Copia - Minerali e rocce

I minerali e le rocce

Cristina Musumarra 3aEL

I materiali della crosta terrestre

per esempio:

I materiali di cui è fatta la Terra sono costituiti da diversi tipi di atomi. Una sostanza costituita da atomi dello stesso tipo è un elemento chimico Una sostanza formata da 2 o più atomi differenti è un composto Alcuni elementi e composti costituiscono la crosta terrestre, e presenti sottoforma di minerali nelle rocce; I minerali più abbondanti dopo l'ossigeno sono: silicio, alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio e magnesio. Invece nella terra in generale sono: ferro, ossigeno, silicio e magnesio.

l'ossigeno (O)

il cloruro di sodio (NaCl)

I minerali

La mineralogia è la scienza che studia i minerali; i minerali hanno una composizione chimica definita e costante esprimibile con una formula, e in genere hanno forma di cristalli.

Che cos'è un cristallo?

Un cristallo è un corpo solido da un aspetto esterno più o meno regolare, inoltre quelli geometricamente regolari sono molto rari. I costituenti di un cristallo, durante la formazione si legano tra loro disponendosi in una struttura geometrica tridimensionale, detta reticolo cristallino con un'unità di base chiamata cella elementare.

La scienza che studia la forma e la struttura dei cristalli è la cristallografia

La struttura

Certi minerali, in base alle condizioni in cui si formano, possono presentarsi in due (o più) differenti strutture cristalline. Il caso più noto è quello del carbonio, che si presenta nel diamante e nella grafite. ⁠Le dimensioni dei cristalli possono variare da meno di un micrometro ad parecchi metri, in genere, però i cristalli hanno dimensioni molto ridotte, a volte microscopiche. ⁠Certi minerali non hanno struttura cristallina, bensì vetrosa, tipica dei solidi amorfi.

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 seguito a cambiamenti nelle condizioni ambientali, ad esempio variazioni di temperatura

Un esempio è il quarzo

La cristallazione può avvenire per : • Solidificazione di una massa di roccia fusa o di magma, dove il minerale può venire con una struttura ordinata se rimane intrappolato nella crosta terrestre raffreddandosi lentamente, oppure può venire con una struttura disordinata detta anche vetrosa, se il magma viene eruttato come lava, raffreddandosi bruscamente. • Altri minerali si formano per precipitazione di sali dissolti in soluzioni acquose, come per esempio, in acque sotterranee di origine idrotermale. Ma la precipitazione di sali può avvenire anche in seguito all'intensa evaporazione dell'acqua in bacini chiusi, quando vi sia uno scarso apporto idrico fluviale. Infatti il volume dell'acqua diminuisce e la concentrazione dei sali aumenta, finchè la quantità di sali in eccesso si deposita in forma di cristalli.

Un esempio è il salegemmma

Proprietà fisiche dei minerali

I minerali possiedono una serie di proprietà fisiche: densità, durezza, sfaldatura, lucentezza e colore.

Densità

La densità dipende sia dalle caratteristiche degli atomi, sia dalla loro disposizione nel reticolo cristallino.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. I minerali metallici hanno peso specifico di 7,5, mentre quello dell'oro è maggiore di 19.

Fluorite 2,93-3

Oro 19,3

Wolframite 7,2-7,5

Durezza

La durezza dipende dalla forza dei legami chimici tra le particelle di un minerale. Alcuni minerali possono essere scalfiti con la punta di un'unghia, altri con la punta di un coltello di acciaio, ma alcuni non si riescono a scalfire né con l'una né con l'altra. È stata dunque elaborata una scala empirica della durezza, detta scala di Mohs, che permette di determinare, per confronto, la durezza dei minerali. La scala di Mohs è composta da 10 minerali, disposti in ordine crescente di durezza. Infine ogni minerale della scala scalfisce quelli che lo precedono ed è scalfito da quelli che lo seguono.

Scala della durezza di Mohs

Sfaldatura

Calcite

Sfaldatura rombica

È detta sfaldatura 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. Minerali facilmente sfaldabili sono, per esempio, la muscovite, la calcite, il salegemma, e la fluorite.

Fluorite

Sfaldatura ottaedrica

Salegemma

Muscovite

Sottili lamine parallele

Sfaldatura "cubica"

Lucentezza e colore

• La lucentezza dipende dal modo in cui le facce di un cristallo riflettono la luce. La lucentezza può essere metallica o non metallica, in quest'ultimo caso vitrea, sericea... • Il colore, in certi minerali, è sempre lo stesso: per esempio giallo nello zolfo, rosso nel cinabro, grigio nella galena. Spesso, i minerali si presentano in varietà di colori diversi a causa di impurità rimaste incluse nel loro reticolo cristallino al momento della formazione.

Lucentezza metallica, cristalli di prite

Lucentezza non metallica, cristalli di berillo

La classificazione dei minerali

Le specie minerali sono suddivise in classi mineralogiche, in base al tipo di anione che ne caratterizza la composizione. La maggioranza dei minerali (92%) appartiene alla classe dei silicati, poichè contengono silicio e ossigeno. Invece tutti gli altri non sono silicatici (8%)

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I silicati

I silicati sono formati da due elementi base, silicio e ossigeno, uniti ad uno o più elementi metallici. I silicati hanno in comune la struttura base del reticolo cristallino: questa ha la forma di un tetraedro, con 4 ioni d'ossigeno (O2-) disposti ai vertici intorno a uno ione centrale di silicio ( Si4+), ed è chiamata gruppo silicato (SiO4)4- I gruppi silicato possiedono quattro cariche negative che devono essere neutralizzate; Ciò può avvenire in due modi: • singoli tetraedri possono legarsi a ioni positivi metallici, per esempio, di sodio (Na+) • i tetraedri possono anche mettere in comune i propri ioni ossigeno e legarsi tra loro per i vertici, mentre gli atomi d'ossigeno che non fanno da ponte sono legati a ioni metallici.

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

Fillosilicati

Nesosilicati

Tettosilicati

Inosilicati

I Tettosilicati sono caratterizzati da tetraedi uniti in strutture tridimensionali

I Fillosilicati sono caratterizzati da tetraedi uniti a formare strati indefiniti.

I Inosilicati sono caratterizzati da tetraedi uniti in catene singole o doppie indefinite.

I Nesosilicati sono caratterizzati da tetraedi isolati.

Minerali non silicatici

Alogenuri

Elementi Nativi

Solfuri

Rame

Galena

Salgemma

Minerali non silicatici

Solfati

Ossidi

Carbonati

Magnetide

Calcite

Gesso

Le rocce

Che cos'è una roccia?

Caratteristiche basilari delle rocce

Una roccia è, un aggregato di minerali differenti che ha avuto origine da un processo chiamato petrogenetico. Le rocce, a differenza dei minerali, sono miscugli eterogenei, di conseguenza, non hanno a differenza dei minerali, una composizione chimica definita e non presentano proprietà fisiche rigorosamente costanti. Alcune rocce sono in prevalenza composte da un solo tipo di minerale ad esempio il marmo.

Le due principali caratteristiche di una roccia 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. Perciò abbiamo i minerali fondamentali che costituiscono la parte prevalente della roccia,e i minerali accessori sono quelli presenti in quantità relativamente modeste. La tessitura di una roccia è data dall'insieme della forma, delle dimensioni e della disposizione dei minerali cristallini che la costituiscono.

I tipi fondamentali di rocce

In base al processo che ha portato alla loro formazione, le rocce sono classificate in tre gruppi: rocce magmatiche, rocce sedimentarie, e rocce metamorfiche.

Rocce Sedimentarie

Rocce Metamorfiche

Rocce Magmatiche

Le rocce magmatiche

Le rocce magmatiche, chiamate anche rocce ignee, derivano dalla solidificazione del magma e sono costituite per la maggior parte da minerali silicati. Si distinguono due gruppi principali di rocce magmatiche: intrusive ed effusive

È chiamato processo magmatico l'insieme delle trasformazioni attraverso cui avviene il passaggio da magma a roccia. Il magma si forma quando, all'interno del mantello superiore o della crosta terrestre, si determinano variazioni di temperatura tali da causare una fusione parziale delle rocce. Lungo il processo si formano gocce liquide che via via si riuniscono in una massa di magma, quest'ultimo è meno denso delle rocce circostanti e tende a salire verso l'alto attraverso le fratture e le zone più deboli della litosfera. In fine la solidificazione del magma può avvenire a profondità diverse nella crosta terrestre oppure direttamente in superficie.

I tipi di magma

I magmi possono essere distinti in due tipi fondamentali, basici e acidi: • i magmi basici hanno tenore di Sio2 relativamente basso (circa 40-50%); • i magmi acidi hanno tenore di SiO2 relativamente elevato (circa 65-75%). Tra i due estremi si collocano i magmi detti intermedi.

Inoltre

Sono di tipo basico i magmi che provengono dal mantello lotosferico, le cui rocce sono costituite in prevalenza da silicati femici ovvero poveri di silicio. I magmi basici hanno temperature elevate e bassa viscosità. I magmi acidi si localizzano nella crosta continentale, si possono formare a partire da un magma basico che si modifica, e sono constutiti da silicati sialici. I magmi acidi, rispetto a quelli basici, hanno una temperatura più bassa e viscosità maggiore.

Rocce con la stessa composizione chimica possono quindi avere una tessitura differente: per ogni roccia intrusiva esiste perciò, in linea di massima, un' equivalente roccia effusiva.

Le rocce magmatiche intrusive

Le rocce magmatiche intrusive, sono quelle che si formano da un magma di tipo acido che si raffredda molto lentamente in profondità. Queste condizioni favoriscono la formazione e l'accrescimento dei cristalli dei minerali. Di conseguenza le rocce intrusive sono caratterizzate da una tessitura olocristallina o granulare. Le masse rocciose intrusive formano, all'interno delle rocce dove si sono solidificate, dei plutoni che possono avere forme e dimensioni variabili.

L'esempio più importante di roccia intrusiva è il granito

Le rocce magmatiche effusive

Le rocce magmatiche effusive si formano quando il raffreddamento del magma si completa velocemente. Ciò accade quando il magma risale fino alla superficie, dove perde la propria componente gassosa ed è espulso come lava da un vulcano. Se il raffreddamento è particolarmente rapido, le particelle costituenti dei minerali non hanno il tempo di organizzarsi in strutture cristaline e si genera una massa solida amorfa simile al vetro, e si formano cosi le rocce effusive con tessitura vetrosa. In altri casi il raffreddamento è un po' meno veloce e le rocce possono assumere una tessitura microcristallina, costituita da piccolissimi cristalli, visibili solo al microscopio.

L'esempio più importante di roccia effusiva è l'ossidiana

Classificazione rocce magmatiche

Le rocce sedimentarie

Le rocce sedimentarie sono costituite da materiali derivanti dall'accumulo, sulle terre emerse e nelle acque, di frammenti provenienti da rocce preesistenti o da resti di organismi viventi, oppure dall'accumulo di sostanze presenti in soluzione che precipitano in forma solida. In ogni caso, l'origine di questi materiali si ricollega alla degradazione meteorica e all'erosione operate dagli agenti esogeni

Il processo sedimentario Il processo sedimentario si svolge in più fasi: - Una parte dei materiali viene presa in carico da vari agenti come per esempio l'acqua, la più efficacie, che attraverso i fiumi porta i detriti verso i mari e gli oceani. - Una volta in acqua i detriti solidi si depositano sul fondo e formano sedimenti. - In fine l'ultima fase è la diagenesi, ovvero l'insieme dei processi che portano alla trasformazione dei detriti in rocce sedimentarie. Uno di questi processi è la litificazione che può avvenire per compattazione, quando si accumolano i materiali schiacciando quelli sottostanti, ma anche per cementazione, che consiste nella precipitazione, negli spazi tra i granuli, di sostanze dissolte nelle acque che circolano nei sedimenti, e svolgono un'azione legante.

La sedimentazione e quindi la fase d'accumulo in strati sovrapposti, che avviene in determinati ambienti. Nel tempo, gli strati di sedimenti più antichi vengono sepolti sotto quelli recenti.

Struttura delle rocce sedimentarie

Le rocce sedimentarie spesso si presentano come una successione di strati, di spessore variabile, che in molti casi sono paralleli. Questa struttura è chiamata stratificazione, ogni strato corrisponde a un evento sedimentario di una certa durata temporale, nel corso del quale le condizioni del processo sono rimaste costanti. È inoltre frequente, nelle rocce sedimentarie, la presenza di fossili rimasti intrappolati nei sedimenti.

La classificazione delle rocce sedimentarie

Le rocce sedimentarie sono divise in tre gruppi:

Rocce sedimentarie organogene

Rocce sedimentarie clastiche

•Le rocce sedimentarie clastiche si formano per accumulo meccanico di clasti di rocce preesistenti costituiti in particolare da argilla. Inoltre danno origine rispettivamente a conglomerati, arenarie e argilliti;

•Le rocce sedimentarie organogene, si formano per accumulo di sostanze derivanti dall'attività di organismi viventi. Comprendono rocce carbonatiche, rocce silicee, e depositi organici

Rocce sedimentarie chimiche

•Le rocce sedimentarie chimiche, si formano per accumulo di sostanze dovute a fenomeni chimici. Comprendono rocce calcaree, rocce silicee ed evaporiti;

Le rocce sedimentarie classiche

Le rocce metamorfiche

Le rocce metamorfiche sono il risultato di cambiamenti, più o meno profondi, subiti da rocce preesistenti, magmatiche, sedimentarie o anche metamorfiche, quando siano sottoposte a temperature e pressioni diverse da quelle iniziali. E detto metamorfismo (cambiamento di forma) 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 della superficie terrestre. I due fattori fondamentali alla base del processo metamorfico sono: la temperatura e la pressione, che aumentano progressivamente al crescere della profondità. L'intensità del metamorfismo, è indicata da: grado molto basso, basso, medio e alto.

Temperatura, pressione, tessiture delle rocce metamorfiche

Tessiture

Temperatura

Quando una roccia è sottoposta a pressioni orientate, mentre si trova a temperature sufficientemente elevate, 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 cristallizzazione, le rocce assumono una tipica tessitura scistosa o scistosità, con la proprietà di sfaldarsi facilmente in lastre. • Un altro tipo di tessitura presente nelle rocce metamorfiche, sottoposte a metamorfismo di grado medio-alto, è la tessitura zonata o gneissica, con cristalli visibili a occhio nudo ed è tipica dello gneiss. • A temperature elevate e a basse pressioni, i minerali tendono a ricristallizzarsi senza un'orientazione preferenziale: la roccia acquisisce allora una tessitura massiccia come nel marmo.

Nelle rocce sottoposte a riscaldamento si allentano i legami che tengono uniti i componenti dei reticoli cristallini dei minerali. Alcune particelle possono muoversi e separarsi tra loro per poi riaggregarsi in strutture cristalline più stabili. Si ha così una cristallizzazione con formazione di nuovi minerali.

Pressione

Abbiamo due tipi di pressione: pressione litostatica e orientata.-La pressione litostatica agisce in tutte le direzioni, riduce gli spazi tra i minerali, e compatta le rocce riducendone il volume. -La pressione orientata agisce in una sola direzione, influendo sulla tessitura della roccia.

Tipi di metamorfismo

Metamorfismo regionale

I tre principali tipi di metamorfismo sono:

Metamorfismo cataclastico

Metamorfismo di contatto

Ciclo delle rocce

Cosa avviene?

Le rocce sono entità provvisorie, e sono soggette a continui cambiamenti nel corso del tempo.Queste rocce possono quindi trasformarsi in altri tipi di rocce. Il processo genetico, si svolge secondo una o più sequenze, il cui insieme constituisce il ciclo delle rocce o litogenetico.

Una roccia magmatica, effussiva o intrusiva, viene degradata ed erosa da degli agenti atmosferici, con la seguente produzione di sedimenti, i quali si depositano e per diagenesi si trasformano in roccia sedimentaria. La roccia sedimentaria può essere portata in profondità e per effetto di elevate temperature e pressioni transformata in roccia metamorfica. Quest'ultima, in seguito ad un aumento della temperatura, può subire fusione e dare origine a un magma acido, che formerà una nuova roccia magmatica, chiudendo il ciclo.

Esempi di cicli abbreviati

•Una roccia sedimentaria, per sollevamento della crosta 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 ed entrare direttamente nello stadio sedimentario. •Una roccia magmatica intrusiva, può subire metamorfismo senza trasformarsi prima in sedimento.

Grazie per la visione!

Sono sali formati dal gruppo anionico carbonato (CO3)2- unito a cationi metallici, in particolare di calcio e magnesio. Un esempio sono: la calcite e l'aragonite.

Esempio: Salegemma

Evaporiti

Esempio: Travertino

Calcari inorganici

Esempio: Diatomite

Rocce Silicinee

Arenarie

Derivano da sabbie cementate.Esistono vari tipi di arenaria, distinti in base al loro contenuto in quarzo, feldspati e frammenti rocciosi d'origine diversa.

Il metamorfismo regionale interessa ampie aree, tipicamente in zone di catene montuose, dove le rocce vengono spinte in profondità e sottoposte a elevate pressioni e temperature. Con l’aumento del grado di metamorfismo, le rocce subiscono trasformazioni più intense, formando una serie metamorfica. Ad esempio, le argilliti possono trasformarsi, a seconda del grado di metamorfismo, in argilloscisti (grado basso), filladi (grado basso-medio) e scisti come i micascisti (grado medio).

Gneiss

Ardensia

Micascisto

Fillade

Il metamorfismo cataclastico è dovuto all'azione di elevate pressioni orientate, quali si producono in corrispondenza di faglie presenti in condizioni di bassa temperatura. Le due masse rocciose separate da una faglia possono scorrere l'una sull'altra in direzione opposta: quando ciò accade, lungo la superficie di contatto, e per uno spessore variabile, subiscono, a causa dell'attrito, una frantumazione.

Sono composti binari dello zolfo,e sono caratterizzati dall'anione S2- Comprendono minerali come: galena (solfuro di piombo, PbS), blenda (solfuro di zinco, ZnS), pirite (solfuro di ferro, FeS2).

Sono composti formati dall'ossigeno ed elementi metallici. Comprendono minerali importanti per l'estrazione dello stagno, come la cassiterite (SnO2) e del ferro come la magnetite (Fe3O4)

Argilliti

Derivano dalla compattazione di argille.Gli ambienti di sedimentazione possono essere lacustri, palustri, deltizi o marini.

Montmorillonite

Esempio: calcare fossilifero

Rocce carbonatiche bioclastiche

Esempio: Crozzon di Brenta (Dolomiti)

Rocce carbonatiche biocostruite

Esempio: Selce

Rocce silicee

Sono sali degli acidi alogenidrici caratterizzati dalla presenza degli anioni F-, Cl- uniti a cationi metallici. I più noti sono: fluorite (fluoruro di calcio, CaF,), salgemma (NaCl) e silvite (cloruro di potassio, KCI).

Il metamorfismo di contatto si verifica quando rocce sedimentarie poco profonde vengono riscaldate da un’intrusione magmatica che si raffredda lentamente. Il calore elevato provoca una “cottura” delle rocce circostanti, che subiscono ricristallizzazione con aumento delle dimensioni dei cristalli e una tessitura massiccia. L’area interessata dal metamorfismo è limitata a una zona chiamata aureola di contatto, che può estendersi da alcune decine a qualche centinaio di metri.

Sono sali formati dal gruppo anioni-co solfato (SO4)2- unito a cationi me-tallici. Il più noto è il gesso.

Includono metalli, tra cui ferro, rame, oro, platino... E anche non metalli, tra cui carbonio e zolfo.

Conglomerati

Derivano dalla cementazione delle ghiaie.Se i ciottoli hanno forma arrotondata, significa che sono stati trasfortati a una certa distanza dal luogo d'origine. Se i ciottoli presentano spigoli vivi, significa che prima di depositarsi hanno subito solo un breve trasporto.

Breccia