caratteristiche dei sedimenti terrigeni

LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
CAPITOLO 2
CARATTERISTICHE DEI SEDIMENTI TERRIGENI
Descrizione:
1- COLORE
2- NATURA DEI COMPONENTI E LORO RAPPORTI TESSITURALI
3- FORMA
4- SELEZIONE
5- ARROTONDAMENTO, SFERICITA'
6- MATURITA' TESSITURALE
7- STRUTTURE SEDIMENTARIE
8- CLASSIFICAZIONE
9- AMBIENTI SEDIMENTARI
1- COLORE
Il colore della frazione granulometrica più fine dei sedimenti terrigeni, tipicamente la
matrice (si veda più avanti), da indicazioni sulle condizioni chimico-fisiche, riducenti
o ossidanti, dell’ambiente di deposizione. Si parla in questo caso di colore autigeno
della matrice (anche del cemento, si veda oltre).
Ambiente riducente ---------------------------------‡ Ambiente ossidante
Nero, grigio, bruno, verde, azzurro, giallo, ocra, arancio, rosso, violetto.
Lo spettro verso il nero indica condizioni via via piu' riducenti. Lo spettro verso il
viola indica condizioni via via piu' ossidanti.
Il colore dei granuli più grossi, visibili ad occhio nudo, e quindi non appartenenti alla
classe granulometrica in cui rientra la matrice, è invece un colore ereditato. Esso
riflette cioé le condizioni chimico-fisiche presenti all’atto di formazione della roccia
dalla quale proviene il granulo e non necessariamente quelle presenti all’atto di
deposizione dello stesso. Una roccia terrigena composta da grossi granuli rossi di
porfiriti assume colore rosso non necessariamente perché i granuli componenti si
deposero in ambiente ossidante bensì perché la porfirite (roccia sorgente) era ossidata
in partenza. Altri esempi: colore rosato o bianco dei feldspati, verde del calcedonio,
ecc.
2- NATURA DEI COMPONENTI: CLASTI, MATRICE E CEMENTO E
LORO RAPPORTI TESSITURALI
La tessitura è l'aspetto della roccia, determinata dalle dimensioni, forma, disposizione
spaziale, rapporti reciproci delle particelle che la costituiscono, e dalla presenza o
assenza di matrice e cemento tra le particelle stesse. La frazione detritica delle
arenarie è costituita dalle particelle, dette anche clasi o granuli, e dalla matrice Fig. 21), mentre quella chimica, se presente, dal cemento. Ovvero, tra i granuli possono
2. 1
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
essere presenti spazi (porosità) pervasi da fluidi i cui sali in soluzione, precipitando,
danno origine al cemento; oppure gli spazi possono essere riempiti da materiale
particellare piu' fine che fa da matrice all'impalcatura dei granuli più grossolani (Fig.
2-2).
Fig. 2-1. Note: clast = clasto; matrix =
matrice.
Fig. 2-2. Note: sand grains = granuli di sabbia;
pore space = porosità; calcite cement =
cemento calcitico; sand = sabbia; clay = argilla.
Abbiamo due tipi di tessitura: grano sostenuta e matrice sostenuta. Nella prima, i grani
costituiscono l'impalcatura della roccia; nella seconda, l'impalcatura è fornita dalla
matrice nella quale i grani a granulometria maggiore della matrice sono "annegati"
(cioè non si toccano). La matrice è costituita da particelle a classe granulometrica ben
selezionata (omogenea) di classe granulometrica argillitica presenti tra particelle a
granulometria maggiore.
3- FORMA DEI CLASTI
Forma: misura delle relazioni tra le tre dimensioni di un oggetto (e.g., clasto): L =
asse lungo, I = asse intermedio, C = asse corto.
I clasti possono essere di forma tabulare (disks), equidimensionale (spheroids), a
bastone (rods) o a lama (blades) (Fig. 2-3). Lo studio morfometrico si deve!compiere
su clasti della stessa natura litologica.
2. 2
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
Fig. 2-3
La forma di un clasto può essere riconosciuta qualora si possa osservarlo
tridimensionalmente, cioè su più sezioni circa ortogonali. Qualora si abbia a
disposizione per l’osservazione solo una sezione, la forma del clasto può essere
descritta solo bidimensionalmente (clasti circolari, allungati, etc.).
4- SELEZIONE DEL SEDIMENTO
La selezione (sorting) indica il grado di uniformità granulometrica di un sedimento
(Fig. 2-4). La selezione dipende dal tipo e durata dei processi di trasporto e
sedimentazione, dalla regolarità della corrente e dalla viscosità del mezzo. Maggiore è
la durata dei processi, maggiore è la selezione. Maggiore è la regolarità della corrente,
maggiore è la selezione. Minore è la viscosità del mezzo, maggiore è la selezione.
Poiché la regolarità del mezzo aumenta dalle conoidi montane (sorgenti) alle foci,
maggiore è la distanza dalle conoidi, maggiore è la selezione del sedimento. In
generale, la selezione è buona quando la corrente opera su di uno strato di grauli in
modo laminare e continuo, mentre risulta bassa quando la corrente è irregolare e
turbolenta e la deposizione dei sedimenti avviene istantaneamente (ad esempio
durante una piena fluviale). Gradi di selezione buona prevedono la presenza di
cemento come materiale interstiziale, mentre gradi di selezione bassa implicano
spesso la presenza di matrice tra i granuli.
2. 3
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
Fig. 2-4
In Figura 2-5 esempio di sedimento molto mal selezionato. Tutte le granulometrie
sono presenti. In Figura 2-6 esempio di sedimento molto ben selezionato. Una sola
classe granulometrica presente. Il sedimento mal selezionato è di conoide alluvionale,
quello ben selezionato è di natura eolica.
Fig. 2-5
Fig. 2-6
5- ARROTONDAMENTO E SFERICITA’ DEI CLASTI
L'arrotondamento ("roundness": da "very angular" a "well rounded") è il grado di
curvatura (smussatura) degli angoli dei clasti. L'arrotondamento dipende dalla
litologia del granulo (litologie "soffici" si arrotondano meglio di litologie "dure"
durante il trasporto), dalle sue dimensioni (a parità di litologia, maggiore è la
dimensione del granulo, maggiore è il suo potenziale di arrotondamento) e dal tipo e
durata dei processi di trasporto.
2. 4
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
Fig. 2-7. Note:
angular = angoloso; subangular =
subangoloso; subrounded =
subarrotondato;
rounded = arrotondato.
La sfericità (sphericity) è il grado di uguaglianza delle tre dimensioni dei clasti (L, I e
C, vedi il paragrafo sulla Forma). Esprime cioè il grado di approssimazione della
forma del clasto alla forma sferica. Essa puo' essere alta (high sphericity) o bassa (low
sphericity); si veda Figura 2-7.
6- MATURITA’ TESSITURALE DEL SEDIMENTO
La maturità tessiturale si stabilisce in base a: (1) contenuto in matrice; (2) grado di
selezionamento (sorting); (3) grado di arrotondamento (roundness).
Un sedimento (e.g., arenaria) IMMATURO ha matrice >5%, è mal selezionato con
clasti mal arrotondati. Un sedimento SUBMATURO ha poca matrice (<5%), è
moderatamente selezionato con clasti moderatamente arrotondati. Un sedimento
MATURO non ha matrice, è ben selezionato con clasti ben arrotondati. Nel grafico di
Figura 2-8, la maturità di un sedimento aumenta da sinistra a destra.
Tessitura immatura
Grani poco arrotondati
Selezione bassa
Mineralogia immatura
(e.g., feldspati)
Molta matrice
Ambiente di conoide
Tessitura matura
Grani ben arrotondati
Selezione alta
Mineralogia matura
e.g., (molto quarzo)
Assenza di matrice
Ambiente di fiumi maturi o
eolico
Fig. 2-8
2. 5
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
La maturità tessiturale (e mineralogica) delle rocce terrigene dipende da vari fattori
quali: (1) la litologia delle rocce esposte all'erosione (graniti, basalti, calcari ecc.), (2)
il tipo di rilievo (morfologia dolce e matura, pareti dirupate ecc.), (3) il clima
(temperatura e grado di umidità), (4) il tempo che gli agenti dell'alterazione ed
erosione hanno a disposizione per esercitare la loro azione, (5) l'attività tettonica, (6)
il tipo di agente trasportatore (vento, acqua, ghiaccio) e le sue caratteristiche di
intensità e regolarità, (7) il tempo di permanenza del sedimento nel sistema
trasportatore prima della deposizione.
A parità di litologia sorgente, clima, attività tettonica, ed assumendo un sistema
trasportatore di tipo fluviale (si veda oltre il paragrafo sugli ambienti sedimentari), la
maturità di un sedimento, ad esempio di un’arenaria, tende ad aumentare dalle conoidi
montane (corrente ad alta energia turbolenta variabile mal selezionatrice) ai sistemi
fluviali a meandri (corrente a bassa energia laminare regolare ben selezionatrice).
7- STRUTTURE SEDIMENTARIE
Le strutture sedimentarie sono impartite al sedimento dall’azione chimico-fisica
dell’ambiente di deposizione e biologica degli organismi che in esso vivono. Tra le
strutture fisiche dovute essenzialmente all’azione della corrente sul sedimento
troviamo le laminazioni parallele (Fig. 2-9) e quelle incrociate (Fig. 2-10), tipiche
queste ultime dei ripples, sia da corrente (asimmetrici) che da onda (simmetrici). La
decantazione gravitativa di sedimento in un mezzo acqueo provoca spesso gradazioni
normali (Fig. 2-11), cioè livelli a granulometria maggiore verso la porzione inferiore
del letto sedimentario e minore verso l’alto. La gradazione diretta, laminazione pianoparallela e laminazione incrociata sono strutture sedimentarie che coesistono come
sequenza di Bouma nei sedimenti di torbida o torbiditi (Figs. 2-12 e 2-13), sorta di
frane sottomarine che ridistribuiscono il sedimento dalla piattaforma continentale alle
piane oceaniche abissali (si veda anche oltre al paragrafo sugli ambienti sedimentari).
Fig. 2-9
Fig. 2-10
2. 6
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
Le strutture sedimentarie di origine fisica sono
innumerevoli e non possono essere trattate nel
breve spazio concesso a questa dispensa. Per
ulteriori informazioni si consulti il sito internet:
www.etab.ac-caen.fr/discip/geologie/index.htm
Fig. 2-11
Fig. 2-12
Fig. 2-13
Le strutture sedimentarie di origine biologica derivano dall’azione di organismi che
vivono nel sedimento o all’interfaccia acqua/sedimento. Prendono il nome di
bioturbazioni e possono essere anch’esse di svariatissima natura legate al movimento
degli organismi nel sedimento (Figs. 2-14 e 2-15). Per ulteriori informazioni si
consulti il sito internet: www.etab.ac-caen.fr/discip/geologie/index.htm
Fig. 2-14
Fig. 2-15
8- CLASSIFICAZIONE GRANULOMETRICA
2. 7
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
Classificazione di Wenthworth. Le rocce sedimentarie terrigene vengono classificate
in base alla loro granulometria.
Dimensione granuli
Nome sedimento
Nome roccia
Maggiori di 2 mm
Tra 2 e 0.0625 mm
Tra 0.0625 e 0.004 mm
Minori di 0.004 mm
Ghiaia e Pietrisco
sabbia
silt
argilla
Conglomerati e Brecce
Arenaria
Siltite
Argillite
Classe
granulometrica
Ruditica
Arenitica
Siltitica
Argillitica
Classificazione di Wenthworth, largamente semplificata.
Operativamente, la granulometria si stabilisce ad occhio nudo e con l’ausilio di una
lente di terreno da 10X come indicato nella tabella seguente.
Classe granulometrica
Ruditica
Arenitica
Siltitica
Argillitica
Visibilità dei granuli
ad occhio nuto, maggiori di 2 mm
ad occhio nuto, minori di 2 mm
Invisibili ad occhio nudo, visibili con lente 10X
invisibili con lente 10X
Se piu' termini granulometrici sono presenti, la roccia viene classificata a partire dal
termine granulometrico dominante. Cosi' avremo conglomerati arenacei se la frazione
conglomeratica supera in percentuale quella arenacea, o arenarie conglomeratiche se
avviene l'opposto, e via dicendo.
Attenzione alla differenza tra conglomerati e brecce. Entrambe sono rocce particellari
a granulometria ruditica. Un conglomerato è una ghiaia composta da clasti
relativamente ben arrotondati, cementata. Una breccia è pietrisco/detrito composto da
granuli relativamente poco arrotondati, anch’esso cementato. Conglomerati e brecce
sono i prodotti piu' grossolani dell'erosione, soggetti a trasporto limitato. Tipiche aree
di accumulo di questi sedimenti sono le coste rocciose, la parte pedemontana della
pianura, le conoidi alluvionali.
In generale, la granulometria di un sedimento dipende dall'energia del mezzo che ne
trasporta le particelle (velocità) e dalla sua viscosità. Maggiore è la velocità del
mezzo, maggiori sono le dimensioni dei granuli trasportati. Maggiore è la viscosità
del mezzo, maggiori sono le dimensioni dei granuli trasportati. Poiché la velocità del
mezzo decelera dalle conoidi montane (sorgenti) alle foci, maggiore è la distanza dalle
conoidi, minore è la granulometria del sedimento.
9- AMBIENTI SEDIMENTARI
Possiamo analizzare gli ambienti sedimentari delle rocce terrigene studiando un
transetto ideale (da monte a mare) di un sistema fluviale. Gli ambienti di tale sistema
sono: delle conoidi montane, dei sistemi fluviali intrecciati (braided), dei sistemi
fluviali a meandri, e del delta fluviale e foce fluviale. Qualora la foce fluviale sia in
mare, Il sistema fluviale inserisce sedimento continentale nell’ambiente del margine
continentale, che viene trasferito attraverso correnti sottomarine di torbidità lungo
l’ambiente della scarpata continentale fino a quello della piana abissale. Così, ad
esempio, un granulo eroso in Amazzonia termina la sua corsa nelle piane abissali
2. 8
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
dell’Oceano Atlantico Centrale. Rientrerà il ciclo delle rocce qualora la litosfera
oceanica sulla quale staziona verrà subdotta.
La Figura 2-16 mostra, dall'alto (monte) al basso (mare), la tratta continentale del
sistema fluviale. Questo transetto da monte a mare attraverso gli ambienti sopra
elencati e' un transetto morfologico, energetico e granulometrico.
Fig. 2-16. Note:
Highlands = catena montuosa
Alluvial fans = conoidi alluvionali
Braided river = fiume intrecciato
Sand dunes = dune di sabbia
Meandering river = fiume a meandri
Floodplain = piana alluvionale
Coastline = linea costiera
Shelf-slpoe break = limite della piattaforma
continentale
Submarine fan = conoide sottomarino
Nelle zone montane i torrenti scaricano materiale detritico alle bocche delle valli e
formano le conoidi. In Figura 2-17 esempio di conoide alluvionale, con le
suddivisioni tra conoide prossimale, ubicata vicino allo sbocco delle valli e
caratterizzata da sedimenti piu' grossolani, e porzioni distali della conoide,
caratterizzate da sedimenti relativamente piu' fini. La distribuzione spaziale della
granulometria è riportata al piede del diagramma di Figura 2-17.
2. 9
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
Fig. 2-17
Fig. 2-18
Fig. 2-19
Esempio di conoide alluvionale (Fig. 2-18). I depositi delle conoidi sono mal
selezionati, immaturi e grossolani (Fig. 2-19).
A valle delle conoidi si sviluppa la piana alluvionale ove scorrono fiumi intrecciati
(braided) ad alta energia (Fig. 2-20). I depositi che la caratterizzano sono quindi
ancora abbastanza grossolani (ad esempio arenarie grossolane, conglomerati) e poco
"lavati", cioè immaturi (Fig. 2-21).
2. 10
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
Fig. 2-20
Fig. 2-21
Man mano che il fiume scorre sulla piana alluvionale verso il mare, esso diventa via
via piu' "maturo" e sviluppa la tipica morfologia a meandri. La corrente (energia) va
via via diminuendo e così la granulometria dei depositi, mentre la loro selezione e
maturità tessiturale aumentano. In Figura 2-22 esempio di fiume a meandri.
Fig. 2-22
Fig. 2-23
Notare l'evoluzione dei meandri verso una sempre maggiore arcuatura che porta alla
formazione di laghi per taglio e abbandono di meandro. In Figura 2-23 arenarie a
laminazione incrociata di barra fossile di fiume a meandri. Le caratteristiche della
deposizione fluviale sono illustrate anche presso:
http://daac.gsfc.nasa.gov/DAAC_DOCS/geomorphology/GEO_HOME_PAGE.html
Il fiume, una volta arrivato al mare (o in un bacino lacustre), forma i depositi deltizi di
foce. Il delta fluviale (Fig. 2-24) è un sistema sedimentario che trasferisce sedimento
dall'ambiente continentale a quello marino di piattaforma.
2. 11
LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005
Fig. 2-24
All'intorno dei depositi deltizi vi sono gli ambienti (e i depositi associati) di spiaggia.
Le spiagge sono caratterizzate da alta energia dovuta sia a moto ondoso sinusoidale
che a correnti di marea direzionali. Il moto ondoso impartisce al sedimento
laminazioni incrociate di ripples simmetrici (Fig. 2-25), mentre le correnti di marea
laminazioni incrociate di ripples asimmetrici (Fig. -26).
Fig. 2-25
Fig. 2-26
I processi di erosione, trasporto e sedimentazione non si fermano con l'arrivo del
fiume al mare. Sulle piattaforme continentali si accumulano spesso ingenti quantità di
detrito che, a causa ad esempio di movimenti sismici, precipitano verso la piana
abissale oceanica scavando nel margine della piattaforma profondi solchi sottomarini
(Fig. 2-27). Tali depositi sono detti di TORBIDA o TORBIDITI. In Figura 2-28 una
torbidite ripresa da un sottomarino. Tipica struttura sedimentaria delle torbiditi è la
sequenza di Bouma (Figs. 2-12 e 2-13).
2. 12
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Fig. 2-27
Fig. 2-28
In qualsiasi punto della tratta continentale del sistema conoidi-piana abissale
analizzato sopra, si possono formare i sistemi deposizionali eolici, sopratutto in
condizioni di clima arido (pensiamo al Nilo). I depositi eolici piu' caratteristici sono le
dune (Fig. 2-29), sorta di mega-ripples a scala chilometrica composti da arenarie
supermature (quarzareniti) che si formano sotto l'azione di trasporto/deposizione
esercitata dal vento.
Fig. 2-29
Fig. 2-30
In Figura 2-30 esempio di stratificazione incrociata di dune eoliche fossili.
---FINE SEDIMENTI TERRIGENI---
2. 13