I Materiali della Terra Solida Elemento sostanza non riducibile tramite normali trasformazioni chimiche; può essere nativo quando non è combinato con altri elementi. Composto unione di 2 o più elementi. Un minerale è un corpo solido che si trova allo stato naturale e ha le seguenti caratteristiche: Si è formato tramite un processo inorganico; E’ esprimibile tramite una formula chimica; Deve essere un solido cristallino; Ha determinate proprietà chimiche e fisiche; Ogni minerale ha un abito cristallino, ovvero una forma esterna; microscopicamente la forma dell’abito cristallino è determinata dalla struttura del reticolo cristallino. Mentre la forma interna è sempre geometrica, quella esterna dipende da pressione, temperatura… La più piccola struttura di un minerale è detta cella elementare e i suoi vertici sono chiamati nodi del reticolo. Proprietà fisiche dei materiali: Colore, che dipende dalla composizione chimica e serve ad identificare il minerale; Peso specifico, ovvero Peso del corpo/Peso di un pari volume di acqua distillata a 4 °C; Sfaldatura, spaccatura che avviene dove i legami molecolari sono più deboli; Durezza, ovvero la resistenza ad essere scalfito o abraso. Due caratteristiche dei minerali sono inoltre il polimorfismo (= struttura chimica ma diverso reticolo cristallino) e l’isomorfismo (diversa struttura cristallina ma = reticolo cristallino). Scala di Moss: 1 Talco 2 Gesso 3 Calcite 4 Fluorite 5 Apatite 6 Ortoclasio 7 Quarzo 8 Topazio 9 Corindone 10 Diamante Roccia aggregato di minerali; Ossidi ossigeno + metalli; Quando l’ossigeno entra a contatto con 3 elementi (Si, C, S) forma un anione poliatomico (silicati, carbonati e solfati). I Silicati. Il mattone base dei silicati è formato da 1 atomo di silicio e 4 di ossigeno SiO44 – che può legarsi con altri cationi metallici oppure con altri mattoni base SiO44 – . Quindi possiamo avere: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Silicati a tetraedri isolati, che si legano con ioni metallici (Olivina (Mg, Fe)2 SiO4); Silicati a tetraedri doppi, uniti per un vertice, si bilanciano con altri ioni metallici; Silicati ad anelli, a forma prismatica; Silicati a catena, doppia o singola; le catene doppie, gli anfiboli (Orneblenda), sono idrate, contengono lo ione idrogeno, sono + leggere e meno compatte delle catene singole , i pirosseni (Augite); Silicati a piani, si dividono in miche (Biotite) e minerali argillosi ( dalla struttura osservabile solo al microscopio elettronico); Silicati a struttura spaziale, nei quali ogni atomo di Si fa da ponte tra i due O SiO2 Quarzo; I feldspati fanno parte di questo gruppo: ortoclasi (potassio, alluminio) plagioclasi (sodio e calcio). Le Rocce non sono composte da materiali puri, ma vi è un’incompleta separazione Si possono classificare per origine Ignee o magmatiche Sedimentarie Metamorfiche Oppure per numero di minerali Semplici Composte O per struttura, a seconda della regolarità del processo di formazione Macrocristalline Microcristalline Fenocristalline Vetrose Classificazione per struttura: Macrocristallina i minerali sono visibili a occhio nudo Femiche ferro Mafiche magnesio Sialiche silicio Microcristallina Fenocristallina Amorfe/Vetrode i minerali sono non visibili ad occhio nudo, la roccia è omogenea vi sono elementi visibili immersi in uno sfondo microcristallino non vi è una struttura cristallina, a causa della presenza di gas Le Rocce Magmatiche Sono formate da materiale incandescente e cristallizzano perdendo calore. Si dividono in intrusive (se formatesi in profondità ed emerse in seguito ai movimenti della crosta terrestre, struttura macrocristallina) ed effusive (se formatesi in superficie, struttura microcristallina per la velocità di solidificazione); possono avere diversi gradi di acidità: Felsiche (acide) 65% Si Neutre 52/65 % Si Mafiche (basiche) 45 % Si Ultramafiche (- 45 % Si) I Granito E Riolite I Sienite E Andesite I Gabbro E Basalto I Peridotite E Picrite La composizione delle rocce magmatiche segue uno schema preciso: Le Rocce Sedimentarie Un altro processo per la formazione delle rocce è la sedimentazione: si depositano minerali uno sopra l’altro e la pressione crea, tramite diagenesi, la roccia dura; è un processo molto lungo, che dura molti anni e che si svolge secondo questo schema: Erosione Trasporto Accumulo Sedimentazione Diagenesi Roccia dura Diagenesi, formata da : 1) Compattazione: riduzione degli strati vuoti con eliminazione di acqua e aria a causa della forte pressione; 2) Cementazione: precipitazione di sali nelle cavità presenti che serve a tenere unita la roccia; i materiali inerti hanno bisogno di cemento; Accumulo: processo mediante il quale i detriti vengono raggruppati in luoghi anche molto lontani dalla loro origine tramite trasporto, la cui lunghezza è riconoscibile dagli spigoli aguzzi (corto) o arrotondati (lungo); gli agenti naturali che trasportano i detriti sono l’acqua, che oltre a trasportare reagisce con i carbonati, il vento, i ghiacciai; Va ricordato che col termine sedimenti si intende l’insieme di frammenti e detriti, i primi relativamente più grossi dei secondi. Le rocce sedimentarie si dividono in: Clastiche, se derivano da frammenti formati da erosione; Chimiche, se derivano da reazioni chimiche (precipitazioni…); Organogene, se i frammenti sono resti di animali; Clastiche Sono formate da detriti di altre rocce, spigolosi se arrivano dalle vicinanze, arrotondati se arrivano da lontano. In base alla dimensione: Dimensioni Il singolo clasto Allo stato compattato 2 mm con forma arrot. Ghiaia Conglomerato 2 mm con forma spigol. Pietrisco Breccia 1/16 mm Sabbia Arenaria 1/256 mm Silt Siltite < di 1/256 mm Argilla Argillite Arenarie: Quarzareniti Arcose Litareniti quarzo > 95 % feldspati con quarzo < 95% frammenti di roccia con quarzo < 95% Le Grovacche sono arenarie impure, ma con materiale finissimo negli interstizi. Se i detriti giungono da eruzioni vulcaniche allora abbiamo le Rocce Piroclastiche Dimensioni > di 32 mm . 32 / 4 mm 4 / 1/256 mm < di 1/256 mm Il singolo clasto Blocchi Lapilli Cenere grossolana Ceneri Allo stato compattato Breccie vulcaniche Tufo Tufo Cineriti Chimiche Quando i fiumi si gettano nel mare, formano sali insolubili, composti da ioni presenti in acqua dolce e ioni in acqua salata, che si depositano sul fondo, dando origine a rocce chimiche. Anche la precipitazione che avviene nelle acque termali o comunque calme comporta la formazioni di rocce chimiche. Si dividono in: Evaporitiche, se derivano dalla precipitazione di sali con evaporazione di solventi Salgemma NaCl Gesso CaSO4 • 2H2O Per lo scarso rapporto di acqua portata dai fiumi e acqua evaporata, se si chiudesse lo stretto di Gibilterra, il mar Mediterraneo evaporerebbe, formando rocce evaporitiche. Carbonatiche, se derivano da reazioni di sostanze insolubili a partire da sali solubili (reazione carsica); la precipitazione del carbonato di calcio forma: -Travertino (usato nelle soglie delle scale) -Alabastro (stalattiti) -Dolomite (CaMg(Co3)) –Ooliti (sistemi non viventi formati da un nucleo solido e pellicole concentriche formate per sedimenazione). Silicee, se derivano dal deposito di silicio da acque marine o termali che lo contenevano (selci Opale). Organogene Sono formate da sedimenti di resti duri di organismi viventi (gusci, conchiglie, scheletri) in processi di diagenesi. Si dividono in: Carbonatiche, se avviene una sedimentazione di gusci Calcari pelagici (foraminiferi, protozoi simili ad amebe) Calcari corallini (polipi, a 8 braccia) Calcari madreporici (polipi a 6 braccia) Peloidi, sedimenti ed escrementi (animali sul fondo marino si nutrono di granuli di fango carbonatico o filtrano l’acqua lasciando scorie carbonatiche. Si tratta nel primo caso di vermi o bivalvi e nel secondo di spugne o tunicati Silicee, se derivano da resti di gusci silicei Radiolariti (protozoi) Diatomiti (alghe unicellulari) formano farina fossile Diaspro Selce, SiO2 , dura e compatta. Fosfatiche, derivano dalla sedimentazione di scheletri di uccelli marini. Farina fossile: usata come abrasivo per la Carbon fossili, derivano dalla progressiva carbonizzazione di resti pulizia delle superfici e come antidetonante organici vegetali in ambienti poveri di ossigeno e differiscono tra loro nella fabbricazione della dinamite. E’ a base per la percentuale di carbonio. del plancton 60% Torba 70% Lignite 80% Litantrace 90% Antracite 100% Grafite Idrocarburi, derivano dalla decomposizione di organismi in assenza di ossigeno; solidi bitume liquidi petrolio aeriformi gas naturale, sempre accompagnato al petrolio Le rocce metamorfiche Derivano da profonde trasformazioni che le rocce subiscono allo stato solido a causa della variazione di pressione e di temperatura, che alterano l’equilibrio e formano o distruggono i legami chimici. Si classificano per struttura (Scistoselamine parallele, Gneiss; Saccaroidia “palle”, marmo); per origine, se si segue la causa del processo: Metamorfismo da contatto, quando agisce solo la temperatura (il magma scalda la roccia, che si scalda e rompe i legami; aureola di contatto punto dove arriva il magma; cornubianiti o contattiti rocce vicine all’aureola); Metamorfismo da carico, quando agisce solo la pressione o in corrispondenza di faglie la roccia viene frantumata dalle due parti in scorrimento, che cambiano struttura miloniti; Metamorfismo regionale, caratterizzato da pressione e temperatura contemporaneamente (le rocce portate ad alta profondità risentono di alta pressione e alta temperatura. Met. debole filladi; Met. Medio Micascisti; Met. Forte Gneiss. Filladi, micascisti e gneiss derivano da arenarie e argilliti. Ultrametamorfismo quando entrano altri minerali nel processo. Struttura delle rocce metamorfiche Scistosa, presenza di piani a bande ben visibili, più o meno contorti, aspetto dovuto alla presenza di minerale a sviluppo lamellare, di solito miche; le più comuni sono le filladi e le micacisti. Clivaggio, simile alla scistosa, ha dei piani di fratturazione simili a stuzzicadenti, trasversali alla sedimentazione (Ardesia). Occhiadina, grandi cristalli di feldspato, detti occhi, immeri in un fondo di cristalli più piccoli. Foliazione, alternanza nella stessa roccia di piani scistosi e piani di cristalli non orientati. Cataclastica, frantumazione parziale dei cristalli visibile al microscopio (faglie). Milonitica, frantumazione totale dei cristalli con formazione di frammenti finissimi. Metamorfismo Rocce Felsiche Mafiche Ultramafiche Arenarie quarzose Argilliti Marne Carbonatiche (calcari) Basso T=350°C, P=2/14 kbar Filladi (Quarzo, Miche) Scisti verdi (Clorite) Scisti blu (glaucofane) Talcoscisti * Argilloscisti, Filladi Ardesie * Medio T=550°C, P=3/10 kbar Micascisti (Miche) Anfiboliti (Orneblenda) Forte T=700°C, P=3/15 kbar Ortogneiss (Simile Granito) * * Quarziti Micascisti Calcescisti Marmi (met. da contatto) Pirosseni * Paragneiss * * Ciclo Litogenetico Rocce sedimentarie Sedimenti Rocce metamorfiche Magma profondo Rocce eruttive