Minerali e rocce
Definiamo minerale un materiale allo stato solido, con una composizione chimica
ben definita e proprietà tipiche, caratterizzato da una struttura cristallina
ordinata. Il grande ordine che caratterizza il reticolo cristallino di un minerale
deriva da un processo di formazione molto lento, che consente alle particelle di
disporsi in punti precisi e di legare tra loro in modo opportuno. In un cristallo,
infatti, le particelle sono disposte in filari, che a loro volta si legano fra loro dando
origine a piani. Questi ultimi, sovrapponendosi, formano un reticolo. Tuttavia,
esistono anche alcuni minerali, denominati amorfi, che non possiedono un reticolo
cristallino e che, conseguentemente, hanno una struttura interna disordinata. Tra
questi ricordiamo l’opale, la cui composizione chimica è uguale a quella del quarzo,
che è invece un solido cristallino.
I vari tipi di reticoli hanno determinate proprietà fisico-chimiche: una
caratteristica che si coglie immediatamente esaminando un minerale è la durezza,
che dipende dalla forza dei legami tra le particelle del cristallo. Essa viene
saggiata utilizzando la scala di Mohs. Il primo gradino di tale scala è occupato dal
talco, un minerale molto tenero che ha durezza pari a 1. L’ultimo gradino è invece
occupato dal diamante, che ha durezza pari a 10.
I silicati sono i minerali più abbondanti della crosta terrestre. La loro composizione
chimica base è SiO4 , molecola dalla forma tetraedrica che, non essendo
elettricamente neutra, per realizzare la elettroneutralità deve condivedere i 4
elettroni spaiati con cationi metallici oppure con altri tetraedri.
L’aggregazione di minerali diversi prende il nome di roccia. Le rocce sono
classificate in base alla loro origine. Possiamo infatti distinguere:
rocce magmatiche, ottenute dalla solidificazione del magma attraverso il
processo magmatico;
rocce sedimentarie, ottenute da sedimenti attraverso il processo
sedimentario;
rocce metamorfiche, generate in seguito a modificazioni delle rocce
magmatiche e di quelle sedimentarie, a causa dell’aumento della pressione
e/o della temperatura. Il processo che le origina è quello metamorfico.
Tutti i processi sopracitati fanno tuttavia parte di un unico ciclo, denominato ciclo
litogenetico.
Le rocce magmatiche
Abbiamo detto che le rocce magmatiche si originano dalla solidificazione del
magma. Ma cos’è il magma? Si tratta di un miscuglio di sostanze allo stato fuso la
cui caratteristica principale è l’acidità, che si basa sulla percentuale di silice che
esso contiene. Quando ha una percentuale >66, il magma è di tipo acido (o
granitico). A seguire abbiamo il magma neutro (66 – 52 %) ed il magma basico
(<52%), che si caratterizzano per una maggiore presenza di ferro e magnesio
rispetto al primo. Il magma può ad ogni modo dar origine a due differenti tipi di
rocce magmatiche, a seconda della modalità con cui esso risale dalle zone più
profonde della crosta o dal mantello:
se esce sulla superficie terrestre mediante un’ eruzione vulcanica, esso si
raffredda e si solidifica dando origine alle rocce effusive. In questo caso,
mentre risale verso la superficie, esso si raccoglie in una sorta di serbatoio,
la camera magmatica, da cui si incanala dentro un condotto, il camino. Se il
suo cammino è lento, risalendo tende a raffreddarsi molto lentamente,
dando modo ad alcuni minerali di cristallizzare. Nel momento in cui avviene
l’eruzione, tuttavia, la diminuzione di temperatura è rapidissima e i gas
presenti al suo interno, non più trattenuti dalle rocce incassanti del
condotto, si liberano nell’aria. Poiché la massa fusa solidifica molto
velocemente e in modo disordinato, i cristalli che si formano sono
piccolissimi o del tutto assenti. La roccia che deriva da questo processo è
detta porfirica, ed è riconoscibile per la presenza di alcuni cristalli grandi,
detti fenocristalli, sparsi in una pasta di fondo amorfa. Se invece l’eruzione
è di tipo esplosivo, il magma viene proiettato all’esterno ancor più
rapidamente non lasciando ai cristalli nemmeno il tempo di formarsi. La
struttura che ne deriva prende il nome di vetrosa.
se il magma si trova nella crosta terrestre, esso si raffredderà molto
lentamente ed avrà tutto il tempo di formare una struttura cristallina
ordinata: infatti, l’elevata pressione delle rocce incassanti che lo circondano,
non permette la liberazione dei gas presenti al suo interno, che pertanto
svolgono l’azione di agenti mineralizzatori, facilitando la cristallizzazione. Le
rocce che ne originano prendono il nome di rocce intrusive e la loro
struttura è detta olocristallina (ne è un esempio il granito, che ha la stessa
composizione chimica della pomice, rispettiva roccia effusiva).
Le rocce sedimentarie
Il processo sedimentario, che porta alla formazione di rocce sedimentarie, si
compone di 4 fasi:
l’erosione, responsabile della formazione di sedimenti, avviene per mezzo di:
1) agenti fisici, rappresentati dalla variazione di temperatura e di
pressione, dall’azione di acque fluenti e battenti, dal vento…
2) agenti chimici, costituiti dall’acqua piovana e fluente, intesa come
solvente chimico, e da altre sostanze presenti nell’atmosfera.
3) agenti biotici, rappresentati da organismi per lo più vegetali che, tramite
il processo di fotosintesi clorofilliana, emettono anidride carbonica che
va a combinarsi con l’acqua formando l’acido carbonico.
il trasporto, operato da agenti tra cui il vento, i fiumi e i ghiacciai, che
rimuovono i sedimenti allontanandoli dal luogo in cui si sono formati;
il deposito, grazie al quale i sedimenti si accumulano in ambienti di
sedimentazione, come il mare;
la diagenesi, che a sua volta si compone di due fasi:
1) la compattazione, che avviene con l’accumulo di diversi strati di
materiali e la loro conseguente riduzione di volume ed espulsione di
acqua eventualmente presente tra essi;
2) la cementazione, che avviene grazie alla precipitazione di una
sostanza cementante, che può essere o calcarea o silicia.
Tuttavia, per comprendere meglio come avviene la formazione di sedimenti, dobbiamo
far riferimento a due tipi di processi:
la degradazione fisica, in seguito ai quali si ottengono clasti, cioè detriti, che in
seguito daranno origine alle rocce clastiche;
l’ alterazione chimica, che mette in gioco reazioni di ossidazione o di
idratazione in grado di modificare i minerali che compongono la roccia madre.
L’acqua è spesso implicata in tali processi, grazie alla sua funzione di solvente,
determinando la formazione di soluzioni contenenti Sali, che possono poi
precipitare in due modi:
1) direttamente (per scioglimento, evaporazione …), dando così origine
alle rocce chimiche;
2) indirettamente, con l’intervento di organismo che sono in grado di
prelevare dall’ambiente esterno i sali minerali necessari per costruirsi
gusci e scheletri; questi ultimi, con la morte dell’organismo, in genere
si depositano, ad esempio, sul fondo di bacini marini, dando poi origine
alle rocce allochimiche (ne è un esempio la barriera corallina).
Le rocce metamorfiche
Il processo metamorfico trasforma la struttura cristallina delle rocce sedimentarie,
magmatiche e delle stesse metamorfiche quando avvengono bruschi cambiamenti di
temperatura e/o pressione, dando origine ad un processo di ricristallizzazione.
Abbiamo 3 tipi di metamorfismo:
di contatto, provocato dal calore liberato da una massa di magma in corso di
raffreddamento all’interno della crosta terrestre;
cataclastico, localizzavo lungo i piani delle faglie trasformi che, scivolando le
une sulle altre, generano un forte attrito;
da shock, causato dall’impatto di un meteorite, che determina un’onda d’urto.
Infine, in condizioni estreme, al di sopra di una certa temperatura, si ha
l’ultrametamorfismo, che porta alla fusione dei minerali presenti nelle rocce madri;
esso giunge a dare origine o a materiali parzialmente fusi o allo stesso magma,
attraverso la formazione prima del migma e poi dell’anatessi.
