I minerali e le rocce

i minerali e le rocce

La Terra è composta da circa novanta di tipi di atomi. Gli elementi chimici sono sostanze costituite da atomi dello stesso tipo (es. ossigeno, ferro, zolfo), mentre i composti sono formati da atomi di tipi diversi (es. cloruro di sodio, silice, solfato di calcio). Questi elementi e composti si trovano nella crosta terrestre come minerali aggregati nelle rocce.

Analisi della Terra nel suo insieme

Analisi chimica delle rocce

-introduzione- i materiali della crosta terrestre

I minerali

• La mineralogia è la scienza che si occupa di studiarli.
• Sono sostanze solide che possiedono in generale queste caratteristiche essenziali:

-hanno una composizione chimica definita e costante e quindi esprimibile con una formula; -hanno in genere forma di cristalli (abito cristallino).

i minerali

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• Infine, esistono anche minerali che non hanno una struttura cristallina regolare, ma hanno una struttura vetrosa tipica dei solidi amorfi.

• Le dimensioni dei cristalli variano, da meno di un micrometro, a cristalli eccezionali di alcuni metri. In generale, però, i cristalli naturali sono piccoli o addirittura microscopici.

• Alcuni elementi o composti possono esistere in più forme cristalline, a seconda delle condizioni di formazione (come pressione e temperatura). Questo fenomeno si chiama polimorfismo.

• Un cristallo è un solido con un aspetto esterno ben definito, più o meno regolare, che corrisponde a quello di un poliedro. Ciò significa che gli atomi, ioni o molecole che lo compongono si dispongono seguendo uno schema geometrico ripetitivo e tridimensionale, formando un reticolo cristallino.

che cos'è un cristallo?

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La scienza che studia la forma, la struttura, le caratteristiche fisiche e chimiche e le modalità di accrescimento dei cristalli è la cristallografia.

come si formano i minerali?

I minerali si formano in seguito al processo di cristallizzazione, che può avvenire per: -solidificazione del magma; -precipitazione (deposizione in forma solida) da soluzioni acquose.

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LUCENTEZZA E COLORE

PRopietà fisiche dei cristalli

DENSITà

DUREZZA

SFALDATURA

Principali classi di minerali

I minerali sono classificati in base alla loro composizione chimica, in particolare al tipo di anione che contengono. Ad esempio, un minerale con lo ione carbonato (CaCO₃)²⁻ appartiene alla classe dei carbonati. La crosta terrestre è composta per il 75% da ossigeno e silicio, perciò la maggior parte dei minerali sono silicati, che rappresentano oltre il 90% del volume della crosta. Gli altri minerali, chiamati "non silicatici", sono meno comuni ma spesso importanti economicamente o come componenti di rocce sedimentarie, come i carbonati e i solfati.

LA classificazione dei minerali

• Modalità di Legame:

-Legame con ioni metallici: Gli ioni metallici positivi, come sodio (Na+), potassio (K+), calcio (Ca2+), ferro (Fe²+, Fe³+), magnesio (Mg²+) o alluminio (Al³+), si legano ai tetraedri neutralizzandone la carica.-Condivisione degli ossigeni: I tetraedri possono condividere i loro atomi di ossigeno (ossigeni-ponte) e legarsi tra loro, formando strutture più complesse. A seconda di quanti ossigeni vengono condivisi, i tetraedri possono creare catene, strati o reti tridimensionali.

• Struttura di base:

I silicati sono minerali composti da 2 elementi di base, silicio e ossigeno, ai quali di solito si uniscono (tranne nel quarzo) elementi metallici (alluminio, calcio, ferro, magnesio, sodio e potassio). La loro struttura base è il tetraedro di silicato.

I silicati

• Classificazione dei silicati:

I silicati

principali classi di minerali non silicatici

ELEMENTI NATIVI

SOLFURI

ALOGENURI

OSSIDI

CARBONATI

SOLFATI

le rocce

Qual è la differenza tra rocce e minerali?

• Una roccia è, nella maggior parte dei casi, un aggregato di minerali differenti che ha avuto origine in un determinato tipo di processo (processo petrogenetico).
• Esse costituiscono i materiali fondamentali della crosta terrestre e della litosfera. Si trovano in forme e dimensioni diverse, da piccoli affioramenti visibili nei paesaggi, fino a grandi catene montuose e altipiani.

che cos'è una roccia?

Le rocce si riconoscono grazie a due caratteristiche principali:

• Composizione mineralogica: quali minerali le compongono e in che proporzioni.

-Minerali fondamentali: i principali, utili per identificare la roccia. -Minerali accessori: presenti in piccole quantità.

• Tessitura: è data dall'insieme della forma, dimensioni e disposizione dei minerali cristallini che la costituiscono.

caratteristiche basilari delle rocce

1. Rocce magmatiche: -Si formano dalla solidificazione del magma (materiale fuso). -Sono endogene (origine interna alla Terra). 2. Rocce sedimentarie: -Derivano dal deposito e dalla cementazione di sedimenti. -Sono esogene (origine in superficie). 3. Rocce metamorfiche: -Si formano dalla trasformazione di altre rocce a causa di calore e pressione. -Sono endogene.

In base al processo che ha portato loro alla formazione, le rocce sono classificate in 3 gruppi:

i tipi fondamentali di rocce

magma

Le rocce magmatiche (chiamate anche rocce ignee) derivano dalla solidificazione di magma e sono costituite per la maggior parte da minerali silicati. Secondo le condizioni in cui avviene la solidificazione del magma si distinguono due gruppi principali di rocce magmatiche:

• Le rocce magmatiche intrusive si formano quando il magma solidifica mentre rimane intrappolato all'interno della crosta.
• Le rocce magmatiche effusive si formano dopo che il magma è fuoriuscito in superficie come fusione di lava nel corso delle eruzioni vulcaniche.

1. le rocce magmatiche

Le rocce magmatiche intrusive ed effusive si distinguono principalmente per la loro tessitura, che dipende dalla velocità di raffreddamento del magma.

• Rocce magmatiche intrusive:
• Formazione: Si formano quando il magma si raffredda lentamente in profondità, in ambienti isolati.
• Caratteristiche della tessitura:

-Olocristallina o granulare: Tutti i minerali sono cristallizzati e visibili a occhio nudo, con dimensioni abbastanza uniformi. Questa tessitura è favorita dal lento raffreddamento, che dà il tempo ai cristalli di accrescersi.

• Esempi principali: Granito, diorite e gabbro.

Le masse di rocce intrusive formano grandi corpi chiamati plutoni, che possono affiorare in superficie se le rocce soprastanti vengono erose.

1. le rocce magmatiche

• Classificazione delle rocce magmatiche:

Usi delle rocce magmatiche

Le rocce magmatiche si classificano in base al contenuto di silice (SiO₂) e alla composizione mineralogica, che riflettono le caratteristiche dei magmi da cui si formano.

1. le rocce magmatiche

• Le rocce sedimentarie si formano dall'accumulo di materiali derivanti dalla disgregazione di rocce preesistenti, resti di organismi viventi o sostanze chimiche precipitate da soluzioni.
• Questi processi sono legati alla degradazione meteorica e all'erosione operate dagli agenti esogeni, che disgregano e alterano le rocce, avviando il processo sedimentario. Tale processo culmina con la diagenesi, che trasforma i sedimenti sciolti in rocce consolidate.
• Nonostante rappresentino solo il 5-8% della crosta terrestre, le rocce sedimentarie coprono circa l'80% della superficie terrestre, con spessori variabili.

2. le rocce sedimentarie

Il processo sedimentario si svolge in diverse fasi:

• Dopo la degradazione meteorica e l'erosione, una parte dei

materiali (detriti solidi o clasti e ioni in soluzione) viene trasportata da agenti come acqua, vento e ghiacciai. L'acqua è il veicolo più efficace, trasportando detriti e sostanze in soluzione verso mari e oceani.

• Il trasporto è principalmente guidato dalla gravità: quando acqua,

vento o ghiacciai rallentano, i detriti vengono depositati e formano sedimenti.

• Gli ioni in soluzione si depositano quando cambiano le condizioni

chimico-fisiche, cristallizzando e precipitano, o vengono incorporati da organismi, come i coralli.

• La sedimentazione è l'accumulo di questi materiali in strati sovrapposti, che si verificano in ambienti specifici.
• Con il tempo, gli strati più antichi vengono sepolti da quelli più recenti, portando alla fase finale del processo: la diagenesi.

• Il processo sedimentario

2. le rocce sedimentarie

• Le rocce sedimentarie possono avere un aspetto compatto, ma spesso presentano come una successione di strati paralleli di spessore variabile.
• Questa struttura si chiama stratificazione Ogni strato rappresenta un evento sedimentario durante il quale le condizioni del processo (velocità di sedimentazione, composizione del materiale e dimensioni dei granuli) sono rimaste costanti. Inoltre, queste rocce possono contenere fossili, resti o tracce di organismi intrappolati nei sedimenti durante la loro deposizione.

• Struttura

2. le rocce sedimentarie

I processi sedimentari spesso combinano più origini, dando luogo a rocce miste con componenti clastiche, chimiche e organogene.

1. Rocce clastiche (o detritiche): derivano dall'accumulo meccanico di frammenti (clasti) di rocce preesistenti, che arrivano al luogo di deposizione ghiaia, sabbia e fanghi. Danno origine rispettivamente a conglomerati, arenarie e argilliti. 2. Rocce chimiche: si formano per precipitazione diretta di sali disciolti nelle acque. Esempi: calcari inorganici, rocce silicee ed evaporiti. 3. Rocce organogene: originano dall'accumulo di materiali derivanti dall'attività di organismi viventi. Esempi: rocce carbonatiche, rocce silicee, carboni fossili, petrolio e gas naturale.

Le rocce sedimentarie si classificano in tre gruppi principali, in base all’origine dei sedimenti:

• La classificazione delle rocce sedimentarie

2. le rocce sedimentarie

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• Le rocce metamorfiche derivano dalla trasformazione di rocce preesistenti (magmatiche, sedimentarie o metamorfiche) sottoposte a temperature e pressioni diverse da quelle iniziali. Ad esempio in zone geologicamente attive: qui, forze endogene come compressione, sollevamento o intrusioni magmatiche comporta un cambiamento nei minerali e nella loro disposizione.
• Questo processo, chiamato metamorfismo, è l'insieme delle trasformazioni che comportano modifiche nella composizione mineralogica e nella tessitura della roccia.
• Se il metamorfismo è estremo e porta alla fusione della roccia, si forma magma (processo noto come anatessi), entrando nell'ambito del ciclo magmatico.

3. le rocce metamorfiche

tessitura.

• Fattori principali:
• Temperatura: A temperature superiori a 200 °C, i legami che tengno uniti i componenti dei reticoli cristallini si allentano e formano cristalli più stabili. Si ha così una cristallizzazione con formazione di nuovi minerali; cambia la struttura mineralogica, ma non la composizione chimica.
• Pressione:

-Litostatica: è determinata dal carico delle rocce sovrastanti; è uniforme in tutte le direzioni, riduce spazi tra i minerali e compatta la roccia. -Orientata: agisce in una direzione specifica, deforma la roccia e influisce sulla tessitura.

Il processo metamorfico avviene sotto la superficie terrestre, a profondità tra 5 e 30 km, con temperature tra 200-800 °C e pressioni da 1000 a migliaia di atmosfere. In relazione all'entità delle temperature e delle pressioni che agiscono e che determinano l'intensità del metamorfismo, questo viene definito di grado molto basso, basso, medio e alto.

• Il processo metamorfico

3. le rocce metamorfiche

1. Metamorfismo di contatto 2. Metamorfismo cataclastico 3. Metamorfismo regionale

Il metamorfismo varia in base all’ambiente e al predominio di temperatura o pressione. Si distinguono tre tipi principali:

• Tipi di metaforfismo

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3. le rocce metamorfiche

Il ciclo delle rocce (o ciclo litogenetico) descrive come le rocce si trasformano continuamente da un tipo all'altro attraverso vari processi geologici. Può essere rappresentato come segue:

il ciclo delle rocce

-Roccia magmatica: Deriva dal magma e può essere effusiva o intrusiva; -Roccia sedimentaria: La roccia magmatica subisce erosione, trasformandosi in sedimenti che diventano roccia sedimentaria. -Roccia metamorfica: La roccia sedimentaria può essere trasformata in roccia metamorfica per alte temperature e pressioni. Questa può poi fondere, tornando a formare nuova roccia magmatica, chiudendo il ciclo. Tuttavia, il processo può seguire scorciatoie: una roccia sedimentaria può essere sollevata e ritornare nello stadio sedimentario. Una roccia metamorfica può essere sollevata e trasformarsi direttamente in roccia sedimentaria. Una roccia magmatica intrusiva, se derivata da magma acido, può subire metamorfismo senza passare per lo stadio sedimentario.

Grazie per l'attenzione!

Elisa maria sorbello 3el

È detta sfaldatura la tendenza di un minerale a rompersi secondo piani paralleli (piani di sfaldatura). È dovuta all’esistenza nei cristalli di superfici o direzioni dove i legami sono più deboli e offrono minore resistenza meccanica. Ad esempio la muscovite si sfalda facilmente.

In altri casi, i minerali si formano quando dei sali, precedentemente disciolti in acqua, si depositano sotto forma di cristalli. Questo processo è chiamato precipitazione, e può avvenire in diverse situazioni:

• Acque Sotterranee Calde (Origine Idrotermale): Le acque sotterranee calde, spesso ricche di sali disciolti, possono infiltrarsi in fessure e cavità delle rocce. Quando queste acque si raffreddano gradualmente, i sali disciolti cominciano a precipitare, poiché la loro solubilità diminuisce con la temperatura. I sali in eccesso si depositano quindi sotto forma di cristalli all’interno delle rocce.
• Evaporazione in Bacini Chiusi: In ambienti come bacini marini o lacustri situati in zone calde e con poca acqua in entrata, l’acqua può evaporare molto rapidamente. Con l’evaporazione, il volume d’acqua diminuisce mentre la concentrazione dei sali disciolti aumenta. Una volta superata la capacità dell’acqua di mantenere questi sali in soluzione, essi iniziano a precipitare e formano cristalli (Un esempio di questo processo è la formazione del salgemma nei laghi salati).

Precipitazione

Esempio: Cloruro di sodio (NaCl)

La durezza rappresenta la resistenza di un minerale a essere scalfito e dipende dalla “forza” dei legami chimici tra le sue particelle.Tenendo conto di questo comportamento, è stata elaborata una scala empirica della durezza, detta scala di Mohs, che permette di determinare, per semplice confronto, la durezza dei minerali.

Il marmo, invece, è costituito quasi interamente dalla calcite, ma può contenere piccole tracce di altri minerali.

Il granito è formato da tre minerali principali: quarzo (grigio), feldspato (bianco o rosa) e mica (nera o brillante)

Rocce e Minerali: Qual è la differenza?

• Minerali: Sostanze pure, con una composizione chimica ben definita e proprietà fisiche costanti (es. quarzo, calcite).
• Rocce: Miscugli eterogenei di diversi minerali (spesso cristallini) che non hanno una composizione chimica definita né proprietà fisiche uniformi. Alcune rocce però sono in prevaleza composte da un solo tipo di minerale.

Esempi:

Diamante: il carbonio si lega a 4 atomi (strutture tetraediche)Grafite: il carbonio si lega a 3 atomi (strutture esagonali)

Esempio: carbonio (C)

Solitamente la densità si esprime in g/cm3. Spesso, in mineralogia, per indicare la densità si fa riferimento al peso specifico, che è numericamente uguale alla densità. I minerali più comuni nelle rocce hanno peso specifico compreso tra 2 e 3,mentre I minerali metallici hanno peso specifico più elevato. Per esempio la galena, ha un peso specifico di 7,5,

• Il colore, nel caso di certi minerali, è sempre lo stesso (Ad esempio il cinabro è rosso). Spesso, tuttavia, i minerali si presentano in varietà di colori diversi a causa di impurità.

• La lucentezza dipende dal modo in cui le facce di un cristallo riflettono la luce. La lucentezza può essere metallica o non metallica.

Tra i due estremi si collocano i magmi detti intermedi.

I magmi possono essere distinti in due tipi fondamentali, a seconda del loro contenuto di silicio, espresso come percentuale in peso di silice (SiO₂):

• Magmi basici:

-Silice bassa (40-50%). -Provengono dal mantello litosferico, ricco di minerali femici (ferro e magnesio). -Temperature elevate (900-1200 °C) e bassa viscosità, per questo motivo risalgono facilmente e possono accumularsi nella camera magmatica di un vulcano, per fuoriuscire come effusioni laviche→rocce magmatiche effusive.

• Magmi acidi:

-Silice alta (65-75%). -Derivano da modifiche di magmi basici o dalla fusione parziale di rocce sialiche (ricche di silicio e alluminio). -Temperature basse (600-800 °C) e alta viscosità, per questo non riescono a risalire e solidificano nella crosta→rocce intrusive.

Il magma è un materiale fluido incandescente, costituito soprattutto da silicati e in cui sono dissolte sostanze gassose (come vapore acqueo e diossido di carbonio).

Cos'è il magma?

Quando questo magma si raffredda, passa dallo stato liquido a quello solido, e può formare cristalli a seconda della velocità con cui avviene il raffreddamento:

• Raffreddamento Lento (nella crosta terrestre): Se il magma rimane intrappolato nella crosta terrestre e si raffredda lentamente, gli atomi presenti nel magma hanno più tempo per spostarsi e organizzarsi in strutture ordinate. Questo permette la formazione di cristalli ben sviluppati e visibili, nel reticolo cristallino tipico dei minerali.
• Raffreddamento Rapido (eruzione vulcanica): Se il magma viene eruttato sotto forma di lava e si raffredda molto velocemente, gli atomi non hanno il tempo di organizzarsi in una struttura ordinata. In questo caso, la massa solidificata non forma cristalli, ma ha una struttura disordinata, detta vetrosa. Questo tipo di solido, privo di struttura cristallina, è detto amorfo.

Solidificazione

Le rocce sedimentarie clastichele più comuni tra le rocce sedimentarie, si classificano principalmente in base alla granulometria (dimensioni dei clasti):

• Conglomerati: derivano dalla cementazione di ghiaie. Si distinguono in: Ciottoli arrotondati: trasportati da acqua (torrenti o fiumi), tipici di ambienti fluviali o marini. Se presentano spigoli vivi, significa che prima di depositarsi hanno subito solo un breve trasporto rispetto al luogo d'origine e il tipo di conglomerato che ne deriva è chiamato breccia.
• Arenarie: formate dalla cementazione di sabbie (granuli tra 0,06 mm e 2 mm), si trovano in ambienti desertici, fluviali, lacustri o marini. La loro composizione varia per contenuto di quarzo, feldspati e frammenti rocciosi.
• Argilliti: derivano dalla compattazione di argille (granuli < 0,06 mm), tipiche di ambienti lacustri, deltizi o marini. Costituite principalmente da minerali argillosi come caolinite e montmorillonite, possono essere bianche (caolino) o colorate da impurità.

• Calari inorganici: si formano per la precipitazione del carbonato di calcio (CaCO₃), derivante dalla trasformazione del bicarbonato di calcio in condizioni chimico-fisiche particolari. In ambiente marino, questo avviene in acque calde e basse, spesso per evaporazione, formando depositi calcarei; in ambiente continentale, il carbonato precipita vicino a sorgenti idrotermali, formando rocce come il travertino.Stalattiti e stalagmiti, presenti nelle grotte, si formano per stillicidio di acqua.

• Selci: compatte e dure, derivano dalla precipitazione chimica di silice in acque marine.
• Evaporiti: formate dall’evaporazione di acque marine o lacustri, includono salgemma (NaCl), gesso (CaSO4·2H2O) e calcite (CaCO3).

Le rocce sedimentarie chimiche

Le rocce sedimentarie organogene Derivano da materiali biologici

• Rocce carbonatiche: costituite prevalentemente da calcite e dolomite, si possono così avere calcari e dolomie.

-Bioclastiche: frammenti di scheletri e gusci calcarei di organismi marini, sedimentati in acque tropicali poco profonde (es. calcari fossiliferi). -Biocostruite: formate da coralli o invertebrati marini nelle acque base di mari tropicali, creando scogliere carbonatiche come le barriere coralline. A volte, nel corso della formazione dei calcari si forma carbonato di doppio calcio e magnesio, che costituisce la dolomia (Dolomiti).

• Silicee: da gusci silicei di organismi come radiolari e diatomee, danno origine a radiolariti e diatomiti (e successivamente alla selce). Depositi organici: trasformazione di materiali organici in carboni fossili, petrolio e gas naturale. Infine, altre rocce clastiche includono marne (argilla e calcare) e piroclastiche (derivate da materiali vulcanici esplosivi).

Tessiture delle rocce metamorficheQuando una roccia è sottoposta a pressioni orientate, i cristalli che hanno forma lamellare o allungata tendono a disporsi su piani perpendicolari alla direzione della spinta.

• Tessitura scistosa o scistosità: cristalli lamellari o allungati si dispongono su piani perpendicolari alla pressione. È tipica degli scisti (metamorfismo basso-medio).
• Tessitura zonata o gneissica: minerali si dispongono a bande colorate visibili, tipica dello gneiss (metamorfismo medio-alto).
• Tessitura massiccia (o granuloblastica): cristalli ricristallizzano senza orientazione preferenziale, come nel marmo.

Il metamorfismo di contatto avviene quando le rocce sono riscaldate da una massa di magma in risalita, che aumenta la temperatura delle rocce circostanti. Questo fenomeno interessa solitamente rocce sedimentarie poco profonde (4-5 km) sottoposte a modesta pressione litostatica. Le rocce colpite formano un’aureola di contatto, una fascia intorno al magma larga da decine a centinaia di metri, dove avvengono processi di ricristallizzazione allo stato solido. I cristalli aumentano di dimensioni, dando alle rocce una tessitura massiccia. Un esempio è la trasformazione del calcare in marmo, una roccia metamorfica con la stessa composizione chimica, ma cristalli di calcite più grandi.

Il metamorfismo cataclastico si verifica quando elevate pressioni orientate, generate da faglie nella crosta terrestre, frantumano le rocce a causa dell'attrito tra masse rocciose in movimento. Questo processo produce una roccia chiamata breccia di frizione.

Il metamorfismo regionale avviene su ampie aree geologiche, spesso in corrispondenza di catene montuose, dove le rocce sono sottoposte a pressioni e temperature crescenti. A seconda dell'intensità del metamorfismo, una roccia può trasformarsi in altre rocce metamorfiche, creando una serie metamorfica. Per esempio, l'argillite può diventare argilloscisto, poi fillade, scisto (come i micascisti), fino a gneiss, con strati alternati di minerali chiari e scuri. Anche le rocce magmatiche, come i graniti, possono evolversi in gneiss. Il grado di metamorfismo può essere determinato dalla presenza di minerali indice, che si formano a temperaturee pressioni specifiche.

La diagenesi comprende tutti i processi graduali che determinano la trasformanazione dei sedimenti incoerenti in rocce sedimentarie consolidate. Il più comune tra questi è la litificazione che avviene per:

• Compattazione: Il peso dei sedimenti sovrastanti esercita una pressione sui sedimenti sottostanti. Gli spazi vuoti tra i clasti si riducono, l'acqua presente tra di essi viene espulsa e i granuli sono pigiati gli uni contro gli altri. La roccia che alla fine si forma avrà uno spessore ridotto rispetto a quello dei sedimenti di partenza.
• Cementazione: Le acque che circolano tra i sedimenti contengono sostanze disciolte (es. carbonato di calcio, silice). Queste precipitano negli spazi tra i granuli, agendo da legante che consolida il sedimento.