la crosta terrestre

LA CROSTA TERRESTRE E I SUOI MINERALI
Formazione, trasformazione e alterazione del suolo su cui viviamo
Siamo abituati a considerare la terra solida, dura come roccia perchè è
questo ciò che calpestiamo, ma non è così. La terra è una sfera plastica di
materiale incandescente con una sottilissima crosta fredda continuamente
rimescolata e riciclata dai movimenti convettivi generati dal calore emesso
dalle reazioni nucleari che avvengono in profondità.
Il decadimento radioattivo degli elementi che avviene all’interno del globo,
composto da magma fuso, genera correnti surriscaldate che risalgono in
superficie con movimenti convettivi, fratturano la sottile crosta dividendola in
placche che trascinano sulla superficie del globo in un moto incessante.
Queste placche trasportano i continenti esistenti su di esse. Questi ultimi (le
terre emerse) si sono formati come residuo dell'azione disgregatrice degli
eventi atmosferici. Il ciclo dell'acqua unita all’anidride carbonica hanno agito
sulla crosta basaltica trasformandola con un processo della durata di miliardi
di anni. Utile ricordare che la crosta terrestre basaltica in parte viene
inghiottita nuovamente dalle placche continentali mentre se ne forma della
nuova nelle dorsali oceaniche .
Fin dal '700 si era capito che le rocce ignee risalgano dall’interno della terra
e si portano in superficie in tempi brevi, ma che sono successivamente
degradate in tempi lunghissimi dagli agenti atmosferici. Nei processi di
alterazione le parti solubili finiscono in mare, generando depositi salini
mentre i detriti e i frammenti solidi vanno a sedimentarsi in luoghi molto
lontani rispetto alle rocce d’origine venendo selezionati secondo la
granulometria e il peso specifico dal movimento delle acque e del vento.
Col tempo questi frammenti sono cementati chimicamente a formare le rocce
sedimentarie. In seguito può succedere che questi strati finiscano in
profondità per effetto dei movimenti crostali, e per effetto della forte
pressione e dell’alta temperatura prodotte nelle zone di collisione della
crosta possono trasformarsi in rocce metamorfiche. Se queste sono spinte
in superficie e restano esposte alla degradazione meteorica, l’intero ciclo
delle rocce ricomincia da capo: trasporto, sedimentazione, consolidamento,
metamorfismo.
Per chi è digiuno di geologia, è arduo capire non solo i processi naturali che
hanno portato alla formazione delle rocce della crosta terrestre, ma anche la
formazione delle montagne e del loro continuo disgregarsi in minute
particelle provocato dagli eventi geologici e meteorologici. Inoltre la loro
continua metamorfosi provocata dal calore e dalla pressione e la successiva
disgregazione fa si che ogni particella è stata più volte riciclata e compattata
e trasformata in roccia in un processo continuo durato molti, ma molti anni. Il
risultato è che la totalità delle terre emerse è stata trasformata in rocce di
composizione diversa dall'originale basalto.
La storia della Terra non può essere interpretata con i parametri temporali
della nostra vita o con la storia dell'umanità, il tutto verrebbe racchiuso in
frazioni di tempo incapaci di dare risposte comprensibili. Quando si dice
1
moltissimi anni si devono considerare i processi relativi alla storia della terra
della durata di milioni e a volte miliardi di anni.
Schematicamente e idealmente questo lunghissimo meccanismo può essere
suddiviso in tre fasi o momenti geologici e in larga parte possono essere
contemporanei e indipendenti.
Essi sono in ordine cronologico: il tempo della formazione delle rocce
(litogenesi), il tempo della formazione delle montagne (orogenesi) e quello
della formazione del paesaggio e delle sue varie forme (morfogenesi). I tre
processi possono essere, come già accennato, contemporanei e ciclici, cioè
ripetersi più volte.
Materiali della crosta.
Rocce e minerali (e le sabbie) sono i documenti che svelano la storia della
crosta terrestre alla geologia. I minerali sono composti inorganici naturali di
formula definita, le rocce invece sono aggregati di minerali di composizione
variabile entro precisi parametri, per esempio possono essere distinte in
base al colore, alla compattezza, al tipo e alle dimensioni dei componenti
minerali. Una fondamentale distinzione delle rocce può essere fatta nei tre
gruppi di: rocce ignee, rocce sedimentarie e rocce metamorfiche.
Il 98% degli elementi presenti sulla crosta terrestre sono costituiti da otto
elementi (di cui il silicio (Si) e l'ossigeno (O) rappresentano ben il 75%), il
resto è composto principalmente da: alluminio (Al), calcio (Ca), ferro (Fe),
sodio (Na), potassio (K), magnesio (Mg).
Per questo motivo le rocce presenti sulla Terra sono in maggioranza formate
da silicati, mentre il carbonio (C) dei carbonati e lo zolfo (S) dei solfati, che
sono solubili, sono finiti in mare e a volte sono stati separati a causa della
scarsa solubilità, oppure per separazione provocata dagli esseri viventi che
l’hanno utilizzata per costruire i loro gusci o scheletri.
Litogenesi, o la formazione delle rocce.
Litogenesi: cioè della formazione delle rocce. Ricordiamo che la crosta
terrestre è formata per la massima parte dalle rocce basaltiche (di colore
scuro) che si sono formate e si formano ancora oggi sul fondo degli oceani al
margine delle placche continentali che potremmo definire materiale di base
(le vedremo meglio più avanti).
Le rocce delle terre emerse dei continenti sono di colore chiaro perchè sono
il risultato residuale dall'alterazione della crosta dovuta a processi
meteorologici durati miliardi di anni. Citiamo alcune famose montagne o
località italiane e le rocce che le compongono quali, ad esempio: il granito
del Monte Bianco, le trachiti dei Colli Euganei, il calcare del Gran Sasso, i
marmi delle Alpi Apuane e i calcari selciferi dell'isola di Capri o del Gargano.
Queste località hanno rocce diverse perchè hanno avuto una storia
geologica locale diversa.
Tutte le rocce dei continenti sono formate con la compattazione, il
riscaldamento o la fusione di materiali provenienti dalla disgregazione e dalla
lisciviazione di rocce preesistenti, spesso accumulati in strati, sotto forma di
sabbie, limi e fanghiglie sul fondo di mari ora scomparsi e trasformate (come
il granito) a diversi chilometri di profondità sotto l'azione della pressione e del
calore.
Per quanto riguarda le rocce presenti in Italia, la geologia sa ormai con
certezza: come si sono formate, quando si sono formate e perchè si trovano
2
localizzate in quel punto del territorio italiano. Le più antiche si trovano in
Sardegna e hanno dai 600 ai 400 milioni di anni (ma si sono formate sul
continente europeo), le più recenti si trovano ai margini della catena
appenninica ed hanno al massimo qualche milione di anni. Nel mondo le
rocce superficiali più antiche sono in Canada ed in Australia con la
ragguardevole età di 3,5 miliardi di anni (significa che in questo lasso di
tempo ciò che è rimasto é rimasto inalterato). Notare che le rocce della
Luna che hanno la rispettabile età di 4,5 miliardi di anni, hanno praticamente
la stessa età della terra.
Orogenesi, o la formazione delle montagne.
Il fenomeno responsabile del sollevamento delle montagne è un processo
assai complesso, lungo e lentissimo che viene chiamato orogenesi.
Possiamo dire che esso è il risultato di eventi geologici a scala planetaria,
più in particolare è causato dai movimenti convettivi della massa fusa
esistente sotto la crosta terrestre (come già accennato) che si è solidificata
per raffreddamento. La crosta si è divisa in grandi blocchi galleggianti sugli
strati fusi e incandescenti esistenti all’interno della Terra.
Questi strati superficiali freddi di lava basaltica, che sono mossi per
trascinamento dal magma fuso sottostante, vanno alla deriva come grandi
zattere e trasportano le terre emerse dei continenti come residuo
dell'alterazione meteorologica del passato, la crosta oceanica è
continuamente rinnovata, ( infatti ha un massimo di 200.000.000 di anni)
per effetto della subduzione di parte di essa. Quando le placche si
scontrano, la parte basaltica, che è pesante, tende a immergersi sotto gli
strati continentali leggeri ed è inghiottita dal mantello e rifusa. I sedimenti
marini depositati che non riescono a penetrare sotto la crosta sono raschiati
e si accumulano nella zona di subduzione aumentando ai bordi le dimensioni
dei continenti ed originando le montagne.
Le Alpi, gli Appennini e i vulcani che costituiscono l'Italia, devono la loro
genesi al continuo e progressivo avvicinamento della placca africana a
quella europea, dopo che per un breve periodo si era aperto l’oceano ligurepiemontese .
Questo movimento del continente africano è iniziato circa cento milioni di
anni fa, è tuttora in atto e ha portato alla formazione della penisola italiana,
delle montagne e di profondi bacini marini quali il Mar Tirreno, il tutto
accompagnato da terremoti ed eruzioni vulcaniche di grande intensità. La
continuazione del processo porterà alla chiusura del Mediterraneo fra circa
40.000.000 di anni.
Occorre però ricordare nuovamente che i fenomeni sopradescritti sono
estremamente lenti, praticamente impercettibili. Si tratta di processi che si
verificano in tempi geologici, seguendo una scala temporale totalmente al di
fuori della capacità di percezione e sensibilità umana.
Percepire uno spostamento verticale o orizzontale di uno o più millimetri
all'anno su distanze di molti chilometri è praticamente impossibile all'occhio
umano (il Monte Bianco cresce di circa un millimetro all'anno, pari a 7 - 8 cm
durante l'intera vita di un uomo, perciò impercettibile, ma diventa di 1000
metri in un milione di anni! Che da un punto di vista geologico è un tempo
breve).
Lo spostamento (allontanamento) della placca nord americana da quella
3
europea dovuta alla formazione di nuova crosta oceanica è di circa un
centimetro all'anno; significa uno spostamento di 10 chilometri ogni milione
di anni del continente nord americano.
In questo processo di apertura dell'Atlantico ove nuova crosta si forma, da
un'altra parte del globo altra crosta verrà riassorbita all'interno del mantello
(il diametro terrestre rimane pressoché uguale nel tempo, se escludiamo i
piccoli apporti extraterrestri di polvere cosmica e delle meteoriti). I tempi
geologici, a noi invisibili, sono tempi lunghissimi ma trasformano la crosta in
modo sostanziale. La crosta è in continua sostituzione e gli enormi
spostamenti e sollevamenti delle terre emerse (per es. come la catena
Himalaiana) si verificano in tempi geologici, senza che all'osservatore umano
appaiano grandi cataclismi o altri drammatici eventi.
Morfogenesi, o modellazione del territorio e delle montagne.
Le rocce che vediamo oggi, in superficie sono i residui di massicci montuosi
antichi trasformati dalle intemperie e dalla gravità terrestre che hanno
spianato le montagne e trasportato i frammenti a colmare le depressioni per
formare le pianure, eventi questi accaduti negli ultimi due o tre milioni di
anni.
Le Alpi sono state coperte a più riprese dai ghiacciai durante ripetute
glaciazioni che hanno determinato le forme del paesaggio.
L'ultima di queste glaciazioni, la più importante, è terminata 10.000 anni fa.
Una volta sciolti i ghiacci che nell'arco di 80.000 anni avevano raschiato e
disgregato le rocce, (tale è stato il tempo della glaciazione) le pareti rocciose
liberate dalla morsa dei ghiacci cedevano franando a valle e i ruscelli, i
torrenti e i fiumi hanno cominciato a scavare e a trasportare detriti verso il
mare. Il fiume Po ha colmato di detriti la Valle Padana, ha fatto avanzare la
costa della pianura e ha formato il delta.
Quindi abbiamo visto che le montagne sono il risultato di tre differenti
processi: quello litogenetico che risale a decine o centinaia di milioni di anni
fa ed è stato responsabile della formazione delle rocce; quello orogenetico,
verificatosi qualche milione di anni fa, ha portato al sollevamento di tali
rocce, mentre quello morfogenetico, verificatosi nelle ultime migliaia di anni,
è responsabile dell'aspetto del paesaggio attuale.
Le rocce ignee.
Le rocce ignee dette anche magmatiche o eruttive, costituiscono la quasi
totalità della crosta terrestre, si formano per raffreddamento di una massa
fusa incandescente fuoriuscita dall'interno della Terra. La massima parte di
queste rocce forma la crosta oceanica (sommersa dalle acque) e come già
accennato, ha una età massima di 200 milioni di anni per il continuo
rinnovarsi. La rimanente parte, che è una minima percentuale, deriva da
eruzioni vulcaniche e da intrusioni granitiche. Queste ultime derivano da
rocce sedimentarie dei continenti e sono di natura silicica, fuse poi per
subduzione del materiale alterato della crosta e venute in superficie.
Le rocce metamorfiche
Metamorfismo significa cambiamento di forma e di composizione (dei cristalli
che compongono la roccia), con tale termine si intende la trasformazione di
una roccia dovuta a condizioni di temperatura e pressione diverse da quelle
di origine. Le rocce ignee e sedimentarie sottoposte al calore e alla
4
compressione del sottosuolo, subiscono una serie di modificazioni chimicofisiche che le trasformano lentamente allo stato solido (cioè senza fondere)
in altre rocce. Le rocce metamorfiche dette anche semplicemente
"cristalline" costituiscono la parte più profonda dei continenti e di molte
catene montuose: esse hanno origine dai graniti primordiali. Una speciale
roccia metamorfica cristallina è il marmo, che è una roccia carbonatica
sottoposta ad alte temperature e ricristallizzata con aumento di grana dei
cristalli di calcite, (mentre i calcari sono rocce sedimentarie a grana fine,
compattate e cementate).
Le rocce sedimentarie.
Sono il frutto delle trasformazioni delle rocce emerse che le intemperie e la
gravità hanno originato sui continenti. Le rocce sedimentarie, il cui carattere
principale è la stratificazione, sono derivate per la massima parte da
materiali detritici deposti e accumulati da acqua e vento. I più caratteristici
sedimenti presi da noi in considerazione sono le sabbie incoerenti di recente
formazione delle spiagge che sono il risultato di selezione gravimetrica degli
eventi meteorologici. Tali forze hanno spostato le particelle con i movimenti
vorticosi dei venti e delle acque, creando la selezione granulometrica e di
peso specifico. Le più fini sono finite in mare in sospensione nell'acqua dei
fiumi e deposte poi sulla piattaforma continentale. Dopo la deposizione, il
sedimento, incoerente e molle, viene a poco a poco sepolto da altri materiali,
sprofonda ed inizia a subire (anche per la temperatura che aumenta
mediamente di 3°C ogni 100 metri di profondità) una serie di alterazioni
fisiche e chimiche che lo trasformano in una roccia vera e propria. Tutte le
trasformazioni che un sedimento subisce dopo la sua deposizione sono
indicate col termine generale di diagenesi.
Modellazione del territorio e degradazione delle rocce
Dopo aver esaminato la genesi delle rocce osserviamo anche le
trasformazioni che esse subiscono dalla degradazione meteorica e
dall'erosione. Con questo termine si intende la trasformazione dei materiali
rocciosi affioranti sulla superficie terrestre ad opera degli agenti chimici e
fisici presenti nell'atmosfera terrestre e l'importanza che ha l'anidride
carbonica (CO2) nel processo di alterazione chimica, dissoluzione e
trasformazione dei carbonati.
L'acqua piovana stessa, al naturale, è già leggermente acida per la presenza
in soluzione di anidride carbonica (la CO2 in soluzione acquosa diventa
acido carbonico) scioglie il calcare perché lo trasforma da carbonato
insolubile a bicarbonato solubile; se la soluzione perde di nuovo l’anidride
carbonica, il carbonato precipita nuovamente come carbonato di calcio. .
Sia l’acqua liquida o solida sotto forma di ghiaccio modella il paesaggio, i
ghiacciai trasformano il territorio meccanicamente con il loro peso e l'acqua
ghiacciandosi nelle fessure delle rocce ne provoca la frantumazione. L'acqua
inoltre, scorrendo nei torrenti e nelle valli fluviali provoca l'azione abrasiva
dei ciottoli trascinati con la forza della corrente causata dalla gravità. La
forza di gravità che provoca le frane regola anche il meccanismo dei
ghiacciai e dei fiumi contribuendo massicciamente al degrado del territorio.
Il prodotto della degradazione meteorica e delle alluvioni è una massa
ingente di detriti ghiaiosi, sabbiosi e fangosi che i fiumi e i torrenti muovono
verso la pianura e infine nel mare. L’erosione dell’acqua è molto evidente
5
anche lungo le coste, infatti battendo contro le rocce, le onde del mare
asportano ciottoli, sabbia, frammenti di roccia, che vengono trascinate lungo
la riva anche per lunghe distanze.
I fiumi e le acque in generale sono il mezzo che asporta dalle terre emerse
fino al mare i detriti più fini, abbandonando ciottoli e sassi nel letto del fiume
perché troppo pesanti; allo sbocco nel mare i fiumi perdono turbolenza e
depositano le sabbie, mentre le parti fini sono trasportate al largo sulla
piattaforma continentale. Successivamente le particelle sabbiose sono
abrase e lucidate dall'incessante lavorio del mare e distribuite lungo le coste
dalle correnti marine . Anche il vento seleziona i detriti con un meccanismo
simile chiamato "saltazione", infatti nei deserti i granelli di quarzo che
compongono la sabbia sono già stati separati dalle parti più fini; i rimanenti
sollevati e continuamente fatti urtare gli uni contro altri, si consumano per
abrasione producendo altra polvere finissima sollevata dall'azione del vento
che la trasporta anche molto lontano (quella del Sahara arriva anche in
America); proprio per questa ragione i granelli dei deserti hanno un aspetto
caratteristico: sono arrotondati e di aspetto vellutato a causa dai continui urti.
I minerali
A differenza delle rocce che sono formate da una mescolanza di composti
chimici cristallizzati caoticamente, i minerali sono corpi solidi cristallini
caratterizzati da forma geometrica propria e una composizione molecolare
omogenea in tutta la massa ed esprimibile con una formula chimica.
Sono il risultato di una serie di reazioni chimico-fisiche per lo più avvenute ad
alta temperatura che hanno fatto separare dalla massa rocciosa gli atomi
disciolti dai fluidi circolanti e con un processo dovuto al raffreddamento ne
hanno determinato la cristallizzazione. I minerali, in determinate condizioni,
possono dar luogo a corpi solidi delimitati da superfici piane, che sono i
cristalli; queste forme sono prodotte dalla struttura interna dei cristalli ed in
passato sono servite per studiare e classificare i minerali.
Gli ioni e le molecole che formano un minerale sono perciò disposte nello
spazio in modo ordinato e secondo forme geometriche ben definite che
vengono chiamate reticoli cristallini.
La struttura del reticolo cristallino definisce la forma esterna del solido
cristallino che dipende a sua volta dalla natura dell'ambiente chimico in cui è
cresciuto il cristallo
I minerali che costituiscono la crosta terrestre sono formati dagli stessi
elementi chimici che si ritrovano in tutto il sistema solare. Ne esistono
moltissime specie: in totale sono oltre 4000, alcune sono rare e altre invece
molto diffuse. Alcuni minerali sono formati da un solo tipo di atomi e per
questo sono denominati elementi nativi. Appartengono a questa specie: la
grafite, il rame, l’argento e l'oro, ecc. ma per la maggior parte i minerali
hanno una formula complessa, risultante dalla combinazione di atomi diversi
legati tra loro a formare un composto chimico ben definito.
La composizione e la disposizione degli atomi nel reticolo cristallino, cioè nel
modo con cui si legano fra loro, ne determina le caratteristiche meccaniche
come la sfaldatura e la durezza, ma anche le caratteristiche fisiche e ottiche
come il colore e la birifrangenza.
La durezza é la più antica delle caratteristiche usata per l'identificazione dei
minerali; serve per misurare e analizzare la resistenza del minerale ad
6
essere scalfito, é determinata con la nota scala di Mohs che va da 1 a 10.
La scala consiste in una serie di dieci minerali via via più duri. Il test si
realizza trovando il minerale più tenero che é rigato dal campione che é a
sua volta rigato dal successivo più duro. Ai primi posti della scala troviamo
minerali molto teneri che possono essere scalfiti con un’unghia come il talco
e il gesso mentre la calcite, terzo termine della scala, è rigata da un
temperino. All’ultimo posto (10 in scala), troviamo il diamante che è il
minerale più duro esistente in natura.
Rocce e minerali usati dall’uomo
Nella millenaria storia dell'uomo le rocce sono state tra le prime materie
usate per strumenti e armi fin dalla notte dei tempi; nonostante l'avvento del
cemento e dell'acciaio pietre, marmi e graniti sono indubbiamente importanti
ancora oggi.
Nella preistoria primordiale i minerali furono utilizzati soprattutto sotto forma
di ossidi metallici usati come colori e alcuni rari cristalli o frammenti di quarzo
usati per punte di freccia. Sono dovute passare molte migliaia di anni prima
che l'umanità riuscisse ad usare i metalli che poteva reperire allo stato nativo
come oro, rame ed il rarissimo ferro ricavato dalle meteoriti. Quando invece
ha scoperto le tecniche per ricavarli dai minerali, l'umanità è entrata nella
modernità con la tecnologia metallurgica.
E' utile ricordare che probabilmente la metallurgia si è sviluppata soprattutto
per ottenere l'oro, già noto e apprezzato dalle civiltà più antiche.
Dagli studi empirici dei primi alchimisti che volevano produrre la pietra
filosofale capace di trasformare i corpi in oro, molto è stato scoperto.
Per tre o quattro secoli gli uomini si sono arrovellati per capire la natura dei
minerali e carpire le ricchezze che ne scaturivano; così facendo lentamente
ci hanno condotto alla scienza chimica e alla metallurgia moderna.
Ora assistiamo ad una rivoluzione tecnologica dovuta ai cristalli; questa
rivoluzione in atto, direttamente o indirettamente, é figlia delle nuove
tecnologie derivate dalle capacità di produrre dei cristalli sintetici.
Anche questa tecnologia si è sviluppata originariamente per imitare le
gemme naturali da utilizzare in gioielleria, ma le tecniche sviluppate per la
costruzione dei cristalli al fine di ottenerne delle gemme sono state un
impulso formidabile e insostituibile per la moderna tecnologia informatica e
spaziale.
7