Rocce

1. Rocce Appunti di geografia per gli studenti delle sezioni C e D a cura della prof.ssa A.Pulvirenti. Le immagini presenti in questo file sono state reperite in rete o modificate da testi cartacei e vengono utilizzate solo per 1l’elevato contenuto didattico

2. Le Rocce sono aggregati naturali di minerali e sono la principale costituzione della Crosta. Essendo le rocce dei miscugli di minerali il criterio che si usa per classificarle è quello relativo al processo di formazione. Ogni roccia deriva da un processo particolare: PROCESSO MAGMATICO PROCESSO SEDIMENTARIO PROCESSO METAMORFICO

3. Ciclo delle rocce Il ciclo inizia con il raffreddamento ed il consolidamento di un magma che porta alla formazione di una roccia magmatica. Questa viene sottoposta successivamente ad un'alterazione chimica e ad una disgregazionefisica da parte degli agenti atmosferici, con formazione di sedimenti. L'accumulo dei sedimenti ed il carico dei sedimenti deposti porta alla litificazione (diagenesi) con la conseguente formazione della roccia sedimentaria. Se la pressione e la temperatura superano un certo limite e sono associate a movimenti della crosta terrestre, hanno luogo trasformazioni strutturali e composizionali che portano alla rocciametamorfica. Infine nelle parti più profonde della crosta terrestre possono avvenire fenomeni di fusione parziale delle rocce (anatessi) con la formazione di nuovi magmi.

5. Processo magmatico • Si realizza con il raffreddamento del magma (un miscuglio di rocce fuse mescolate a sostanze gassose). A seconda della profondità in cui si origina il magma, della sua temperatura iniziale e dei processi chimico-fisici a cui andrà incontro durante la risalita si otterranno rocce magmatiche effusive ed intrusive. Durante il raffreddamento del magma i minerali presenti cristallizzano, assumendo dimensioni e forme variabili, dando alle rocce magmatiche strutture caratteristiche. I minerali presenti in questo tipo di rocce sono prevalentemente silicati.

6. DEFINIZIONE DI MAGMA • Il magma è un miscuglio ad altissima temperatura (da 700 a 1500 °C). Si tratta cioè di un sistema chimico-fisico a molti componenti consistente di una fase liquida (fuso) e di un certo numero di fasi solide (cristalli) in sospensione; può anche essere presente una fase gassosa. • E’ più o meno viscoso e suscettibile di movimento; Diverse sono le ipotesi sull'origine del magma: • da materiale terrestre primordiale allo stato fuso; • da fusione, totale o parziale, di rocce preesistenti; • da modificazioni di un magma originario per contaminazione.

7. COMPOSIZIONE E CARATTERISTICHE DI UN MAGMA • I principali componenti sono: silice (40-75%, valori espressi come percentuali in peso), allumina (10-20%), ossidi di ferro (2-12%), calcio (1-12%), magnesio (tracce-12%), sodio (1-8%) e potassio (tracce-7%). Nella fase gassosa è presente principalmente acqua; anidride carbonica, acido cloridrico,anidride solforosa, ecc. sono presenti in quantità minori.

8. Tipi di magma In funzione della quantità di silice presente, un magma viene definito: Acido (persilicico, % di silice superiore al 65%) o Basico (iposilicico, % di silice inferiore al 52%) Neutro (intermedio o mesosilicico, % di silice fra 52% e 60%). La viscosità di un magma è legata alla temperatura ed alla pressione cui è sottoposto ed alla sua composizionechimica: Un magma povero di silice, è meno viscoso (o più fluido) di una magma ricco di silice.

9. Magma raffreddamento Lento In profondità Veloce in superficie Struttura cristallina granulare Struttura porfirica vetrosa Magmatiche intrusive Magmatiche effusive Solidificazione dei magmi • INTRUSIVE: derivano da un magma cristallizzato a grande profondità. Si riconoscono perché sono costituite da minerali ben formati spesso facilmente distinguibili ad occhio nudo. • EFFUSIVE: derivano dalla cristallizzazione di un magma in superficie. Sono costituite da cristalli di piccole dimensioni (in genere non distinguibili ad occhio nudo) tra i quali sono presenti pochi cristalli di dimensioni maggiori detti fenocristalli. • FILONIANE: derivano dalla cristallizzazione di un magma messosi in posto a modesta profondità formando corpi di diverse dimensioni (es. filoni).

10. FORMAZIONE DI UNA ROCCIA MAGMATICA • La cristallizzazione di un magma procede con l'abbassarsi della temperatura nella massa magmatica. Man mano che si creano le condizioni per la cristallizzazione dei diversi minerali il magma diviene via via più ricco di componenti che non si sono ancora solidificati. I minerali che si sono formati per primi possono ridisciogliersi parzialmente o reagire con il liquido residuo in modo da mutare la loro composizione.Esiste un ordine di cristallizzazione dei minerali in seguito al raffreddamento del magma. • Questo ordine, detto "serie di Bowen",

11. Serie di Bowen Serie discontinua Serie continua I minerali che cristallizzano per primi (olivine, plagioclasio di calcio) si trovano immersi in un liquido che permette di sviluppare cristalli con una forma regolare e ben definita (minerali idiomorfi). I minerali che cristallizzano per ultimi (quarzo) si devono adattare agli spazi residui e non hanno forma ben definita (minerali allotriomorfi). Per questo motivo, nelle rocce magmatiche, il quarzo non ha mai la sua tipica forma di prisma esagonale.

12. Tipi di rocce magmatiche • Se il magma si forma dalla fusione di materiali della parte superiore del mantello, avrà natura basica, sarà caratterizzato da un’alta percentuale di ferro e di magnesio, ma povero di silice. Questo magma raggiunge temperature elevate (1200-1500 °C) e risulta molto fluido. Rocce Femiche. • Se la fusione riguarda rocce della crosta continentale trascinate in profondità per fenomeni tettonici, si origina un magma di natura acida, ricco di silice e assai viscoso, in quanto vi abbondano componenti che, pur essendo immersi in una massa fusa, si trovano ancora allo stato solido. La temperatura è compresa tra 700 e 900 °C.Rocce Sialiche. • Dalla fusione della crosta e dei sedimenti oceanici derivano magmi con composizione intermedia rispetto ai magmi basici e a quelli acidi.

13. Struttura delle rocce magmatiche • Con il termine struttura si indica la forma dei singoli minerali componenti una roccia, le loro dimensioni, il modo di aggregarsi e le reciproche relazioni.La struttura dipende principalmente dalla velocità di raffreddamento del magma. • Con il termine tessitura si indica la disposizione su larga scala dei componenti nello spazio e si definiscono quegli aspetti determinati dalle orientazioni dei cristalli (insieme delle caratteristiche di una roccia a scala geologica). Granulare olocristallina o faneritica: tutti i frammenti minerali sono visibili ad occhio nudo e sono essenzialmente della stessa dimensione.  (Rocce intrusive) Afanitica: tipica di rocce effusive, è caratterizzata dal fatto che tutti i frammenti minerali sono invisibili ad occhio nudo. Vetrosa: i frammenti minerali sono così piccoli che la roccia ha l’aspetto di un vetro. Le rocce vetrose sono effusive. Porfirica: nella roccia sono presenti frammenti minerali di varie dimensioni a causa delle diverse velocità di raffreddamento. I minerali che costituiscono i frammenti più grandi sono chiamati fenocristalli e gli altri costituiscono la matrice. Piroclastica: presente in molti frammenti di roccia prodotti da attività vulcanica esplosiva Pegmatitica: caratterizzata dalla presenza di frammenti minerali molto grandi. Le rocce pegmatitiche sono intrusive. Vescicolare: caratterizzata dalla presenza di molte cavità (vescicole) formate dalla fuga dei gas che conferiscono alla roccia un aspetto spugnoso. Le rocce vescicolari sono effusive.

14. Struttura faneritica Struttura porfirica Struttura vetrosa Struttura afanitica Struttura vescicolare Struttura pegmatitica Struttura piroclastica

15. Classificazione rocce magmatiche

16. granito porfido granodiorite dacite sienite trachite diorite andesite basalto gabbro picrite peridotite

17. granito-riolite diorite-andesite gabbro-basalto

18. Archidisubduzione La crosta oceanica creata nelle dorsali viene consumata nelle zone di subduzione dove il materiale roccioso oceanico si immerge sotto un'altra porzione rocciosa che può essere continentale o oceanica. La crosta che subduce è sempre quella più densa. La subduzione produce magmi andesitici se avviene sotto una crosta continentale e basaltici se avviene sotto crosta oceanica. Ambienti che generano magmatismo  Dorsali oceaniche Nelle dorsali oceaniche viene prodotta nuova crosta terrestre di composizione basaltica. Tutti i fondali oceanici sono fatti di basalti.

19. ROCCE SEDIMENTARIE Sono rocce costituite da materiali (detti sedimenti) provenienti dalla disgregazione, attraverso processi di varia natura, di rocce preesistenti.

20. FORMAZIONE DI UNA ROCCIA SEDIMENTARIA La formazione di una roccia sedimentaria può essere suddivisa in quattro fasi, che rappresentano il "ciclo sedimentario".- I fase: alterazione delle rocce preesistenti sulla superficie terrestre con formazione di detriti solidi e di sostanze in soluzione. - II fase: trasporto del materiale detritico e di quello in soluzione ad opera dei fiumi, dei venti, dei ghiacciai, ecc.- III fase: deposizione (sedimentazione) del materiale in ambienti diversi (continentale, marino, ecc.). La sedimentazione avviene per strati successivi.-IV fase: formazione della roccia (litificazione dei sedimenti) dovuta alla pressione esercitata da altri sedimenti che si accumulano via via sopra di essi. I processi nel loro insieme prendono il nome di diagenesi (processi diagenetici).

21. I FASE: ALTERAZIONE Quando una qualsiasi roccia entra in contatto con l'atmosfera iniziano i processi di alterazione. Tali processi possono essere di tipo fisico, chimico e biologico. I processi fisici causano la disintegrazione della roccia senza però modificarne la composizione chimica e mineralogica (es.: temperatura, erosione ghiacciai, abrasione vento). I processi chimici portano a cambiamenti nella composizione della roccia e nelle sue proprietà con perdita dei caratteri originari (es.: carsismo, piogge acide). I processi biologici hanno una notevole influenza sull'alterazione favorendo sia i fenomeni fisici che i fenomeni chimici (es.: licheni, muschi, alghe).

22. Processi di alterazione fisici • Termoclastismo: dilatazione- contrazione-frantumazione 1) escursioni termiche 2) colore delle rocce la disgregazione può avvenire: - a blocchi o scaglie (rocce omogenee come calcari e argilla) - granulare (dovuta a dilatazione e contrazione dei singoli minerali) • Crioclastismo o gelivazione: variazione del volume d’acqua- porosità- fratturazione • Aloclastismo: sgretolamento per cristallizzazione dei sali. • Umidificazione ed essiccazione:le argille si dilatano assorbendo acqua e si contraggono cedendola.

23. Processi di alterazione chimici e biologici

24. II FASE: TRASPORTO Il trasporto del materiale detritico avviene a causa di: 1) gravità (frane, colate, ecc.) 2) acque continentali (fiumi) 3) correnti marine 4) ghiacciai 5) vento Il trasporto del materiale in soluzione avviene ad opera delle acque. L'azione di trasporto produce un arrontondamento degli spigoli negli elementi detritici (clasti), una classazione del materiale (suddivisione in base all'omogeneità delle dimensioni), una orientazione preferenziale (in presenza di clasti in forma allungata). Quando l'alterazione avviene in posto, senza cioè trasporto dei materiali, si ha la formazione di un suolo.

25. III FASE: DEPOSITO La sedimentazione può essere meccanica, chimica, biochimica. La sedimentazione meccanica riguarda il materiale detritico e si differenzia in base all'ambiente in cui avviene (marino, fluviale, glaciale, ecc.); La sedimentazione chimica riguarda il materiale trasportato in soluzione per variazioni intervenute nel mezzo (aumento di temperatura, assenza di moto, ecc.). La sedimentazione biochimica riguarda ancora il materiale trasportato in soluzione (ad esempio il carbonato di calcio) che può essere fissato da organismi acquatici (molluschi, brachiopodi, coralli, foraminiferi) per la formazione del proprio guscio. I gusci, dopo la morte degli animali, si depositano e si accumulano nei bacini sedimentari.

26. IV FASE: DIAGENESI Insieme di processi chimici e fisici che portano alla formazione della vera e propria roccia (litificazione). La temperatura che si può raggiungere durante la diagenesi è inferiore ai 200°C (a temperature superiori si parla già di metamorfismo). La durata complessiva dei processi è pari ad alcune decine di milioni di anni. Si distinguono diversi processi nel corso della diagenesi. La compattazione è dovuta al peso dei sedimenti sovrastanti, provoca la fuoriuscita delle acque interstiziali e l'avvicinamento dei singoli grani. La ricristallizzazione coinvolge alcuni minerali instabili presenti nel sedimento. La dissoluzione e la sostituzione interessano alcuni minerali che possono disciogliersi o essere rimpiazzati da altri minerali; è questo un processo molto importante nella formazione di rocce di precipitazione chimica (trasformazione della calcite in dolomite - dolomitizzazione). La precipitazione di nuovi minerali nello spazio fra i grani del sedimento è detta autigenesi; se la precipitazione è abbondante si ottiene la cementazione del sedimento stesso.

27. CLASSIFICAZIONE R. SEDIMENTARIE

28. breccia puddinga ghiaia sabbia arenaria silt siltite argilla marna Rocce clastiche

29. tufo argilla conglomerato arenaria I conglomerati rappresentano il termine più grossolano. Sono le ghiaie.Diagenesi: 1) compattazione, 2) precipitazione di minerali fino alla cementazione del sedimento Le arenarie rappresentano il termine intermedio. Sono le attuali sabbie.Diagenesi uguale a quella dei conglomerati. Le argille rappresentano il termine più fine. Corrispondono ai fanghi detritici.La diagenesi principale comporta la compattazione: inoltre sono importanti i processi di natura chimica che consistono in adsorbimenti e scambi ionici. . I tufisono considerati rocce sedimentarie poiché subiscono il processo di messa in posto e successivamente tutti i processi diagenetici che portano alla litificazione; ciò che li differenzia è la loro origine legata alle eruzioni vulcaniche esplosive

30. calcari I calcari comprendono quelle rocce sedimentarie costituite quasi esclusiva-mente da calcite. I processi diagenetici principali sono: la cementazione porta alla formazione della roccia compatta attraverso la precipitazione dei cristalli nelle cavità del sedimento; • la trasformazione neomorfica indica un processo di sostituzione e ricristallizzazione (ad esempio la trasformazione di aragonite in calcite); • la dissoluzione è il risultato del passaggio nei pori di acque sottosature rispetto alla fase carbonatica presente; • la compattazione ha luogo durante il seppellimento; • la dolomitizzazione è dovuta alla precipitazione di dolomite.

31. Marna calcarea argille Nelle rocce carbonatiche possono essere presenti anche materiali argillosi

32. travertino stalagmite stalattite selce colonna alabastrina A seconda dell’ambiente di sedimentazione troviamo vari tipi di rocce sedimentarie calcaree come il travertino, l'alabastro. Il travertino si forma in ambiente fluviale da acque ricche di carbonato di calcio, racchiude spesso resti vegetali ed è ricco di cavità. L’alabastro derivano dalla precipitazione di carbonato di calcio in ambienti sotterranei molto tranquilli (grotte) ed ha struttura zonata. Si distinguono stalattiti e stalagmiti-

33. dolomia fossile dolomia Le dolomie contengono il minerale dolomite. Sono presenti tutti i termini di passaggio con i calcari. Si distinguono dolomie primarie (molto rare) e dolomie secondarie. Le prime si formano PROBABILMENTE da una sostituzione della dolomite alla calcite avvenuta durante i processi diagenetici tardivi a causa dell'apporto di magnesio da parte delle eventuali acque circolanti. (METASOMATIZZAZIONE) 2CaCO3 + MgCl2 CaMg(CO3)2 + CaCl2 Il processo di dolomitizzazione secondaria avviene in climi aridi dove è abbondante l'evaporazione: ciò provoca la precipitazione del gesso (CaSO4 * 2H2O) che impoverisce le acque di ioni calcio e fa prevalere gli ioni magnesio per cui quest'ultimo va a sostituire una parte del calcio.

34. Evaporazione crescente Colonna d’acqua di mare a salinità normale (100%) 50% 20% 10% 1,7% carbonati solfati NaCl Cloruri di K e Mg Rocce chimiche o evaporitiche Si formano all’interno di un bacino sedimentario da componenti chimici sciolti nell’acqua del mare. Quest'ultima, venendo a contatto con le rocce, scioglie i sali in esse presenti e li trasporta con sé. Se l'acqua si raccoglie in un bacino chiuso, la concentrazione dei sali andrà via via aumentando, fino a raggiungere il punto di saturazione: quando questo punto viene superato (per aggiunta di altri sali o per evaporazione dell'acqua), i sali cominciano a precipitare e a depositarsi sul fondo, dando origine, in tempi più o meno lunghi, a vere e proprie rocce.

35. gesso gesso anidrite Le evaporiti sono rocce formatesi in seguito alla precipitazione chimica del solfato di calcio, del cloruro di sodio e di altri sali di minore importanza, in bacini lagunari con climi caldi e aridi.

36. Rocce organogene • Si formano in seguito all'attività degli organismi viventi. Molti organismi marini (alcuni molluschi, alcune alghe unicellulari, i coralli, le madrepore) sottraggono all'acqua i suoi sali e con essi costruiscono gusci e 'scheletri': quando questi organismi muoiono, le loro parti minerali si depositano e si accumulano sui fondali. Tali attività, tra l'altro, danno origine agli atolli e alle barriere coralline. Nel corso della storia della Terra, molti depositi corallini sono stati sollevati dalle forze endogene e sono andati a costituire formazioni rocciose superficiali. Ne sono esempio le Dolomiti (dolomite) e il Gran Sasso, formati da calcari di origine organogena.

37. Rocce organogene • Per quanto riguarda la classificazione dei calcari se si considera la provenienza dei materiali si distinguono: calcari autoctoni, generati da materiale locale; calcari alloctoni, contenenti materiale proveniente da altre zone. I c. autoctoni sono generati da organismi marini quindi hanno nomi del tipo: c. di scogliera (coralli e madrepore) ; c. conchigliari (conchiglie dei molluschi); c. pelagici (plancton); c. bituminosi (strati di calcari alternati a strati di bitume); c. asfaltici (impregnati di idrocarburi ossidati); c. ammonitici (formati da ammoniti, molluschi estinti con tipica conchiglia spiraliforme); c. nummulitici (con nummuliti, foraminiferi con guscio a forma di moneta).

38. Calcare noduloso ammonite Calcare conchigliare Calcare pisulitico Calcare nummulitico

39. geyserite opale diatomite diaspro opale Rocce organogene: r.silicee La silice dà origine a rocce per precipitazione mediata da microrganismi. Gli organismi depositano la silice in forma amorfa (opale) e per diagenesi si formano microcristalli di quarzo attraverso passaggi intermedi (calcedonio) Geyserite è una roccia silicea biancastra che si deposita all'imboccatura dei geyser ed è l'unico esempio di precipitazione diretta della silice senza l'intervento di organismi. Diatomite (tripoli) si forma in ambiente marino da gusci silicei di diatomee mescolati con foraminiferi. In ambiente lacustre si depositano solo diatomee che danno origine alla farina fossile. Se su queste rocce il meccanismo di compattazione è spinto esse diventano durissime e si generano i diaspri.

40. Trieste è costruita su un'alternanza di arenarie e marne, questa serie rocciosa è detta marnoso-arenacea e costituisce il Flysch. Questa alternanza è testimone di un particolare ambiente di rideposizione di materiali detritici sedimentari e coincide con quello della scarpata continentale (raccordo tra masse continentale e fondale oceanico). Alla base della scarpata si depositano solo i sedimenti più minuti,(argille) che dopo la sedimentazione diventano marne. Periodicamente in queste zone si verificano frane di materiale (correnti di torbida) dalle pendici soprastanti e si deposita materiale più grossolano (sabbie che in seguito a compattazione danno arenarie).

41. Rocce metamorfiche Il metamorfismo è la ricristallizzazione allo stato solido di una roccia preesistente a seguito di importanti variazioni di temperatura e pressione. Da questo processo derivano appunto le rocce metamorfiche che si formano da rocce preesistenti che hanno subito modificazioni nella composizione mineralogica o, almeno, nella struttura e nella tessitura, in seguito al cambiamento della temperatura e della pressione rispetto alle condizioni originarie in cui si erano formate.E' noto che, fino ad una certa profondità, vi è un aumento di temperatura variabile tra i 10°C e i 30°C per ogni chilometro e questo prende il nome di gradiente geotermico. Parallelamente alla temperatura cresce anche il valore della pressione.

42. Foliazione Lineazione Scistosità Nell'interno della Terra possono anche agire, in alcuni casi delle pressioniorientate secondo particolari direzioni chiamate anche stress che danno vita a varie strutture visibili sulla roccia come le FOLIAZIONI (separazione di componenti mineralogici in livelli alternati di colore chiaro e scuro a causa della diversa concentrazione), LINEAZIONI (orientazione dei componenti mineralogici secondo linee parallele) e SCISTOSITÀ’ (orientazione dei componenti mineralogici secondo superfici parallele).

43. Rocce metamorfiche di contatto Si formano quando rocce qualsiasi vengono a contatto con masse magmatiche in risalita. Il calore che si libera durante il raffreddamento della massa magmatica provoca una ricristallizzazione dei minerali, più o meno spinta a seconda della temperatura presente, senza arrivare alla fusione delle rocce. Nella figura a fianco è rappresentato il processo di trasformazione che le rocce sedimentarie subiscono quando vengono a contatto con una massa magmatica; il calcare si trasforma in marmo, l'arenaria in quarzite e l'argillite in argilloscisto.

44. Rocce metamorfiche cataclastiche • Sono rocce che si formano per effetto delle pressioni orientate associate ai movimenti di frattura della crosta terrestre. Durante un terremoto, lungo il piano di faglia lungo cui scorrono i materiali, i cristalli subiscono trasformazioni dovute appunto alle pressioni esercitate nello slittamento. Le miloniti sono rocce caratteristiche di questo gruppo.

45. Rocce metamorfiche regionali Il metamorfismo regionale, prodotto dall’aumento contemporaneo e graduale di temperatura e pressione in seguito a movimenti di sprofondamento e dislocazione delle rocce di una vasta regione sottoposta a subsidenza, dove le rocce vengono ripiegate e sollevate a formare catene di montagne.  Le radici delle grandi catene montuose sono prevalentemente formate da rocce che hanno avuto questa origine. L'elemento più caratteristico delle rocce regionali è la scistosità.

46. PRINCIPALI ROCCE METAMORFICHE Non esiste ancora una classificazione delle rocce metamorfiche universalmente accettata; ci si può basare su criteri geologici (metamorfismo di contatto o regionale), strutturali (rocce scistose o non scistose), composizionali

48. Ardesia Fillade Scisti Gli argilloscisti derivano da rocce argillose sottoposte a lieve metamorfismo regionale; si dividono spesso in lastre sottili di grande estensione superficiale. Le filladi sono rocce scistose di aspetto argenteo, lucente. si dividono molto facilmente in sottilissime lastre di aspetto fogliaceo. Sono caratterizzate da scarsa consistenza e tendono a franare con facilità. Gliscisti sono rocce cristalline in cui i singoli minerali, in particolare le miche, sono distinguibili a occhio nudo. I micascisti sono rocce metamorfiche assai comuni, e facilmente riconoscibili per la scistosità impartita da mica muscovite e biotite in grosse lamelle disposte parallelamente.

49. quarzite Gneiss Le quarziti sono costituite esclusivamente o prevalentemente da quarzo e prodotte dal metamorfismo regionale di rocce sedimentarie silicee (arenarie quarzose, selci). Gli gneiss sono rocce a grana grossa con dimensioni dei grani superiori a 2 mm. Mostrano una scistosità abbastanza evidente e contengono più del 20% di feldspati. Sono caratterizzate da una facile divisibilità, parallela ai piani di scistosità.

50. calcescisto marmo I calcescisti sono marmi ricchi di minerali silicati con tessitura scistosa e foliazione. Provengono dal metamorfismo regionale di calcari argillosi e argille calcaree. I marmi (o calcari cristallini) derivano dal metamorfismo di contatto o regionale di rocce calcaree, con grado metamorfico variabile da basso-medio a medio-alto. Hanno una struttura saccaroide, con granuli poligonali; la grana può essere assai varia.