Le rocce magmatiche

RICONOSCIMENTO E CLASSIFICAZIONE MACROSCOPICA DI MINERALI E ROCCE
LE ROCCE MAGMATICHE
Franco Rolfo - Dipartimento di Scienze Mineralogiche e Petrologiche - [email protected]
il materiale didattico di supporto è disponibile al sito http://www.personalweb.unito.it/franco.rolfo/didatt.htm
Granito orbicolare
(W Australia)
Photo by J.D. Winter
Le (rare) rocce costituite da un solo tipo di minerale si dicono
monomineraliche - viceversa le rocce si definiscono polimineraliche
LE DEFINIZIONI
Le rocce sono materiali
naturali costituiti da un
aggregato di minerali e/o
sostanze amorfe, che formano
il nostro pianeta e gli altri
pianeti solidi.
La parte delle Scienze della
Terra che si occupa di
studiare, descrivere e
classificare le rocce si chiama
petrografia.
Le rocce possiedono una
grande varietà di proprietà
fisiche, chimiche, strutturali e
di età che riflettono i processi
geologici responsabili della
loro formazione; la petrologia
studia queste proprietà e
questi processi dal punto di
vista teorico e sperimentale.
La maggior parte delle rocce sono costituite da un aggregato di
diversi tipi di minerali
La costituzione della Terra
e la sua composizione
O
Si
Al
Fe
Ca
Mg
Na
K
altri
% in peso
crosta mantello terra
47
46
29.3
27.2
21
14.7
8.0
1.2
5.8
6.3
34.8
5.1
2.53
1.4
2.8
23
11.3
2.3
1.7
<1
<1
<7
Composizione della
crosta terrestre
Minerali presenti nella crosta terrestre (in volume)
8%
3%
5%
5%
39%
5%
11%
12%
12%
plagioclasi
feldspati alcalini
quarzo
pirosseni
anfiboli
miche
argille
altri silicati
non silicati
pochi elementi
pochi minerali
molte rocce !!
I TRE AMBIENTI DI FORMAZIONE DELLE ROCCE
Le rocce che affiorano sulla superficie terrestre derivano da pochi
processi chimico-fisici fondamentali, detti processi petrogenetici:
cristallizzazione da un fuso (rocce magmatiche); ricristallizzazione allo
stato solido (rocce metamorfiche); precipitazione da una soluzione e/o
disgregazione e/o deposizione di rocce preesistenti (rocce sedimentarie)
Sedimentario
Nel Mar Morto, esempio di ambiente sedimentario, per
l’evaporazione di acque ipersaline e la precipitazione dei
sali si originano i depositi evaporitici; in simili condizioni
si sono formati ad esempio i “gessi” del Piemonte
Magmatico
Il più tipico ambiente magmatico è quello vulcanico,
dove il magma (fuso a composizione silicatica), che
risale molto caldo dalla profondità terrestre, raggiunge
la superficie e si raffredda rapidamente nelle colate di
lava.
Metamorfico
Le rocce metamorfiche derivano dalla trasformazione,
mineralogica e strutturale, di rocce preesistenti. Le
cause principali di queste trasformazioni sono
deformazioni e variazioni di temperatura e pressione
IL CICLO
DELLE ROCCE
Il ciclo delle rocce, proposto
originariamente da James
Hutton nel XVIII secolo,
illustra il ruolo dei vari
processi geologici che
agiscono in modo da
trasformare un tipo di roccia
in un altro.
Il ciclo delle rocce si inserisce in modo completo nel quadro della Tettonica
delle Placche
Le rocce, ad esempio quelle appartenenti alle catene montuose, vengono erose, trasportate e deposte come
sedimenti verso i margini continentali. Localmente, questi sedimenti possono essere coinvolti in un regime di
margine di placca convergente, e la relativa subduzione porta la litosfera oceanica sotto l’astenosfera continentale,
trascinando i sedimenti che possono trasformarsi in rocce metamorfiche. Lungo questo segmento in subduzione,
se le condizioni di temperatura e pressione lo consentono, si ha la fusione parziale delle rocce; i fusi risalgono la
crosta grazie al contrasto di densità e generano rocce magmatiche di tipo intrusivo (plutonico) se cristallizzano in
profondità, di tipo effusivo (vulcanico) se raggiungono la superficie, dove possono essere nuovamente coinvolte
in fenomeni di erosione e perpetuare il ciclo.
Le rocce magmatiche (ignee) si generano ad alta temperatura per solidificazione da un
fuso, normalmente di composizione silicatica, chiamato magma.
Il magma, che si genera a profondità variabili (da
qualche decina a qualche centinaio di km), risale nella
crosta terrestre, si arresta al suo interno e si raffredda
lentamente formando le rocce plutoniche.
Se il magma, invece, raggiunge la superficie e si
raffredda in modo rapido o molto rapido, si formano le
rocce vulcaniche.
Se la profondità e la velocità di raffreddamento sono
intermedie, si formano le rocce ipoabissali o
subvulcaniche o filoniane.
Schema delle relazioni tra un plutone, il suo sciame di
filoni e i vulcani.
Se il raffreddamento è lento: tutto il magma
cristallizza e si formano cristalli relativamente
grandi, normalmente visibili ad occhio nudo o con
l’ausilio di una lente.
2 cm
Cristalli grandi (granito)
Se il raffreddamento è rapido: tutto il magma
può cristallizzare producendo cristalli molto
piccoli, oppure cristallizza in parte dando cristalli
minuti inclusi in vetro, oppure non riesce a
cristallizzare e produce solo una massa solida ma
amorfa cioè un vetro.
2 cm
0.5 cm
Cristalli minuti (andesite)
Vetro (ossidiana)
Dal tipo di raffreddamento di una roccia si sviluppano strutture diverse. Le rocce si possono
descrivere in termini di struttura e tessitura, per quanto riguarda i rapporti spaziali tra i diversi
costituenti; generalmente:
struttura: descrive i rapporti spaziali alla scala macro- e mesoscopica,
oppure viene usato in senso generale;
tessitura (microstruttura): descrive i rapporti spaziali alla scala microscopica.
Le definizioni di “struttura” e “tessitura” variano da paese a paese e, a volte, da scuola a scuola
La struttura delle rocce magmatiche è spesso tipicamente isotropa, nel senso che la distribuzione e
l’orientamento dei vari minerali è casuale.
1 cm
Struttura macroscopica di andesite
1 mm
Tessitura microscopica di andesite
Il colore della roccia è legato alla sua composizione chimica, e si definisce sulla base
della quantità di minerali femici (ricchi in Fe e Mg, normalmente di colore scuro, con
densità > 3 g/cm3) presenti, in contrapposizione ai minerali sialici (ricchi in Si e Al,
normalmente di colore chiaro, con densità < 3 g/cm3).
In base all’indice di colore (M), il nome della roccia può essere preceduto dal suffisso:
leuco < 33% femici
Granito leucòcrato / leucocràtico
(leuco-granito)
(meso) 33-67% femici
Diorite mesòcrata /mesocràtica
mela > 67% femici
Peridotite melanòcrata /melanocràtica
ATTENZIONE : i minerali femici possono essere facilmente sovrastimati !!
Rocce plutoniche
Rocce olocristalline: sono costituite totalmente da cristalli (senza traccia
di vetro) e presentano una struttura granulare.
Sienite della Balma a struttura granulare
La grana della roccia
(dimensione media dei cristalli)
può essere:
•grossa: > 5 mm;
•media: 5-1 mm;
•fine / minuta: < 1 mm.
Se la grana è visibile ad occhio
nudo, la roccia è faneritica.
Viceversa, la roccia è afanitica.
Gabbro a grana media
2 cm
Granito a grana grossa
Basalto a grana fine
Se la grana è omogenea, la roccia si definisce equigranulare;
se non è omogenea la si definisce eterogranulare / inequigranulare.
Granito a tendenza equigranulare
Granito eterogranulare
I minerali delle rocce magmatiche plutoniche cristallizzano in sequenze precise, definite da molteplici
variabili fisiche e chimiche. I primi a cristallizzare sviluppano normalmente in modo regolare le proprie
forme o abito cristallino; si definiranno quindi euedrali / idiomorfi. Al contrario, gli ultimi cristalli che si
formano si devono adattare ai cristalli già presenti, e si definiranno quindi anedrali / allotriomorfi. Le
condizioni intermedie porteranno a morfologie subedrali / subidiomorfe.
L'ORDINE DI CRISTALLIZZAZIONE DEI MINERALI IN UNA ROCCIA E' UN ELEMENTO
FONDAMENTALE PER COMPRENDERNE L'ORIGINE MAGMATICA
Cristallizzazione dei minerali in un
magma a composizione granitica
0
2
1
3
4
I disegni rappresentano in modo semplificato e
schematico la roccia come apparirebbe al
microscopio, in sei momenti della sua storia di
raffreddamento da circa 900°C (inizio della
cristallizzazione) a circa 600°C (fine della
cristallizzazione).
In questo intervallo di temperatura, dal
magma (rosso) si formano nell’ordine: biotite
(marrone), plagioclasio (grigio scuro),
ortoclasio (rosa) e quarzo (bianco).
Solo i primi cristalli formatisi hanno un abito
geometrico regolare (euedrale), mentre gli
ultimi sono privi di forma propria (anedrali), in
quanto occupano gli interstizi tra i minerali già
formati
Rocce vulcaniche
Sono rocce a grana minutissima, da micro- a cripto-cristallina.
Un particolare tipo di struttura eterogranulare caratteristica di molte rocce vulcaniche
è la struttura porfirica costituita da cristalli di dimensioni maggiori detti fenocristalli
(facilmente riconoscibili ad occhio nudo, in genere di dimensioni da alcuni mm ad
alcuni cm) inclusi in una massa di fondo a grana molto più fine o vetrosa.
Px
Feld
Pl
0.5 cm
Andesite porfirica com massa di fondo microcristallina e fenocristalli di pirosseno (scuro) e
plagioclasio (chiaro)
Anche le rocce plutoniche possono avere struttura porfirica
Granito porfirico con porfirocristalli di feldspato potassico (rosa)
Per definire le caratteristiche strutturali delle rocce vulcaniche, occorre distinguere:
la roccia nel suo insieme:
struttura afirica, se sono assenti i fenocristalli;
struttura porfirica, se sono presenti i fenocristalli.
1 cm
Basalto afirico a grana microcristallina
1 cm
Andesite porfirica con fenocristalli scuri di pirosseno e
fenocristalli chiari di plagioclasio
In funzione della quantità relativa di fenocristalli, si può definire quindi l’indice di
porfiricità della roccia, cioè la percentuale di fenocristalli (da 0 a 100).
Se sono presenti fenocristalli di dimensioni variabili, la struttura della roccia (sia
plutonica che vulcanica) si definisce seriata.
1 cm
1 cm
Pl
Qtz
Pl
Px
Feld
Basalto afirico a grana microcristallina e rari
fenocristalli di plagioclasio (bianco); indice di
porfiricità molto basso (<10)
Andesite porfirica con fenocristalli scuri di
pirosseno e fenocristalli chiari di
plagioclasio; indice di porfiricità medio
(20-30)
Porfido riolitico (o riolite porfirica) con
fenocristalli di quarzo (grigiastro vitreo)
e feldspato potassico (rosato); indice di
porfiricità medio-alto (ca. 50)
Per definire le caratteristiche strutturali delle rocce vulcaniche, occorre inoltre distinguere:
la massa di fondo:
struttura microcristallina, se è costituita da microcristalli;
struttura vetrofirica, se è costituita da microcristalli + vetro;
struttura vetrosa (ialina), se è costituita solo da vetro.
3 cm
0.5 cm
Andesite porfirica con massa di fondo microcristallina e fenocristalli di pirosseno (scuro) e
plagioclasio (chiaro)
Porfido riolitico (o riolite porfirica) con
massa di fondo vetrofirica e fenocristalli
di quarzo (grigiastro vitreo) e feldspato
potassico (rosato)
Ossidiana a struttura francamente
ialina
Le rocce afiriche e la massa di fondo delle rocce porfiriche possono presentare caratteristiche tessiturali
molto diverse, che sono però difficilmente valutabili alla scala del campione a mano.
Le caratteristiche descritte per le rocce vulcaniche sono difficilmente distinguibili alla
scala del campione a mano
L'OSSERVAZIONE MACROSCOPICA DELLE ROCCE VULCANICHE VA
NECESSARIAMENTE AFFIANCATA DALL'OSSERVAZIONE MICROSCOPICA IN
SEZIONE SOTTILE
Tre tipi diversi di basalto
COME SI STUDIANO LE ROCCE
Esame macroscopico:
a occhio nudo o con una lente 6-10x: risoluzione fino a 0.1 mm
Esame microscopico:
con il microscopio petrografico: risoluzione fino a 1-2 µm
con il microscopio elettronico: fino a 0.2 nm (1 nm = 10-6 mm)
Lente: riconoscimento rapido dei minerali e della struttura delle rocce. Elementi
caratterizzanti dei minerali sono abito, dimensioni, colore, lucentezza, durezza,
disposizione spaziale …..
ci sono diversi tipi di lente; consigliate quelle
tascabili da 6-8 (max 10) ingrandimenti
L’esame macroscopico serve principalmente per una
prima generale classificazione di terreno, preliminare a
esami più approfonditi…..
IL PRIMO DEGLI ESAMI
APPROFONDITI:
LO STUDIO MICROSCOPICO
DELLE SEZIONI SOTTILI
Le sezioni sottili sono estremamente utili
per identificare i minerali costituenti le
rocce e la loro microstruttura.
Una fettina di roccia viene tagliata da un
campione a mano, per mezzo di una
lama diamantata.
La fettina di roccia viene incollata su un
vetrino da microscopio e assottigliata
fino a raggiungere uno spessore di
0.03 mm, che rende la maggior parte
dei minerali trasparenti alla luce
visibile.
Il lato superiore della fettina di roccia viene
protetto da un sottile vetrino coprioggetto, incollato con un materiale
trasparente (un tempo si usava il
Balsamo del Canada, adesso si usa
per lo più l’Araldite) con indice di
rifrazione uguale a quello del vetro.
Microscopia ottica
Microscopio petrografico per studenti
riconoscimento su basi ottiche, sfruttando la
luce polarizzata, della maggior parte dei
minerali comunemente presenti nelle rocce,
e delle loro relazioni microstrutturali. La
risoluzione arriva a qualche µm (limite di
Abbe D = 0.61λ).
Microscopio petrografico professionale