HIGH FLIGHTS PRESENTATION

Cristiana Ladelfa

I minerali e le rocce

Il ciclo delle rocce

Le rocce metamorfiche

Le rocce sedimentarie

Le rocce magmatiche

Dai minerali alle rocce

Minerali

I materiali della crosta terrestre

Index

La Terra è composta da poco più di 90 tipi di atomi. Gli elementi chimici sono sostanze formate da atomi dello stesso tipo (es. ossigeno, ferro, zolfo), mentre i composti derivano dall’unione di atomi diversi (es. cloruro di sodio, silice, solfato di calcio).Nella crosta terrestre, gli elementi si trovano come minerali che formano le rocce. gli otto elementi più abbondanti sono: ossigeno, silicio, alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio e magnesio.Se consideriamo l’intera Terra, il ferro è l’elemento più abbondante, seguito da ossigeno, silicio e magnesio. Il ferro è il principale componente della crosta terrestre.

I materiali della crosta terrestre

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I minerali si formano tramite il processo di cristallizzazione, che avviene in superficie o nella crosta terrestre in seguito a variazioni di temperatura e altre condizioni ambientali.• Solidificazione del magma: Se il magma si raffredda lentamente nella crosta, si formano strutture cristalline ben sviluppate.Se il magma eruttato si raffredda rapidamente (lava), si crea una struttura disordinata vetrosa, tipica dei solidi amorfi.• Precipitazione da soluzioni acquose: Sali disciolti in acque sotterranee calde possono cristallizzare gradualmente quando l’acqua si raffredda In bacini chiusi, l’evaporazione intensa può far precipitare i sali in eccesso (es. salgemma) quando la concentrazione supera il limite di solubilità.

Come si formano i minerali

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Tuttavia, cristalli geometricamente regolari con facce lisce sono rari in natura, poiché difficilmente si verificano le condizioni ottimali per la formazione del loro tipico abito cristallino.Alcuni minerali possono presentarsi con strutture cristalline diverse in base alle condizioni di formazione, come il carbonio, che appare nel diamante e nella grafite. Le dimensioni dei cristalli variano da microscopiche (meno di un micrometro) a eccezionalmente grandi (parecchi metri), ma di solito sono molto ridotte.Alcuni minerali non hanno struttura cristallina, bensì una struttura vetrosa, tipica dei solidi amorfi. La cristallografia studia forma, struttura, proprietà fisiche e chimiche e crescita dei cristalli.

Questo è un paragrafa contenere creatività, esperienze e storie geniali.I minerali, studiati dalla mineralogia, sono solidi con due caratteristiche principali:• Composizione chimica definita e costante, esprimibile con una formula;• Struttura cristallina, che li rende solidi cristallini con forma regolare (cristalli).Sono noti oltre 5000 tipi di minerali.Un cristallo è un solido con una forma esterna regolare, simile a un poliedro (es. cubo, ottaedro).I suoi costituenti (atomi, ioni o molecole) si dispongono spontaneamente in una struttura geometrica tridimensionale regolare, chiamata reticolo cristallino, formata dalla ripetizione ordinata di un’unità base detta cella elementare.Nel cloruro di sodio (salgemma), la cella elementare ha forma cubica e contiene ioni Na⁺ e Cl⁻ disposti in modo ordinato.

Che cos'è un cristallo

I minerali

La sfaldatura è la tendenza di un minerale a rompersi lungo piani paralleli, dove i legami chimici sono più deboli.• Esempi di sfaldatura:• Muscovite: produce sottili lamine parallele.• Calcite: può sfaldarsi in forme rombiche.• Salgemma: sfaldatura cubica.• Fluorite: sfaldatura ottaedrica.Questa proprietà è utile, ad esempio, per ottenere pietre preziose con forme regolari.Lucentezza e colore sono utili per identificare i minerali:• Lucentezza: dipende da come le facce del cristallo riflettono la luce. Può essere:• Metallica o non metallica (es. vitrea, sericea, madreperlacea).• Colore: alcuni minerali hanno un colore costante (es. verde nella malachite, giallo nello zolfo), ma spesso varia a causa di impurità nel reticolo cristallino.

La durezza di un minerale misura la sua resistenza a essere scalfito, determinata dalla forza dei legami chimici. Per valutarla si utilizza la scala di Mohs, una scala empirica con 10 minerali di riferimento ordinati per durezza crescente:• Talco è il più tenero (1)• Diamante è il più duro (10).Un minerale può scalfire quelli più teneri e essere scalfito da quelli più duri. La durezza si determina confrontando il comportamento del minerale con strumenti semplici (unghia, coltello d’acciaio) o con minerali della scala. Ad esempio, se un minerale è scalfito dal quarzo (7) ma non dall’ortoclasio (6), la sua durezza è compresa tra 6 e 7.

I minerali si riconoscono anche tramite le loro proprietà fisiche, tra cui la densità (espressa in g/cm³), che dipende dalle caratteristiche degli atomi e dalla loro disposizione nel reticolo cristallino.• Peso specifico: spesso usato in mineralogia, è numericamente uguale alla densità.• Minerali comuni (es. quarzo, calcite, silicati): peso specifico tra 2 e 3.• Minerali metallici: peso specifico molto più alto, come la galena (7,5) e l’oro (oltre 19).

I silicati sono composti costituiti da silicio e ossigeno, ai quali possono legarsi elementi metallici come alluminio, calcio, ferro, magnesio, sodio e potassio. La loro struttura di base è un tetraedro formato da uno ione centrale di silicio (Si⁴⁺) circondato da quattro ioni ossigeno (O²⁻), chiamato gruppo silicato (SiO₄)⁴⁻.Le cariche negative del gruppo silicato possono essere neutralizzate in due modi: 1. Legandosi a ioni metallici positivi (es. Na⁺, K⁺, Mg²⁺). 2. Condividendo ioni ossigeno con altri tetraedri, formando catene, strati o strutture tridimensionali.Dalla disposizione dei tetraedri derivano diverse strutture cristalline e si distinguono quattro principali classi di silicati: 1. Nesosilicati: tetraedri isolati (es. olivina). 2. Inosilicati: tetraedri uniti in catene singole o doppie (es. pirosseni). 3. Fillosilicati: tetraedri uniti in strati, facilmente sfaldabili in lamine (es. miche). 4. Tettosilicati: tetraedri uniti in strutture tridimensionali (es. quarzo).In alcune varianti, i tetraedri contengono alluminio al posto del silicio (alluminosilicati).

La classificazione dei minerali

Alogenuri

Solfuri

Elementi nativi

Solfati

Carbonati

Ossidi

I minerali in natura si associano per formare un gran numero di rocce, che sono i materiali strutturali di base della crosta terrestre. Le rocce possono variare da piccoli affioramenti a grandi catene montuose e altipiani. Una roccia è generalmente un aggregato di minerali differenti, originati da specifici processi petrogenetici. A differenza dei minerali, le rocce sono miscugli eterogenei e non hanno una composizione chimica definita, presentando proprietà fisiche variabili. Alcune rocce, come il marmo, possono essere composte principalmente da un solo tipo di minerale, ma in genere contengono tracce di altri minerali..

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Dai minerali alle rocce

La tessitura di una roccia, invece, è data dall'insieme della forma, delle dimensioni e della disposizione dei minerali cristallini, ed eventualmente amorfi, che la costituiscono. Questa caratteristica è fondamentale perché fornisce informazioni sulla storia geologica della roccia e sulle condizioni in cui è stata formata. I singoli granuli di minerali cristallini possono variare notevolmente in dimensione, da centimetri a millimetri, ma spesso sono così piccoli che non si possono distinguere senza l'ausilio di un microscopio. La tessitura può quindi rivelare dettagli importanti sulla formazione della roccia, come il tasso di raffreddamento e la pressione a cui è stata sottoposta.

Le due principali caratteristiche di una roccia che spesso permettono di identificarla sul posto e di dedurne le modalità di formazione sono la composizione mineralogica e la tessitura. La composizione mineralogica di una roccia è determinata dal tipo e dalle proporzioni relative dei minerali che la compongono. I minerali fondamentali sono quelli che costituiscono la parte prevalente della roccia e sono cruciali per la sua identificazione. Ad esempio, nel granito, i minerali fondamentali sono tre: quarzo, feldspato e mica. Questi minerali giocano un ruolo chiave nella definizione delle proprietà fisiche e chimiche della roccia. D'altra parte, ci sono anche i minerali accessori, che sono presenti in quantità relativamente modeste e non influenzano in modo significativo l'identificazione della roccia.

Caratteristiche basilari delle rocce

1. Rocce magmatiche: derivano dalla solidificazione del magma, una massa fusa che proviene dalla litosfera. Hanno origine endogena e sono le più abbondanti nella crosta terrestre.2. Rocce sedimentarie: si formano attraverso il deposito e la litificazione di sedimenti di diversa natura, come frammenti di rocce, sali e resti di organismi. Hanno origine esogena.3. Rocce metamorfiche: derivano dalla trasformazione di rocce preesistenti, sottoposte a elevate temperature e pressioni all'interno della crosta terrestre. Anche queste hanno origine endogena.Inoltre, le rocce non rimangono statiche, ma subiscono un ciclo di trasformazioni nel tempo geologico, noto come ciclo delle rocce.

Tipi di rocce

Le rocce magmatiche (o ignee) derivano dalla solidificazione del magma, un fluido incandescente ricco di silicati e gas disciolti. Si distinguono in due gruppi principali:• Rocce intrusive, che si formano quando il magma solidifica all’interno della crosta terrestre.• Rocce effusive, che si formano quando il magma solidifica in superficie, dopo essere fuoriuscito come lava durante le eruzioni vulcaniche.Il processo magmatico comprende le trasformazioni che portano il magma a solidificarsi in roccia. Il magma si forma nel mantello superiore o nella crosta terrestre a causa di variazioni di temperatura e pressione, che causano la fusione parziale dei silicati con minore punto di fusione. Essendo meno denso delle rocce circostanti, il magma risale attraverso fratture della litosfera. La solidificazione avviene a diverse profondità o in superficie, influenzata dalla viscosità del magma, che ne determina la facilità di movimento.

Le rocce magmatiche

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Le rocce magmatiche più usate in edilizia sono i graniti e le rioliti (porfidi quarziferi): • Graniti: duri e durevoli, con colori che variano dal bianco al grigio al rosa. Utilizzati per colonne, pilastri, davanzali, zoccolature e gradini.• Rioliti: resistenti e di colore bruno rossastro. Impiegate per pavimentazioni, rivestimenti e costruzioni stradali e ferroviarie.

Le rocce magmatiche si classificano in base al contenuto di silice e alla composizione mineralogica: • Acide: > 65% SiO₂, chiare e poco dense, ricche di silicati sialici.• Intermedie: 52-65% SiO₂.• Basiche: 45-52% SiO₂, scure e dense, ricche di silicati femici.• Ultrabasiche: < 45% SiO₂, presenti soprattutto nel mantello litosferico.La crosta continentale è composta principalmente da graniti (intrusive), mentre la crosta oceanica è dominata da basalti (effusive), che rappresentano circa il 40% delle rocce della crosta terrestre. La composizione e l’associazione minerale variano con il contenuto di silice e le condizioni di solidificazione.

Le rocce magmatiche intrusive ed effusive si distinguono per la tessitura, cioè l’aspetto dei cristalli minerali, determinata dalle modalità di raffreddamento. Le rocce intrusive, raffreddatesi lentamente in profondità, hanno tessiture diverse rispetto alle rocce effusive, solidificate rapidamente in superficie. Rocce con la stessa composizione chimica possono dunque avere tessiture differenti, con un’equivalenza tra intrusive ed effusive.Le rocce magmatiche effusive si formano dal rapido raffreddamento della lava in superficie. Questo può generare:• Tessitura vetrosa: assenza di cristalli, come nell’ossidiana (nera) e nella pomice (chiara e porosa).• Tessitura microcristallina: piccoli cristalli visibili solo al microscopio, come nel basalto.• Tessitura porfirica: grandi cristalli immersi in una massa microcristallina o vetrosa, comune nelle rocce effusive.La velocità di raffreddamento influenza la formazione delle diverse tessiture.

Rocce magmatiche intrusive ed effusive

Le rocce sedimentarie si formano dall’accumulo di materiali derivati dalla disgregazione di rocce preesistenti, dai resti di organismi viventi o dalla precipitazione di sostanze in soluzione. Questi materiali hanno origine dalla degradazione meteorica e dall’erosione operate dagli agenti esogeni, che provocano la disgregazione fisica e l’alterazione chimica delle rocce, seguite dal trasporto e dalla deposizione delle particelle.Il processo sedimentario include una serie di fasi: la degradazione, il trasporto, il deposito dei sedimenti e infine la diagenesi, che trasforma i materiali sciolti in rocce consolidate. Sebbene le rocce sedimentarie rappresentino solo l’8% della crosta terrestre, ricoprono circa l’80% della sua superficie, con spessori che variano da pochi centimetri a diversi chilometri.

Le rocce sedimentarie

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Il processo sedimentario si articola in diverse fasi: 1. Degradazione ed erosione: materiali come detriti solidi (clasti) e ioni in soluzione derivano dalla disgregazione delle rocce.2. Trasporto: gli agenti principali (acqua, vento e ghiacciai) trasportano questi materiali, con l’acqua come veicolo più efficace.3. Deposizione: quando il movimento rallenta o le condizioni chimico-fisiche cambiano, i detriti solidi si depositano formando sedimenti. Gli ioni in soluzione precipitano per cristallizzazione o vengono utilizzati da organismi marini per creare gusci e scheletri.4. Sedimentazione: i materiali si accumulano in strati sovrapposti in specifici ambienti, con i sedimenti più antichi sepolti dai più recenti.5. Diagenesi: fase finale in cui i sedimenti si trasformano in rocce consolidate.La gravità è il motore principale del trasporto e idella deposizione.

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Il processo sedimentario

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 (ig. 27):* rocce sedimentarie clastiche (o detritiche), che si formano per accumulo meccanico di frammenti (clasti) di rocce preesistenti, che arrivano al luogo di deposizione come ghiaia, sabbia, fanghi costituiti in particolare da argilla (oltre che da limo). Danno origine rispetti-vamente a conglomerati, arenarie e argilliti;* rocce sedimentarie chimiche, che si formano per accumulo di sostanze dovuto a fenomeni chimici, in genere consistenti nella precipitazione diretta di sali dissolti nelle acque.Comprendono rocce calcaree (calcari inor-ganici), rocce silicee ed evaporiti;* rocce sedimentarie organogene, che si formano per accumulo di sostanze e materiali derivanti dall'attività di organismi viventi. Comprendono rocce carbonatiche, rocce silicee, e depositi organici (carboni fossili, petrolio e gas naturale).Questa distinzione fra i tre tipi di roccia non è, tuttavia, netta: i processi sedimentari sono complessi e possono dare origine a rocce in cui sono presenti in varie proporzioni frammenti detritici e materiale di origine chimica e organogena.

Le rocce sedimentarie spesso presentano una struttura a strati di spessore variabile e paralleli, detta stratificazione, che è la loro caratteristica più comune. Ogni strato riflette un evento sedimentario con condizioni costanti, come velocità di sedimentazione, composizione del materiale e dimensioni dei granuli. Inoltre, le rocce sedimentarie possono contenere fossili, ossia resti o tracce di organismi intrappolati nei sedimenti.

La diagenesi è l’insieme di processi che trasformano i sedimenti sciolti in rocce sedimentarie. Uno dei processi principali è la litificazione, che avviene principalmente tramite: 1. Compattazione: il peso dei sedimenti sovrastanti comprime quelli sottostanti, espellendo l’acqua tra i granuli e riducendo gli spazi vuoti, con una conseguente riduzione dello spessore del sedimento originario. 2. Cementazione: un processo chimico in cui sostanze come carbonato di calcio e silice, trasportate dall’acqua tra i granuli, precipitano e legano i sedimenti, consolidandoli in una roccia.

I conglomerati si formano dalla cementazione di ghiaie con ciottoli di diametro superiore a 2 mm. Se i ciottoli sono arrotondati, indicano un trasporto lungo, ad esempio da torrenti; gli ambienti di sedimentazione possono essere continentali (fiumi, pianure alluvionali) o marini (coste rocciose). Se i ciottoli hanno spigoli vivi, segnalano un breve trasporto, formando un tipo di conglomerato chiamato breccia.Le arenarie si formano dalla cementazione di sabbie con granuli di diametro tra 2 e 0,06 mm. Gli ambienti di sedimentazione possono essere continentali (deserti, fiumi, laghi) o marini (litorali, mari poco profondi). Si distinguono diversi tipi di arenaria in base al contenuto di quarzo, feldspati e frammenti di rocce.

Le rocce clastiche sono le rocce sedimentarie più diffuse. La loro classificazione si basa soprattutto sulla granulometria, cioè sulle dimensioni dei clasti presenti in maggiore abbondanza

Argillite

Le argilliti derivano dalla compattazione di argille con granuli microscopici (< 0,06 mm) e sono molto diffuse, rappresentando oltre la metà delle rocce sedimentarie. Si formano in ambienti lacustri, palustri, deltizi o marini. Composte principalmente da minerali argillosi come caolinite e montmorillonite, possono essere bianche (caolino) o colorate da impurità. Altre rocce clastiche correlate sono: • Marne: composte da argilla e calcare in proporzioni variabili. • Rocce piroclastiche: derivate da materiali espulsi durante eruzioni vulcaniche esplosive.Calcari inorganici: Si formano dalla precipitazione di carbonato di calcio insolubile, a partire dal bicarbonato di calcio, in condizioni chimico-fisiche favorevoli. Questo avviene: • In acque marine calde e basse. • In ambienti continentali, ad esempio nelle sorgenti idrotermali, formando rocce come il travertino.Altre rocce calcaree chimiche includono stalattiti e stalagmiti, che si sviluppano nelle grotte per stillicidio d’acqua.Selci: Rocce silicee dure e compatte formate dalla precipitazione chimica della silice in acque marine, costituite da cristalli microscopici di quarzo. Sono meno comuni rispetto alle selci di origine organogena.Evaporiti: Derivano dalla precipitazione di sali in bacini marini o lacustri a causa dell’evaporazione dell’acqua. Tra le evaporiti più comuni ci sono: • Salgemma (NaCl), • Gesso (CaSO₄·2H₂O), • Calcite (CaCO₃).

Le rocce organogene si formano da resti di organismi viventi e si dividono in: 1. Bioclastiche: derivano da frammenti di scheletri e gusci calcarei o silicei di organismi marini, accumulati sui fondali marini. 2. Biocostruite: originate da strutture costruite da organismi viventi, come le scogliere coralline.Rocce organogene carbonatiche • Bioclastiche: Composte da frammenti di invertebrati marini, protisti e alghe unicellulari. Si formano in acque costiere poco profonde, spesso nei mari tropicali, e contengono fossili di esoscheletri e conchiglie. • Biocostruite: Formate principalmente da coralli che costruiscono barriere coralline nelle acque basse tropicali. Possono trasformarsi in dolomie (carbonato doppio di calcio e magnesio) per sostituzione parziale del calcio con il magnesio, come nelle Dolomiti.Rocce organogene siliceeDerivano dall’accumulo di gusci silicei di organismi come radiolari e diatomee, formando rocce come radiolarite e diatomite. Con ulteriore diagenesi, si trasformano in selce.

Le rocce metamorfiche si formano da trasformazioni di rocce preesistenti (magmatiche, sedimentarie o metamorfiche) quando queste sono sottoposte a temperature e pressioni diverse da quelle iniziali, spesso in zone geologicamente attive. Le forze endogene, come sollevamenti, compressioni, sprofondamenti o intrusioni magmatiche, provocano, nel tempo, modifiche nella composizione mineralogica e nella tessitura delle rocce, un processo chiamato metamorfismo.Se il metamorfismo porta alla fusione della roccia, si forma magma, un fenomeno noto come anatessi, che segna il passaggio al processo magmatico.

Le rocce metamorfiche

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Metamorfismo

Quando una roccia è sottoposta a pressioni orientate e a temperature elevate, i minerali con forma lamellare (es. miche) o allungata (es. anfiboli) si dispongono su piani perpendicolari alla direzione della pressione.Tipi di tessitura metamorfica 1. Scistosa: • Si forma con metamorfismo di grado basso o medio. • I minerali si cristallizzano lungo piani di sfaldatura, rendendo le rocce facilmente divisibili in lastre (es. scisti, derivati da rocce argillose). 2. Zonata o gneissica: • Si forma con metamorfismo di grado medio-alto. • I minerali si dispongono a bande colorate con cristalli visibili, tipici dello gneiss, che può derivare dal granito. 3. Massiccia o granuloblastica: • Si forma a temperature elevate e basse pressioni. • I minerali ricristallizzano senza orientazione preferenziale, come nel marmo, derivato da rocce calcaree.in questo modo i calcari sì trasformano in marmi

Il processo metamorfico avviene a profondità tra 5-30 km, con temperature di 200-800 °C e pressioni da 1000 a migliaia di atmosfere. Può essere localizzato o coinvolgere grandi masse rocciose, con metamorfismo classificato in gradi (molto basso, basso, medio, alto).Fattori principali 1. Temperatura: • Oltre i 200 °C, i reticoli cristallini dei minerali si riorganizzano formando nuovi minerali più stabili, senza fusione e mantenendo inalterata la composizione chimica generale. 2. Pressione: • Litostatica: Agisce uniformemente in tutte le direzioni per il peso delle rocce soprastanti, compattandole e riducendone il volume. • Orientata: Agisce in una direzione specifica, ad esempio durante la formazione di montagne, causando deformazioni e modificando la tessitura della roccia.

Il metamorfismo può trasformare le rocce in base alle condizioni di temperatura e pressione: 1. Metamorfismo di contatto: • Trasforma i calcari in marmi, caratterizzati da cristalli di calcite di grandi dimensioni. • Può avvenire anche in condizioni di metamorfismo regionale. 2. Metamorfismo cataclastico: • Causato da pressioni orientate nelle zone di faglia vicino alla superficie, dove la temperatura è bassa. • Il movimento delle rocce lungo la faglia provoca frantumazione, formando rocce non cementate come le brecce di frizione. 3. Metamorfismo regionale: • Coinvolge ampie aree, come quelle delle catene montuose, con rocce spinte in profondità e sottoposte a crescenti pressione e temperatura. • Le rocce subiscono trasformazioni progressive, formando serie metamorfiche: • Argilliti → Argilloscisti (grado molto basso) → Filladi (grado basso) → Scisti, come i micascisti (grado medio) → Gneiss (grado alto). • I gneiss possono derivare anche da graniti (rocce magmatiche intrusive). • Dai basalti si formano scisti verdi, anfiboliti e granuliti con metamorfismo crescente.Il grado di metamorfismo può essere dedotto dall’analisi dei minerali indice, che si formano in specifiche condizioni di temperatura e pressione.

Il ciclo delle rocce o ciclo litogenetico descrive la trasformazione ciclica e continua delle rocce (magmatiche, sedimentarie e metamorfiche) nel tempo geologico. Le rocce non sono stabili nel tempo ma subiscono cambiamenti graduali secondo processi ripetuti.Percorso principale: 1. Stadio magmatico: • Rocce magmatiche si formano dalla solidificazione del magma (effusivo in superficie o intrusivo in profondità). 2. Stadio sedimentario: • La roccia magmatica esposta agli agenti atmosferici si degrada, producendo sedimenti che, attraverso la diagenesi, formano rocce sedimentarie. 3. Stadio metamorfico: • La roccia sedimentaria, in profondità, subisce pressione e temperatura elevate, trasformandosi in roccia metamorfica. 4. Fusione: • La roccia metamorfica può fondere e dare origine a magma, che forma nuove rocce magmatiche, chiudendo il ciclo.Percorsi alternativi: • Roccia sedimentaria può essere sollevata, tornare in superficie e diventare nuovamente sedimenti senza passare per lo stadio metamorfico. • Roccia metamorfica può essere esposta e degradarsi direttamente in sedimenti. • Roccia magmatica intrusiva può subire metamorfismo senza trasformarsi in sedimenti.Il ciclo è complesso e le rocce possono seguire percorsi abbreviati o “scorciatoie”.

Il ciclo delle rocce

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