Processi metamorfici delle rocce

Materie:Riassunto
Categoria:Geologia
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Data:07.07.2009
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Testo

Cap. 7
Processi metamorfici
Le rocce magmatiche e sedimentarie, quando si trovano nel sottosuolo, possono subire un surriscaldamento che fa si che si trasformino in rocce metamorfiche. Una roccia è detta metamorfica se ha subito una trasformazione rispetto alla struttura originaria: la trasformazione può influenzare sia i minerali che compongono la roccia sia la loro forma e disposizione all’interno di questa. Col fenomeno, detto metamorfismo, la roccia si adegua alla struttura ed alla composizione chimica del territorio a condizioni diverse da quelle nelle quali si è formata. Il processo deve avvenire allo stato solido; se avviene una fusione si ha la formazione di magma. La fusione parziale determinata da rocce metamorfiche può portare ad avere fenomeni di anatessi. Le cause principali del metamorfismo sono aumento di temperatura e di pressione: le alte temperature rendono più mobili i componenti delle strutture cristalline, che possono cosi separarsi e riaggregarsi in combinazioni nuove (si verifica così anche polimorfismo). Con temperature superiori a 300°C si hanno reazioni più veloci. Le pressioni alte tendono a far assumere ai minerali forme più compatte e più dense. Temperatura e pressione possono agire simultaneamente o meno: a seconda dell’intensità con cui i due fenomeni agiscono, i processi si dividono in tre tipi: metamorfismo regionale (azione temperatura + pressione), metamorfismo di contatto(temperatura), metamorfismo cataclastico (pressione).
Facies metamorfiche
A seconda di quanto il processo metamorfico è accentuato, tanto maggiori sono le trasformazioni che i minerali subiscono: essi si distinguono per grado di metamorfismo. Il grado metamorfico esprime l’intensità delle azioni alle quali è stata sottoposta la roccia, in particolar modo della temperatura, e si distinguono in bassissimo, basso, medio, alto e altissimo grado. In condizioni di bassissimo grado le caratteristiche metamorfiche sfumano in quelle dei processi sedimentari; in condizioni di altissimo grado i materiali giungono a condizioni prossime alla fusione, assumendo caratteristiche del processo magmatico.
La presenza di una particolare roccia è indicatrice delle condizioni che hanno interessato uno specifico settore della crosta: rocce di origine e composizione diversa, ma sottoposte alle stesse condizioni metamorfiche, appartengono alla stessa facies metamorfica; ogni facies è caratterizzata dalla presenza di uno o più minerali tipici. Tipiche del basso grado, con temperatura e pressione non elevate, sono le zeoliti, al crescere della temperatura si hanno le scisti verdi, le anfiboliti e le granuliti pirosseniche. La facies delle cornubianiti è tipica del metamorfismo dovuto al calore; con temperatura moderata e pressione alta si hanno le scisti blu, rocce ricche di un anfibolo azzurro chiamato glaucofane. Infine ci sono le eclogiti, formatesi in condizioni di temperatura medio-alta e pressione elevata.
Metamorfismo regionale
È un processo che provoca ampie trasformazioni e interessa grandi volumi di rocce che sono spinte in profondità da movimenti della crosta. Temperatura e pressione aumentano con la profondità ed il grado di metamorfismo dipende da questa; rocce con la stessa composizione mineralogica di partenza e che abbiano subito trasformazioni sempre più accentuate formano una serie metamorfica. Le argilliti e le arenarie diventano filladi (rocce a grana finissima composte da quarzo e miche chiare) per metamorfismo di basso grado, micacisti (contenenti diverse varietà di miche) per metamorfismo di medio grado e gneiss (simile al granito) per alto grado; queste tre rocce formano una serie metamorfica. Una roccia metamorfica di basso grado è l’ardesia, derivata dalle argilliti, caratterizzata da una serie di piani paralleli tra loro e trasversali alla struttura d’origine. Altre rocce sono le quarziti, derivate da arenarie ricche di quarzo: costituiscono una serie a sé perché possono essere il prodotto di alto medio e basso metamorfismo.
Le rocce carbonatiche e le marne danno origine a calcescisti; le rocce magmatiche danno origine a serie mafiche, ultramafiche e felsiche.
Metamorfismo di contatto
Si verifica con l’aumento di temperatura: riguarda le rocce vicine alla superficie raggiunte da magmi che risalgono ad alta temperatura; il risultato è dato dall’effetto termico sulle rocce dal magma. Si verifica ai confini di rocce magmatiche, intrusive o effusive, che riscaldano le rocce circostanti senza fonderle; durante il riscaldamento si ha una ricristallizzazione dei minerali preesistenti con riassestamenti strutturali della roccia e aumento delle dimensioni. Questo processo è dovuto alla mobilità che acquistano le particelle che formano i minerali; l’effetto è accentuato se il periodo di riscaldamento è lungo e se intervengono fluidi magmatici (agenti mobilizzatori). Le rocce che derivano da questo processo sono dette cornubianiti; da rocce carbonatiche si ottiene il marmo.
Metamorfismo cataclastico
Dipende dalla pressione, le rocce interessate si trovano in prossimità della superficie: l’aumento della pressione non deriva perciò dal peso delle rocce sovrastanti. Queste rocce sono sottoposte a forza di compressione derivante che deriva dai movimenti della crosta terrestre che spingono grandi masse rocciose le une contro le altre. La pressione fa si che vi siano cambiamenti della struttura e della composizione mineralogica. Il meccanismo può avvenire anche quando le rocce sfregano le une contro le altre: si ha una frizione che causa lo sbriciolamento dei materiali rocciosi. I detriti che si formano sono compattati e metamorfosati dalla pressione e dal calore che si libera durante l’attrito. Il grado di metamorfismo di queste rocce dipende dall’intensità della pressione: prima si hanno frantumazioni della roccia originaria fino alla formazione di frammenti a spigoli vivi, si producono rocce cataclastiche, con l’aumento della pressione vengono fratturati cristalli e granuli dei minerali formando cosi le cataclasiti, osservabili al microscopio.
L’ulteriore aumento di temperatura provoca la quasi completa scomparsa della struttura originaria con frammenti di minerali spesso submicroscopici. In certi casi si formano minerali di dimensioni maggiori detti cocchi che formano le miloniti; quando le dimensioni sono submicroscopiche si parla di ultramiloniti.
Struttura delle rocce metamorfiche
Se il metamorfismo di una roccia non è spinto, si rilevano ancora tracce della struttura originaria, ad esempio la stratificazione in rocca metamorfica di basso grado derivata da una roccia sedimentaria; con l’aumentare dell’intensità delle trasformazioni metamorfiche, le tracce della struttura originale svaniscono. Nel metamorfismo di contatto si formano strutture non orientate: le pressioni del processo termometamorfico non sono molto forti e non orientate verso una particolare direzione (marmi). Nel processo regionale la temperatura determina ricristallizzazione e la pressione la formazione di strutture orientate, la cui direzione dipende dalla maggiore intensità della pressione lungo alcune direttrici. I cristalli che si riformano all’aumento di temperatura cristallizzano all’agire della pressione della pressione orientata: la concomitanza di queste azioni fa si che l’asse più lungo sia perpendicolare alla direzione della pressione più intensa. La struttura più nota è la scistosità, dove sono evidenti piani o bande più o meno contorti: quest’aspetto è dovuto alla presenza di minerali a sviluppo lamellare, come le miche, o con forma prismatica come gli anfiboli; proprio per questa struttura è possibile dividerli in lastre. La scistosità ha una superficiale somiglianza con le rocce sedimentarie, per quanto rimangano diversi per caratteristiche. Questa struttura si riconosce perché si svolge su piani non paralleli a quelli di stratificazione, che presentano accavallamenti e distorsioni, i cristalli si dispongono per strati paralleli, spesso alternati e di colore diverso. Le più tipiche sono le filladi e i micascisti, mentre è rara per gli gneiss che hanno scistosità parziale e una struttura occhiadina. Quest’ultima è caratterizzata da grossi cristalli, “occhi”, immersi in una pasta di fondo di cristalli molto più piccoli. Una forma strutturale simile alla scistosità è il clivaggio, costituito da una serie di piani di fatturazione paralleli e sottili, trasversali alla originaria stratificazione sedimentaria. Il clivaggio è tipico delle rocce argillose o siltose sottoposte a metamorfismo di bassissimo grado. Un altro tipo di struttura è la foliazione, costituita da un’alternanza di bande con scistosità e bande contenenti cristalli granulari non orientati nella stessa roccia. Nel metamorfismo cataclastico la struttura tipica è dovuta alla frantumazione dei cristalli: quando è parziale si chiama cataclastica, quando è completa, milonitica.
Minerali indice
Per ricostruire le fasi del metamorfismo i geologi analizzano i minerali delle associazioni presenti: i minerali delle rocce metamorfiche sono infatti indicatori del processo che le rocce hanno subito. Mediante lo studio dei minerali presenti è possibile ricostruire le condizioni di temperatura e pressione e definire fasce di metamorfismo, in quanto alcuni minerali si formano in condizioni ben determinate. I minerali che si formano in un ambiente ristretto di temperatura e pressione sono i più utili rivelatori delle condizioni nelle quali è avvenuto il processo metamorfico, per tanto sono chiamati minerali indice (es. cianite per le argillose, grado intermedio; quarzo non dà indicazioni perche è un minerale stabile, sempre presente nelle argilliti). I minerali sono l’ultimo punto della trasformazione metamorfica: se l’ultimo evento si è verificato a temperatura e pressione inferiori rispetto alle precedenti, i minerali indice si riequilibrano e formano minerali tipici di un grado più basso: questo fenomeno si chiama metamorfismo retrogrado. Questi minerali sono come l’ago di un manometro, oscillano sulla scala e registrano gli ultimi valori di temperatura e pressione.
Minerali nelle rocce: un riepilogo
Nonostante la varietà di minerali e rocce sia elevata, grazie al fatto che siano i principali elementi più abbondanti a formare un numero ridotto di rocce, si può risalire alla composizione. La composizione delle rocce magmatiche, ad esempio, è definibile sulla base di pochi minerali silicati e sulla loro combinazione. Le rocce sedimentarie contengono i minerali silicati e poche altre varietà, come ad esempio i carbonati. Le rocce metamorfiche contengono principalmente silicati e carbonati e altri a seconda delle trasformazioni subite. Per le rocce magmatiche, intrusive ed effusive hanno stessa composizione.
Magmatiche:
granito anfiboli, miche, quarzo, ortoclasio, plagioclasio
diorite anfiboli, miche, quarzo, plagioclasio
gabbro anfiboli, miche, olivina, pirosseni, plagioclasio
peridotite olivina, pirosseni
Sedimentarie:
arenaria argilla, quarzo, ortoclasio, plagioclasio
argillite argilla, quarzo
calcare calcite
evaporite calcite, dolomite, gesso, salgemma →(non silicati)
marna calcite, argilla
Metamorfiche:
gneiss pirosseni, anfiboli, miche, quarzo, ortoclasio, plagioclasio
quarzite miche, quarzo
marmo calcite

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