formazione dei minerali nelle rocce ignee o dalle trasformazioni mineralogiche per

metamorfismo. Spesso l'autigenesi provoca la deposizione di cemento calcareo

(sotto forma di aragonite o, meno frequentemente, calcite) o più raramente

siliceo. Alcune miche e minerali argillosi possono essere generati durante questo

processo, riducendo la porosità e la permeabilità della roccia. ) ed il bilancio

stesso delle reazioni che avvengono in ambiente sedimentario è strettamente

legato alla possibilità che hanno gli ioni di muoversi. Questa loro capacità di

muoversi è data dal potenziale ionico ,dal PH della soluzione e dal potenziale di

ossido-riduzione. La forza di attrazione ione-acqua è strettamente dipendente dal

potenziale ionico dell’elemento. Il potenziale ionico è il rapporto tra il raggio ionio

e la carica ionica. Potenziale Ionico= Z/r

Z = carica

r = raggio ionico

E' usato per stimare il destino degli ioni rilasciati durante l'alterazione, cioè se

sono liscivianti o rimangono nel suolo. Maggiore è il potenziale ionico di un

elemento maggiore è la capacità di questo di andare in soluzione. per esempio il

raggio ionico del potassio e minore di uno quindi esso è poco solubile mentre

quello del sodio e maggiore o uguale a uno quindi sicuramente il sodio sarà più

solubile del potassio. perciò maggiore è la capacità di un elemento di andare in

soluzione maggiore è la probabilità che questo venga trasportato in soluzione

nell'acqua. Anche il pH della soluzione è importante per il trasporto. l'acqua a

+ -

tutte le temperature è parzialmente dissociata in H e OH . La dissociazione è

pari a 10-7 moli/litro; il pH è il logaritmo decimale dell’inverso della

concentrazione degli ioni H, pertanto esso è pari a 7. il valore del pH nella acque

meteoriche e fluviali varia a seconda delle condizioni. il valore del pH influenza la

solubilità di ossidi ed idrossidi di ferro e alluminio oltre che della silice colloidale

proveniente dalla destabilizzazione dei minerali primari. altro fattore importante è

il potenziale di ossido-riduzione(Eh) che misura le capacità di ossidazione che

possiede una soluzione.

Dalla degradazione meteorica in situ delle rocce si origina un detrito con 3

differenti granulometrie: La componente grossolana (ruditica) si genera dalla

frammentazione meccanica delle rocce; La componente sabbiosa (arenitica) e

quella argillosa (pelitica) costituiscono le due fasi generate dall’alterazione

chimica della roccia. Durante il processo sedimentario che genera le rocce

terrigene le 3 componenti vengono erose, trasportate e sedimentate in maniera

più o meno selettiva in funzione della energia del mezzo di trasporto (es.

3 per le acque correnti) e delle condizioni dell’ambiente

diagramma di Hjulstrom

di sedimentazione:

3 VEDI GRAFICO ILLUSTRAZIONE 1.

Questo grafico ci fornisce il rapporto tra Velocità del flusso, in ordinate, e

granulometria dei clasti. La è un diagramma utilizzato in

curva di Hjulström

idrologia per determinare empiricamente le

aree di erosione, di trasporto e di

deposizione dei clasti nei corsi d'acqua in

funzione delle loro dimensioni e della

velocità della corrente. L'andamento della

curva che separa i campi del trasporto e

della sedimentazione indica che gli elementi

a partire dai 10 μ (sotto tale valore

rimangono in sospensione) sedimentano in

funzione del loro peso, tanto più in fretta

quanto più sono pesanti. L'andamento della

curva che separa i campi dell'erosione e del

trasporto mette in evidenza da un lato che

Illustrazione 1: Diagramma di Hjulstrom per prendere in carico particelle attorno al

micron occorrono, a causa della maggiore coesione dovuta ad azioni

elettrostatiche, velocità dell'ordine di 300 cm/s, che le velocità minime sono

relative alla messa in moto di particelle del diametro tra 10 e 100 μ, dall'altro che

per le particelle superiori a 100 μ la velocità necessaria per prenderle in carico

cresce con la dimensione così che la curva in questo settore è vicina e parallela a

quella limite tra trasporto e sedimentazione. Ciò significa che per le particelle più

grosse il trasporto è praticamente possibile solo se la velocità della corrente è tale

da consentire di mettere in moto particelle di analoghe dimensioni.

Andiamo di seguito a definire alcuni parametri importanti:

1) PORTATA

La Portata è data dal volume di acqua che passa attraverso una determinata

sezione del corso d’acqua nell’unità di tempo:

Q=sV 3

dove Q è la portata, s è la sezione fluviale e V (m /s) è la velocità della corrente

in corrispondenza della sezione considerata.

dove r è il raggio idraulico, i è l’acclività del letto e a è il fattore di rugosità.

2) ENERGIA CINETICA 2

E =QV

t

dove E è l’energia cinetica, Q è la portata e V è la velocità.

t Et= Ed+ En

En = Et – Ed

dove Et è l’energia totale, Ed è l’energia dispersa e En è l’energia netta.

E >E E >0 Erosione in senso stretto

t d n

E <Ed E <0 Sedimentazione

t n

E =E E =0 Trasporto

t d n

IL PROCESSO SEDIMENTARIO E I CRITERI DI ANALISI DELLE ROCCE

SEDIMENTARIE

Costituenti delle rocce sedimentarie e loro significato

Nel linguaggio corrente le rocce sono i materiali della crosta terrestre lapidei,

consolidati. In senso lato però anche i sedimenti sono rocce “sciolte”, non

consolidate. Il processo che trasforma i sedimenti in rocce vere e proprie è la

litificazione.

La Litificazione

La trasformazione di un deposito incoerente in roccia litificata fa parte di

quell'insieme di processi, detti Diagenesi (diagenesis) che interessano un

sedimento a partire dal momento in cui è avvenuta la sua deposizione. La

diagenesi riguarda le trasformazioni che avvengono a temperature relativamente

basse, inferiori ai 150-200°C, altrimenti si entra nel campo del metamorfismo con

il quale è comunque difficile tracciare un confine netto. La litificazione avviene

per lo più dopo il seppellimento e la compattazione o costipamento, consistente

nell'espulsione di acqua e determinando una riduzione di volume (certe rocce a

grana fine come le argille hanno una riduzione che arriva anche fino al 50%)

provocando fenomeni di abbassamento del suolo soprastante detto subsidenza.

La cementazione consiste nella precipitazione, all'interno dei pori dei

sedimenti,per lo più di CaCO e a volte di SiO o ossidi di ferro. Con questo

3 2

processo, ad esempio, una ghiaia nella quale percolano acque sotterranee ricche

di bicarbonato di calcio, per deposizione di CaCO nei vuoti tra i clasti si può

3

trasformare in un conglomerato molto duro e resistente. Per alcuni tipi di

sedimenti la litificazione avviene mediante ricristallizzazione, che si manifesta

solitamente con aumento della dimensione dei cristalli. È il caso della

trasformazione in calcare compatto di un limo carbonatico sepolto da altri

sedimenti su fondo marino. Le rocce sedimentarie derivano quindi dall'accumulo

(sedimentazione) e successiva compattazione (diagenesi) di materiale sulla

superficie della crosta terrestre, in corrispondenza di aree dette bacini di

sedimentazione.

I costituenti fondamentali della roccia possono essere classificati in tre distinte

categorie:

Costituenti Terrigeni:derivano dal processo di erosione e di trasporto

– delle terre emerse all'interno del bacino di sedimentazione (es. frammenti di

rocce o di organismi fossili da successioni antiche esposte all'erosione).

Costituenti Allochimici: sostanze precipitate da soluzioni all'interno del

– bacino di sedimentazione, ma diverse (“allo”) dai normali precipitati (“orto”)

in quanto rimobilizzati come solidi all'interno dei bacini (es.gusci di

organismi, peloidi, ooliti).

Costituenti Ortochimici: sostanze derivanti da precipitati di soluzioni

– classificate normali in quanto non hanno subito rimaneggiamenti all'interno

del bacino (es. evaporiti, calcite microcristallina, cemento cristallino).

Le rocce sedimentarie vengono tradizionalmente suddivise, in base alla loro

origine, in terrigene (o silicoclastiche), organogene e di deposito chimico (o più

semplicemente chimiche). Le rocce composte da frammenti denominati clasti

sono le clastiche; queste comprendono tutte le terrigene, derivate da frammenti

di rocce preesistenti, e quella parte di organogene formate da accumulo di

frammenti di gusci di organismi, frantumati o abrasi dal moto ondoso o da

correnti. Le rocce sedimentarie si studiano per lo più in sezione sottile; si possono

in tal modo individuare maggiori dettagli delle loro caratteristiche tessiturali e

composizionali, riconoscendo gli organismi di cui sono eventualmente costituite,

nel caso che questi siano microscopici. Per lo studio degli organismi di minori

dimensioni, come ad esempio i coccoliti, si ricorre spesso al microscopio

elettronico. I coccoliti sono piastre d alghe unicellulari facenti parte del

fitoplancton: hanno grandezza dell'ordine del micron e costituiscono sedimenti

oceanici caratteristici.

Classificazione rocce clastiche e particellari

Classificazione di Folk,1974

Il diagramma triangolare di Folk (Terrigeni,allochimici,e ortochimici) classifica

tutto l'insieme delle rocce sedimentarie, sulla base delle percentuali delle tre

componenti fondamentali riconoscibili al loro interno. Le rocce con prevalenza

della componente terrigena vengono dette Terrigene o Clastiche e costituiscono

il prodotto finale di un processo sedimentario che prevede la sequenza seguente:

1) Disgregazione rocce affioranti per degradazione meteorica;

2) Erosione del materiale disgregato;

3) Trasporto del materiale eroso;

4) Deposizione del materiale trasportato.

Le rocce con prevalenza di materiale allochimico e quelle con prevalenza di

materiale ortochimico costituiscono le rocce di origine chimica s.l. Le prime, le

allochimiche, di natura prevalentemente carbonatica, spesso di origine

organogena. Le seconde