I minerali e le rocce

Laudani Serena 3EL

I minerali e le rocce

Le rocce metamorfiche

Fine

Il ciclo delle rocce

Le rocce sedimentarie

Le rocce magmatiche

Le proprietà fisiche dei minerali

Dai minerali alle rocce

Minerali silcati e non silcatici

Che cos'è un cristallo?

I materiali della crosta terrestre

Indice

La tavola periodica

Componenti della Terra

Componenti della crosta terrestre

Una sostanza costituita da atomi dello stesso tipo è un elemento chimico, mentre una sostanza formata da più atomi diversi è un composto. Alcuni elementi allo stato nativo e numerosi composti sono i costituenti della crosta terrestre, dove si trovano sottoforma di minerali, aggregati nelle rocce. Dall'analisi chimica delle rocce, si è potuto capire che l'elemento maggiomente presente nella crosta terrestre è l'ossigeno, seguito da silicio, alluminio, calcio, sodio, potassio e magnesio; questi elementi costituiscono circa il 98% della crosta terrestre. Mentre, considerando la Terra nel suo insieme, l'elemento più abbondante è il ferro, seguito da ossegeno, silicio e magnesio.

I materiali della crosta terrestre

+COME SI FORMANO I MINERALI?

I minerali hanno alcune caratteristiche essenziali: una composizione chimica definita e costante esprimibile con una formula e, in genere, forma di cristalli

Un cristallo è un corpo solido con un aspetto che corrisponde, generalmente a quello di un poliedro. I costituenti di un cristallo si legano in una struttura geometrica regolare, chiamata reticolo cristallino, che è il risultato della ripetizione ordinata nello spazio di un'unità di base chiamata cella elementare.

• Certi minerali, in base alle condizioni in cui si formano, possono presentarsi in due diverse strutture cristalline (es. carbonio= diamante o graffite).
• Le dimensioni dei cristalli hanno limiti molto ampi.
• Alcuni minerali non hanno una struttura cristallina, ma vetrosa.

Che cos'è un cristallo?

• Durezza: rappresenza la resistenza di un minerale a essere scalfito e dipende dalla forza dei legami chimici tra le particelle. E' stata elaborata una scala empirica della durezza, detta scala di Mohs che permette di determinare la durezza dei minerali. Questa è composta da 10 elementi, che fungono da "indici", il primo è il più tenero, ovvero il talco, l'ultimo è il più duro, il diamante. In questa scala ogni minerale scalfisce quello che lo precede e viene scalfito da quello che lo segue. Si può stabilire la durezza di un minerale provando a scalfirlo con i minerali della scala che hanno un comportamento simile.

I minerali possiedono una serie di proprietà fisiche.

• Densità: si esprime soliamente in g/cm3 e dipende sia dalle caratteristiche degli atomi, sia dalla loro disposizione nel reticolo cristallino. Spesso per indicare la densità si fa riferimento al peso specifico.

Densità e durezza

Le proprietà fisiche dei minerali

• Lucentezza e colore: la lucentezza dipende dal modo in cui le facce del cristallo riflettono la luce; questa può essere metallica o non metallica, in questo caso si potrebbe descrivere come "vitrea", "perlacea", ecc. Il colore, in alcuni minerali è sempre lo stesso, mentre in altri possono essere presenti colori diversi, a causa di impurità.

• Sfaldatura: la tendenza di un minerale di rompersi secondo piani paralleli, o piani di sfaldatura. Per esempio la muscovite produce sottili lamine parallele, la calcite, talvolta con la sfaldatura rombica o il salgemma, con la sfaldatura cubica.

Sfaldatura, lucentezza e colore

Le proprietà fisiche dei minerali

Salgemma

Talco

&

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NON SILCATICI

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Ovvero la maggioranza dei minerali

SILCATI

derivano dalla trasformazione di rocce preesistenti, sprofondate nella crosta terrestre e sottoposte all'azione di alte temperature e forti pressioni, hanno origine endogena

si formano in seguito al deposito e alla litificazione di sedimenti di varia natura, hanno quindi origine esogena

Le rocce metamorfiche

Le rocce sedimentarie

derivano dalla solidificazione di magma che si origina nella litosfera, hanno quindi origine endogena

Le rocce magmatiche

Una roccia è un aggregato di minerali differenti, sono quindi miscugli eterogenei, cioè formati da componenti distinguibili tra loro, e non hanno una composizione chimica definita. Le due caratteristiche principali delle rocce sono:

• la composizione mineralogica, che è determinata dal tipo e dalle proporzioni relative dei minerali che la compongono;
• la tessitura, che è data dall'insieme della forma, delle dimensioni e della disposizione dei minerali cristallini che la costituiscono.

I minerali fondamentali sono quelli che costituiscono la parte prevalente della roccia, mentre quelli accessori sono presenti in quantità inferiori. In base al processo che ha portato alla loro formazione, le rocce sono classificate in tre gruppi.

Dai minerali alle rocce

Le rocce magmatiche

• i magmi basici, con tenore di silicio basso;
• i magmi acidi, con tenore di silicio elevato.

Tra i due estremi ci sono i magmi intermedi.I magmi di tipo basico provengono dal mantello litosferico, le cui rocce sono costituite da silcati femici (ricchi di ferro e magnesio e poveri di silicio); questi magmi hanno temperature alte e bassa viscosità. I magmi acidi si trovano nella crosta continentale, si possono formare a partire dal magma basico che si modifica, arricchendosi di silcati sialici; i magmi acidi hanno una temperatura più bassa e viscosità maggiore.

Le rocce magmatiche, o ignee, sono costituite per la maggior parte da minerali silcati. Si distinguono due tipi di rocce magmatiche, intrusive ed effusive.Il processo magmatico è l'insieme delle trasformazioni che trasforma il magma in roccia. Il magma si forma quando, nel mantello o nella crosta terrestre, avvengono delle variazioni di temperatura. I magmi sono distinti in due tipi fondamentali, in base al loro contenuto di silicio:

Dal magma alle rocce magmatiche

Ossidiana

Granito

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Le rocce magmatiche intrusive

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La classifichazione delle rocce magmatiche

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Le rocce magmatiche effusive

Le rocce sedimentarie

La sedimentazione è quindi la fase di accumulo dei detriti. La diagenesi è l'insieme dei processi che portano alla formazione di rocce sedimentarie vere e proprie. Il più comune di questi processi è la litificazione che avviene per:

• compattazione=i nuovi sedimenti schiacciano i sedimenti sottostanti, espellendo l'acqua e riducendo gli spazi vuoti al minimo;
• cementazione=precipitazione, negli spazi tra i granuli, di sostanze dissolte nell'acqua, spesso carbonato di calcio e silice, che fungono da "leganti".

Le rocce sedimentarie sono costituite da materiali derivanti dall'accumulo di frammenti di altre rocce preesistenti o da resti di organismi viventi. Il processo sedimentario si svolge in più fasi: una parte dei materiali risutanti dalla degradazione meteorica o dall'erosione, costituita da vari detriti solidi e da ioni in soluzione, viene presa da vari agenti che ne effettuano il trasporto. I detriti solidi trasportati sono depositati e formano i sedimenti.

Il processo sedimentario

Rocce sedimentarie organogene

Rocce sedimentarie chimiche

Rocce sedimentarie clastiche

Le rocce sedimentarie spesso si presentano come una successione di strati, questa struttura si chiama stratificazione. Ogni strato corrisponde a un evento sedimentario di una certa durata temporale. E' inoltre frequente che nelle rocce sedimentarie siano presenti dei fossili.

Classificazione delle rocce sedimentarie

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Struttura delle rocce sedimentarie

Le rocce metamorfiche

• temperatura, infatti nelle rocce sottoposte a riscaldamento i legami che tengono tenuti i componenti si allentano, permettendo la formazione di nuovi minerali;
• pressione, che può essere litostatica (è determinata dal "carico" delle rocce soprastanti, agisce con uguale intensità in tutte le direzioni), orientata (si esercita in una sola direzione).

Quando una roccia è sottoposta a pressioni orientate, mentre si trova a temperature elevate, i cristalli dei minerali che hanno forma di lamelle o allungata, tendono a disporsi su piani perpendicolari alla direzione della spinta.

Le rocce metamorfiche sono il risultato di cambiamenti subiti da rocce preesistenti, magmatiche, sedimentarie o metamorfiche stesse. E' detto metamorfismo l'insieme delle traformazioni che determina la modifica della composizione mineralogica e nella tessitura della roccia di partenza. Il processo metamorfico si svolge sotto la superfice terrestre, a 5-6 km di profondità. I due fattori fondamentali alla base della metamorfosi sono:

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Il processo metamorfico

I tipi di metamorfismo

Metamorfismo regionale

Metamorfismo cataclastico

Metamorfismo di contatto

Le rocce, in realtà, possono seguire percorsi abbreviati rispetto al ciclo completo:

• una roccia sedimentaria, per sollevamento della crosta può tornare in superficie, andando a formare una nuova roccia sedimentaria;
• una roccia metamorfica può essere sollevata in superficie ed entrare direttamente nello stadio sedimentario;
• una roccia magmatica intrusiva, in particolare se si forma da magma acido, può subire metamorfismo, senza trasformarsi prima in sedimento.

IL CICLO DELLE ROCCE

Laudani Serena 3EL

Grazie per l'attenzione!

Selce

Dolomia

-CARBONATICHE:

• bioclastiche=derivano dai frammenti delle parti dure di invertebrati marini, protisti e alghe unicellulari, si formano dove le acque sono più calde;
• biocostrite=si formano nelle acque basse tropicali e subtropicali per opera dei coralli e di invertebrati marini.

-SILICEE=derivano dall'accumulo sul fondo marino dei gusci di organismi radiolari(protozoi) e diatomee (alghe unicellulari).

-CONCLOMERATI=derivano dalla cementazione delle ghiaie, gli ambienti di sedimentazione sono continentali o marini.-ARENARIE=derivano da sabbie cementate, i loro ambienti di sedimentazione sono continentali o marini. -ARGILLITI=derivano dalla compattazione di argille, gli ambienti di sedimentazione possono essere lacustri, palustri, deltizi o marini.

-CALCARI INORGANICI=si formano in particolari condizioni chimico-fisiche, che favoriscono la trasformazione del bicarbonato di calcio in carbonato di calcio insolubile, che si separa dalla soluzione e precipita.-ROCCE SILICEE=si formano per precipitazione chimica della silice presente nelle acque marine. -EVAPORITI=derivano da depositi di sali accumulatisi sul fondo di bacini marini, la più diffuse sono il salgemma, gesso e calcite.

Nella massa microcritallina o vetrosa sono presenti cristalli già contenuti al momento dell'espulsione, si ha allora una tessitura porfirica.

Le rocce magmatiche effusive si formano per il raffreddamento veloce del magma, infatti quando è espulso come lava da un vulcano le particelle non hanno tempo di organizzarsi in strutture cristalline e si genera una massa amorfa simile al vetro: con tessitura vetrosa, formando per esempio l'ossidiana. In altri casi il raffreddamento avviene più lentamante formando una tessitura microcristallina, come il basalto.

Colonne di basalto

Possiamo distinguere le rocce sedimentarie in tre grandi gruppi:

• rocce sedimentarie clastiche che si formano per accumulo di frammenti di rocce preesistenti che arrivano al luogo di deposizione come argilla o fanghi, e danno origine a conglomerati, arenarie e argilliti;
• rocce sedimentarie chimiche che si formano per accumulo si sostanze dovuto a fenomeni chimici, come la precipitazione dei sali dissolti nelle acque, e comprendono rocce calcaree, silicee e evaporiti;
• rocce sedimentarie organogene che si formano per accumulodi sostanze e materiali derivanti dall'attività di organismi viventi, e danno origine alle rocce carbonatiche, silicee e depositi organici.

I minerali non silcatici si dividono in:

• elementi nativi = includono metalli, come il ferro, l'oro, l'argento, e non metalli, tra cui carbonio (diamante o grafite) e zolfo;
• solfuri = molti hanno lucentezza metallica e comprendono, galena, blenda, pirite, ecc;
• alogenuri = i più noti sono fluorite e silvite;
• ossidi = sono formati da ossigeno e elementi metallici, comprendono cassiterite e ematite;
• carbonati = formati dal carbonato, i più importanti sono la calcite e l'aragonite;
• solfati = formati dal solfato, il più noto è il gesso.

Il metamorfismo cataclastico è dovuto all'azione di elevata pressioni orientate, quali si producono in corrispondenza di faglie presenti nella crosta terrestre in vicinanza della superficie, quindi in condizioni di bassa temperatura.Le due masse rocciose possono scorrere l'una sull'altra in direzione opposta. La superficie di contatto subisce una frantumazione. Il prodotto di questo processo è una roccia non cementata chiamata breccia di frizione.

• se, dopo fenomeni metamorfici bassi o medi, avviene una cristallizzazione, le rocce assumono una tessitura scistosa (la proprietà di sfaldarsi facilmente in lastre);
• dopo metamorfismo medio-alto si può avere una tessitura zonata o gneissica (disposizione a bande di minerali di diversa colorazione);
• a temperature elevate e basse pressioni, certi minerali della roccia di partenza tendono a ricristallizzarsi, acquisendo una tessitura massiccia.

I minerali si formano per il processo di cristallizzazione, che può avvenire in seguito a cambiamenti di condizioni ambientali e variazioni di temperatura. Alcune delle situazioni più comuni sono:

• solidificazione di una massa di roccia fusa o magma, intrappolato all'interno della crosta terrestre, che si raffredda molto lentamente così che gli atomi degli elementi chimici hanno modo di aggregarsi ordinatamente in strutture cristalline;
• precipitazione di sali dissolti in soluzioni acquose, per esempio in seguito a un'intensa evaporazione dell'acqua di bacini chiusi, marini o lacustri.

Granito

Le rocce magmatiche intrusive si formano generalmente da un magma di tipo acido, che si raffredda lentamente in profondità. Queste rocce sono caratterizzate da una tessitura olocristallina ("completamente cristallina") o granulare. L'esempio più importante di roccia intrusiva è il granito.

Il metamorfismo di contatto si verifica nelle rocce che vengono a contatto con una massa di magma in risalita verso la crosta. L'elevato calore della roccia fusa causa un innalzamento di temperatura delle rocce circostanti. Il metamorfismo interessa una zona detta aureola di contatto. Le rocce dell'aureola subiscono fenomeni di ricristallizazione con aumento della dimensione dei cristalli e acquisizione di una tessitura massiccia. Per esempio i calcari si trasformano in marmi.

• fillosilcati, con tetraedri uniti a formare strati indefiniti;
• tettosilcati, con tetraedri uniti in strutture tridimensionali, sono la classe più importante, che comprende il quarzo.

I silcati sono formati da due elementi base: silicio (Si) e ossigeno (O), uniti a due o più elementi metallici. La struttura base del reticolo cristallino ha la forma di un tetraedro, con 4 ioni di ossigeno, intorno a uno ione centrale di silicio, ed è chiamata gruppo silcato (SiO4)4-.I gruppi silcato hanno quattro cariche negative che devono essere neutralizzate, questo può avvenire in due modi:

• i singoli tetraedri possono legarsi a ioni positivi metallici;
• i tetraedi possono mettere in comune i propri ioni ossigeno e legarsi tra loro per i vertici.

In base a come i tetraedri si combinano o meno tra loro, i silcati sono suddivisi in:

• nesosilcati, caratterizzati da tetraedri isolati;
• inosilcati, con tetraedri uniti da catene singole o doppie indefinite;

Il metamorfismo regionale è connesso alla deformazione della crosta terrestre, specie nelle aree coinvolte in processi di formazione di catene montuose: qui le masse rocciose sono spinte in profondità, e si trovano sottoposte a pressioni e temperature crescenti. A partire da argilliti si formano, per metamorfismo di grado molto basso, gli argilloscisti, con struttura debolmente scistosa; dagli argilloscisti, per metamorfismo di grado basso, si passa alle filladi, con scistosità più marcata; per metamorfismo di grado medio, si passa alle scisti, che hanno scistosità molto marcata; in condizioni di metamorfismo più intenso, si formano le gneiss.

Questa roccia può essere portata in profondità e per effetto di elevate temperature o pressioni trasformata in roccia metamorfica (stadio metamorfico).

Le rocce sono entità "provvisorie", se considerate nell'arco dei tempi geologici (milioni di anni), perchè soggette a continui e graduali cambiamenti. Queste transizioni da rocce di un tipo a rocce di un altro si svolgono secondo delle sequenze che si ripetono ciclicamente e costituiscono il ciclo delle rocce, o ciclo litogenetico. Partendo da una roccia magmatica derivante da un magma basico, per esempio, (stadio magmatico del ciclo), per azione degli agenti atmosferici, la roccia può essere erosa con la produzione di sedimenti, che si depositano e per diagenesi si trasformano in roccia sedimentaria (stadio sedimentario).