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6 CFU: 40 ore lezione 8 ore esercitazione
Testi consigliati:
Lazzarini L. (2004) Pietre e Marmi Antichi. Cedam Editore, Padova,
P. Primavori (1999) Pianeta Pietra. Giorgio Zusi editore
Morbidelli (2003) Le rocce e i loro costituenti. Bardi Editore, Roma
Peccerillo A & Perugini D. (2003) Introduzione alla petrografia ottica. Morlacchi, Perugia.200 pp
Appunti del docente in formato elettronico
Per approfondimenti sulla microstruttura e composizione mineralogica delle rocce disponibile in Internet un atlante della collezione petrografia (www.atlantepetro.unito.it/).
Modalit di esame
prova orale
Alessandro BORGHI
E-mail: alessandro.borghi@.unito.it
Dip. Scienze Mineralogiche e Petrologiche Via Valperga Caluso 35
Corso di Laurea in Scienza e Tecnologia dei materiali
Petrografia
Finalit: Fornire i criteri essenziali per il riconoscimento e la classificazione delle
rocce, e le conoscenze specifiche per la determinazione e classificazione
di geomateriali di interesse per i Beni Culturali
Programma Composizione della crosta terrestre; ciclo delle rocce e loro costituenti
principali. Rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche: caratteri
strutturali e mineralogici; principi di classificazione, di nomenclatura e di
distribuzione. Analisi delle applicazioni petrografiche pi significative ai
Beni Culturali, con esemplificazione delle metodologie analitiche correnti.
Esercitazioni in laboratorio: Riconoscimento e classificazione di rocce e
lapidei ornamentali alla scala macroscopica e valutazione del loro stato di
conservazione; introduzione alle tecniche di microscopia ottica per il
riconoscimento e classificazione di materiali lapidei mediante
losservazione di sezioni sottili al microscopio a luce polarizzata
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Caratterizzazione minero-petrografica e
geochimica di materiali lapidei
Il diffuso utilizzo fin dai tempi antichi di materiali lapidei in
architettura, ma anche come strumenti di vita quotidiana si
manifestano ora come un immenso patrimonio di beni culturali
da valorizzare e salvaguardare
In alcuni casi le rocce utilizzate sono facilmente riconoscibili e
attribuibili a siti di estrazione prossimi al bene culturale in cui
sono stati impiegati. In altri casi, si pone invece il problema
della loro natura e provenienza.
In questi casi lapplicazione di metodologie scientifiche pu dare informazioni essenziali per la loro caratterizzazione,
problema eminentemente petrografico, anche se integrato
da metodi di tipo fisico e chimico.
- Identificazione delle fasi mineralogiche in essi contenute
- Determinazione dei rapporti quantitativi e spaziali che
legano tra loro i vari minerali (tessitura, forma, grana,
orientazione)
- Determinazione della composizione chimica della intera
roccia o dei singoli minerali
Classificazione del materiale lapideo
Valutazione del suo stato di conservazione
Determinazione della provenienza del materiale lapideo
Caratterizzazione dei materiali lapidei
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- Tecniche non distruttive Osservazione macroscopica
Fluorescenza Rx in aria (XRF)
Microanalisi protonica in aria (PIXE)
- Tecniche distruttive Microscopia ottica
Microscopia elettronica
Microanalisi elettronica
Catodoluminescenza
- Diffrattometria Rx
- Analisi isotopica
Principali tecniche analitiche
Analisi mineralogica
Analisi chimica
Analisi minerochimica
Tempi di conteggio
Programmi di elaborazione
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Certificazione Petrografica
La caratterizzazione petrografica considerata dagli addetti ai lavori come il test fondamentale
per il riconoscimento e la classificazione dei materiali lapidei impiegati nei campo dei Beni
Culturali
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Osservazione macroscopica
Granito rosa di Baveno Granito a grana medio grossolana costituito da quarzo, K-
feldspato rosa per la presenza di inclusioni di
ematite, plagioclasio e biotite
Chiesa di San Carlo
La facciata ottocentesca stata realizzata
in Granito rosa di Baveno, con alla base
marmo bianco
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Certificazione Petrografica
Sfruttando le propriet ottiche dei minerali (rilievo
birifrangenza abito pleocroismo segno ottico) mediante
un microscopio ottico a luce trasmessa polarizzata
rettilinearmente possibile individuare e classificare
tutte le fasi silicatiche presenti in natura. L'osservazione
avviene mediante l'interposizione tra analizzatore e
oculare di una lamina sottile 30 m di roccia
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Condizioni del campione
- Dimensioni
- Grana
- Stato di conservazione
- Possibilit di lucidatura,
- taglio, metallizzazione
occorrono:
un microscopio ottico a
luce polarizzata
una sezione sottile
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Struttura della Terra
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la Terra risulta costituita da un nucleo e da involucri concentrici chiamati nucleo,
mantello, astenosfera e litosfera. Quest'ultima si presenta come una buccia molto sottile
(circa 100 km) e rappresenta la porzione di pianeta direttamente studiabile. La litosfera
comprende la crosta e il mantello sup. La crosta a sua volta si suddivide in continentale
e oceanica
Suddivisione
Fisica
Chimica mineralogica
Discontinuit di
Mohorovicic (Moho)
Discontinuit di
Gutenberg (2900 km)
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Onde Sismiche. Un terremoto genera onde sismiche che si propagano in
tutte le direzioni. Sfruttando queste onde stato possibile conoscere meglio
la struttura interna della terra (altrimenti inesplorabile)
Onde P onde prime, onde di compressione
Onde S onde seconde, onde di taglio
Le onde si propagano
dallIPOCENTRO di un terremoto seguono percorsi curvi (in funzione
della diversa densit delle rocce
attraversate giungono sulla
superficie dove vengono registrate da
sismografi
limite litosfera/astenosfera un limite reologico e separa una porzione solida
(litosfera) da una parzialmente fusa (astenosfera), corrisponde alla isoterma dei
1280; in corrispondenza di questo limite la V delle onde sismiche diminuisce
(per la presenza di una piccola % di materiale fuso)
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Calore interno della Terra e cicli di convezione
La Terra un pianeta attivo con un motore termico interno rappresentato da correnti convettive che generano rilievi montuosi e un motore termico esterno dovuto alla energia solare responsabile del clima che a sua volta smantella i rilievi;
La Terra si sta raffreddando mediante trasporto di calore dallinterno verso la superficie; Questo flusso di calore pu anche essere definito come gradiente geotermico (cio
variazione della temperatura in funzione della profondit) e varia in funzione delle
strutture geologiche regionali: pu variare tra 50/km (elevato) a 10/km (molto basso);
Evidenze del raffreddamento (dissipazione del calore): vulcani, sorgenti calde
Il campo magnetico terrestre
Il campo magnetico terrestre molto simile, per landamento delle sue linee di flusso, al campo che verrebbe prodotto se al centro
della Terra fosse posta una gigantesca barra magnetica, inclinata di
11 rispetto allasse di rotazione.
le cause del campo
magnetico sono poco
note si ipotizza un
meccanismo tipo
dinamo interna
(ubicata nel nucleo
esterno liquido) che
genera una corrente
elettrica in un mezzo
conduttore in
movimento (movimenti
convettivi del ferro
fuso);
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Et della Terra
Metodi datazione
I processi geologici sono troppo lenti per poter
essere misurati direttamente; quindi per poter
stabilire la loro cronologia necessaria la
testimonianza delle rocce che registrano cio
conservano la memoria degli eventi geologici del
passato;
I principi base sono quelli della stratigrafia:
sovrapposizione degli strati e orizzontalit
originaria unita,ente allutilizzo dei fossili
I fossili
rappresentano resti di antichi organismi
viventi: alcuni sono molto simili a organismi
attuali, altri sono molto diversi;
per primo William Smith (1793) si rese conto
che i fossili potevano essere utilizzati per
datare le rocce sedimentarie: differenti strati
contenevano differenti tipi di fossili
Nelle rocce sedimentarie vennero
distinte singole formazioni -
Formazione: serie di strati con
circa le stesse caratteristiche
litologiche e con le stesse
associazioni fossili una successione di formazioni
rappresenta una sequenza
stratigrafica
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Ricostruzione sequenza
stratigrafica del Plateaux
del Colorado
Rocce sedimentarie di
et compresa tra 570 e
50 Ma in cui regitrata la
storia geologica di questa
area di piattaforma
continentale.
Tipo di roccia ambiente di formazione
Nessun evento
deformativo- alcuni
momenti di interruzione
della sedimentazione
Negli ultimi due secoli
combinando sequenze
stratigrafiche e successioni
faunistiche sono state
correlate formazioni in tutto
il mondo riuscendo a
costruire una scala
geocronologica relativa
valida per lintero pianeta; la scala geocronologica
divisa in quattro principali
intervalli di tempo: eoni, ere,
periodi, epoche. la scala
cronostratigrafica fornisce
un valore relativo dellet di un evento geologico o
dellet di una formazione rocciosa.
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Le datazioni assolute
Allinizio del 1900 Rutherford ipotizzo che si potesse utilizzare la radioattivit per misurare let di una roccia (datazioni radiometriche);
la velocit media di disintegrazione
nucleare costante; se si conosce
la velocit di decadimento e si
contano il numero di atomi discendenti neoformati e il numero
di capostipiti rimasti si pu calcolare
let della roccia; per contare il numero di atomi
capostipiti e discendenti si utilizza
uno spettrometro di massa;
le velocit di decadimento sono proprie per ogni elemento radioattivo e vengono
espresse in tempo di dimezzamento: intervallo di tempo necessario per far
decadere la met del numero originario di elementi radioattivi: alla fine del primo
tempo di dimezzamento rimangono la met degli isotopi radioattivi iniziali, alla fine del
secondo periodo di dimezzamento rimangono
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Composizione della Terra
La crosta continentale
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I continenti sono sempre rimasti immobili sulla
superficie terrestre ?
Come hanno fatto i continenti a muoversi lungo la superficie terrestre?
Inversione dei poli magnetici Lespansione dei fondi oceanici venne scoperta nei primi anni '60 grazie ad
osservazioni di tipo geofisico. Vine e
Matthews, (1963) osservarono che le
anomalie magnetiche dovute all'inversione
periodica dei poli erano disposte in maniera
simmetrica e speculare rispetto all'asse
della dorsale medio atlantica. Inoltre l'et
delle fasce di anomalia magnetica
aumentava allontanandosi dalla dorsale.
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Le dorsali oceaniche
Un tipo di margine divergente rappresentato dalle dorsali oceaniche, in
corrispondenza delle quali avvengono importanti fenomeni geologici rappresentati dalla
risalita dell'astenosfera verso la superficie terrestre, la fuoriuscita di magma basaltico e la
conseguente espansione dei fondi oceanici.
La crosta terrestre non omogenea e regolare ma suddivisa mediante
profonde fratture litosferiche (margini di placca) in una serie di zolle o placche
tettoniche che migrano nel tempo lungo la superficie terrestre.
Tettonica delle Placche
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La crosta oceanica: et e struttura
La litosfera galleggia sullastenosfera e viene trasportata passivamente grazie ai movimenti plastici di questultima.La crosta terrestre suddivisa in placche. Le placche si muovono reciprocamente tra loro: nelle zone in
allontanamento reciproco (dorsali oceaniche) si forma nuova crosta oceanica,
mentre nelle zone di avvicinamento reciproco (sistemi arco-fossa) la crosta
oceanica viene distrutta in subduzione (si immerge nel mantello) e si formano
rilievi montuosi
Margini di placca
Dorsale = margine divergente Zona di subduzione = margine convergente
Le placche si muovono reciprocamente tra loro: nelle zone in allontanamento reciproco
(dorsali oceaniche) si forma nuova crosta oceanica, mentre nelle zone di avvicinamento
reciproco (sistemi arco-fossa) la crosta oceanica viene distrutta in subduzione (si
immerge nel mantello) e si formano rilievi montuosi
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Sulla superficie terrestre si possono individuare 12 placche principali.
Le placche possono essere costituite da crosta continentale o crosta oceanica
Le fratture che le delimitano si possono separare in margini di
placca divergente (zone di rift continentale e dorsale oceanica)
convergente (zone di subduzione - sistemi arco fossa) o
trascorrente.
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I margini di tipo divergente su crosta continentale sono rappresentati dalle zone
di rifting continentale, che mediante una tettonica prevalente di tipo
estensionale portano alla lacerazione della crosta continentale e all'apertura di
un oceano impostato su crosta oceanica. Un buon esempio di rift e
rappresentato dalla Rift Valley
I margini divergenti
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Morfologia della crosta oceanica
Margine continentale passivo
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Margini di placca convergenti
I margini di placca di tipo convergente
sono rappresentati dalle zone di
subduzione e di collisione
continentale. Le prime si collocano in
corrispondenza dei sistemi arco-
fossa, dove le placche litosferiche di
tipo oceanico vengono inghiottite
nell'astenosfera. I margini di placca di
tipo convergente corrispondenti alle
zone di collisione continentale
coincidono con le aree della Terra
dove si avuto un raddoppio della
crosta continentale. Questo ha portato
ad un rapido sollevamento della
placca superiore e conseguentemente
ad una sua rapida erosione. Il
risultato di tale processo
rappresentato dalla formazione delle
catene montuose
ANDE
GIAPPONE
ALPI
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I margini di placca rappresentano le aree
pi interessanti da un punto di vista
geologico dove si concentrano importanti
fenomeni quali la produzione di nuova
crosta oceanica (dorsali oceaniche) o la
sua consunzione (zone di subduzione
accompagnate da attivit vulcanica e
sismica e la formazione di nuove catene
montuose (zone di collisione
continentale). Tali margini possono venir
facilmente osservati grazie all'ausilio di
immagini dal satellite. Elementi
morfotettonici molto evidenti risultano
essere le dorsali oceaniche, dislocate
dalle fagli trasformi, le scarpate
continentali che segnano il passaggio tra
crosta continentale ed oceanica, le fosse
oceaniche che rappresentano
l'espressione morfologica superficiale
delle zone di subduzione, i rilievi dovuti a
vulcani sottomarini che talora emergono in
superficie come nel caso delle Isole
Hawaii, le imponenti conoidi sottomarine
in corrispondenza dei Fiumi Gange e Indo.