I minerali e le rocceI minerali e le rocce

I principali minerali

MineraliMinerali Rocce Rocce

Minerali sono solidi naturali con un elevato ordinamento a scala atomica ed una definita (ma non fissa) composizione chimica.

Rocce sono aggregati naturali di minerali legati tra loro da forze di coesione a carattere permanente e formati tramite uno o più processi geologici.

MINERALI E ROCCE SONO DUE OGGETTI BEN DISTINTI TRA LORO!

Ambiente di formazione di diverso tipo:

magmatico, sedimentario e metamorfico.

Riconoscimento e studio dei Riconoscimento e studio dei MINERALIMINERALI

- Proprietà fisiche -- Proprietà fisiche -Le proprietà fisiche dei minerali sono l’espressione delle relazioni esistenti tra struttura cristallina del minerale e la sua composizione chimica.La combinazione di osservazioni dirette seguite dalla verifica di alcune proprietà fisiche possono bastare a riconoscere e classificare un minerale

1 Forma cristallina2 Concrescimenti, geminazioni3 Lucentezza4 Sfaldatura e frattura5 Colore6 Tenacità7 Durezza8 Peso Specifico

Cella elementare: la più piccola unità della struttura che se ripetuta indefinitamente nelle tre dimensioni formerà l’intera struttura

L’osservazione delle forme cristalline fornisce una stima complessiva del contenuto degli elementi di simmetria di un cristallo riconoscibili direttamente sul campione e ne consente l’attribuzione ad una determinata classe cristallina

Abito cubico Abito ottaedrico

Abito tetraedrico

Abito prismatico

Abito cristallino: aspetto complessivo di un cristallo. L'abito dei cristalli è una descrizione delle forme e degli aggregati che un determinato minerale può assumere in natura.

Osservando le rocce al microscopio si distinguono i vari minerali

Lucentezza: La lucentezza é una proprietà che indica la capacità di un minerale di riflettere la luce.

Colore: il colore è una proprietà diagnostica per alcuni minerali e valutabile immediatamente, tuttavia è una delle proprietà più mutevoli e meno affidabili. Per colore di un minerale, si intende sempre il colore che si osserva in luce naturale.

DurezzaLa resistenza che una superficie oppone all’abrasione è la sua durezza e si

indica con la sigla H. Il grado di durezza si determina osservando per confronto la facilità o difficoltà con cui un minerale viene graffiato.

Il mineralogista F.Mohs nel 1824 scelse una serie di 10 minerali ordinati per durezza crescente che costituiscono la scala di durezza di Mohs

6. Ortoclasio

7. Quarzo

8. Topazio

9. Corindone

10. Diamante

1. Talco

2. Gesso

3. Calcite

4. Fluorite

5. Apatite

Peso SpecificoIl peso specifico (G) o densità relativa è un numero che esprime il rapporto tra il peso di una sostanza e il peso di eguale volumedi H2O a 4 °C.

PS=14-22PS=2,6-2,9 PS=5,1

ROCCEPer roccia si intende un oggetto ben DIVERSO dal minerale

•Una roccia può essere definita come un aggregato naturale formato da più minerali (raramente da uno solo) e a volte da sostanze non cristalline. Una roccia si forma tramite uno o più processi geologici.Le rocce che affiorano sulla superficie terrestre derivano da tre processi chimico-fisici fondamentali:

• cristallizzazione da un fuso magmatico (rocce magmatiche)• ricristallizzazione di rocce già esistenti (rocce metamorfiche)• precipitazione da una soluzione (rocce sedimentarie)

Riconoscimento e Studio Riconoscimento e Studio delle rocce (petrografia)delle rocce (petrografia)

•Proprietà fisiche: rocce coerenti, compatte, incoerenti, sciolte;•Proprietà composizionali: monomineraliche, polimineraliche;•Proprietà genetiche: rocce magmatiche o ignee

formatesi per cristallizzazione di un magma

rocce metamorfiche formatesi in seguito alla trasformazione di

altre rocce sotto l'azione di agenti esterni quali pressione e temperatura

rocce sedimentarie formatesi in seguito al deposito di materialeproveniente dalla degradazione di altre rocce

Le rocce magmatiche (o ignee) derivano dalla solidificazione dei magmi e delle laveMagma: è un fuso silicatico ad altissima temperatura, situato nell’interno della Terra, e contenente piccole percentuali di fluidi (principalmente acqua)

Lava: è un magma arrivato in superficie e quindi privo dei fluidi

Rocce magmatiche

Intrusive (plutoniche)

Effusive (vulcaniche)

Solidificano nell’interno della Terra dal raffreddamento dei magmi

Solidificano in superficie dal raffreddamento delle lave

CLASSIFICAZIONE GENETICA DELLE ROCCE MAGMATICHE

Struttura: insieme delle relazioni (forma, dimensioni, posizione) dei minerali di una roccia

Viscosità: resistenza allo scorrimento

La genesi influisce sulla struttura della roccia

Intrusive (plutoniche)

Solidificano a bassa profondità nell’interno della Terra

Rocce magmaticheRocce magmatiche

Si formano da un magma che raffredda nell’interno della TerraROCCE INTRUSIVE

Raffreddamento lento (104- 106 anni) ed in presenza dei fluidi che abbassano la viscosità

Gli atomi presenti nel magma hanno tempo e modo di legarsi ordinatamente nei reticoli cristallini

Si formano (relativamente) pochi cristalli di grossi dimensioni (visibili ad occhio nudo)

Struttura granulare (ad es. granito)

Si formano da una lava che raffredda in superficieROCCE EFFUSIVE

Raffreddamento veloce (ore - giorni) ed in assenza dei fluidi che quindi non abbassano la viscosità

Gli atomi presenti nel magma non hanno tempo e modo di legarsi con ordine nei reticoli cristallini

Si formano molti cristalli di piccole dimensioni (visibili solo al microscopio)

Struttura microcristallina (ad es. basalto)

Riassumendo, le strutture delle rocce magmatiche possono essere:

microcristallina granulare

vetrosaporfirica

Alla classificazione genetica se ne sovrappone una basata sulla composizione chimica

Rocce magmatiche

Acide

Basiche

Ricche in Si ed Al, povere in Fe ed Mg

Ricche in Fe ed Mg, povere in Si ed Al

CLASSIFICAZIONE CHIMICA DELLE ROCCE MAGMATICHE

Intermedie Composizione intermedia

La composizione chimica influisce sul colore della roccia

I termini acido e basico non hanno niente a che vedere col pH, ma si riferiscono al contenuto in silice

Sono ricche in minerali sialici quali quarzo (SiO2), ortoclasio (KAlSi3O8), albite (NaAlSi3O8)

ROCCE ACIDE (sialiche, felsiche)

Scarsi invece i femici (soprattutto biotite e orneblenda)

Hanno colore chiaro

granito

riolite

riolite

granito

Sono ricche in minerali femici quali olivina (Fe,Mg)SiO4, pirosseni (Fe,Mg)Si2O6,

ROCCE BASICHE (mafiche, femiche)

Scarsi invece i sialici (soprattutto anortite CaAl2Si2O8)

Hanno colore scuro

basalto

gabbro

gabbro

basalto

Sono composte sia da minerali femici quali pirosseni (Fe,Mg)Si2O6, e anfiboli, che da minerali sialici, soprattutto plagioclasi

ROCCE INTERMEDIE

Hanno colore intermedio

andesite

diorite

andesite

diorite

Metamorfismo: trasformazione allo stato solido di una roccia preesistente in una nuova roccia, strutturalmente o mineralogicamente differente

Ogni corpo è in equilibrio chimico fisico con l’ambiente in cui si è formato ed all’interno di esso è quindi stabile

I due elementi che fondamentalmente caratterizzano l’ambiente in cui si trova una roccia sono la pressione e la temperatura.

Trasportato in un ambiente diverso da quello di formazione il corpo non è più stabile e tende a trasformarsi adeguandosi alle nuove condizioni ambientali

Essi sono quindi anche i due agenti del metamorfismo (in quanto determinano la trasformazione)

Rocce metamorficheRocce metamorfiche

TEMPERATURA

Nell’interno della Terra la temperatura aumenta costantemente con la profondità secondo un gradiente geotermico

Il gradiente geotermico medio è di circa 30°C/Km

Il gradiente geotermico minimo è di 6°C/Km

Gradienti elevati si trovano:•Nelle aree orogenici nei periodi orogenici•Nelle aree vulcaniche •Nelle zone interessate da intrusioni magmatiche

PRESSIONE

Nell’interno della Terra esistono due tipi di pressione: litostatica e dinamica

Pressione litostatica

E’ dovuta al peso delle rocce soprastanti

E’ uguale in ogni direzione

Aumenta regolarmente con la profondità, secondo un gradiente barico di circa 1Kbar/3,5Km

La pressione litostatica comprime la roccia, ma non ne deforma la struttura

Pressione dinamica

E’ dovuta al movimento delle rocce

E’ maggiore in alcune direzioni rispetto ad altre

Modifica la struttura della roccia

Il grado metamorfico (l’entità della trasformazione) aumenta all’aumentare dell’intensità degli agenti

Una roccia si trasforma tanto più intensamente quanto più si trova in condizioni lontane da quelle in cui si è formata

METAMORFISMO DI CONTATTO (termometamorfismo)

L’agente principale è la temperatura, che “cuoce” la roccia

Si verifica nelle rocce a contatto dei corpi intrusivi e delle camere magmatiche

Poiché il fenomeno avviene a piccola profondità, la pressione gioca un ruolo minore

La zona interessata, detta aureola di contatto, si estende per centinaia di metri (max. 1 km) dal corpo intrusivo

Non agendo la pressione dinamica, la struttura della roccia originaria non viene modificata

METAMORFISMO CATACLASTICO (dinamometamorfismo)

L’agente principale è la pressione dinamica, che “frantuma” la roccia

Si verifica lungo i piani di faglia e i piani di sovrascorrimento

Aureola di contatto

Il grado metamorfico dipende dalla distanza dall’intrusione

Faglie: fratture della roccia con movimento relativo dei due bordi

Le faglie possono manifestarsi a qualsiasi scala

Sovrascorrimenti: accavallamento di grosse porzioni di roccia che si verificano durante l’orogenesi

Le rocce che restano incastrate nei piani di scorrimento vengono “ultramacinate”

Le porzioni di roccia interessate sono ridotte:decine o centinaia di metri, secondo le dimensioni della faglia o del sovrascorrimento

La pressione dinamica modifica in modo caratteristico la struttura delle rocce originarie

Le rocce sedimentarie si formano a partire dall’accumulo di sedimenti sciolti, cioè detriti di varia natura che derivano da materiali preesistenti

L’aggettivo “sciolto” vuol dire non compatto, o incoerente, come sono ad esempio l’argilla, la sabbia o la ghiaia.

Le ulteriori suddivisioni all’interno delle rocce sedimentarie si basano sui meccanismi con cui questi sedimenti si originano

Le rocce sedimentarie si formano esclusivamente grazie a processi superficiali e si ritrovano solo sulla superficie terrestre oppure a piccola profondità

Rocce sedimentarieRocce sedimentarie

ROCCE DETRITICHE (O CLASTICHE)

Derivano da frammenti erosi di altre rocce, secondo un processo composto di 4 stadi: alterazione, erosione, trasporto e deposito

ALTERAZIONE

Le rocce si formano in un determinato ambiente chimico fisico, caratterizzato da specifici parametri di composizione, temperatura, pressione ecc.

Le rocce sono in equilibrio con questo ambiente; quando si trovano al di fuori di esso diventano instabili e tendono a trasformarsi

L’alterazione è l’insieme dei processi di degradazione chimica e fisica che la roccia subisce a contatto con gli agenti atmosferici

A partire dalla superficie la roccia si indebolisce e diviene più facilmente erodibile

L’alterazione si compone di vari processi, che possono agire singolarmente o associati, in dipendenza di fattori quali il clima, la natura della roccia ecc.

I tre più importanti processi di alterazione sono i seguenti:

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

Alterazione chimica

Solo il quarzo è chimicamente stabile nelle condizioni superficiali; gli altri minerali subiscono l’aggressione delle acque meteoriche, specie se acidulate

Il minerale può dissolversi (ad es. calcite)

O trasformarsi in altri più stabili nelle condizioni superficiali, ma più erodibili (ad es. feldspati)

Crioclastismo

Ove la temperatura scende sotto 0°C, l’acqua gela nelle fessure della roccia, divaricandole

Il fenomeno si ripete con frequenza variabile, a seconda del clima

EROSIONE

E’ l’asportazione meccanica di frammenti di roccia (specie se alterata) prodotta dall’azione di: acque continentali, vento, mare, ghiacciai (agenti dell’erosione)

Acque continentali

L’erosione inizia già con le gocce di pioggia

E prosegue con l’acqua incanalata

Il potere erosivo dipende dalla portata, dalla velocità e dal carico solido del corso d’acqua, nonché dalla copertura vegetale del terreno

Vento Il potere erosivo dipende dalla velocità, dal carico solido e dalla copertura vegetale del terreno

L’erosione è più intensa nelle zone desertiche o montane prive di copertura

Mare Agisce sulle coste a seconda della loro morfologia e dell’andamento delle correnti

Ghiacciai Agiscono sul fondo e sulle pareti delle valli in cui scorrono

Modellano il paesaggio montano in modo caratteristico

TRASPORTO

Allontanamento dei detriti dalla zona di provenienza, operato dallo stesso agente dell’erosione

A seconda dei casi il percorso può avere lunghezza variabile

DEPOSITO (SEDIMENTAZIONE) Quando il mezzo perde energia deposita il suo carico

Avviene quasi sempre in ambiente acquatico

rocce detritiche

crioclastismo

termoclastismo

alterazione chimica

acque continentali

vento

ghiacciai

mare acque continentali

ghiacciai

mare

ventoDeposito

Trasporto

Erosione

Alterazione

Classificazione delle rocce detriticheSi basa sulle dimensioni dei clasti

Sedimento Roccia

Ghiaia Conglomerato Breccia

Sabbia Arenaria

Silt Siltite

Argilla Argillite

Dim

ensio

ni crescenti

2 mm

1/16 mm

1/256 mm

Le rocce sedimentarieLe rocce sedimentarie

d e t r i t i c h e o c l a s t i c h er e s t i d i a l t r e r o c c e

o r g a n o g e n e o b i o c h i m i c h er e s t i d i o r g a n i s m i a n i m a l i e v e g e t a l i

c h i m i c h ep r e c i p i t a z i o n i d a s o l u z i o n i

R o c c e s e d i m e n t a r i e

s e d i m e n t i s c i o l t i

c e m e n t a z i o n e

c o m p a t t a z i o n e

d i a g e n e s i r o c c i a s e d i m e n t a r i a