Appunti di geochimica

Le Condriti

Sono meteoriti primitivi composti da:

• CAI, granuli biancastri sub millimetrici o centimetrici fatti da Ca e Al, con forma irregolare. Sono gli aggregati dei primi minerali che si sono formati per condensazione dei gas della nebulosa solare in raffreddamento.
• CONDRULE, granuli sferoidali fatte da olivine e pirosseni. Sono costituite da cristalli e vetro, aggregato cripto cristallino. La loro forma sferoidale fa pensare che si siano formate dalla rapida cristallizzazione di "gocce" di materiale fuso, ma il processo più verosimile consiste in un rapido e temporaneo riscaldamento della materia solida della nebulosa solare primordiale (riscaldamento prodotto da onde d'urto, collisione di piccoli corpi) e il suo raffreddamento è avvenuto in qualche ora/giorni.

Condrule e cai sono i "solidi primari" che si sono formati nella nebulosa solare prima della formazione dei planetesimi.

MATRICE,

aggregato a grana fine composto principalmente da olivine e/o pirosseni CONDRULE CAILe condriti sono divise in 3 classi:
ORDINARIE: sono le più abbondanti sulla superficie terrestre. Contengono ferro
ENSTATITE: sono meteoriti rare. Sono composte da leghe di Fe/Ni molto elevate e solfuri
CARBONACEE: contengono carbonio in composti organici, idrogeno in silicati idrati, azoto e zolfo. Possono essere idrati. A sua volta sono divise in 8 gruppi
LE METEORITI DIFFERENZIATE:
LE ACONDRITI: Non hanno condrule. Sono composte da olivine, pirosseni e plagioclasi. Provengono dal mantello e dalla crosta di asteroidi differenziati
LE SIDERITI: Formate da leghe Fe/Ni e piccole quantità di solfuri e silicati. Le sideriti provengono dal nucleo di asteroidi differenziati
La classificazione delle sideriti si basa sulla composizione e caratteristiche delle leghe Fe e Ni.
ESAEDRITI: lega con Fe al 94% e Ni al 6% (kamacite) con strisce giallastre di solfuri. Se viene lucidata la superficie con acido nitrico,

mostrano tracce disfaldatura dette linee di Neumann probabilmente provocate da sollecitazionimeccaniche come le onde d'urto, come l'impatto sull'atmosfera terrestre.

OTTAEDRITI: lega con Fe 94-86% e Ni 6-14% (kamacite e taenite). Se viene lucidata la superficie con acido nitrico, mostrano delle lamelle, dette figure di Widmanstatten.

ATAXITI: lega con Fe e Ni superiore al 14%. Sono formate da un aggregato fine di taenite e kamacite. Con lucidatura della superficie ed attacco ad acido nitrico, non mostrano strutture caratteristiche.

LE SIDEROLITI:

Sono costituite da un aggregato di leghe Fe-Ni e di silicati femici. Si formano nella zona di transizione tra il nucleo metallico e il mantello silicatico. Sono divise in:

PALLASITI: noduli di olivine cementate da lega Fe-Ni

MESOSIDERITI: sono brecce con silicati e leghe Fe-Ni. Sono aggregati dall'impatto di due asteroidi differenziati. Dopo la collisione si è avuta l'aggregazione della lega, proveniente dal nucleo di un asteroide.

La sequenza di condensazione spiega le caratteristiche chimiche, mineralogiche e petrografiche delle condriti. La condensazione è la formazione di solidi da gas in raffreddamento. La sequenza di condensazione è la successione di minerali che si sono formati con il raffreddamento della nebulosa solare.

I costituenti solidi delle condriti si sono formati per condensazione durante specifici intervalli di temperatura. La nebulosa solare primordiale aveva composizione condritica ed elementi volatili, temperatura 2000K, pressione 10 atm e materiale allo stato gassoso.

1. Primi elementi a condensare sono stati gli elementi del gruppo dei platinoidi (Pt-Pd-Os-Ru) e hanno formato piccoli granuli metallici che sono stati rinvenuti all'interno di cai.
2. Al diminuire della temperatura si sono formati i minerali dei cai (Ca-Mg-Al).
3. Formazione dei minerali delle condrule, olivine e pirosseni magnesiaci (diopside-forsterite-enstatite).

Al diminuire delle temperature e in condizione di equilibrio, la forsterite e diopside hanno reagito con i gas della nebulosa solare e hanno formato anortite.

A temperature più basse, 1000K, è condensato il sodio e si sono formati plagioclasi.

A temperature tra 900-500K il Fe allo stato gassoso nella nebulosa solare, ha reagito con forsterite ed enstatite, formando olivine e pirosseniferromagnesiaci. È condensato lo zolfo con formazione del solfuro di ferro.

Sotto i 500K si è formata la matrice delle condriti. Il Fe ha reagito con l'ossigeno per formare magnetite e i silicati hanno reagito con acqua creando fillosilicati. A queste temperature si sono formati anche carbonati e solfati. Il carbonio è andato a costituire anche composti organici.

Tutta la sequenza di condensazione è avvenuta in condizioni di disequilibrio.

La formazione dei pianeti del sistema solare:

La nebulosa solare primordiale: era presente prima della formazione del Sole e degli altri pianeti.

Era costituita da gas (H- He -C- N) e polveri (solidi, come i minerali, prodotti secondo la sequenza di condensazione). Inizialmente era una nebulosa omogenea dal punto di vista chimico, temperatura 10-20K e alta densità.

IL SISTEMA SOLARE:

La nebulosa solare ha formato una stella (Sole) e 9 pianeti (Plutone definito pianeta nano).

PIANETI INTERNI O TERRESTI:

Mercurio, Venere, Terra, Marte.

PIANETI ESTERNI GASSOSI GIGANTI:

Giove e Saturno.

PIANETI ESTERNI DI GHIACCIO:

Urano, Nettuno, Plutone. Dalla nebulosa solare al sistema solare... La materia si è aggregata e poi è collassata, probabilmente questo fenomeno è avvenuto spontaneamente. La gran parte della materia (99,8%) si è addensata nella parte centrale della nebulosa formando una regione più densa, chiamata PROTOSOLE. Il restante materiale si è schiacciato formando un disco, composto da polveri e gas, intorno alla regione centrale con una velocità di rotazione elevata. Nella fase di

contrazione della nebulosa solare, il protosole è collassato, la temperatura è aumentata fino a raggiungere valori intorno a 10 K e così sono iniziate le reazioni di fusione nucleare caratteristiche dell'hydrogen burning. Così il protosole è diventato una stella, il Sole. Inizia l'azione del vento solare, un flusso di particelle (protoni-elettroni) emessa dalla parte più esterna del Sole, liberando le parti interne del disco spingendo gli elementi chimici volatili, per lo più gassosi, nella zona più esterna del sistema solare. Le polveri nel disco della nebulosa solare si sono aggregate tra loro formando corpi solidi, da particelle a sferoidi. Si sono formati i PLANETESIMI. Le dimensioni dei planetesimi sono sempre di più aumentate a causa di successive aggregazioni di polveri. Hanno assunto una forma sferica creando i PROTOPIANETI. Successivamente si formano i PIANETI. La composizione chimica della nebulosa solare e

pianeti:

-La nebulosa solare : composta per gran parte da H-He (98,5%).

-I pianeti interni o terrestri:hanno un mantello silicatico e un nucleo con legaFe-Ni. Molto impoveriti di H-He rispetto al Sole. Nella parte interna del discosolare le temperature più alte hanno ritardato l’aggregazione deiplanetesimi, essendo così impoveriti di elementi volatili (H-He-K-Na) chesono stati spostati in zone più esterne del sistema solare.

-I pianeti esterni gassosi giganti : hanno una composizione simile al Sole.Hanno un nucleo solido formato da silicati e leghe Fe-Ni. E’ circondato da unguscio di idrogeno metallico liquido, detto mantello interno, e da un guscio13costituito da idrogeno molecolare ed elio allo stato liquido, detto mantelloesterno

-I pianeti esterni di ghiaccio: hanno un nucleo formato da silicati , un gusciointerno composto da metano-ammoniaca-idrogeno-elio sia allo stato solidoche liquido. Il guscio esterno è gassoso e formato da idrogeno ed elio.

Questi pianeti si sono formati lentamente a causa di basse densità, perché si trovano nella parte marginale della nebulosa solare. In questo caso il vento solare ha molto influenzato la composizione chimica dei pianeti. Ovviamente i meccanismi (come vento solare) e i tempi di formazione del sistema solare hanno comportato a una differenziazione nella chimica dei pianeti rispetto agli elementi chimici nella nebulosa solare primordiale. La composizione chimica della Terra: - 30% Fe+O - 16% Si+Mg - 1-2% Ni+Ca+Al - <1% S-Cr-Na Sono percentuali molto diverse rispetto alla composizione chimica della nebulosa solare, che era composta, per il 98,5% da H+He (spostati in parti esterne del sistema solare) Nucleo: Fe Mantello: SiO2+ MgO+FeO +CaO+Al2O3 Crosta oceanica: SiO2 + CaO+Al2O3+MgO+FeO Crosta continentale: SiO2 +CaO+Al2O3+MgO+FeO Origine ed evoluzione della Terra: PRIMA DIFFERENZIAZIONE GEOCHIMICA: (si è formato il nucleo e mantello) Innalzamento temperatura determina la fusione totale del

materiale dellao proto-TerraFormazione di due fusi immiscibili, uno silicatico e l'altro metallico, questo è dovuto dal differente tipo di legame che caratterizza le due componenti

FUSO METALLICO: è confluito il Fe e in minor misura il Ni-O-Si e S. Aveva una densità elevata ed è migrato al centro del pianeta, creando così il NUCLEO TERRESTRE.

FUSO SILICATICO: Costituito da O-Si-Mg-Fe, formando un guscio intorno al nucleo, creando così il MANTELLO TERRESTRE.

Nella prima differenziazione geochimica gli elementi si sono ripartiti nelle 3 fasi che si sono formate (i due fusi e la proto-atmosfera), in base alla loro affinità geochimica, ovvero, l'affinità di un elemento chimico per una determinata fase.

Sono divisi in:

• fase atmofili - gas
• fase litofili - silicatici
• fase calcofili - solfuri
• fase siderofili - metallici

Gli elementi calcofili hanno affinità per lo zolfo e formano solfuri. Sono concentrati nel nucleo terrestre. Ne fanno parte

elementi come Cu-Zn-Ag-Hg-Pb-Bi ¹⁵Elementi siderofili hanno affinità per la fase metallica e formano leghe metalliche. Sono arricchiti nel nucleo terrestre. Ne fanno parte elementi come Fe-Co-Ni-AuElementi litofili hanno affinità con l'ossigeno e formano principalmente silicati ed ossidi. Nella prima differenziazione geochimica sono andati nel fusosilicatico e poi nella crosta terrestre. Ne fanno parte gli alcalini, alcalino-terrosi, alogeniElementi atmofili hanno affinità con la fase gassosa. Sono elementi volatili, e quindi, sono concentrati nell'atmosfera. A causa della loro volatilità, sulla T