Riconoscimento Rocce Sedimentarie, Ignee e Metamorfiche

Corso di Attività Formative Pratiche

Riconoscimento Rocce

03/11 – 05/25

Scienze Geologiche – a.a. 2015/2016

Proff. Paolo Boncio, Brent Poe – paolo.boncio@unich.it, brent.poe@unich.it

Indice

1. Generalità ………………………………............................................................................................................ 1

1.1 Definizioni

1.2 Proprietà

1.3 Dati e percentuali

2. Rocce sedimentarie ………………………………............................................................................................. 3

2.1 Ciclo geologico

2.2 Classificazioni

2.3 Rocce terrigene silicoclastiche

2.4 Rocce carbonatiche

2.5 Rocce silicee

2.6 Rocce residuali

2.7 Rocce organiche

3. Rocce ignee – magmatiche ……………………............................................................................................. 25

3.1 Rocce intrusive (plutoniche)

3.2 Rocce estrusive (vulcaniche)

4. Rocce metamorfiche ………………………………............................................................................................ 30 1

GENERALITÀ

DEFINIZIONI

 Roccia = corpo naturale allo stato solido, costituito da:

‐ aggregati di uno o più minerali

‐ materiali non cristallini/particelle di rocce preesistenti

‐ materiali derivanti da attività biochimica

 Minerale = sostanza naturale a composizione definita (ma non fissa) caratterizzata da arrangiamento cristallino

(= distribuzione tridimensionale e ordinata degli atomi)

PROPRIETÀ

Le varie proprietà delle rocce si raggruppano di tre tipologie:

 texture = forma, dimensioni relative e assolute, abbondanza dei singoli componenti della roccia struttura +

 

structure = disposizione dei costituenti isotropia/anisotropia (= materiale le cui caratteristiche tessitura =

dipendono o meno dalla direzione lungo la quale vengono considerate), caratteristiche mesoscopiche fabric

e megascopiche della roccia

 composizione = caratteristiche composizionali costituenti la roccia

DATI E PERCENTUALI

Per quanto riguarda la stratificazione della Terra:

(5‐10 km) crosta oceanica crosta continentale (30‐70 km) discontinuità di Mohorovicic

(410 km) mantello superiore

(650 km) mantello transizionale

(2900 km) mantello inferiore discontinuità di Guntenberg

(5100 km) nucleo esterno

(6400 km) nucleo interno

Volumi e masse delle geosfere e della Terra: ⁄

spessore ( ) )

volume ( ) massa ( ) densità media (

Atmosfera 8 ‐ 0,000005 0,0013

Idrosfera 3,8 0,00137 0,00141 1,0

Crosta continentale 30 0,0073 0,02 2,75

0,0089 0,25 2,8

Crosta oceanica 6 0,0016 0,005 2,9

Mantello +1000 990 0,424 1,63 3,9

0,898 4,03 4,5

Mantello ‐1000 1900 0,474 2,40 5,1

Nucleo 3471 0,175 1,920 11

Terra intera 6371 1,083 5,976 5,52

Composizioni chimiche: nella crosta e nel mantello

nella Terra intera

ferro (Fe) 39‐32% ossigeno (O) 44%

ossigeno (O) 30‐27% magnesio (Mg) 22,8%

silicio (Si) 15‐14% silicio (Si) 21%

magnesio (Mg) 13‐6% ferro (Fe) 6,3%

nichel (Ni) 3‐1% calcio (Ca) 2,5%

zolfo (S) 2,06% alluminio (Al) 2,3%

calcio (Ca), alluminio (Al) sodio (Na) 0,27%

sodio (Na), cromo (Cr) cromo (Cr) 0,26%

cobalto (Co), fosforo (P) nichel (Ni) 0,2%

potassio (K), titanio (Ti) titanio (Ti) 0,12%

manganese (Mn) manganese (Mn) 0,1%

2

Modello mineralogico per il mantello:

olivina + ortopirosseno + granato + clinopirosseno mantello superiore

(km)

(Gpa) 13,5

410 mantello transizionale

wadsleyite majorite profondità

pressione 24

660 ringwoodite mantello inferiore

Mg Si perovskite Ca Si perovskite

+ ferropericlase 144

2891

Classificazione meteoriti:

 Silicatiche (95%)

 Condriti (86%)

‐ Ordinarie (81%) = silicati anidri e minerali metallici, datati come la Terra

‐ Carbonacee (5%) = contengono anche sostanze organiche, datate come primitive

 Acondriti (9%) = composizione e provenienza variabili

 Sideroliti (1%) = composti da silicati e minerali metallici

Sideriti (4%) = composti da minerali metallici 3

ROCCE SEDIMENTARIE

Le rocce sedimentarie formano un involucro esterno della litosfera spesso mediamente 2 km (fino a 10 km).

CICLO GEOLOGICO

 

Weathering erosione = risposta dei materiali della litosfera a contatto con l’atmosfera, l’idrosfera e la biosfera;

è l’insieme dei processi di disgregazione fisica/chimica/biologica che rappresentano l’inizio della formazione di un

deposito sedimentario; produce un soluto dilavato e un residuo insolubile accumulabile in deposito residuale.

‐ fisico: crioclastismo, termoclastismo, caduta di pressione

‐ chimico: idrolisi, idratazione, carbonatazione, ossidazione, soluzione

‐ biologico: azione di organismi e microrganismi

 Trasporto = spostamento (per mezzo di acqua, aria, ghiaccio, gravità) del sedimento dall’area della sorgente a

quella di sedimentazione.

 Sedimentazione = insieme dei processi che portano alla deposizione in un ambiente sedimentario.

 Litificazione = insieme dei processi fisici/chimici che convergono un sedimento sciolto in roccia.

CLASSIFICAZIONI

Dal punto di vista composizionale: Componenti terrigeni (alloctoni): derivano

terrigeni dalla frammentazione di rocce preesistenti;

area sorgente (esposta) ≠ area di sedimenta‐

zione (granuli e frammenti sciolti).

Componenti indigeni (allochimici): si origi‐

T nano per precipitazione chimica o secrezione

organica direttamente nell’ambiente di sedi‐

50%

50% mentazione nel quale possono essere

Ai Oi spostate o accumulate.

Componenti ortochmici: precipitati diretta‐

10% 10%

ortochimici

A O mente; area sorgente = di sedimentazione.

allochimici 10%

T = rocce terrigene (argilliti, arenarie, conglomerati) Ai = rocce allochimiche impure (calcari arenacei, marne)

A = rocce allochimiche (calcari oolitici e fossiliferi) Oi = rocce ortochimiche impure (gesso argilloso)

O = rocce ortochimiche (sale, anidrite, selce)

Dal punto di vista tessiturale:

rocce particellari (granulari)

costituite da particelle rocce cristalline rocce biocostruite rocce residuali

sciolte spesso trasportate formati a causa di processi accrescono diretta‐ si formano in situ succes‐

dall’area di sorgente a quella chimici; temperatura, con‐ mente o indirettamente sivamente al weathering

di sedimentazione e condi‐ centrazione e chimismo del in situ per mezzo di atti‐ e hanno trasporto scarso

zionate da processi fisici fluido sono i parametri più vità biologica/biochi‐ o nullo.

(gravità e meccanica dei importanti. mica.

fluidi), biologici e biochimici.

terrigene allochimiche precipitate diagenetiche secrete fissate inorganiche organiche

(arenarie) (calcari) (salgemma) (dolomia) (scogliere) (stromatoliti) (suoli) (carbone)

ROCCE TERRIGENE SILICOCLASTICHE

Gli ambienti deposizionali tipici delle rocce sedimentarie terrigene silicoclastiche sono: conoidi alluvionali, fiumi smem‐

brati/anastomizzati, paludi/laghi, lagune/argini, piane tidali, spiagge, depositi da inondazione, zona di influenza del

moto ondoso, zona di transizione, mare aperto.

La scala granulometrica:

grana grossa media fine

   

materiale sciolto sedimenti litificati ghiaia conglomerato sabbia arenaria argilla/silt argillite/siltite

4 ghiaia sabbia fango

silt argilla

grossa fine

grossa media fine fine

ciottoletti molto

granuli

ciottoli grosso medio

molto fine

sabbia

blocchi molto

sabbia

sabbia sabbia silt

sabbia silt

silt silt

0,5 ‐ 0,25 0,1 ‐

4 ‐ 25 25 ‐ 6 6 ‐ 4 4 ‐ 2 2 ‐ 1 1 ‐ 0,5 0,25 ‐ 0,1 1/16

500 ‐ 250 ‐ 125 ‐ 62,5 31 ‐ 15 7 ‐

µ < 4*

250 125 62,5 ‐ 31 15 ‐ 7 4*

*In geotecnica non 4 ma 2.

pelite

90% 10% pelite conglomeratica arenacea

pelite arenaceo‐conglomeratica

pelite conglomeratica pelite arenacea

50%

50%

conglomerato arenaceo‐pelitico arenaria pelitico‐conglomeratica

conglomerato pelitico arenaria pelitica

10% 90%

arenaria

conglomerato

conglomerato arenacea arenaria conglomeratica

Percentuale dei costituenti:

Il sorting è una proprietà tessiturale che indica il grado di selezionamento di un sedimento o il grado di elaborazione

a cui è stato sottoposto:

molto ben ben moderatamente poco molto poco

selezionato selezionato selezionato selezionato selezionato 5

Dal punto di vista dell’arrotondamento e della sfericità: Arrotondamento

sferici

sub‐sferici Sfericità

appiattiti

molto appiattiti sub‐arrotondati arrotondati

angolosi sub‐angolosi

molto angolosi

 Stratificazione = fondamentale struttura primaria delle rocce sedimentarie:

‐ piano‐parallela = ‐ incrociata =

 Laminazione = fondamentale struttura primaria dello strato:

‐ piano‐parallela ‐ incrociata ‐ ondulata ‐ convoluta ‐ concavo‐convessa

stratificazione laminazione

estremamente spessi: > 300 cm medi: 10 – 30 cm bande: 3 – 10 cm molto spesse: 1 – 3 cm

molto spessi: 100 – 300 cm sottili: 3 – 10 cm spesse: 0,3 – 1 cm medie: 0,1 – 0,3 cm

spessi: 30 – 100 cm sottilissimi: < 3 cm sottili: < 0,1 cm

 Gradazione = progressiva diminuzione della taglia dei granuli in una roccia:

‐ diretta = organizzato ‐ inversa =

per i conglomerati

 Disposizione spaziale = la disposizione degli elementi particellari di una roccia sedimentaria dipende da:

‐ gravità = ‐ gravità e corrente =

La disposizione embriciata dei clasti caratterizza il fabric.

 Strutture di fondo = i processi di erosione sui fondali marini e non possono determinare la formazione di marks (=

impronte concave/scavate sul fondo), i quali venendo riempiti da altri sedimenti formano i casts (= controimpronte

convesse/protuberanze nella parte inferiore di un sedimento) visibili alla base dello strato successivo come im‐

pronte di fondo:

6 ‐ scour marks = impronte concave causate dalla turbolenza e da impatti con ostacoli

‐ flute marks = impronte concave dalla forma allungata con una terminazione rotondeggiante sopracorrente e una

sfrangiata sottocorrente, causata da vortici che scavano il fondo non consolidato (pertanto, può indicare direzione

e verso della corrente)

‐ tool marks = impronte concave causate dal trascinamento di oggetti

grooves (= solchi prodotti dal trascinamento di oggetti)

prod/skip/bounce (= tracce di rotolamento e rimbalzo di oggetti)

scour marks tool marks

flute marks grooves

obstacle scour prod – skip – bounce

Per quanto riguarda i contatti fra i granuli:

granuli dispersi contatti tangenziali contatti piani concavo‐convessi contatti suturati

 Packing = grado di impacchettamento di un sedimento considerandolo ipoteticamente costituito da granuli tutti

sferici e della stessa dimensione; si può calcolare attraverso i metodi di packing density e packing proximity

I principali composti terrigeni delle rocce sedimentarie sono: Il quarzo deriva da rocce vulcaniche, ignee e filo‐

Quarzo niane; è vitreo e ha cristalli appuntiti che non rea‐

giscono con l’acido.

Minerali argillosi I minerali argillosi sono sericite, illite, montmorillo‐

Feldspati nite, clorite, caolini e bauxite.

I feldspati sono trasparenti e lucidi, si presentano

Frammenti di roccia sotto diversi colori.

Miche Le miche (muscovite, biotite e clorite) possono es‐

sere nere o bianche.

Frammenti di selce La selce deriva dall’erosione di calcari selciferi, dia‐

spri e radiolariti.

Minerali pesanti I metalli pesanti sono opachi (magnetite, ilmenite,

ematite, limonite, leucoxene), metastabili (granato, apatite, cianite, staurolite, epidoto, orneblenda, pirosseno), ultra‐

stabili (zircone, tormalina, rutilo).

La scala di Mohs dispone i principali minerali in ordine di durezza crescente:

1. Talco grassi e teneri, si rigano con l’unghia

2. Gesso si rigano con l’unghia

3. Calcite si tagliano con un coltello o una lima, si graffiano con una moneta

4. Fluorite si rigano con un coltello

5. Apatite si rigano più con un vetro che con un coltello

6. Ortoclasio si rigano con una punta d’acciaio, rigano difficilmente un vetro

7. Quarzo rigano sia una punta d’acciaio che un vetro 7

8. Topazio rigano il quarzo

9. Corindone rigano quasi tutto e tagliano il vetro

10. Diamante rigano e tagliano quasi tutto

 Maturità tessiturale = condizione della roccia quando:

‐ è presente poca matrice

‐ il sorting è molto ben selezionato

‐ i granuli sono sferici e arrotondati

 Maturità composizionale = condizione della roccia quando:

‐ la disponibilità dei minerali nella roccia madre è alta

‐ la stabilità chimica (di ordine inverso rispetto alla serie di Bowen) è alta



‐ il grado di resistenza ai processi chimici è alto alta percentuale di quarzo

RUDITI (CONGLOMERATI): rocce terrigene sedimentarie che contengono +50% di granuli di taglia > 2mm

 GHIAIA: sedimento sciolto di taglia ruditica

 CONGLOMERATO: roccia sedimentaria cementata di taglia ruditica, composta da granuli più o meno arrotondati

 ORTOCONGLOMERATO: conglomerato con tessitura grano‐sostenuta

 PARACONGLOMERATO: conglomerato con tessitura matrice‐so