Minerali e Rocce

Minerali e Rocce

I minerali

I minerali sono sostanze solide che possiedono queste caratteristiche essenziali: •hanno una composizione chimica definita e costante e quindi esprimbile con una formula; •hanno in genere forma di cristalli e sono perciò chiamati solidi cristallini.

Che cos'è un cristallo?

Un cristallo è un corpo solido con un aspetto esterno ben definito,che corrisponde idealmente a quello di un poliedro. I costituenti di un cristallo si legano tra loro disponendosi spontaneamente in una regolare struttura detta reticolo cristallino

Certi minerali, in base alle condizioni in cui si formano, possono presentarsi in due differenti strutture cristalline, come nel caso del carbonio che si presenta in diamante e grafite. Le dimensioni dei cristalli possono variare da meno di un micrometro ad alcunı o parecchi metri. Certi minerali hanno una struttura cristallina vetrosa, tipica dei solidi amorfi.

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 avere luogo in superficie o all'interno della crosta terrestre. In molti casi, la cristallizzazione avviene per solidificazione di una massa di roccia fusa o magma che rimane intrappolato nella crosta terrestre e si raffredda molto lentamente: in tal modo, gli atomi hanno modo di aggregarsi in strutture cristalline ben sviluppate. Se, invece, il magma viene eruttato come lava, la massa solidificata assume una struttura vetrosa. Altri minerali si formano per precipitazione di sali dissolti in soluzioni acquose. Questa precipitazione di sali può anche avvenire in seguito all'intensa evaporazione dell'acqua in bacini chiusi, marini o in ambienti caldi, quando vi si ha uno scarso apporto idrico fluviale.

Le proprietà dei minerali

I minerali, possiedono una serie di proprietà fisiche che possono fornire informazioni per il loro riconoscimento.

• La densità dipende sia dalle caratteristiche degli atomi sia dalla loro disposizione nel reticolo cristallino.
• La durezza rappresenta la resistenza di un minerale a essere scalfito e dipende dalla "forza" dei legami chimici tra le sue particelle. È stata elaborata una scala empirica della durezza, detta scala di Mohs, che permette di determinare, per semplice confronto, la durezza dei minerali.
• La sfaldatura è la tendenza di un minerale a rompersi secondo piani paralleli. È dovuta all'esistenza nei cristalli di superfici o direzioni dove i legami sono più deboli e offrono minore resistenza meccanica
• La lucentezza dipende dal modo in cui le facce di un cristallo riflettono la luce: può essere metallica o non metallica.

La classificazione dei minerali

Le numerose specie minerali sono suddivise in classi mineralogiche in base a un criterio di classificazione chimica che fa riferimento al tipo di anione che ne caratterizza la composizione. La stragrande maggioranza dei minerali appartiene alla classe dei silicati.

I silicati sono formati da due elementi base, silicio e ossigeno, ai quali sono generalmente uniti uno più elementi metallici. I gruppi silicato possiedono quattro cariche negative che devono essere neutralizzate. Ciò può avvenire in due modi:

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

Dai minerali alle rocce

Una roccia è un aggregato di minerali differenti che ha avuto origine in un determinato tipo di processo. Le rocce sono formati da componenti distinguibili tra loro, come molto evidente nel caso del granito. Di conseguenza, non hanno una composizione chimica definita e non presentano proprietà fisiche costanti. Le due principali caratteristiche di una roccia sono la composizione mineralogica e la tessitura. •La composizione mineralogica è determinata dal tipo e dalle proporzioni relative dei minerali che la compongono; •La tessitura è data dall'insieme della forma, delle dimensioni e della disposizione dei minerali cristallini che la costituiscono

ozoic

Mesozoic

Cenozoic

Le rocce magmatiche

Le rocce magmatiche si distinguono in due gruppi principali secondo le condizioni in cui avviene la solidificazione del magma:

• 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 "effusione di lava" nel corso delle eruzioni vulcaniche .

È chiamato processo magmatico l'insieme delle trasformazioni attraverso cui avviene il passaggio da magma a roccia

I magmi possono essere distinti in due tipi fondamentali basici e acidi:

• i magmi basici hanno tenore di SiO₂, relativamente basso;
• i magmi acidi hanno tenore di SiO₂, relativamente elevato

I magmi basici hanno temperature elevate e bassa viscosità. Possono accumularsi nella camera magmatica di un vulcano quindi fuoriuscire all'esterno come effusioni laviche che, solidificando, formano rocce magmatiche effusive. I magmi acidi hanno una temperatura più bassa e viscosità maggiore. Per questo, non riescono a fluire fino alla superficie. Formano perciò intrusioni all interno della crosta, dove solidificano lentamente originando rocce magmatiche intrusive.

Rocce magmatiche intrusive

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

Rocce magmatiche effusive

Le rocce magmatiche effusive si formano quando il raffreddamento del magma si completa velocemente. Se il raffreddamento è particolarmente rapido, le particelle co stituenti dei minerali non hanno il tempo di organizzarsi in strutture cristalline e si genera una massa solida amorfa simile al vetro: si formano cosi le rocce effusive con tessitura vetrosa. In altri casi il raffreddamento è meno veloce e le rocce possono assumere una tessitura microcristallina o a grana molto fine.

Classificazione delle rocce magmatiche

Le rocce magmatiche possono essere classificate in base al contenuto di silice e alla composizione mineralogica.

Attraverso numerosissime analisi compiute su campioni di rocce, si è potuto stabilire in che modo, al variare del contenuto di SiO₂, variano le associazioni di minerali e le quantità di ogni minerale.

Le rocce sedimentarie

Le rocce sedimentarie sono costituite da materiali derivanti dall'accumulo di frammenti provenienti da rocce preesistenti o da resti di organismi viventi. Il processo sedimentario si svolge in più fasi: una parte dei materiali viene presa in carico da vari agenti che ne effettuano il trasporto altrove. Quando le acque correnti o il vento rallentano e i ghiacciai fondono, i detriti si depositano e formano sedimenti. La sedimentazione è quindi la fase d'accumulo in strati sovrapposti, dei detriti solidi erosi o di quelli abbandonati da organismi viventi oppure delle sostanze in soluzione che precipitano. Nel tempo, gli strati più antichi vengono sepolti sotto quelli recenti. Si entra così nella fase terminale del processo sedimentario: la diagenesi che è l'insieme di processi graduali che determinano la trasformazione dei sedimenti sciolti o incoerenti in rocce sedimentarie vere e proprie.

Il più comune tra questi processi è la litificazioneche avviene principalmente per compattazione ecementazione dei sedimenti.

• La compattazione è una conseguenza meccanica dell'accumulo di materiale. I sedimenti che via via si depositano schiacciano con il loro peso i sedimenti formatisi in precedenza. La roccia che alla fine si forma avrà uno spessore assai ridotto rispetto a quello dei sedimenti di partenza.

• La cementazione è un processo chimico e consiste nella precipitazione di sostanze dissolte nelle acque che circolano nei sedimenti.

Le rocce sedimentarie si presentano come una successione di strati. Questa struttura, chiamata stratificazione, è la più comune e frequente caratteristica delle rocce sedimentarie. Ogni strato corrisponde a un evento sedimentario di una certa durata temporale.

Classificazione delle rocce sedimentarie

Il criterio comunemente adottato per la classificazione delle rocce sedimentarie si basa sulla diversa origine dei sedimenti e permette la loro suddivisione in tre grandi gruppi:

• rocce sedimentarie clastiche (o detritiche), che si formano per accumulo meccanico di frammenti (clasti) di rocce preesistenti.
• rocce sedimentarie chimiche che si for mano per accumulo di sostanze dovuto a feno meni chimici.
• rocce sedimentarie organogene, che si formano per accumulo di sostanze e materiali derivanti dall'attività di organismi viventi.

Le rocce metamorfiche

Le rocce metamorfiche sono il risultato di cambiamenti subiti da rocce preesistenti, magmatiche, sedimentarie o anche metamorfiche, quando siano sottoposte a temperature e pressioni diverse da quelle iniziali.

È detto metamorfismo l'insieme delle trasformazioni che determinano modificazioni nella composizione mineralogica e nella tessitura della roccia di partenza.

Il processo metamorfico

Il processo metamorfico si svolge al di sotto dela superficie terrestre e puờ interessare grandi masse rocciose. I due fattori fondamentali sono la temperatura e la pressione, che aumentano progressivamente al crescere della profondità.

• Nelle rocce sottoposte a riscaldamento si allentano i legami che tengono uniti componenti dei reticoli cristallinidei minerali. Si ha così una cristallizzazione con formazione di nuovi minerali, senza che la roccia passi allo stato fuso
• La pressione svolge anch'essa un ruolo rilevante nel processo metamorfico.
• Quando una roccia è sottoposta a pressioni orientate, i cristalli dei minerali che hanno forma lamellare o allungata, tendono a disporsi su piani perpendicolari alla direzione della spinta.

Tipi di metamorfismo

Si possono distinguere tre tipi principali di metamorfismo:

• metamorfismo di contatto, in cui prevale la temperatura;
• metamorfismo cataclastico, in cui prevale la pressione;
• metamorfismo regionale, in cui sia la temperatura sia la pressione sono determinanti.

• Il metamorfismo di contatto si verifica nelle rocce che vengono a contatto con una massa di magma in risalita attraverso la crosta.
• Il metamorfismo cataclastico è dovuto all'azione di elevate pressioni orientate, quali si producono in corrispondenza di faglie presenti nella crosta terrestre in condizioni di bassa temperatura
• Il metamorfismo regionale interessa zone molto estese ed è connesso alle deformazioni della crosta terrestre specie nelle aree coinvolte in processi di formazione di catene montuose

Il ciclo delle rocce

Il ciclo delle rocce può essere rappresentato con uno schema: Possiamo seguire un percorso ideale del ciclo partendo da una roccia magmatica. Per azione degli agenti atmosferici la roccia magmatica viene degradata ed erosa con produzione di sedimenti che si depositano e per diagenesi si trasformano in roccia sedimentaria. La roccia sedimentaria può essere portata in profondità e trasformata in roccia metamorfica che in seguito a un aumento di temperatura, può subire fusione e dare origine a un magma acido. Le rocce possono seguire percorsi abbreviati rispetto al ciclo completo Per esempio:

• una roccia sedimentaria, può tornare in superficie ed entrare di nuovo nello stadio sedimentario, andando a formare una nuova roccia sedimentaria;
• una roccia metamorfica può venire sollevata in superficie e entrare direttamente nello stadio sedimentario;
• una roccia magmatica intrusiva, può subire metamorfismo senza trasformarsi prima in sedimento.

Grazie per l'attenzione!

Ilaria Cicconardi

• Le rocce organogene, derivano da detriti costituiti da scheletri gusci calcarei o silicei di organismi marini;
• Le rocce carbonatiche sono costituite in prevalenza da calcite, oltre che da dolomite. Si possono così avere calcari e dolomi;
• Le rocce carbonatiche bioclastiche derivano dai frammenti delle parti dure di invertebrati marini, protisti e alghe unicellulari;

• Le rocce carbonatiche biocostruite si formano nelle acque basse del mari tropicali e subtropicali;
• Le rocce organogene silicee derivano dall'accumulo sul fondo marino dei gusci silicei di organismi protisti e alghe che danno origine alla radiolarite te e alla diatomite

• I conglomerati derivano dalla cementazione delle ghiaie. Gli ambienti di sedimentazione di questi conglomerati sono continentali o marini.

• Le arenarie derivano da sabbie cementate. I loro ambienti di sedimentazione sono continentali o marini.
• Le argilliti derivano dalla compattazione di argille. Gli ambienti di sedimentazione possono essere lacustri, palustri, deltizi o marini.
• Altre rocce comprendono: le marne che contengono anche calcare e le rocce plastiche che derivano da deposizioni di materiali espulsi nel corso di eruzioni vulcaniche esplosive.

In relazione al modo in cui i tetraedri si combinano o meno tra loro, i silicati sono suddivisi in quattro classi principali:

• I nesosilicati caratterizzati da tetraedri isolati
• Gli inosilicati, con tetraedri uniti in catene singole o doppie indefinite
• I fillosilicati, con tetraedri uniti a formare strati indefiniti. Sono minerali facilmente sfaldabili in lamine;
• I tettosilicati, con tetraedri uniti in strutture tridimensionali

• I calcari inorganici si formano in particolari condizioni chimico-fisiche che favoriscono la trasformazione di un sale solubile del calcio (bicarbonato di calcio) in carbonato di calcio insolubile che si separa dalla soluzione e precipita.
• Le selci, rocce silicee compatte e molto dure, si formano per precipitazione chimica della silice presente nelle acque marine.
• Le evaporiti sono rocce che derivano da depositi di sali accumulatisi per precipitazione sul fondo di bacini marini, in seguito all'evaporazione dell'acqua.

Quando una roccia è sottoposta a pressioni orientate, i cristalli dei minerali che hanno forma lamellare o allungata, tendono a disporsi su piani perpendicolari alla direzione della spinta.

• Se, lungo questi piani, intervengono fenomeni di cristalizzazione, le rocce assumono una tipica tessitura scistosa, cioè la proprietà di sfaldarsi facilmente in lastre.
• Un altro tipo di tessitura è la tessitura zonata: risulta dalla disposizione a bande di minerali di diversa colorazione
• In altri casi, certi minerali della roccia di partenza tendono a ricristallizzare e ad accrescere le proprie dimensioni, acquisendo allora una tessitura massiccia