Geografia fisica - Riassunto esame sulle rocce ignee

Rocce ignee: rocce solidificate da fusi

Classificazione delle rocce ignee

Attualmente le rocce ignee vengono classificate esattamente come facevano i geologi alla fine del XIX secolo, cioè tenendo conto di:

• Della tessitura
• Della composizione mineralogica e chimica

Tessitura

I geologi suddividono le rocce a grana cristallina grossa da quelle a grana cristallina fine. È una distinzione che si può stabilire facilmente sul terreno: è facile distinguere a occhio nudo i singoli cristalli di una roccia a grana grossa come il granito. I cristalli delle rocce a grana fine sono troppo piccoli per essere visibili anche con l’ausilio di una lente di ingrandimento.

Primo indizio: le rocce vulcaniche

I primi geologi poterono osservare rocce vulcaniche formarsi da lave emesse durante eruzioni vulcaniche. Questi geologi notarono che, quando la lava si raffredda rapidamente, si trasformava in una roccia a grana cristallina fine o in una roccia vetrosa, nella quale non si riuscivano a distinguere i cristalli. Dove la lava si raffreddava più lentamente come al centro di una colata spessa molti metri si formavano cristalli alquanto più grandi.

Secondo indizio: studi di laboratorio sulla cristallizzazione

I minuscoli cristalli che iniziano a cristallizzare presentano una prima struttura ordinata: nuovi atomi o nuovi ioni si aggiungono in modo tale che i piccoli cristalli si ingrandiscono. Gli atomi o gli ioni impiegano un certo tempo per “trovare” i loro posti corretti in un cristallo in accrescimento, pertanto i cristalli di grandi dimensioni si formano soltanto se la cristallizzazione avviene lentamente. Perciò, se un liquido solidifica molto rapidamente, come fa un magma quando erutta sulla superficie fredda della Terra, i cristalli non hanno tempo per ingrandirsi: si formano allora numerosi minuscoli cristalli.

Terzo indizio: i graniti, testimonianze di un lento raffreddamento

Lo studio dei vulcani permise ai primi geologi di legare le tessiture cristalline fini con il rapido raffreddamento dei materiali caldi emessi in superficie. James Hutton, uno dei padri della geologia moderna, mentre conduceva ricerche sul terreno in Scozia, ebbe modo di osservare graniti che attraversavano e interrompevano la stratificazione di alcune rocce sedimentarie; egli notò che le rocce sedimentarie risultavano fratturate e invase dal granito, come se questo vi fosse penetrato allo stato fuso. Nell’esaminare un numero sempre crescente di graniti, Hutton concentrò l’attenzione sulle rocce sedimentarie ad essi adiacenti. Poté così osservare che le rocce al contatto con i graniti avevano un aspetto diverso da quello delle rocce dello stesso tipo. Hutton concluse che le modificazioni delle rocce sedimentarie erano state causate dal grande calore emanato dal granito. Questo studioso notò anche che il granito era costituito di cristalli intercompenetrati, uniti insieme come gli elementi di un puzzle. Sulla base di questi tre diversi tipi di osservazioni, Hutton vide confermata la sua ipotesi che il granito si formasse da un materiale fuso caldo che solidificava in profondità all’interno della Terra. Ben presto altri geologi, che osservarono le stesse caratteristiche in graniti affiorati in luoghi molto distanti in tutto il mondo, giunsero a riconoscere che il granito e molte altre rocce simili a grana grossa erano i prodotti della lenta cristallizzazione dei magmi all’interno della Terra.

Rocce ignee intrusive

È ora possibile cogliere il vero significato della differenza di tessitura che caratterizza le rocce ignee. La tessitura è in relazione con la velocità di raffreddamento e, quindi, con l’ambiente in cui esso ha luogo. Una roccia ignea intrusiva deriva dal raffreddamento di un magma che si è fatto strada tra le rocce circostanti, che sono denominate rocce incassanti.

Rocce ignee effusive

Il rapido raffreddamento sulla superficie terrestre produce la grana cristallina fine o l’aspetto vetroso delle rocce ignee effusive. Queste rocce si formano quando le lave o altri materiali caldi vengono eruttati dai vulcani. Le rocce effusive appartengono a due grandi categorie:

• Lave: Le rocce vulcaniche che hanno origine dalle lave hanno aspetto variabile: la loro superficie può apparire da levigata e “a corda”, fino ad affilata, spigolosa e frastagliata.
• Rocce piroclastiche: Nelle eruzioni più violente, quando vengono scagliati in aria brandelli di lava, si formano frammenti solidi detti piroclasti. I frammenti più minuti sono le ceneri vulcaniche. Tutte le rocce vulcaniche che derivano dalla litificazione di questi materiali vengono denominate piroclastiti.

Una roccia piroclastica è la pomice, che si presenta come una massa di schiuma vetrosa, ricca di vescicole, cioè di piccole cavità lasciate dai gas sciolti nel magma e liberatisi dal fuso in via di solidificazione. Un’altra roccia vulcanica a pasta tutta vetrosa è l’ossidiana; a differenza della pomice, essa contiene soltanto piccole vescicole e appare solida e densa. Una volta scheggiata o ridotta in frammenti, l’ossidiana presenta contorni taglienti.

Roccia porfirica

È una roccia effusiva che ha una particolare tessitura: cristalli di grandi dimensione che “galleggiano” in una matrice, chiamata in genere pasta di fondo, a grana cristallina prevalentemente fine. In queste rocce i cristalli grandi, detti fenocristalli, hanno cominciato a formarsi quando il magma si trovava ancora in profondità, all’interno della Terra; successivamente, prima che se ne potessero accrescere degli altri, un’eruzione vulcanica ha portato fino in superficie il magma a grana cristallina fine, che costituisce la pasta di fondo. La tessitura porfirica è molto importante per un geologo, perché mette in evidenza che minerali diversi possono crescere con velocità differenti.

Composizione chimica e composizione mineralogica

Si è visto che è possibile suddividere in gruppi le rocce ignee in base alla loro tessitura, ma esse sono classificabili anche in base alla loro composizione chimica e mineralogica. Le classificazioni moderne raggruppano le rocce ignee secondo il contenuto relativo dei minerali silicatici. I minerali silicatici—il quarzo, i feldspati, le miche, i pirosseni, gli anfiboli e le olivine—costituiscono una serie sistematica. I minerali sialici (o felsici) sono ricchi in silice, mentre i minerali femici (o mafici) sono poveri in silice. Gli aggettivi sialici e femici sono utilizzati sia in riferimento ai minerali sia alle rocce che hanno un elevato contenuto di tali minerali. I minerali femici cristallizzano a temperature più elevate di quelli sialici, quindi sono i primi a formarsi durante il raffreddamento di un magma.

Rocce sialiche

Le rocce ignee sialiche contengono poco ferro e poco magnesio, ma sono ricche in minerali ad elevato contenuto in silice. Questi minerali includono il quarzo, l’ortoclasio e i plagioclasti. Sia i minerali che le rocce sialiche hanno in genere un colore chiaro. Il granito, una delle rocce intrusive più comuni, contiene circa il 70% di silice; la sua composizione mineralogica comprende quantità abbondanti di quarzo e di ortoclasio e una minore quantità di plagioclasti. Sono proprio questi minerali sialici di colore chiaro che conferiscono al granito il suo colore generalmente roseo e grigio. La riolite è il corrispondente effusivo del granito. Questa roccia, di colore dal bruno chiaro al grigio, ha la stessa composizione sialica del granito e una colorazione relativamente chiara, ma presenta grana molto più fine. Molte rioliti sono costituite in buona parte o del tutto da vetro vulcanico.

Rocce neutre intermedie

Le rocce ignee neutre occupano una posizione intermedia tra i termini estremi sialici e femici della serie; come indica il loro nome, non contengono tanta silice, ma neanche tanto poca quanto le rocce femiche.

Rocce femiche

Il gabbro, che contiene percentuali di silice ancora minori delle rocce neutre, è una roccia ignea intrusiva a grana grossa, di colore grigio scuro. Questa roccia è ricca di minerali femici, specialmente pirosseni, ma è priva di quarzo e contiene soltanto moderate quantità di plagioclasio ricchi di calcio. Il basalto, è una roccia a grana fine, di colore dal grigio scuro al nero, e rappresenta il corrispondente effusivo del gabbro; è la roccia ignea più abbondante nella crosta terrestre e praticamente costituisce la base di tutti i fondali oceanici. Sui continenti, la sovrapposizione di estese e spesse colate di basalto ha dato origine a grandi plateau basaltici (es. Columbia Plateau).

Rocce ultrafemiche

Le rocce ultrafemiche sono costituite prevalentemente da minerali femici e contengono feldspati in quantità inferiore al 10%. Tra queste rocce, con una percentuale molto bassa in silice, solo il 45% circa, si trova la peridotite; è una roccia a grana grossa, di colore grigio verdastro scuro ed è costituita principalmente di olivina. Le peridotiti sono le rocce dominanti nel mantello terrestre e rappresentano la sorgente delle rocce basaltiche che si formano in corrispondenza delle dorsali oceaniche. Le rocce ultrafemiche sono raramente effusive. Esse si formano a temperature molto elevate per accumulo di cristalli al fondo di una camera magmatica; di conseguenza, solo molto raramente possono dare origine a un liquido e, quindi, non arrivano a risalire fino a produrre tipiche lave.

Come si formano i magmi?

Dal modo in cui la Terra trasmette le onde sismiche sappiamo che la massa del pianeta è solida per migliaia di chilometri, fino al limite nucleo-mantello. Le eruzioni vulcaniche, tuttavia, indicano che debbono esistere anche zone allo stato liquido, nelle quali hanno avuto origine, e si formano tuttora, i magmi.

Come fondono le rocce?

Sebbene ancora non siano ben chiari i meccanismi di fusione e solidificazione, i geologi hanno imparato molto attraverso esperimenti in laboratorio sulla fusione delle rocce. Si è appreso che la temperatura di fusione di una roccia dipende dalla sua composizione e dalle condizioni di temperatura e pressione.

Temperatura e fusione

Quando, all’inizio del XX secolo, i petrografi cominciarono a eseguire esperimenti, si accorsero che una roccia non fondeva tutta insieme a una data temperatura. Questa fusione parziale si verifica perché i minerali che compongono una roccia hanno differenti temperature di fusione: all’aumentare della temperatura, alcuni minerali fondono, mentre altri rimangono allo stato solido. Se, raggiunta una certa temperatura, si mantengono costanti le condizioni generali, la fusione si arresta e permane stabile un miscuglio di roccia allo stato solido e fuso. La frazione di roccia che si trova allo stato fuso a una determinata temperatura prende il nome di fuso parziale. Il rapporto tra liquido e solido in un fuso parziale dipende dalla composizione e dalle temperature di fusione dei minerali che formano la roccia di partenza e dalla temperatura della crosta o del mantello alla profondità a cui ha luogo la fusione. All’inizio del XX secolo i petrografi si basarono su queste nuove conoscenze sui fusi parziali per determinare come si possono formare differenti tipi di magma a differenti temperature e in differenti regioni all’interno della Terra. Come si può immaginare, la composizione chimica di un fuso parziale in cui sono fusi soltanto i minerali con le più basse temperature di fusione può essere notevolmente diversa da una roccia totalmente fusa. Pertanto, magmi basaltici che si formano in differenti regioni del mantello possono avere composizioni alquanto diverse. Da queste considerazioni i petrografi poterono concludere che i diversi magmi derivano da diverse percentuali di fusi parziali.

Pressione e fusione

Non tutti sanno che l’acqua messa in un contenitore resistente e sottoposta a forti pressioni congela; bene, si è scoperto che, in risposta alle variazioni di pressione, le rocce si comportano proprio allo stesso modo. Per comprendere a fondo il ruolo della pressione di fusione, occorre tener presente il ruolo della pressione, che, nell’interno della Terra, aumenta con la profondità in conseguenza del peso via via crescente delle rocce sovrastanti.