Geologia Applicata e Idrogeologia - Appunti corso

SOMMARIO

L'INTERNO DELLA TERRA ................................................................................................................... 3

MINERALI .......................................................................................................................................... 3

LE ROCCE ........................................................................................................................................... 4

ROCCE IGNEE O MAGMATICHE ......................................................................................................... 4

RICONOSCIMENTO DELLE ROCCE MAGMATICHE ........................................................................... 7

DISFACIMENTO METEORICO .......................................................................................................... 7

ROCCE SEDIMENTARIE .................................................................................................................... 10

CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE SEDIMENTARIE ........................................................................... 11

LE ARGILLE....................................................................................................................................... 12

L’IDROLISI DEI SILICATI ................................................................................................................. 14

FORMAZIONE DELLA CAOLINITE ................................................................................................... 15

ROCCE PIROCLASTICHE .................................................................................................................... 15

ROCCE METAMORFICHE .................................................................................................................. 16

CICLO LITOGENETICO e PETROGENESI ............................................................................................. 17

METAMORFISMO DA ROCCE DI FAGLIA ........................................................................................... 18

IL SUOLO ......................................................................................................................................... 19

TRASPORTO DEI PRODOTTI DELL'ALTERAZIONE .............................................................................. 20

CARATTERISTICHE FISICO-MECCANICHE DELLE ROCCE .................................................................... 22

LA FORMA DELLA TERRA ................................................................................................................. 26

CURVA IPSOGRAFICA ....................................................................................................................... 26

ANOMALIA GRAVIMETRICA ............................................................................................................. 26

L'ISOSTASI ....................................................................................................................................... 27

FLUSSO DI CALORE .......................................................................................................................... 28

IL CAMPO MAGNETICO ................................................................................................................... 28

LA MAGNETIZZAZIONE DELLE ROCCE .............................................................................................. 28

I FONDI OCEANICI ............................................................................................................................ 29

I VULCANI ........................................................................................................................................ 30

IL MAGMA ....................................................................................................................................... 33

TIPI DI ERUZIONI .............................................................................................................................. 33

TIPI DI VULCANI ............................................................................................................................... 34

VOLCANIC EXPLOSIVITY INDEX (VEI) ................................................................................................ 37

SORVEGLIANZA DEI VULCANI .......................................................................................................... 37

ERUZIONE DEL VESUVIO ............................................................................................................... 38

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FRATTURE E FAGLIE ......................................................................................................................... 39

PIEGHE ............................................................................................................................................ 42

TERREMOTI ..................................................................................................................................... 42

FRANE ............................................................................................................................................. 46

CLASSIFICAZIONE DELLE FRANE .................................................................................................... 50

OCEANI – COMPOSIZIONE E MARGINI ............................................................................................. 55

CICLO GEOLOGICO........................................................................................................................... 57

IL CLIMA .......................................................................................................................................... 59

CARTE E SEZIONI GEOLOGICHE ........................................................................................................ 61

OROGENESI ..................................................................................................................................... 63

STORIA GEOLOGICA DELLA TERRA ................................................................................................... 67

PALEOZOICO.................................................................................................................................... 67

MESOZOICO .................................................................................................................................... 67

CENOZOICO ..................................................................................................................................... 68

QUATERNARIO ................................................................................................................................ 69

CARTA GEOLOGICA, GEOMORFOLOGICA E IDROGEOLOGICA.............................................................. 69

CARTA TOPOGRAFICA ...................................................................................................................... 69

GIACITURA DEGLI STRATI ................................................................................................................ 72

REGOLA DEI LIMITI .......................................................................................................................... 72

ESERCIZIO DI STRATIMETRIA ........................................................................................................... 75

CLASSIFICAZIONE DEGLI AMMASSI ROCCIOSI ..................................................................................... 80

GEOLOGIA NELLE OPERE INGEGNERISTICHE .................................................................................... 84

GEOLOGIA DELLE STRADE ............................................................................................................ 84

GEOLOGIA DELLE GALLERIE .......................................................................................................... 85

GEOLOGIA DELLE FONDAZIONI .................................................................................................... 88

GEOLOGIA DELLE DIGHE ............................................................................................................... 89

PENDII ............................................................................................................................................. 89

SBANCAMENTI E RIPROFILATURE ................................................................................................. 90

BRIGLIE ........................................................................................................................................ 90

PENNELLI ...................................................................................................................................... 90

TERRE ARMATE E RINFORZATE ..................................................................................................... 91

STABILIZZAZIONE VERSANTI – CADUTA MASSI ............................................................................. 91

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L'INTERNO DELLA TERRA

La Terra è suddivisa in involucri concentrici ognuno dei quali ha un relativo spessore. Essi furono

scoperti attraverso lo studio della propagazione delle onde P ed S all'interno del Pianeta: si notò infatti

che queste erano soggette a deviazioni e riflessioni dove cambiavano le caratteristiche del mezzo che

incontravano nel loro cammino, ovvero al passaggio nei diversi involucri terrestri con caratteristiche

fisiche differenti.

La parte più interna del Pianeta è il nucleo, suddiviso in interno ed esterno. Il nucleo interno, solido, si

pensa sia costituito da ferro e nichel; il nucleo esterno, liquido, è costituito oltre che da ferro e nichel

anche da elementi più leggeri quali ad esempio lo zolfo.

Il mantello terrestre costituisce la parte maggiore della Terra come volume e come massa. Dalla crosta

e dal nucleo lo separano rispettivamente la discontinuità di Moho e la discontinuità di Gutemberg. Nel

mantello è presente inoltre una zona di transizione tra mantello superiore ed inferiore ovvero una zona

in cui avviene un cambiamento di fase (s'intende la riorganizzazione della struttura cristallina dei

minerali che, con l'aumento di pressione, viene ad assumere una configurazione più densa).

Nella parte superiore del mantello è stata individuata una zona di rallentamento delle onde sismiche,

denominata zona di bassa velocità. Si suppone che la superficie superiore della zona di bassa velocità

coincida con il livello sul quale le zolle costituenti l'involucro esterno del pianeta si muovono le une

rispetto alle altre come previsto dalla tettonica a placche. L'involucro in questione prende il nome di

litosfera, freddo e rigido, che poggia sull'astenosfera, calda e plastica.

La crosta è la parte più esterna del nostro pianeta, del quale costituisce una sorta di involucro solido di

modesto spessore (quasi l’1% dell’intero volume) che ricopre in modo continuo la Terra. Esistono due

principali tipo di crosta terrestre, l'una continentale, molto spessa, e l'altra oceanica, di spessore più

ridotto ma con densità maggiore. Dalla superficie, la crosta si estende fino alla discontinuità di

Mohorovicic ove si ha un brusco aumento della velocità delle onde sismiche P che si spiega con un

brusco aumento di densità.

La natura dei materiali che costituiscono la crosta sono minerali e rocce.

Un minerale è una sostanza solida naturale inorganica formata in seguito a processi geologici,

caratterizzata da una composizione chimica ben definita, i cui atomi formano una struttura

tridimensionale ordinata detto reticolo cristallino.

Una roccia è un'aggregazione naturale di minerali diversi.

Un mineraloide è una sostanza che non ha una struttura interna che mantiene lo stesso tipo d'ordine

in ogni sua parte (es. vetri vulcanici)

Una formazione comprende un insieme di rocce che hanno avuto origine in un ambiente omogeneo

(facies), in un determinato periodo di tempo (coeve).

La crosta terrestre è formata per il 90% in volume di ossigeno, in seguito potassio, sodio, calcio, silicio,

alluminio, ferro e magnesio. MINERALI

Un minerale è una sostanza naturale inorganica, solida, formata in seguito a processi geologici, che

possiede una composizione chimica definita i cui atomi formano un reticolo cristallino.

Gli aggregati cristallini possono essere eterogenei, ovvero costituiti da minerali di specie diverse, o

omogenei, ovvero costituiti da minerali della stessa specie. Gli abiti cristallini degli aggregati possono

essere regolari o irregolari detti meglio, rispettivamente, eusdrali (o idiomorfi, con forma cristallina

propria) e anaedrali (o allotriomorfi privi di forma cristallina propria).

Le proprietà fisiche dei minerali sono la durezza (la quale in passato era misurata con la scala Mohs che

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considerava la scalfitura dei vari materiali: il meno duro era considerato il talco ed il più duro il

diamante), la sfaldatura ovvero la tendenza di un minerale a rompersi lungo piani ben definiti, la

lucentezza, il colore e la densità.

I minerali più diffusi sulla Terra sono i silicati, composti in prevalenza da ossigeno e silicio (formula

chimica SiO ). Gli atomi di ossigeno, in un silicato, sono disposti ai vertici di un tetraedro, al centro del

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quale vi è l'atomo di silicio.

I silicati si distinguono a seconda della complessità dei legami che intercorrono tra i singoli tetraedri,

da cui dipende il reticolo cristallino di ogni silicato e la quantità e tipo di metalli in esso presenti:

Nesosilicati: tetraedro isolato. Fa parte di questo gruppo l'olivina.

 Inosilicati: catene singole (pirosseni) o doppie (anfiboli) di tetraedri.

 Fillosilicati: catene multiple che formano dei piani sottili (lamine). Il silicato più diffuso di questo

 gruppo è la mica; sono miche la e e la biotite.

muscovit

Tectosilicati: piani legati in modo da formare un reticolo tridimensionale. Appartengono a questo

 gruppo i feldspati, che comprendono ortoclasio e plagioclasio, ed il quarzo.

La crosta terrestre è formata da silicati quali feldspati (58%), pirosseni e anfiboli (13%), quarzi (11%),

miche minerali argillosi (10%) e olivine, da carbonati, ossidi e solfati (3%).

LE ROCCE

Le rocce sono aggregazioni naturali di uno o più minerali.

Vengono classificate in base alla loro origine e si distinguono in tre gruppi:

 Rocce ignee: derivate da solidificazione di masse fuse. Se la consolidazione del magma avviene

all'interno della crosta si hanno le rocce ignee intrusive; se avviene all'esterno prenderanno il

nome di rocce ignee effusive. - Processo magmatico.

 Rocce sedimentarie: dovute a disgregazione e/o decomposizione di rocce preesistenti e

successiva deposizione, genericamente dopo aver subito un trasporto in acqua, vento o

ghiacciai. Si suddividono in rocce detritiche o clastiche (legate al processo superficiale di

erosione, trasporto, sedimentazione e diagenesi-cementazione) e le rocce chimiche o

biochimiche (legate ai processi di precipitazione dell’acqua o estrazione da parte di organismi di

composti quali, ad esempio, il carbonato di calcio). - Processo sedimentario.

 Rocce metamorfiche: prodotte da trasformazioni di altre rocce all'interno della Terra, a causa

delle pressioni e temperature differenti da quelle originali. Sono legate quindi soprattutto ai

processi orogenetici di formazione delle catene montuose, cioè quando le rocce vengono portate

a grandi profondità e quindi i minerali, non più stabili alle nuove condizioni di temperatura e

pressione, si trasformano tramite reazioni allo stato solido in altri minerali, subendo una

“metamorfosi”, ossia una mutazione di forma. - Processo metamorfico.

ROCCE IGNEE O MAGMATICHE

Queste rocce derivano dalla cristallizzazione di una massa silicatica fluida ossia dal magma (fuso

silicatico ad alta temperatura – 650/1200°C in cui sono presenti gas quali H O, CO etc).

2 2

Le rocce ignee vengono distinte in due gruppi:

 le rocce intrusive o plutoniche: si formano per il consolidamento del magma all’interno della

crosta a formare i “batoliti” che si trovano nella parte centrale profonda delle catene montuose.

Sono consolidate in profondità, in presenza di componenti volatili il che indica che sono ben

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cristallizzate. Hanno un tipico rappresentante nel granito (formato da quarzo, ortoclasio e

plagioclasio);

 le rocce effusive o laviche: si formano per il consolidamento del magma “a giorno” cioè durante

le eruzioni vulcaniche. Queste sono quindi rocce ignee formatesi sulla superficie terrestre, sia

gettate in modo esplosivo sia eliminate in colate laviche; a causa del proprio raffreddamento

esse presentano una massa di fondo a grana fine o addirittura vetrosa. La roccia lavica più diffusa

è il basalto.

Le rocce plutoniche hanno quindi una elevata capacità di crescita dei cristalli ed un’alta capacità di

cristallizzazione; le rocce vulcaniche, al contrario, sono una massa informe di materia con un reticolo

cristallino non definito.

Inoltre le rocce intrusive (plutoniche) hanno una struttura granulare olocristallina ipidiomorfa. Esse,

infatti, sono formate da aggregati di cristalli nei quali è indicato anche l'ordine di segregazione

cristallina con la quale sono arrivati i cristalli stessi: i primi ad arrivare hanno preso posizione a proprio

piacimento mentre a mano a mano gli altri si sono dovuti deformare per entrare in base ai cristalli

posizionati in precedenza.

Le masse magmatiche intrusive prendono il nome di batoliti le quali si formano partendo dalla risalita

di masse magmatiche (materiale silicatico fuso) per il principio di Archimede ovvero le masse fuse non

sono in equilibrio a grandi profondità; in seguito tali masse magmatiche stazionano e consolidano in

profondità nella crosta finché si ha erosione delle masse sovrastanti il batolite a causa di agenti

atmosferici e relativo sollevamento ed affioramento in superficie di queste rocce che si sono formate

a grandi profondità. Il concetto è quindi che il riequilibrio isostatico e le forze esogene fanno affiorare

le rocce magmatiche intrusive che si sono formate ad elevate profond