Il pianeta Terra
Minerali e Rocce
presentazione del prof. Ciro Formica
Immagini e testi tratti dai website di: unipv.it, unimi.it, wikipedia.it, unibs.it, unina.it, uniroma2.it,
nih.gov, zanichelli.it
L’interno della Terra
•2
Crosta : forma circa l’1 % della massa totale della Terra
E’ divisa in oceanica (spessore 5-7 km) e continentale (30-35 km). La densità varia da
2,7 g/cm3 (graniti) a 3 (basalti).
Composizione crosta:
O 46,6% Mg 2,1% altri 1,5%
Si 27,7% Ca 3,6%
Al 8,1% Na 2,8
Fe 5 % K 2,6%
3
Isostasia : le catene montuose e le aree pianeggianti “galleggiano” sul
mantello. Se avviene l’erosione le cime si abbassano e le radici si
sollevano. Se si sedimenta materiale in superficie, anche le radici si
ispessiscono.
4
Mantello: 82% della massa totale della Terra
Diviso in mantello superiore dove si trova l’astenosfera, più plastica e modellabile (fino a 350400 km), zona di transizione (da 400 a 1000 km), mantello inferiore (da 1000 a 2900 km).
Densità da 3,3 a 5,6, è costituito da roccia una roccia ultrabasica il cui minerale fondamentale è
l'olivina (Mg2SiO4).
Crosta + mantello = litosfera
Nucleo, 16% del volume, raggio 3500 km
Densità da 9,7 a 13 (centro della Terra).
Diviso in un nucleo esterno liquido e
nucleo interno solido. Costituzione: Fe e
Si (90% ), Ni (10%)
Gli strati sono separati da superfici
di discontinuità:
1- Moho (crosta-mantello)
2- Gutenberg (mantello-nucleo)
3- Lehmann (nucleo esterno-nucleo
interno)
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Rocce: aggregati naturali di minerali legati tra
loro da forze di coesione a carattere permanente
e formati tramite uno o più processi geologici.
•6
Forma e abito cristallino dei minerali
Abito cubico
ottaedrico
prismatico
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Lucentezza: proprietà che indica la capacità di un minerale di
riflettere la luce. Dipende dal rapporto tra la quantità di luce che
viene riflessa e quella rifratta e assorbita da un mezzo ottico.
Maggiore indice di rifrazione maggiori quantità di luce riflessa e
quindi maggiore lucentezza;
scala di lucentezza: dalla più elevata alla più bassa
i termini principali che la caratterizzano sono:
Metallica (Pirite) - Adamantina (Diamante, titanite) Subadamantina (Topazio) - Vitrea (Acquamarina) - Resinosa
(Sfalerite) - Sericea (Ulexite)-Perlacea (zincite) – Cerea (Nefrite)
•8
Sfaldatura: tendenza a dei minerali a rompersi parallelamente a piani di
atomi.
Nel descrivere la sfaldatura si devono indicare, la sua qualità (perfetta
buona discreta) e la sua direzione rispetto agli assi cristallografici.
Frattura: modo di rompersi dei minerali quando non avviene secondo
piani di sfaldatura specifici.
Durezza
La resistenza che una superficie oppone all’abrasione è la sua durezza e
si indica con la sigla H. Il grado di durezza si determina osservando
per confronto la facilità o difficoltà con cui un minerale viene
graffiato.
Il mineralogista F.Mohs nel 1824 scelse una serie di 10 minerali ordinati
per durezza crescente che costituiscono la scala di durezza di Mohs
1 Talco - 2 Gesso - 3 Calcite - 4 Fluorite - 5 Apatite -6 Ortoclasio 7
Quarzo - 8 Topazio - 9 Corindone - 10 Diamante
Tenacità: resistenza che un minerale offre alla frantumazione, piegatura
o abrasione.
•9
Scala: fragile, malleabile, settile, duttile duttile, elastico
Reticolo cristallino. Ai solidi amorfi non spetta alcuna forma
geometrica esterna o struttura interna ordinata.
Un cristallo è composto da
unità semplici dette celle
elementari che ripetute
nello spazio formano
l’intero reticolo.
elementi chimici: Ti, V, Fe, Cr, Cu, Co, Mn, Ni detti cromofori.
Colore omogeneo (pirite e azzurrite), colori differenti (vesuvianite).
La colorazione
dipende spesso
dalle inclusioni
di altre specie di
minerali
SiO2
Al2Be3(Si6O18)
Al2Be3(Si6O18)
Cu2[(OH)2CO3]
•10
Classificazione dei minerali
Silicati
Nesolicati, inosilicati, fillosilicati, tettosilicati
Non silicati
Elementi nativi
Solfuri Alogenuri
Ossidi e Idrossidi
Carbonati, Nitrati, Borati Solfati, Cromati, Molibdati, Fosfati,
Arseniati
•11
Silicati
Strutture cristalline dei principali silicati, rappresentate attraverso i diversi modi
in cui i tetraedri [SiO4]4– possono legarsi tra loro per mezzo di ossigeni-ponte.
LE ROCCE
Una roccia può essere definita come un aggregato naturale formato
da più minerali (raramente da uno solo) e a volte da sostanze non
cristalline. Una roccia si forma tramite uno o più processi geologici.
Le rocce che affiorano sulla superficie terrestre derivano da tre
processi chimico-fisici fondamentali:
• cristallizzazione da un fuso magmatico (rocce magmatiche)
• precipitazione da una soluzione (rocce sedimentarie)
• ricristallizzazione di rocce già esistenti (rocce metamorfiche)
•13
Rocce magmatiche (ignee)
si formano dalla cristallizzazione di un magma. Queste rocce sono
generalmente classificate in base a:
•composizione mineralogica (classificazione di Streckeisen)
•composizione chimica (classificazione TAS- Total Alkali vs Silica)
•La classificazione di Streckeisen è basata sulla composizione
mineralogica (percentuali in volume).
In essa si individua un doppio diagramma triangolare con
Q=quarzo; A=feldspati alcalini (ortoclasio); P=plagioclasi
(labradorite, anortite); F=feldspatoidi. Non vengono presi in
considerazione i minerali femici=M (biotite, anfiboli, pirosseni,
olivina).
•14
granito: tipica roccia magmatica
intrusiva
Basalto: tipica roccia magmatica
effusiva
http://www.ingv.it/it/
•15
Classificazione chimica TAS (Total Alkali vs Silica)
•16
Rocce sedimentarie
Si formano in seguito al deposito di materiale proveniente dalla
degradazione di altre rocce. Sono costituite da materiali (detti
sedimenti) provenienti dalla disgregazione, attraverso processi di
varia natura, di rocce preesistenti.
Sono soggette a modificazioni chimiche e fisiche e biologiche, che ne
alterano la conformazione e la struttura.
Come conseguenza si formano: i detriti, costituiti da minerali
primari residui (cioè i costituenti originali della roccia) e da minerali
secondari (minerali argillosi a granulometria molto fine) derivati dai
primari in seguito a processi chimici, ed il materiale in soluzione
(ioni alcalini, alcalino-terrosi, ecc.).
•17
La formazione di una roccia sedimentaria può essere suddivisa in fasi,
che rappresentano il “ciclo sedimentario”.
- I degradazione-erosione delle rocce preesistenti sulla superficie
terrestre con formazione di detriti solidi e di sostanze in soluzione.
- II trasporto del materiale detritico e di quello in soluzione ad opera
dei fiumi, dei venti, dei ghiacciai, ecc.
- III deposizione-sedimentazione del materiale in ambienti diversi
(continentale, marino, ecc.). La sedimentazione avviene per strati
successivi.
-IV compattazione - cementazione processo diagenetico principale
che porta alla formazione della roccia compatta attraverso la
precipitazione dei cristalli nelle cavità del sedimento;
- V litificazione dei sedimenti dovuta alla pressione esercitata da altri
sedimenti che si accumulano via via sopra di essi.
•18
•19
Classificazione rocce sedimentarie
le rocce detritiche o clastiche derivano dal materiale trasportato in
forma solida
le rocce di precipitazione chimica e biochimica derivano dal
materiale trasportato in soluzione.
le rocce organogene
La differenza è basata sui diversi modi di trasporto e di
sedimentazione dei materiali.
La suddivisione non è naturalmente netta e sussistono termini
intermedi o di origine non univoca.
•20
ROCCE DETRITICHE O CLASTICHE
Si suddividono in quattro gruppi: conglomerati, arenarie, argille, tufi
-I conglomerati rappresentano il termine più grossolano; le dimensioni
dei singoli elementi detritici (clasti) vanno da un minimo di 2 mm ad un
massimo di 256 mm (scala di Wentworth). Corrispondono alle attuali
ghiaie.
- Le arenarie rappresentano il termine intermedio; le dimensioni dei
clasti sono comprese fra 2 e 0,062 mm. Corrispondono alle attuali
sabbie.
-Le argille rappresentano il termine più fine; le dimensioni dei clasti
sono al di sotto di 0,062 mm. Corrispondono agli attuali fanghi detritici.
-I tufi rappresentano un gruppo a parte rispetto alle appena descritte
rocce detritiche. Essi sono considerati rocce sedimentarie poiché
subiscono il processo di messa in posto e successivamente tutti i
processi diagenetici che portano alla litificazione; ciò che li differenzia è
la loro origine legata alle eruzioni vulcaniche esplosive.
•21
ROCCE DI SEDIMENTAZIONE CHIMICA E BIOCHIMICA
calcari, costituite quasi esclusivamente da calcite (carbonato di calcio).
Possono essere presenti, in percentuali molto basse, altri minerali quali:
quarzo, ortoclasio, ecc. Sono presenti anche termini di passaggio verso le
argille (calcari marnosi, marne calcaree, marne propriamente dette) e le
dolomie (calcari dolomitici, dolomie calcaree). Originano da carbonato
di calcio
•22
Rocce metamorfiche
Il metamorfismo comporta la trasformazione mineralogica di rocce
preesistenti. Una roccia metamorfica si può infatti formare da una roccia
ignea, sedimentaria, o da una stessa roccia metamorfica.
Il nome di questo genere di rocce risulta molto appropriato in quanto
significa "cambiamento di forma" e questi cambiamenti sono innescati da
alcuni fattori tra cui i più importanti sono la temperatura e la pressione
(assume una importanza rilevante anche la presenza di fluidi poichè
questa facilita la migrazione degli ioni nelle strutture mineralogiche.
gradiente geotermico aumento di temperatura variabile tra i 10°C e i
30°C per ogni chilometro
Il gradiente di pressione aumento della pressione con la profondità,
in genere si valuta intorno ai 250-300 bar ogni Km di profondità
•23
tipi di metamorfismo
regionale su grandi superfici
di contatto localizzato vicino a rocce magmatiche
cataclastico vicino a fratture o faglie
anatessi: Processo di fusione su grande scala che porta alla
formazione di rocce a composizione granitica partendo da rocce di
varia natura
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granito gneiss
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argillite scisto
argillite fillade
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calcare marmo
arenaria quarzite
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