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)
5
Processo di subduzione delle placche
6
Rocce: aggregati naturali di minerali legati tra
loro da forze di coesione a carattere permanente
e formati tramite uno o più processi geologici.
•7
Forma e abito cristallino dei minerali
Abito cubico
ottaedrico
prismatico
8
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)
Colore: proprietà di alcuni minerali tra le più mutevoli e meno
affidabili, si intende sempre il colore che si osserva in luce naturale
ed è determinato dal tipo di interazione tra luce e minerale che ne
risulta colpito, in particolare è funzione dell' assorbimento delle
lunghezze d'onda che attraversano il cristallo.
•9
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.
•10
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]
•11
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
•12
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.
Amianto (asbesto)
L’amianto è un particolare inosilicato
(serpentino e anfiboli).
Viene classificato come:
Crisotilo – amianto bianco
Crocidolite – blu
Amosite - bruno
Inoltre tremolite ecc.
Esso forma delle fibre molto pericolose
per l’organismo
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)
•15
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).
•16
Q, A, P, F sono minerali sialici, cioè
in prevalenza silico-alluminiferi, per
lo più di colore chiaro. M
contraddistingue i minerali femici,
cioè in prevalenza ferro-magnesiaci,
per lo più di colore scuro.
Il diagramma viene suddiviso, in
base alle percentuali relative dei
componenti, in quindici campi,
ciascuno dei quali corrisponde ad
una roccia plutonica e ad una roccia
vulcanica. Vi sono termini di
passaggio fra un campo e l'altro. Il
sedicesimo campo, comprendente le
rocce composte da minerali femici.
•17
granito: tipica roccia magmatica
intrusiva
Basalto: tipica roccia magmatica
effusiva
http://www.ingv.it/it/
•18
Classificazione mineralogica di Streckeisen (1967)
•19
Classificazione chimica TAS (Total Alkali vs Silica)
•20
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.).
•21
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 (diagenesi): processo diagenetico
principale che porta alla formazione della roccia compatta attraverso la
precipitazione dei cristalli nelle cavità del sedimento;
- V litificazione-diagenesi dei sedimenti dovuta alla pressione
esercitata da altri sedimenti che si accumulano via via sopra di essi.
•22
•23
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.
•24
•25
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.
Con il termine breccia si fa riferimento a quei conglomerati i cui clasti non hanno subìto trasporto ed
hanno mantenuto quindi gli spigoli vivi; esse hanno origine da crolli e frane.
I conglomerati sono diffusi in tutto l'Appennino.
-
Le arenarie rappresentano il termine intermedio; le dimensioni dei clasti sono comprese fra 2 e
0,062 mm. Corrispondono alle attuali sabbie.
I principali componenti delle arenarie sono: quarzo, ortoclasio, fillosilicati.
-Le argille rappresentano il termine più fine; le dimensioni dei clasti sono al di sotto di 0,062 mm.
Corrispondono agli attuali fanghi detritici.
Le argille sono costituite quasi esclusivamente da fillosilicati (minerali argillosi o minerali delle
argille) prodotti dall'alterazione di altri minerali silicati. Altri componenti sono quarzo, ortoclasio e
miche, presenti però solo nella frazione più grossolana.
-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.
•26
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:
un processo chimico precipitazione diretta di carbonato di calcio
(fenomeno più sensibile in zone con acque calde),
un processo biochimico rimozione degli ioni calcio e degli ioni
carbonato dalle acque marine da parte di organismi, come i molluschi,
che li utilizzano per formare il proprio guscio
dolomie, contengono in quantità preponderante, il minerale dolomite.
Sono presenti tutti i termini di passaggio con i calcari.
evaporiti rocce formatesi in seguito alla precipitazione chimica del
solfato di calcio, del cloruro di sodio e di altri sali di minore importanza,
in bacini lagunari con climi caldi e aridi.
La classificazione è granulometrica: dimensione granuli da 0,06 a 2•27
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
•28
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
•29
Grado del metamorfismo
•Basso: Prevale la Pressione
•Medio: Azione combinata T e P
•Alto: Prevale la Temperatura
corrisponde a precise condizioni termodinamiche e consente di
definire fasce metamorfiche diverse chiamate facies insieme di
rocce metamorfiche cristallizate nelle stesse condizioni di pressione e
temperatura
Ogni facies è formata da associazioni di minerali che si formano in
quel determinato intervallo di pressione e di temperatura.
In genere le facies metamorfiche prendono il nome di una sola delle
rocce che si possono formare in quelle condizioni termodinamiche,
ma comprendono più specie
Il metamorfismo determina:
Aumento della graba cristallina, formazione di piani paralleli,
•30
orientazione preferenziale
FACIES METAMORFICHE
•31
Feldspati (metamorfismo regionale) – roccia originale:
scisto, graniti
- granulazione fine: ardesia e fillite
- granulazione grossolana: scisti e gneiss
Non feldspati (m. da contatto) – roccia originale: scisto,
quarzo, arenaria, calcare, dolomite
- granulazione fine: cornubianiti
-- granulazione grossolana: quarzite e marmi
•32
granito gneiss
•33
argillite scisto
argillite fillade
•34
calcare marmo
arenaria quarzite
•35
Esperienze di laboratorio
materiale:
-pietre, piccole rocce, sassolini, sabbia, ghiaia
-lente d’ingrandimento
-aceto, acido cloridrico, sale da cucina, solfato di rame
-becker, provette, beuta, spruzzetta, bacchetta di vetro
-imbuto, filtro, sostegni, spago, cotone
-pipetta pasteur, coloranti
-microscopio ottico
•36
Analisi delle rocce calcaree
materiale:
-sassolini
-aceto, acido cloridrico
-becker
-http://www.eniscuola.net/it/mediateca/terra/esperimenti/lanalisidelle-rocce/
•37
Creare le stalattiti
materiale:
-sale da cucina
-acqua
-becker, corda (30-40 cm)
-http://www.eniscuola.net/it/mediateca/terra/esperimenti/realizzia
mo-una-stalattite/
•38
Creare un mini vulcano
materiale:
-Tavoletta
-bottiglia plastica con dentro il bicarbonato e Ink rosso/succo
pomodoro. Incollare alla tavoletta col vinavil
-ricoprire il tutto di sabbia lasciando scoperto il foro
-aceto da versare nel foro
http://www.torinoscienza.it/esperimenti/un_vulcano_in_casa_nostr
a_4999
•39
Raccolta e osservazione dei micrometeoriti
materiale:
-Una o più vaschette di plastica per una superficie totale di circa 1
mq
- aghi da cucito, calamita, sacchetto di plastica trasparente
- microscopio
- Acqua distillata
- becker e fornello
-Fasi:
-1) Per cercare queste microscopiche palline, particelle quasi
perfettamente tonde che possono essere “ferrose” o “vetrose”, si
può prelevare il materiale raccolto nei pozzetti di scarico delle
acque piovane delle grondaie, oppure mettere sul terrazzo
un’apposita “trappola” cioè una bacinella di plastica (circa 1 m2)
•40
2) si lascia evaporare l’acqua dai recipienti e se ne raschia pareti e
fondo con un ago disteso. Poi si poggia l’ago su un vetrino e lo si
esamina al microscopio.
micrometeoriti ferrose: piccole sferette metalliche lucide, alcune
con piccole depressioni sulla superficie, altre a forma di goccia,
vicino alle grondaie
micrometeoriti vetrose (più leggere) sferule
prtrasparente, al verdastro, al nero, isolabili nelle
aticamente perfette di colore dal giallo al
vaschette di raccolta
•41
