Il ciclo litogenico e le rocce magmatiche

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Lezione del 19/09/2001

I PROCESSI DI FORMAZIONE DELLE ROCCE MAGMATICHE

Ogni roccia è caratterizzata da una particolare aggregazione di minerali. I processi di formazione delle rocce non portano alla completa separazione dei diversi minerali. Nella realtà constatiamo che la maggior parte delle rocce è formata da miscugli di minerali diversi.
Il criterio fondamentale per la classificazione delle rocce si basa sul processo che ne ha determinato la formazione. La composizione mineralogica viene presa in considerazione solo in un secondo momento, per effettuare una classificazione più articolata. I processi di formazione delle rocce sono: il processo magmatico, il processo sedimentario e il processo metamorfico. Le tre categorie in cui suddividiamo le rocce dipendono da questi tre processi.

ROCCE MAGMATICHE

Il pianeta terra si formò circa 4,7 miliardi di anni fa. Sottoposti alla forza di gravità i vari materiali si localizzarono a distanze diverse dal centro della terra a seconda della loro densità. I materiali più leggeri si disposero in prossimità della superficie. I materiali più esterni raggiunsero in seguito una temperatura inferiore al punto di fusione. Da quel momento iniziarono a formarsi composti solidi. Il processo di solidificazione determinò l’associazione di minerali caratterizzati da punti di fusione vicini tra loro. Man mano che la temperatura diminuiva, cambiavano le associazioni di minerali che passavano allo stato solido. La struttura stratificata della terra si è mantenuta ancora oggi, l’interno del pianeta è costituito da tre strati concentrici principali. Questi tre gusci sono, a partire dall’esterno, una sottile crosta, un mantello che si estende fino a quasi metà del raggio terrestre e un nucleo che occupa la porzione più interna del pianeta.
Una massa di minerali allo stato fuso, spesso contenente in soluzione anche sostanze allo stato aeriforme, prende il nome di magma.
La composizione del magma, sempre silicatica, può avere una notevole variabilità. Risalire da una roccia magmatica alla composizione originaria del magma risulta difficile, sia a causa della perdita dei gas, sia per il possibile allontanamento dalla massa fusa dei cristalli che solidificano per primi. La cristallizzazione di un magma avviene gradualmente con l’abbassarsi della temperatura. I minerali con temperatura di solidificazione più alta solidificano per primi e solo successivamente diventano solidi i minerali con temperature di solidificazione più basse.
La formazione di rocce a seguito della solidificazione del magma fluido è chiamata processo magmatico. Le rocce che hanno avuto questa origine sono dette rocce magmatiche o ignee. Il processo magmatico, che diede origine in tempi remoti alla crosta terrestre, avviene anche attualmente, per esempio nel corso delle eruzioni vulcaniche.

ROCCE SEDIMENTARIE

Le condizioni ambientali in cui si originano le rocce magmatiche sono caratterizzate da una temperatura piuttosto elevata, di almeno 700°C.
I minerali che si formano nel corso del processo magmatico diventano generalmente instabili man mano che si raffreddano. Una sostanza instabile finisce con il trasformarsi in altre sostanze più stabili. Se non sono prodotte in continuazione le sostanze instabili tendono inesorabilmente a scomparire.
La stabilità dipende dalle condizioni ambientali: al variare delle caratteristiche chimico fisiche, sostanze precedentemente stabili possano diventare sostanze instabili.
L’azione dell’aria e dell’acqua tende a trasformare e a demolire i minerali delle rocce magmatiche. Nelle condizioni fisiche di superficie, diverse da quelle in cui si sono formati, questi minerali si trasformano in nuovi minerali più stabili.
La disgregazione delle rocce, magmatiche o di altra natura, produce frammenti e detriti. Tutti questi materiali si accumulano e formano le rocce sedimentarie.
Il processo sedimentario avviene in condizioni ben diverse dal processo magmatico. Minerali e rocce caratteristici di questo processo sono diversi da quelli propri del processo magmatico.

LE ROCCE METAMORFICHE

Le rocce sedimentarie si formano in condizioni di bassa temperatura e bassa pressione. Le rocce magmatiche si formano, invece, in condizioni di temperatura alta e pressione relativamente bassa.
Le rocce sedimentarie e magmatiche, a causa di imponenti movimenti crostali, possono essere trasportate in profondità. Qui le rocce incontrano temperature e pressioni molto più elevate di quelle in cui si sono originate.
Le rocce stabili in superficie diventano instabili al variare delle condizioni fisiche. Il processo metamorfico consiste nella trasformazione della struttura cristallina a causa dell’aumento della temperatura o della pressione, o di entrambe.
Le rocce che subiscono il metamorfismo sono chiamate rocce metamorfiche.
Il processo metamorfico determina nelle rocce cambiamenti anche profondi della struttura e della composizione mineralogica; le rocce rimangono comunque sempre allo stato solido. Se la temperatura raggiunge valori superiori al punto di fusione dei minerali, si forma di nuovo magma. Questo processo prende il nome di rifusione. Se il magma poi torna a solidificare si originano rocce magmatiche.

IL CICLO LITOGENICO

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 finchè 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.
Le rocce che troviamo oggi sono la testimonianza dell’ultima delle trasformazioni operate dal ciclo fitogenico. I materiali che formano le rocce odierne possono avere percorso il ciclo numerosissime volte e avere assunto nel passato caratteristiche anche molto diverse delle attuali.

ROCCE MAGMATICHE INTRUSIVE E D EFFUSIVE

Circa i due terzi della crosta terrestre sono costituiti di rocce magmatiche. Questo dato è un eloquente indizio del fatto che, nel corso del tempo, gran parte dei materiali della crosta è stata sottoposta a temperature elevate, che ne hanno determinato la fusione. Il successivo raffreddamento ha poi portato alla formazione di rocce magmatiche.
Le caratteristiche del processo di raffreddamento del magma hanno grande importanza per la classificazione delle rocce magmatiche. La forma e la disposizione spaziale dei cristalli dei minerali di una roccia ne determinano la struttura.
Un processo lento e graduale porta alla formazione di strutture cristalline ben definite. Le particelle che formano i minerali assumono alo stato fluido disposizione caotica e disordinata. Un raffreddamento graduale consente loro di acquisire una disposizione ordinata, che corrisponde alla condizione di massima stabilità. La struttura cristallina si forma più facilmente, se nel magma sono disciolte sostanze gassose.
I processi caratterizzati da lento raffreddamento avvengono all’interno della crosta. È infatti qui che le rocce che circondano il magma determinano condizioni di isolamento termico e impediscono la perdita dei gas disciolti. Le rocce magmatiche che si formano in profondità sono chiamate intrusive.
Un processo di raffreddamento che avviene in superficie è invece caratterizzato da un repentino abbassamento della temperatura.
I processi di raffreddamento caratterizzati da una brusca diminuzione di temperatura avvengono sulla superficie nel corso dei fenomeni vulcanici. Le rocce magmatiche che si formano in superficie sono chiamate effusive.
Se il processo di raffreddamento è particolarmente veloce, le particelle rimangono disposte disordinatamente come nello stato fluido. In questi casi non si ha formazione di strutture cristalline ordinate: la struttura della roccia è vetrosa.

STRUTTURA DELLE ROCCE MAGMATICHE

Il principale carattere che consente di suddividere le rocce magmatiche in effusive e intrusive è la dimensione dei cristalli. Una roccia magmatica intrusiva è caratterizzata da una struttura cristallina a grana grossolana. In un campione di roccia intrusiva sono ben visibili a occhi nudo i vari cristalli.
Queste rocce sono usate a scopo ornamentale nella costruzione di edifici. Si tratta infatti di rocce dure ed esteticamente gradevoli per il variegato aspetto dovuto ai diversi cristalli.
Una roccia magmatica effusiva possiede invece una struttura microcristallina o vetrosa. Se il processo di raffreddamento avviene in tempi particolarmente rapidi, l’intera roccia ha struttura vetrosa. In certi campioni di roccia magmatica sono visibili a occhio nudo solo pochi cristalli, chiamati fenocristalli, immersi in una pasta di fondo microcristallina o vetrosa. Una struttura di questo tipo è definita porfirica. Esempi di rocce effusive sono la riolite, l’andesite, il basalto. Anche le rocce effusive sono dure e sono spesso utilizzate in edilizia. Hanno però minor pregio delle rocce intrusive, perché la struttura a grana fine impartisce una colorazione uniforme. Le rocce effusive hanno un impiego prevalentemente non decorativo, come la pavimentazione stradale e le massicciate ferroviarie.
Una roccia effusiva dalle caratteristiche inconsuete è la pomice, che si origina da un magma molto ricco di gas, solidificatosi prima che il gas abbia potuto fuoriuscire. Ne deriva una struttura ricca di porosità e microporosità. La pomice è cosi leggera da galleggiare sull’acqua.
La struttura porfirica è molto frequente nelle rocce magmatiche che hanno effettuato il processo di solidificazione in prossimità della superficie.
In questi casi la velocità di raffreddamento è intermedia tra quella delle rocce effusive e quella delle rocce intrusive vere e proprie. Le rocce a struttura porfirica sono dette rocce ipoabissali.
Le più comuni rocce ipoabissali sono i porfidi.

COMPOSIZIONE MINERALOGICA DELLE ROCCE MAGMATICHE

Un altro importante carattere distintivo delle rocce magmatiche è la composizione mineralogica. La composizione è definita dai minerali presenti nella roccia e dalla loro abbondanza percentuale. Nel caso delle rocce magmatiche l’analisi della composizione si presenta piuttosto semplice. Queste rocce sono infatti composte quasi interamente di un numero ristretto di minerali silicati: quarzo, feldspati, miche, anfiboli, pirosseni, olivina. I principali minerali silicati delle rocce magmatiche non compaiono tutti insieme nella stessa roccia. In base alle condizioni in cui è avvenuta la solidificazione, questi minerali si presentano associati in combinazioni caratteristiche. Le rocce magmatiche sono anche classificate in base alle associazioni dei minerali.
Il granito risulta composto per oltre il 40% di feldspato ortoclasio, per il 30% circa di quarzo, per il 10% circa di feldspato plagioclasio e per quasi il 20% di miche anfiboli. La peridotite risulta costituita per circa il 25% da pirosseno e per circa il 75% da olivina.
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