Le rocce e i minerali

Materie:	Riassunto
Categoria:	Geografia Astronomica
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LA CROSTA TERRESTRE: MINERALI E ROCCE
La crosta terrestre è un involucro solido di modesto spessore e costituisce la parte più esterna del nostro pianeta. Questa è composta da una grande varietà di materiali diversi non solo da zona a zona, ma anche con la profondità.
INSIEME DI ATOMI: ELEMENTI, COMPOSTI E MISCELE
SOSTANZE
Si dividono in:
ELEMENTI COMPOSTI
sono delle sostanze formate da si formano quando due o più
atomi tutti uguali, cioè tutti con atomi diversi “reagiscono”, cioè
lo stesso numero atomico. si legano insieme.
La più piccola particella ci una sostanza che ne conserva tutte le caratteristiche è la molecola, questa può essere formata da un solo atomo o da più atomi, fino a parecchie centinaia (macromolecole).
In natura non si trovano sostanze pure, cioè con una composizione definita in ogni loro parte; più spesso si trovano miscele, cioè materia di composizione variabile, formata da due o più sostanze.
Queste si dividono in:
MISCUGLI SOLUZIONI
sono delle miscele omogenee, in sono miscele omogenee, in cui le
cui le singole sostanze componenti singole sostanze componenti non
rimangono separate. si distinguono più e che presentano
le stesse caratteristiche in ogni loro parte.
STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA
La materia che ci circonda si presenta secondo tre diversi stati di aggregazione:
I materiali allo stato solido hanno I materiali allo stato liquido hanno I materiali allo stato
forma e volume proprio; si può anch’essi volume proprio, ma gassoso non hanno
pensare che, al loro interno, le assumono la forma del recipiente volume proprio e, liberi
molecole sono legate da forze che li contiene; le molecole di cui da ostacoli, tendono ad
molto intense. sono costituiti sono legate da forze espandersi occupando
meno intense, perciò sono libere tutto lo spazio
di scorrere.
Ogni sostanza può cambiare di stato assorbendo o liberando energia sotto forma di calore.
NOME
PASSAGGIO
LIBERA/ASSORBE ENERGIA
Fusione
da solido a liquido
assorbe energia
Solidificazione
da liquido a solido
libera energia
Sublimazione
da solido a gassoso
Evaporazione
da liquido a gas
assorbe energia
Condensazione
da gas a liquido
libera energia
Brinamento
da gas a solido

I MINERALI
Un minerale è una sostanza naturale solida, con due caratteristiche fondamentali:
1. una composizione chimica ben definita.
2. una disposizione ordinata e regolare degli atomi.
ELEMENTI CHIMICI E MINERALI
I minerali sono in genere di origine inorganica, ma vengono compresi tra essi anche sostanze la cui formazione passa attraverso processi biologici. Gli elementi che costituiscono la nostra crosta terrestre, dalle terre emerse fino alla scarpata continentale, sono principalmente 8, però i più importanti sono l’ossigeno e il silicio che costituiscono il 75%.
LA STRUTTURA CRISTALLINA DEI MINERALI
Quasi tutti i minerali hanno una struttura cristallina, in pratica un’impalcatura interna, molto regolare e ordinata dalla quale prende origine la forma esterna ben visibile e altrettanto regolare, il cosiddetto abito cristallino o cristallo. Quest’ultimo è una forma poliedrica, cioè un solido geometrico con facce, spigoli e vertici che si originano per un regolare accrescimento. La struttura interna di un cristallo di un qualunque minerale è caratterizzata da una disposizione degli atomi nello spazio tale che una stessa configurazione di atomi si ripete a intervalli regolari lungo più direzioni; la struttura tridimensionale che così si realizza viene chiamata reticolo e si presenta come allineamenti regolari di atomi. L’esistenza di atomi diversi per dimensione e struttura elettronica dà origine a reticoli cristallini diversi; anche le forme degli abiti cristallini, di conseguenza, sono molteplici e spesso complesse, ma tutte rispondono a precise leggi di simmetria, che governano l’organizzazione reticolare. Essendoci queste leggi, le distribuzioni possibili di atomi nello spazio non sono infinite, ma vi sono 32 classi differenti, ognuna delle quali è caratterizzata da una o più forme cristalline semplici.
LE PROPRIETA’ FISICHE DEI MINERALI
Bisogna ricordare però che i minerali presentano numerose proprietà e sono:
• La durezza è la proprietà di resistere all’abrasione e alla scalfittura e dipende dalla forza dei legami reticolari; viene misurata in base alla scala di Mohs.
• La sfaldatura è la tendenza di un minerale a rompersi per urto; essa dipende dalla diversa forma dei legami tra gli atomi nelle diverse direzioni entro il cristallo.
• La lucentezza misura il grado in cui la luce è riflessa dalle facce di un cristallo e si distingue in metallica, tipica di sostanze che assorbono totalmente la luce e che risultano opache, e non metallica, tipica dei corpi in parte trasparenti.
• Il colore è una proprietà molto evidente ma non diagnostica perché molti minerali presentano colori diversi a seconda di impurità chimiche.
• La massa volumica o densità che dipende dall’addensamento di atomi nel reticolo.
I MINERALI DELLE ROCCE
I due elementi chimici di gran lunga più abbondanti sulla crosta terrestre, ossi l’ossigeno e il silicio si combinano tra loro per formare le basi dei silicati, il gruppo più diffuso e numeroso dei minerali. I minerali non silicati sono invece molto meno abbondanti. I minerali del silicio si possono riassumere con questo schema:

LE ROCCE
Le rocce sono degli aggregati naturali composti da diversi minerali. Esse si dividono in:
1. Eterogenee: quando sono costituite da più specie di minerali.
2. Omogenee: quando sono formate da un solo minerale (anche loro contengono però alcune tracce di altri minerali).
Per la definizione precisa di una roccia è necessario identificare il tipo e il numero di minerali presenti, i rapporti quantitativi esistenti tra i vari minerali e i loro rapporti geometrici, ossia la forma, la dimensione e la disposizione dei granuli minerali che può essere causale o avere un ordine ben preciso).
LE FUCINE DELLE ROCCE: I PROCESSI LITOGENETICI
Le masse rocciose di cui è costituita la crosta terrestre si originano e si evolvono in condizioni molto varie, che si possono sintetizzare in tre grandi processi litogenetici:
1. Il processo magmatico che è caratterizzato dalla presenza iniziale del magma che risale dall’interno della terra ad alta temperatura e in condizioni di pressione molto varie. Questo processo porta alla formazione di aggregati di minerali che costituiscono le rocce magmatiche ( o ignee).
2. Il processo sedimentario che comprende l’alterazione e l’erosione dei materiali rocciosi che affiorano in superficie e il successivo loro trasporto e accumulo, che portano alla formazione delle rocce sedimentarie.
3. Il processo metamorfico che ha come caratteristica principale la trasformazione, che avviene allo stato solido, di rocce preesistenti che vengono a trovarsi in condizioni ambientali diverse da quelle originarie. Si formano così le rocce metamorfiche, le più abbondanti sul pianeta.
LE ROCCE MAGMATICHE O IGNEE
Le rocce magmatiche, come si può intuire dallo stesso nome, derivano dal magma. Quest’ultimo è una massa fusa che si forma dentro la crosta terrestre o nella parte alta del sottostante mantello a profondità variabili. Tale massa fusa è una miscela complessa, ad alta temperatura, di silicati e ricca di gas in essa sciolti. Le rocce magmatiche si dividono in due gruppi:
Rocce intrusive (o plutoniche): Rocce effusive:
sono delle rocce che divengono solide sono delle rocce che si formano quando la
e cristalline in profondità circondate da altre rocce; massa magmatica, spinta dalla pressione
si formano quando vi è l’impossibilità per la massa dei gas in essa disciolti, trova una via di
fusa di giungere in superficie. Il raffreddamento risalita sfruttando fratture nella crosta e
avviene in tempi molto lunghi; in tali condizioni, giunge così a traboccare in superficie,
tutto il magma arriva a cristallizzare e la roccia dove solidifica all’aria libera. In queste
magmatica intrusiva che ne deriva è tutta formata condizioni solo una piccola parte della
da cristalli di dimensioni già visibili ad occhio nudo, massa magmatica, finché è ancora in
presenta cioè una struttura granulare olocristalli. Profondità o mentre sta risalendo, si K trasforma in cristalli di dimensioni h apprezzabili (almeno qualche mm) detti O fenocristalli. Quasi tutta la massa consolida S invece in superficie e lo fa così rapidamente U che i cristalli non hanno tempo di accrescersi. P Si realizza così la struttura porfirica e si L formano cristalli minuscoli visibili bene solo P al microscopio.

CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE MAGMATICHE
I magmi possono avere composizioni diverse, per cui la cristallizzazione può portare nei vari casi a rocce che differiscono tra loro per i tipi di minerali in esse aggregati. La distinzione tra i vari tipi di magmi si basa sul loro contenuto in silice. Questo definisce il grado di acidità (abbondanza di silice) o basicità (scarsezza di silice). I magmi si dividono in:
1. Magmi acidi. Sono magmi ricchi di silicio e alluminio, i quali danno origine a rocce di colore in genere chiaro chiamate acide o sialiche.
2. Magmi neutri. Sono magmi a composizione intermedia; essi danno origine a rocce neutre con un rapporto equilibrato fra alluminiosilicati e silicati.
3. Magmi basici. Sono magmi che hanno una quantità bassa di silice ma sono più ricchi di ferro, magnesio e calcio. Le rocce che si formano sono dette basiche o femiche.
4. Magmi ultrabasici. Sono magmi nei quali la presenza è molto bassa. Le rocce che si formano sono molto scure e sono dette ultrabasiche o ultrafemiche.
LE “FAMIGLIE” DI ROCCE MAGMATICHE
Le rocce magmatiche si dividono in numerose famiglie:
• Famiglia dei graniti. Le rocce intrusive acide di questa famiglia contengono molti granuli di quarzo (quando sono ricche di quarzo vengono chiamate graniti, al contrario vengono dette granodioriti), di ortoclasio bianco o rosa e mica nera ma soprattutto sono le più diffuse tra tutte le rocce magmatiche intrusive.
• Famiglia dei dioriti. Deriva da magmi neutri.
• Famiglia dei gabbri. I magmi gabbrici sono basici e danno rocce intrusive scure. Le corrispondenti rocce effusive principali sono i basalti.
• Famiglia delle peridotiti. Le rocce che derivano da magmi ultrabasici sono formate in gran parte da olivina ( nota anche con il nome di peridoto); le più note sono le peridotiti, nere e pesanti.
• Famiglia delle rocce “alcaline”. Alcuni magmi risultano particolarmente ricchi di elementi alcalini, cioè sodio e potassio; questi danno origine a molte racce tra le quali: le sieniti, le trachiti e le leucititi.
Tipo di roccia magmatica
Rocce intrusive
Rocce effusive
Rocce sialiche o acide
SiO2 > 65 %
Graniti
Granodioriti
Lipariti o Rioliti
Porfido quarzifero
Ossidiane
Pomice
Rocce femiche o basiche
SiO2 < 52 %
Gabbri
Basalti
Leucititi
Rocce neutre
SiO2 52 - 65 %
Dioriti
Sieniti
Monzoniti
Andesiti
Trachiti
Rocce ultrabasiche
SiO2 < 45 %
Peridotiti
LE ROCCE SEDIMENTARIE
Le rocce sedimentarie sono la traccia delle continue trasformazioni in atto da tempi lunghissimi sulla superficie della terra. Il termine sedimentarie deriva da sedimentazione che sta ad indicare la deposizione e l’accumulo su terre emerse o sul fondo di bacini acquei di materiali di varia origine, inorganica o organica. Il lento passaggio da sedimenti “freschi” (cioè appena accumulatisi e, in genere, formati da frammenti distinti) a rocce sedimentarie vere e proprie avviene per un insieme di fenomeni che globalmente prendono il nome di diagenesi. Tra questi il più comune è la litificazione che avviene essenzialmente per: compattazione, che è dovuta al peso dei materiali che via via si sovrappongono e che, comprimendo i sedimenti sottostanti, riducono gli spazi vuoti tra i singoli frammenti, o per cementazione, che è prodotta da acque che scorrono nei sedimenti sfruttando la presenza dei pori, cementando tra loro i granuli. Le rocce sedimentarie si dividono in: rocce clastiche (o detritiche), rocce organogene (o biogene) e rocce chimiche.
GRANULO SU GRANULO: LE ROCCE CLASTICHE O DETRITICHE
Le rocce clastiche sono formate da frammenti , chiamati clasti, di altre rocce di ogni tipo, che si accumulano in genere in zone ribassate quando il mezzo che li trasporta (acqua, vento, etc.) perde la sua energia. Esse si distinguono in:
- Conglomerati: che derivano dalla lenta cementazione delle ghiaie e si dividono in brecce, con ciottoli spigolosi, e puddinghe, con ciottoli arrotondati segno che sono state sottoposte ad un lungo trasporto.
- Le arenarie: sono caratterizzate da piccoli clasti e sono ricche di granuli di quarzo e di detriti di calcare.
- Le argille: sono caratterizzate da clasti finissimi che si depositano generalmente sul fondo dei grandi laghi o un pieno oceano. Quando tali sedimenti a causa della diagenesi, perdono la loro tipica elasticità e diventano più compatti, vengono distinti con il nome di argilliti.
- Le marne: sono ritenute anch’esse rocce clastiche e derivano da una mescolanza di calcare di origine detritica o chimica e di argilla.
- Le piroclastiti: sono ritenute rocce clastiche e derivano dai materiali emessi durane le esplosioni vulcaniche. Esse anche se dovrebbero appartenere alle rocce eruttive, vengono raggruppate in questa suddivisione perché svolgono il loro tragitto lungo i vulcani e sedimentano nel mare.
DALL’ATTIVITA’DI ORGANISMI VIVENTI: LE ROCCE ORGANOGENE
Esiste un vasto gruppo di rocce formate quasi solamente dall’accumulo di sostanze legate a un’attività biologica e chiamate, per questo, organogene (o biogene). In base alla loro natura queste rocce si distinguono in:
1. Rocce carboniche. Tipiche rocce organogene sono i calcari organogeni, sia dovuti all’accumulo di gusci calcarei (cioè formati di carbonato di calcio CaCo3, noto come calcite) sia costruiti da organismi che impiegano la calcite per rivestirsi di parti scheletriche. Associate ai calcari si trovano spesso le dolomie formate da carbonato doppio di calcio e magnesio, cioè da dolomite, la cui formula è CaMg(CO3)2.
2. Rocce silicee. Le rocce organogene silicee derivano dall’accumulo di gusci di organismi che utilizzano la silice (SiO2) invece della calcite. Tra queste la più diffusa è la selce.
3. Carboni fossili. I carboni fossili sono rocce organogene dovute all’accumulo di sostanza organica. Questi carboni fossili derivano dalla fossilizzazione di grandi masse di vegetali.
4. Idrocarburi. Gli idrocarburi sono miscele di composti del carbonio e dell’idrogeno cui si aggiungono piccole quantità di composti ossigenati, azotati e fosforati. Si trovano sepolti a impregnare molti strati di rocce porose e derivano dalla decomposizione, ad opera di batteri anaerobi, di sostanze organiche che si sono accumulate sui fondali marini poco ossigenati, mescolandosi a fanghi finissimi.
PRECIPITAZIONE E DISSOLUZIONE: LE ROCCE DI ORIGINE CHIMICA
Questo gruppo comprende tutte le rocce che si sono deposte, e si depongono tuttora, essenzialmente per fenomeni chimici. Il più evidente tra questi è la precipitazione, sul fondo di bacini acquei, di composti chimici che si trovano sciolti nell’acqua del mare o dei laghi (rocce evaporitiche o evaporati). Altri sedimenti derivano invece da alterazioni per dissoluzione, all’aria aperta, di rocce preesistenti e danno origine alle rocce residuali.
• Evaporiti. Quando un bacino marino rimasto isolato evapora completamente, o quasi, sul fondo si depositano i sali contenuti nell’acqua del mare, in ordine inverso alla loro solubilità: prima la calcite (CaCo3) e la dolomite [CaMg(CO3)2], poi il gesso (CaSo4X2H2O) e l’anidrite (CaSO4), infine il salgemma, la silvite e la carnallite ( cloruri di Na, K, Mg).
• Rocce residuali. Si definiscono così le rocce che derivano dall’accumulo, senza trasporto, dei materiali che restano dopo l’alterazione meteorica di una roccia affiorante. In senso generale rientrano in questa categoria tutti i suoli, come prodotto dell’interazione tra atmosfera e rocce della superficie terrestre.
ROCCE METAMORFICHE
Le rocce metamorfiche si sono formate inseguito alle trasformazioni, provocate da aumenti di pressione e di temperatura, di altre rocce. Abbiamo due tipi di trasformazione molto importanti:
- Il metamorfismo di contatto. Quando un magma risale attraverso la crosta, o si ferma all’interno di questa, provoca un forte aumento di temperatura nelle rocce con cui viene a contatto. Intorno alla massa di magma incandescente le rocce subiscono modificazioni nella composizione dei minerali. Ad esempio i calcari formati di minuscoli frammenti di CaCo3, vengono trasformati in marmi, costituiti da un mosaico di grossi cristalli di CaCo3 ( delle dimensioni dei granuli dello zucchero, da cui il nome di “marmi saccaroidi”).
- Il metamorfismo regionale. Il processo metamorfico più importante è il metamorfismo regionale. Esso avviene ogni volta che movimenti della crosta terrestre fanno sprofondare nel suo interno masse di rocce sedimentarie o magmatiche, che vengono sottoposte così a temperature crescenti e a forti pressioni ( sia per il peso delle rocce sovrastanti – pressione di carico-, sia a causa di spinte tra masse rocciose contigue –pressione orientata). Le rocce che ne derivano presentano una tipica scistosità, la proprietà di suddividersi facilmente in lastre secondo piani paralleli, chiamati appunto piani di scistosità (un esempio è l’ardesia). Il metamorfismo a seconda della pressione e della temperatura può essere di grado basso, medio e alto.
LE “FAMIGLIE” DI ROCCE METAMORFICHE
Le rocce metamorfiche si distinguono in:
1. Filladi. Derivano da metamorfismo di basso grado di rocce argillose o argillo-sabbiose; sono formate da minutissimi cristalli di quarzo, mica e clorite e la scistosità è molto accentuata.
2. Micascisti. Derivano da metamorfismo regionale di grado da medio ad alto di rocce argillose e si distinguono in numerosi tipi in base ai minerali al loro interni prevalenti.
3. Gneiss. Derivano da metamorfismo di grado da medio ad alto e hanno una composizione simile a quella de graniti.
4. Marmi. Derivano da metamorfismo regionale o di contatto di calcari.
5. Calcescisti. Derivano da metamorfismo regionale di grado basso o medio di calcari marnosi o marne. Serpentiniti. Derivano da metamorfismo regionale di basso grado di rocce ignee ultrabasiche.
6. Scisti a glaucofane. Derivano dal metamorfismo a basso grado di lave basaltiche.
IL CICLO LITOGENETICO
I processi di formazione delle rocce indicano che i diversi gruppi di rocce possono trasformarsi gli uni negli altri. Le rocce magmatiche e quelle metamorfiche sono trasformate in rocce sedimentarie.
Le rocce magmatiche e quelle sedimentarie possono subire metamorfosi. Le rocce di tutti e tre i tipi possono andare incontro a un processo di rifusione ed essere di nuovo trasformate in magma. L’insieme di tutte queste relazioni prende il nome di ciclo litogenico o ciclo delle rocce. Il ciclo litogenico è un processo che ha avuto inizio con la formazione della terra solida ed è destinato a continuare finché il pianeta manterrà la propria struttura. Gli incessanti processi di trasformazione delle rocce indicano che la crosta terrestre è in continua evoluzione. I materiali che si formano sono prima o poi ricondotti a condizioni nelle quali non si trovano più in equilibrio e sono trasformati in rocce diverse. Il termine ciclo, usato per indicare l’insieme di queste trasformazioni, mette in evidenza che il processo passa ripetutamente per le medesime tappe. Il ciclo litogenico mostra come le rocce superficiali possono venire sepolte in profondità e trasformarsi in rocce metamorfiche. Se subiscono forti aumenti di temperatura, queste rocce giungono al punto di fusione e si trasformano in magma. Dal magma possono riformarsi rocce magmatiche. Le rocce profonde possono poi essere portate in superficie dai movimenti che deformano in continuazione la parte più superficiale della terra. Continua così l’incessante ciclo evolutivo delle rocce.