Appunti Geologia 1

Queste Dispense trattano gli argomenti del Corso di Geologia 1 che ha come

obbiettivi:

 La classificazione e il corretto riconoscimento delle rocce sedimentarie

 l’analisi dei processi sedimentari (erosione-trasporto-deposizione)

 classificazione e degli ambienti sedimentari e relazione tra una roccia e

l’ambiente di deposizione

 l’utilizzo delle diverse metodologie di analisi nello studio di successioni

stratigrafiche 1

l’evoluzione della terra come risultato dell’interazione tra

La geologia studia le rocce per ricostruire

processi fisici, chimici, biologici.

La stratigrafia (scrivere gli strati) fornisce le tecniche di lavoro per lavorare sulla storia della terra,

integra le diverse discipline inquadrandole in una visione più coerente di come la terra e la vita si siano

evolute. Si occupa di: rocce e processi sedimentari, ricostruire la storia dei bacini sedimentari,

l’influenza dei vari

discriminare fattori (clima, vulcanismo, nutrienti, tettonica) sugli organismi, ambienti

sedimentari e sulle geometrie dei corpi sedimentari anche al fine della ricerca di materiali utili (rocce,

sali, olio, gas), inquadramento spazio-temporale dei corpi sedimentari.

Le rocce sono aggregati naturali di diversi minerali, talvolta anche di sostanze non cristalline, di solito

compatti, che formano masse ben individuabili; possono essere eterogenee oppure omogenee

(monominerali).

In alcune è presente un solo minerale essenziale: i calcari, ad esempio, sono costituiti quasi interamente

da calcite; in altre si trovano diversi minerali: i conglomerati, ad esempio, possono avere una

composizione mineralogica molto complessa. La determinazione della composizione mineralogica di una

roccia è molto importante per la sua conoscenza e la sua classificazione.

Le rocce costituiscono la parte esterna della Terra denominata crosta. La Terra è costituita da 3 parti

distinte: nucleo, mantello e crosta. La crosta ha uno spessore variabile da alcuni Km (al di sotto dei

bacini oceanici) ad alcune decine di Km (al di sotto dei continenti).

Lo studio della crosta terrestre viene effettuato mediante osservazione diretta, mentre lo studio delle parti

interne della Terra si effettua mediante metodi geofisici; la natura del mantello e del nucleo è quindi

deducibile solamente in forma indiretta. Anche lo studio delle onde sismiche conferma le diverse

condizioni dell'interno della terra individuando una serie di discontinuità che separano le singole parti.

Ci sono, in sintesi, 3 superfici di discontinuità in corrispondenza delle quali le onde sismiche cambiano

improvvisamente velocità di propagazione. Questi cambiamenti di velocità rappresentano variazioni di

composizione chimica o di temperatura e pressione o di stato di aggregazione della materia.

La prima di queste superfici, detta Mohorovicic o Moho, (tra 5 e 70 km di profondità) delimita

lo strato iniziale della struttura interna terrestre: quanto si trova al di sopra della Moho si chiama crosta.

La seconda discontinuità, detta di Gutemberg, si trova a circa 2900 km di profondità.

Si chiama mantello quanto si trova tra la Moho e la Gutemberg. Al di sotto della discontinuità di

Gutemberg, e fino al centro della Terra si trova il nucleo. La terza superficie, quella di Lehmann, si trova

a circa 5100 km e divide il nucleo in due parti: nucleo esterno e nucleo interno. 2

La litosfera comprende la crosta e una parte del mantello, la parte più esterna fino a circa 100 km di

profondità nelle zone oceaniche e fino a circa 120-130 km ed oltre in quelle continentali.

La litosfera ha un comportamento abbastanza uniforme di tipo rigido, tipico di solidi con temperature

lontane da quella di inizio fusione. Al disotto della litosfera, è presente, una zona parzialmente fusa detta

astenosfera. I sismologi indicano questa zona come Low - Velocity Zone (LVZ) in quanto all'interno di

essa le onde sismiche vengono significativamente rallentate. L'astenosfera si estenda fino a 350 km di

profondità e il suo limite inferiore è marcato dall'aumento di velocità delle onde sismiche.

Lo strato che si estende dalla base dell'astenosfera (350 km di profondità) fino al nucleo, viene chiamato

mesosfera, al cui interno si riscontrano 2 discontinuità a 400 e a 650 km di profondità caratterizzate da

bruschi aumenti di velocità. Tali discontinuità corrispondono a brusche variazioni di densità.

La suddivisione in crosta, mantello e nucleo è

fatta in base alla diversa composizione delle

rocce terrestri. Se si considerano invece le

caratteristiche meccaniche, (come la risposta a

uno sforzo, la capacità o meno di fluire e di

deformarsi, ecc.) la Terra può essere suddivisa,

dall'esterno verso l'interno, in litosfera,

astenosfera, mesosfera e nucleo. La crosta terrestre è formata per il 98,6% da 8

elementi chimici.

Ogni roccia è contraddistinta da una

determinata composizione mineralogica, cioè

dal tipo e dalla quantità percentuale dei

minerali che la costituiscono.

Ogni roccia è costituita da pochissimi

minerali, detti fondamentali; gli eventuali altri

minerali, presenti in percentuale minore, sono

detti accessori.

Le rocce vengono classificate in base all'origine dei minerali di cui sono costituite ovvero in base

al processo che ne ha determinato la genesi e si distinguono in rocce ignee che derivano

direttamente dal raffreddamento del magma sia superficiale (eruzioni vulcaniche) che profondo

(camera magmatica), rocce sedimentarie che si originano dalla deposizione e successiva

compattazione dei prodotti di disgregazione e alterazione di rocce preesistenti trasportati dai fiumi,

dai ghiacciai e dal vento e rocce metamorfiche che derivano da rocce preesistenti che subiscono

modificazioni cristalline dovute in genere ad aumenti di temperatura e/o di pressione, spesso legati

a fenomeni tettonici. Percentuali delle

rocce nella

crosta terrestre 3

Le ROCCE MAGMATICHE o IGNEE

Derivano dalla fusione e successivo raffreddamento del magma (massa fusa e incandescente di minerali

presenti all’interno della crosta terrestre o nella parte superiore del sottostante mantello).

I magmi vengono suddivisi in quattro tipi principali a seconda della percentuale di silice (SiO2) in

essi contenuta:

MAGMI ACIDI % SiO2 > 65%

MAGMI NEUTRI 52% < SiO2 < 65 %

MAGMI BASICI % SiO2 <55%

MAGMI ULTRABASICI % SiO2 <45%

I magmi acidi differiscono da quelli basici, oltre che per il contenuto di SiO2 anche per composizione

chimica, temperatura e viscosità. I magmi basici presentano infatti temperature di formazione iniziali

attorno ai 1200 °C, maggiori rispetto a quelle dei magmi acidi che sono invece tra 800 e 1000 °C: i

acidi sono però più viscosi di quelli basici, perché la viscosità aumenta all’aumentare

magmi del

contenuto di ossidi di silicio e di alluminio.

Poiché il magma ha una densità minore delle rocce solide, appena trova delle fenditure tende a salire

l’alto. Lungo il suo percorso trova però delle rocce più fredde a cui cede calore per conduzione,

verso

raffreddandosi.

La diversa natura chimica dei minerali che costituiscono il magma fa sì che durante il raffreddamento non

solidifichino tutti contemporaneamente e allo stesso modo non fondono tutti contemporaneamente:

la solidificazione del magma avviene quindi gradualmente, per frazioni, secondo un processo chiamato

cristallizzazione frazionata (il processo opposto è la fusione frazionata).

A parità di composizione mineralogica le rocce ignee vengono classificate in base al modo in cui il

magma si raffredda per cui si hanno:

–

Rocce intrusive o plutoniche Quando il processo di raffreddamento della massa fusa è

avvenuto lentamente in profondità. Queste rocce hanno una struttura costituita da cristalli ben

formati con una disposizione ordinata delle particelle e visibili ad occhio nudo perché la lentezza di

raffreddamento del magma ha permesso di raggiungere un ordine cristallino.

–

Rocce effusive o vulcaniche Quando il processo di raffreddamento della massa fusa è avvenuto

rapidamente sulla superficie in seguito ad un brusco abbassamento della temperatura e della pressione

( dia alcune migliaia di atmosfere): la massa fusa si consolida rapidamente e i gas magmatici si

disperdono rapidamente nell’atmosfera. Il passaggio allo stato solido si verifica bruscamente impedendo

ai cristalli di crescere e di raggiungere un ordine cristallino e la roccia assume una struttura amorfa o

vetrosa: si formano così cristalli molto piccoli da poter essere visti solo al microscopio che danno origine

ad una struttura cristallina non ordinata detta anche microcristallina.

LE ROCCE METAMORFICHE

Quando sono sottoposte a temperature elevate o a forti pressioni, le rocce magmatiche e sedimentarie

possono subire forti cambiamenti nella composizione mineralogica (il tipo di minerali di cui sono

costituite) e/o nella struttura (la disposizione dei minerali al loro interno). Sono chiamate metamorfiche

quelle rocce che hanno subito una trasformazione rispetto alla struttura originaria.

LE ROCCE SEDIMENTARIE

Le rocce sedimentarie si formano per accumulo di materiali di tipo diverso, ad opera di agenti esogeni, in

ambiente subaereo o subacqueo. Alcune rocce sedimentarie derivano dall'accumulo di fossili di organismi

marini, altre sono il risultato di precipitazione chimica diretta di sostanze disciolte nell'acqua marina, altre

sono il risultato dell'accumulo di frammenti erosi da rocce pre-esistenti. 4

James Hutton riconobbe la natura ciclica delle trasformazioni geologiche. Nel tempo diversi cicli

orogenetici hanno caratterizzato la terra già a partire dall’archeano. Le grandi famiglie di rocce sono

legate fra loro attraverso il ciclo litogenetico.

Si può descrivere il CICLO LITOGENETICO partendo dal processo magmatico:

il magma raffreddandosi e consolidandosi in profondità origina rocce intrusive (provocando sulle rocce

circostanti un processo di metamorfismo di contatto) o se raffredda in superficie dà origine a rocce

effusive. Le rocce intrusive possono essere sollevate fino a raggiungere la superficie terrestre dove,

insieme alle rocce effusive sono aggredite dagli agenti esogeni ed entrano nel ciclo sedimentario.

Le rocce sedimentarie come le stesse rocce magmatiche originarie, possono essere seppellite sotto altri

strati di sedimenti e spinte in profondità all'interno della crosta terrestre o essere coinvolte in processi di

formazione di una catena montuosa; si trovano così coinvolte in un processo metamorfico.

Quando poi le rocce, spinte a maggior profondità, solitamente a causa della subduzione della placca

tettonica in cui si trovano, sono sottoposte a un aumento di temperatura e pressione tali da provocare

il fenomeno dell'anatessi, ossia una loro fusione, si forma nuovo magma e il ciclo si chiude

ricominciando. I motori del ciclo litogenetico sono il sole e la radioattività. Mentre le forze che guidano i

processi geologici sono : gravità, tettonica, metamorfismo, ciclo idrologico, chimismo delle rocce.

Il ciclo del carbonio è il ciclo biogeochimico attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra la

geosfera (all'interno della quale si considerano i sedimenti e i combustibili fossili), l'idrosfera (mari e

oceani), la biosfera (comprese le acque dolci) e l'atmosfera della Terra.

Tutte queste porzioni della Terra sono considerabili a tutti gli effetti riserve di carbonio (carbon sinks).

Il ciclo è infatti solitamente inteso come l'interscambio dinamico tra questi quattro distretti.

Gli oceani contengono la maggior riserva di carbonio presente sulla Terra, sebbene essa sia solo in

piccola parte disponibile all'interscambio con l'atmosfera.

Le dinamiche di interscambio sono legate a processi chimici, fisici, geologici e biologici.

alla geosfera(fotosintesi,

Gli scambi che avvengono sono vari: dall’atmosfera precipitazioni)

geosfera all’atmosfera

dalla (respirazione, alterazione delle rocce, processi industriali e vulcanici)

dall’idrosfera dalla geosfera all’idrosfera

alla geosfera (evaporazione) (processi organici(carbone) 5

Le ROCCE SEDIMENTARIE, pur rappresentando in volume solo il 5% della crosta terrestre,

rivestono, con una sottile copertura dello spessore medio inferiore ai 2 km, i tre quarti di tutte le terre

3

emerse ed hanno un volume maggiore di 1 miliardo di km . Questa copertura, per oltre il 99% in volume,

è formata da argilliti, arenarie e rocce carbonatiche.

Il grande interesse per le rocce sedimentarie deriva, dal ruolo che hanno avuto ed hanno tutt'ora nello

sviluppo delle conoscenze geologiche e dalla loro importanza economica.

Infatti le rocce sedimentarie contengono la quasi totalità dei giacimenti di idrocarburi, tutti quelli di

carbon fossile e altri importanti giacimenti di minerali metallici e non metallici (rame, zinco, piombo,

zolfo, etc.) anche se l'origine di molti tra essi è legata ai processi di consolidazione magmatica.

Le rocce sedimentarie si formano sulla, o in prossimità della superficie della terra a temperature e

pressioni relativamente basse principalmente per: deposizione da acqua, vento o ghiaccio -

precipitazione da soluzioni (anche biologicamente mediate) - crescita in situ per processi organici (es.

scogliere).

La formazione di una roccia sedimentaria può essere suddivisa in 4 fasi, che rappresentano il cosiddetto

ciclo sedimentario:

Fase I: alterazione ed erosione delle rocce preesistenti sulla superficie terrestre con formazione di detriti

solidi e di sostanze in soluzione.

Fase II: trasporto del materiale detritico e di quello in soluzione ad opera prevalentemente dei fiumi, dei

venti, dei ghiacciai, con conseguente formazione di sospensioni di varia natura.

Fase III: deposizione (sedimentazione) del materiale in ambiente continentale e/o marino.

Fase IV: formazione della roccia (processo di litificazione dei sedimenti) dovuta prevalentemente alla

pressione esercitata da altri sedimenti che si accumulano in successione, oppure a forze di altra natura in

grado di indurre la formazione di un corpo solido.

L’insieme delle trasformazioni subite da un sedimento dopo la sua deposizione, e durante e dopo la sua

litificazione, va sotto il nome di diagenesi. La diagenesi non comprende le trasformazioni più profonde,

dette metamorfiche, e gli eventuali processi di alterazione ed erosione successivi alla litificazione.

I sedimenti vengono detti rocce coerenti se sono litificati, e rocce incoerenti o rocce sciolte se non lo

sono. 6

EROSIONE

Tutte le porzioni più superficiali delle rocce affioranti sono sottoposte ad alterazione da parte degli agenti

esterni, attraverso due principali azioni: degradazione meteorica (weathering) o alterazione e

asportazione.

Degradazione meteorica (weathering)

L'intensità di quest'azione dipende essenzialmente dalle condizioni climatiche e dalla durata del periodo

di esposizione della roccia, ma anche dalla composizione e dalla struttura di quest'ultima.

La degradazione meteorica può essere:

 fisica, facilitata in modo a volte sostanziale da un assetto stratificato o fortemente fratturato della

roccia. Tra i fattori più importanti di quest'azione ricordiamo il gelo e disgelo (crioclastismo):

Si tratta del congelamento dell'acqua all'interno di fratture del corpo roccioso; gelando l'acqua

aumenta di volume sviluppando forti pressioni all'interno della frattura. In questo fenomeno

assume grande importanza il ciclo gelo-disgelo più che le lunghe gelate, e pertanto le aree più

esposte a questo fenomeno sono le zone montane delle medie e basse latitudini. I differenti

coefficienti di dilatazione e contrazione termica dei minerali (termoclastismo): I

cicli ripetuti di dilatazione e contrazione che la roccia subisce durante il riscaldamento ed il

raffreddamento diurno generano microfratture che progressivamente si allargano. Il fenomeno è

più intenso nelle zone desertiche o montane a più forte escursione termica diurna.

Anche la crescita di minerali all'interno delle fratture chiamato aloclastismo altera le rocce

sempre in relazione ad una crescita di volume e può assumere una importanza rilevante. Un

esempio sono le rocce costiere fratturate dal sale trasportato dall'acqua di mare. Anche l'attività

organica può essere determinante nella disgregazione di un ammasso roccioso; infatti se

pensiamo alle radici degli alberi che si incuneano nel terreno spesso a profondità tali che

incontrano il substrato roccioso e sviluppano grandi pressioni con il proseguire della crescita della

pianta. D'altra parte però le radici possono tenere insieme il materiale alterato ritardando in tal

modo la sua disgregazione.

Il prodotto è un insieme più o meno incoerente di frammenti di roccia di ogni dimensione e forma,

detti genericamente clasti;

 chimica, essenzialmente dovuta all'attacco chimico esercitato dall'acqua su numerosi minerali. Ad

esempio, i feldspati vengono parzialmente disciolti abbandonando minerali argillosi come residuo

insolubile; altri minerali vengono invece completamente disciolti, come la calcite e alcuni silicati

femici.

Esempi di alterazione chimica sono quelli attribuibili al carsismo, alla lisciviazione operata dalle

piogge acide). La degradazione Chimica è un processo causato dall'azione del vapore acqueo,

dall'ossigeno, dall'anidride carbonica e dagli acidi organici e inorganici. I principali processi della

degradazione chimica sono: Idrolisi, Ossidazione, Idratazione e infine Dissoluzione.

L’alterazione fisica e chimica favorisce l’erosione dei suoli ed esiste un rapporto tra i vari climi e i

suoli: climi umidi lateriti e bauxiti, climi temperati terre rosse, climi aridi suoli carbonatici.

stabilità solubilità

bassa alta

olivina

anortite (Ca-plagioclasio)

pirosseni

anfiboli

albite (Na-plagioclasio)

biotite

ortoclasio (K-feldspato)

alta bassa

quarzo 7

A