La crosta Terrestre: minerali e rocce

La crosta terreste: minerali e rocce

Laura Greco V°D

Índice

Minerali

I costituenti della crosta terreste.

Rocce

Fonti di energia da minerali a rocce.

Materie prime da minerali e rocce

Ciclo litogenico

I costituenti della crosta terrestre.

Le rocce che vediamo non esistono da sempre; si sono formate quando si è fromata la Terra per raffreddamento e solidificazione di materiale prima fuso. Le rocce da allora sono sottoposte a cicli di distruzione e formazione di nuove rocce. Quelle che vediamo affiorare sono rocce di ogni età, che costituiscono un gigantesco archivio di dati , dalla cui lettura si può ricostruire la storia della Terra. I costituenti della crosta terresrte sono:

Rocce

Minerali

I minerali

Un minerale è una sostanza naturale solida con due caratteristiche fondamentali: una composizione chimica ben definita e una disposizione ordinata e regolare degli atomi. In genere sono di origine inorganica, ma sono definiti minerali anche i carboni, gli idrocarburi l'ambra che passano per processi biologici.I minerali sono formati dalla combinazione degli stessi elementi chimici che si trovano in tutto l'Universo. La maggior parte sono il risultato della combinazione di più elementi legati in un composto chimico, alcuni , come l'oro e l'argento, sono formati da un solo tipo di elemento.

Proprietà

Struttura

Classificazione

Come si formano

La struttura cristallina dei minerali

Quasi tutti i minerali hanno una struttura cristallina. Da questa struttura invisibile si origina la forma esterna del minerale, chiamata abito cristallino o cristallo. Un cristallo è un solido geometrico con facce, spigoli e vertici che si originano per la crescita progressiva di una struttura tridimensionale di dimensioni infinitesime. Se un minerale può crescere senza ostacoli si sviluppa in cristalli singoli. Se invece la crescita è ostacolata per lo sviluppo contemporaneo di altri cristalli, ne risulta una massa di individui fittamente aggregati, nei quali non è possibile riconoscere l'abito cristallino . La struttura interna di un cristallo di un qualunque minerale è quindi caratterizzata da una disposizione degli atomi nello spazio che si ripete a intervalli regolari lungo più direzioni. Questa struttura tridimensionale è detta reticolo cristallino e si presenta come allineamenti regolari di atomi, spesso in forma di ioni .Lungo queste file regolari gli atomi, della stessa natura o di natura diversa, si susseguono a distanze fisse e sono separati da spazi vuoti . L'esistenza di atomi diversi per dimensioni e struttura elettronica dà origine a reticoli cristallini diversi. Anche le forme degli abiti cristallini, di conseguenza, sono molteplici. Poiché le distribuzioni possibili di atomi nello spazio per formare un minerale non sono infinite, i diversi abiti cristallini risultano distribuiti in 32 «classi», ognuna delle quali caratterizzata da una o più forme cristalline semplici .In una classe, forme semplici possono risultare combinate in forme cristalline composte

Problema

Propietà dei Minerali

Alle caretteristi fondamentali dei minerali si associano altre proprietà fisiche che aiutano nel riconoscimento:

- La sfaldatura, è la tendenza di un minerale a rompersi per urto secondo superfici piane. Essa dipende dalla diversa forza dei legami tra gli atomi nelle diverse direzioni entro il cristallo.

-La durezza, è la proprietà di resistere all'abrasione o alla scalfittura e dipende dalla forza dei legami reticolari.

La densità, che dipende: dall'addensamento di atomi nel reticolo e dalla pressione: che può provocare variazioni di densità che influiscono sul modo in cui si propagano le onde elastiche, come sono quelle associate ai terremoti.

La lucentezza, misura il grado in cui la luce viene riflessa dalle facce di un cristallo e sidistingue in: - metallica, tipica di sostanze che assorbono totalmente la luce e che risultano opache; - non metallica, tipica dei corpi più o meno trasparenti.

Il colore, è una proprietà molto evidente, ma meno diagnostica di altre.I minerali idiocromatici sono minerali che presentano sempre lo stesso colore esp: il lapislazzulo. I minerali allocromatici sono minerali che presentano colori diversi a seconda delle impurità chimiche rimaste nel reticolo durante la sua formazione .

Come si formano i minerali

I minerali sono il risultato di una serie di reazioni chimico-fisiche che si riassumono nel processo di cristallizzazione, cioè il passaggio da un insieme di atomi disordinati a porzioni di materia rigorosamente ordinata. Ogni specie minerale dipende, perciò, dalle caratteristiche dell'ambiente naturale in cui si forma: temperatura, pressione e concentrazione dei diversi elementi chimici presenti. Di conseguenza, la presenza di un minerale fornisce informazioni sull'ambiente. I principali processi di formazione di un minerale, sono:

Precipitazione

Cristallizzazione

Evaporazione

Sublimazione

Trasformazioniallo stato solido

Attivitàbiologica

Classificare i minerali:

I minerali sono suddivisi in 8 classi; alle quali si aggiunge una nona per le sostanze organiche.

Minerali non silicati

Minerali silicati

Il gruppo più diffuso e numeroso di minerali è quello dei silicati. Essi sono costituiti da ossigeno e silicio, gli elementi chimici più abbondanti nella crosta, che si combinano tra loro per formare diverse strutture di base, alle quali si aggiungono vari altri elementi. I minerali che ne risultano costituiscono l'80% dei materiali della crosta terrestre. Ogni ione silicio coordina 4 ioni ossigeno e il gruppo silicatico che ne risulta ha la forma di un tetraedro. Ma i tetraedri possono anche legarsi direttamente tra di loro, originando catene di tetraedri oppure lamine e reticoli tridimensionali, secondo un processo detto polimerizzazione. I cationi che più frequentemente si legano alle strutture silicatiche sono il sodio, il potassio, il calcio, il magnesio, il ferro. In base al diverso modo di legarsi tra loro dei tetraedri, i silicati si suddividono in quattro gruppi.

I minerali non silicatici sono meno abbondanti, ma comprendono molte specie minerali:Elementi nativi: formano masse di minerale costituito da un singolo elemento chimico, che si trova allo stato puro. Esp: oro ,argento, rame; Solfuri: minerali che contengono zolfo direttamente legato con elementi metallici. Esp: pirite, argentite; Alogeni: minerali costituiti dalla combinazione di uno o più elementi con il cloro, il fluoro, lo iodio o il bromo, elementi del gruppo chimico degli alogeni. esp: Fluorite, salgemma; Ossidi: ha una notevole importanza economica, perché comprende i minerali da cui si ricava gran parte dei metalli usati nell'industria. Carbonati: composti da uno o più ioni positivi combinati con uno ione carbonato. I minerali più comuni di questa classe sono la calcite e la dolomite Fosfati e composti simili: comprende, tra gli altri, alcuni tipi di minerali di importanza particolare per i loro usi, come: i fosfati,il trhesde, i borati. . .

Le rocce.

Una roccia è un aggregato naturale di diversi minerali, di solito compatto, che forma una massa ben individuabile. Le rocce sono in prevalenza eterogenee, costituite da più specie di minerali. Talvolta si incontrano rocce omogenee, ma se si esaminano su grande scala anche queste contengono tracce di altri minerali. Lo studio dei minerali e delle rocce ha portato allo sviluppo di vari rami specifici delle Scienze geologiche, tra cui Mineralogia, Petrologia, Sedimentologia, Giacimentologia, Geochimica. Le masse rocciose di cui è costituita la crosta si originano ed evolvono in condizioni molto varie. E possibile individuare tre principali processi litogenetici: il processo magmatico, il processo sedimentario, il processo metamorfico.

Il processo sedimentario inizia con l'alterazione e l'erosione dei materiali rocciosi che affiorano in superficie a opera dei cosiddetti agenti esogeni e si completa con il trasporto e l'accumulo dei materiali erosi. Si giunge così alla formazione delle rocce sedimentarie. Il processo è caratterizzato da basse temperature e da bassa pressione

Il processo metamorfico ha come caratteristica fondamentale la trasformazione di rocce preesistenti che vengono a trovarsi in condizioni ambientali diverse da quelle di origine. Tale trasformazione avviene all'interno della Terra. I minerali preesistenti, non più stabili, vengono distrutti e se ne formano altri, in equilibrio con le nuove condizioni; si originano così le rocce metamorfiche. Le temperature sono comprese tra quelle tipiche del processo sedimentario e quelle proprie del processo magmatico, mentre le pressioni sono quasi sempre elevate.

Il processo magmatico è caratterizzato dalla presenza iniziale di un materiale fuso, il magma. Esso risale dall'interno della Terra ad alta temperatura in condizioni di pressione molto varie. La progressiva diminuzione della temperatura porta alla cristallizzazione del fuso, in profondità o in superficie, e quindi alla formazione di aggregati di minerali che costituiscono le rocce magma-tiche.

Rocce Magmatiche

Le rocce magmatiche sono tutte le rocce che derivano da un magma, cioè da una roccia fusa, che si forma per cause diverse all'interno della crosta, a profondità variabili. Tali masse fuse sono miscele complesse di silicati ad alta temperatura, ricche di gas in esse disciolti. Se, dopo la sua formazione, il magma subisce un raffredamento, inizia un processo di cristallizzazione. Le rocce magmatiche vengono suddivise in due gruppi.

• Le rocce intrusive, si originano da magmi che solidificano in profondità, circondati da altre rocce; quando vi è l'impossibilità di giungere in superficie. il raffredam entoavviene in tempi lunghi. Presentano una struttura granulare olocristallina.
• Le rocce effusive si originano, invece, quando la massa magmatica, spinta dalla pressione dei gas in essa disciolti, trova una via di risalita e giunge così a traboccare in superficie sotto forma di lava, dove solidifica all'aria libera. Le rocce effusive presentano struttura porfirfica. In casi particolari, tutta la massa è vetrosa: sono le ossidiane o «vetri vulcanici».

Rocce sedimentarie

Il termine sedimentazione indica la deposizione e l'accumulo, su terre emerse o sul fondo di bacini acquei, di materiali di origine inorganica od organica, in genere trasportati dagl' agenti esogeni. Il processo avviene quotidianamente sotto i nostri occhi in diverse aree: sul fondo delle valli; ai piedi delle montagne; nel deserto; sul fondo dei laghi; in riva al mare; in pieno oceano. Il lento passaggio da sedimenti a rocce sedimentarie avviene per un insieme di fenomeni che prende il nome di diagenesi. Tra questi, il più comune è la litificazione che avviene per compattazione e cementazione. La compattazione è dovuta al peso dei materiali che via via si sovrappongono e che riducono gli spazi vuoti tra i singoli frammenti. La cementazione è prodotta invece da acque che circolano nei sedimenti sfruttando la presenza dei pori e che portano in soluzione alcune sostanze. Tra i cementi più comuni ricordiamo la calcite e la silice. Le rocce sedimentarie vengono suddivise in tre grandi gruppi:

Rocce organogene

Rocce chimiche

Rocce clastiche

Roccie metamorfiche

Le rocce metamorfiche si formano in seguito alla trasformazione di altre rocce, provocata da aumenti di pressione e di temperatura. Il metamorfismo è un processo che avviene all'interno della crosta terrestre, senza che si arrivi alla fusione del materiale coinvolto. Le trasformazioni riguardano sia i minerali, sia la struttura della roccia Le rocce metamorfiche sono una traccia delle trasformazioni che coinvolgono l'intera crosta terrestre. Esistono due tipi fondamentali di metamorfismo:- il metamorfismo di contatto, che interessa le rocce venute a contatto con un magma dovuto essenzialmente all'alta temperatura e caratterizzato da basse pressioni: intorno alla massa di magma incandescente si forma un'aueola di contatto nella quale le rocce subiscono modificazioni nella composizione dei minerali. Le trasformazioni, tanto più intense quanto più vicine alla massa incandescente, si attenuano con la distanza, fino a che si passa a rocce non metamorfosate; - il metamorfismo regionale, che interessa invece grandi aree in profondità nella crosta e avviene quando movimenti della crosta terrestre fanno sprofondare per kilometri masse di rocce sedimentarie o magmatiche, che vengono sottoposte non solo ad alte temperature ma anche a forti pressioni (dovute sia al peso delle rocce sovrastanti, sia a spinte tra masse rocciose contigue. Man mano che sprofondano, i minerali continuano a modificarsi, per adattarsi a nuovi valori di temperatura e pressione. Le trasformazioni metamorfiche risultano, perciò, più o meno forti a seconda della profondità raggiunta. .

Classificazione

Ciclo litogenico

Materie prime da minerali e rocce.

Si definisce giacimento minerario ogni corpo geologico presente nella crosta terrestre che possa essere oggetto di un'attività estrattiva per la presenza di materiali utili ed economicamente sfruttabili. Un giacimento è in pratica il risultato dell'arricchimento localizzato di un materiale che normalmente si trova distribuito nella crosta terrestre in concentrazioni assai minori. Il termine risorsa indica l'intera quantità di un determinato materiale, presente nei livelli superiori della crosta terrestre, che può diventare disponibile per il recupero e l'impiego. Le riserve indicano, l'insieme dei giacimenti recuperabili. Le risorse comprendono oltre alle riserve, anche giacimenti già individuati, ma il cui sfruttamento non è economicamente conveniente. Ricordiamo che le risorse minerarie non sono rinnovabili, e vanno utilizzate con accortezza. Esamineremo i giacimenti minerari a seconda del processo litogenetico dal quale sono stati prodotti. Avremo, così:giacimenti minerari di origine magmatica; giacimenti minerari di origine metamorfica; giacimenti minerari di origine sedimentaria., metamorfica. Nel corso del processo di raffreddamento di un magma si possono formare giacimenti di segregazione magmatica e giacimenti filoniani.

Fonti di energia da minerali a rocce.

Alcuni materiali prodotti dal ciclo litogenetico insieme alle altre rocce della crosta terrestre vengono sfruttati da tempo come fonti di energia. Tali processi sono tuttora in atto, ma la rapidità con cui sfruttiamo questo tipo di risorse è incomparabilmente più elevata del ritmo della loro formazione, per cui sono risorse energetiche non rinnovabili, in via di esaurimento. Esse sono i combustibili fossili e i combustibili nucleari. I carboni sono rocce sedimentarie organogene derivate dall'accumulo di sostanze vegetali che, successivamente, hanno subito profonde trasformazioni. In condizioni normali i resti vegetali subiscono una lenta distruzione per ossidazione, ma se i detriti vegetali si accumulano sott'acqua, l'ambiente può divenire rapidamente stagnante e privo di ossigeno. In questo caso si realizzano le condizioni in cui la produzione di sostanza organica rimane maggiore della capacità di distruzione dell'ambiente. La parte inferiore dei depositi di palude sepolti subisce una decomposizione e forma la torba. Poi abbiamo il seppellimento a piccola profondità: trasformazione da torba a lignite. Ulteriore seppellimento: trasformazione della lignite in litantrace. Continuo aumento del seppellimento e della deformazione strutturale: il calore determina il passaggio da litantrace a antracite. Il carbone è la risorsa energetica quantitativamente più importante di cui possiamo attualmente disporre: le stime indicano che le riserve mondiali sono oltre 900 miliardi di tonnel. late, per cui, al ritmo attuale di estrazione, il globo dispone di riserve per altri 150 anni.Ma le Scienze geologiche mettono in guardia su gravi problemi connessi con il recupero e l'impiego su larga scala del carbone, la cui combustione dà origine a ossidi gassosi nocivi e lascia, inoltre, grandi quantità di ceneri da eliminare. Preoccupa, inoltre, la continua immissione nell'atmosfera dell'anidride carbonica prodotta dalla combustione del carbone, per gli effetti che questa produce sul delicato equilibrio del sistema Terra. Il petrolio è un liquido infiammabile, denso, di cor lore che in genere può andare dal nero al marrone scuro e si trova in giacimenti, nei quali è presen te come una diffusa impregnazione di ammassidrocce porose, localizzati entro la parte superiore della crosta terrestre. È composto da una miscela di vari idrocarburi, per la maggior parte liquidi. Usato a lungo come olio per lampade e anche come medicinale, è stato solo verso la metà dell'Ottocento che l«olio di roccia», conosciuto perché in alcune località sgorgava spontaneamente dal ter-reno, cominciò a essere cercato specificamente nel sottosuolo. Per molto tempo il successo nello sfruttamento fu legato a miglioramenti tecnici, ma il vero progresso nelle ricerche degli idrocarburi è stato l'aver compreso le condizioni geologiche che hanno portato alla formazione dei giacimenti. L'origine degli idrocarburi. L'origine degli idrocarburi va cercata in sedimenti marini fini in cui sono rimasti sepolti, dopo la loro morte, numerosissimi microrganismi: questa specie di fango, chiamato sapropel, col tempo si trasforma in una pelite, che è la roccia-madre del petrolio. La sostanza organica in essa concentrata, infatti, viene sottratta alla normale distruzione per ossidazione dal rapido accumulo di nuovi sedimenti detritici e si trasforma in kerogène; con il tempo, sotto il carico di altre rocce e con l'aumento di temperatura, i legami chimici delle grosse molecole del kerogene si rompono e si formano composti a struttura più semplice, gli idrocarburi (liquidi o gassosi).

Le rocce

Traggono la propria origine dai minerali. Lo studio di queste comincia dove possono essere osservate, cioè sulla superfice terreste, che offre due importanti forme di informazione, che permettono di comprendere la loro origine e di ricostruir e gli ambienti del passato :

• Gli ambienti in cui si stanno formando oggi nuove rocce
• le rocce che si sono formate in passato

Crosta terrestre in percentuale.

• La famiglia delle filladi deriva da metamorfismo di basso grado di rocce argillose o argillo-sabbiose. • Tra le rocce metamorfiche più comuni vi sono i micascisti. Essi derivano da metamorfismo regionale di grado da medio ad alto di rocce argillose. • Associati ai micascisti sono frequenti gli gneiss, che derivano da metamorfismo regionale di grado da medio ad alto e hanno composizione simile a quella dei graniti. Particolare interesse hanno due altri tipi di rocce metamorfiche, per l'ambiente di formazione di cui sono testimonianza. In zone della crosta con temperature relativamente basse ma alte pressioni si formano scisti a glaucofane. Al metamorfismo di alte temperature ma pressioni variabili e in condizioni di assenza o scarsità di acqua sono attribuite le gramuliti a granati.,

Classificazione

Avviene in base al contenuto di SiO2:

• Famiglia dei graniti, rocce acide;
• Famiglia delle dioriti, rocce neutre;
• Famiglia dei gabbri, rocce basiche;
• Famiglia dei peridotiti, rocce ultrabasiche;
• Famiglia delle rocce alcaline.

Sono rocce formate da clasti di altre rocce che si accumulano, quando il mezzo che li trasporta perde la sua energia. Quanto più sono piccoli, tanto più tranquillo è il mezzo da cui si sono sedimentati. Altra caratteristica è il grado di arrotondamento dei granuli, che dà un'idea dell'intensità del processo di trasporto in cui è stato coinvolto. Le rocce costituite da clasti con dimensioni maggiori di 2 mm sono dette conglomerati, e derivano dalla lenta cementazione delle ghiaie. • I conglomerati formati da ciottoli spigolosi sono detti brecce. Esse hanno subito un trasporto modesto, come accade ai detriti caduti ai piedi dei versanti montuosi. • I conglomerati formati da ciottoli arrotondati sono detti puddinghe, hanno subito un lungo trasporto come, ad esempio, i depositi alluvionali. Le rocce costituite da clasti più piccoli sono chiamate arenatie, le rocce formate da clasti finissimi sono dette argille. Esse si depositano in prevalenza sul fondo dei grandi laghi, o al largo dei delta, o, ancora, in mare aperto e in pieno oceano. Quando tali sedimenti, a causa della diagenesi, perdono la loro tipica plasticità e diventano più compatti, vengono distinti con il nome di argilliti.

Esiste un vasto gruppo di rocce formate quasi solamente dall'accumulo di sostanze legate a un' attività biologica. In base al modo in cui si è formato l'accumulo, si distinguono tre categorie.

• Rocce bioclastiche, formate da semplici accumuli di gusci e apparati scheletrici (ad esempio gli ammassi di conchiglie).
• Rocce biocostruite, formate da ammassi di organismi, i cui apparati scheletrici esterni possono saldarsi l'uno all'altro.
• Depositi organici, formati da accumuli di sostanza organica vera e propria, vegetale o animale, in mare o su terre emerse, dalla cui trasformazione nel tempo prendono origine depositi particolari.

La presenza di resti fossili consente di risalire all'ambiente in cui la roccia si è formata. In base alla loro natura chimica prevalente, le rocce organogene sono classificate in più gruppi: Rocce organogene carbonatiche, Rocce organogene silicee, Depositi organici: carboni fossili e idrocarburi. Carboni e idrocarburi vengono diffusament impiegati, da lungo tempo, come combustibilifos sili.

Questo terzo e ultimo gruppo di rocce sedimentarie comprende tutte quelle che si sono deposte, e si depongono tuttora, 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. Se la quantità dei sali disciolti raggiunge la saturazione, essi precipitano formando così le rocce evaporitiche. Altri sedimenti derivano da alterazione per dissoluzione all'aria libera di rocce preesistenti e danno origine alle rocce residuali. Evaporiti. Quando un bacino marino rimasto isolato evapora completamente o quasi, sul suo fondo si depositano i sali contenuti nell'acqua del mare. Si sono formati in tal modo estesi giacimenti di sali, c anche in bacini desertici si possono formare accumuli di sali quando l'alta temperatura fa evaporare le acque che li hanno trasportati in soluzione . Rocce residuali, si definiscono così le rocce che derivano dall'accumulo in posto, cioè senza trasporto, dei materiali che restano dopo l'alterazione meteorica di una roccia affiorante e dopo il dilavamento, ad opera delle acque piovane, delle sostanze solubili che si formano nel caso di tale alterazione. Rientrano in questa categoria tutti i suoli, come prodotto dell'interazione tra atmosfera e rocce.