A. La formazione delle rocce magmatiche
Gran parte delle rocce che costituiscono la crosta terrestre si è
formata per solidificazione di un magma, cioè a partire da materiale fuso. Esse sono dette rocce magmatiche (o ignee).
Un magma è una massa di rocce fuse che si forma a profondità variabili tra 15 e 100 km entro la crosta terrestre o nella
parte superiore del mantello (lo strato che si trova subito sotto
la crosta). È una complessa miscela di minerali (silicati) e gas.
1 Rocce magmatiche
intrusive ed effusive
All’interno della crosta i magmi
si raffreddano lentamente, dato
che le rocce che circondano la
massa fusa impediscono la rapida dispersione del calore e
possono avere temperature vicine a quelle del magma.
In queste condizioni, i cristalli che si formano mano a mano
che il magma si raffredda hanno
il tempo sufficiente per crescere
anche fino a qualche millimetro
prima che l’intera roccia cristallizzi (e il processo si fermi).
Per questa ragione, tutte le
rocce magmatiche intrusive sono formate da cristalli visibili a
occhio nudo.
Se invece il magma risale fino in superficie, la sua temperatura passa da circa 1000 °C a
quella ambiente in maniera più
rapida e i singoli cristalli non
hanno il tempo di crescere. Solo una piccola parte della massa
magmatica riesce a formare cri-
Quando il magma si raffredda inizia un processo di cristallizzazione: gli atomi degli elementi in esso presenti si dispongono in posizioni fisse nei reticoli cristallini, non sono più liberi
di muoversi e si forma una sostanza solida.
Dalla massa fusa si separano i minerali, dalla cui aggregazione finale risulterà la roccia.
Le rocce magmatiche sono di due tipi:
stalli di dimensioni apprezzabili, mentre è ancora in profondità o sta risalendo. Perciò nelle rocce magmatiche effusive i
cristalli hanno piccole dimensioni, visibili solo al microscopio o, addirittura, gli atomi non
hanno il tempo di organizzarsi
in reticoli cristallini: si ottengono così sostanze, almeno in
parte, amorfe.
Le sostanze amorfe sono solide ma non cristalline: sono
come il vetro.
QUESITI
1 Perché le rocce magmatiche effusive sono almeno in parte amorfe?
LEGGI L’IMMAGINE
2 Descrivi le differenze tra la struttura del granito e quella della pomice.
L’ossidiana è una
roccia magmatica effusiva di tipo
amorfo: è una sostanza «vetrosa» di
colore nero, verde o rosso, nella quale
gli atomi non si dispongono ordinatamente in reticoli cristallini.
Il granito è una
roccia magmatica intrusiva.
Sono riconoscibili a occhio nudo i cristalli di vari minerali: quarzo (grigi),
silicati di sodio e calcio (bianchi),
biotite (neri).
Il basalto è una
roccia magmatica effusiva,
i cui cristalli non sono distinguibili a occhio nudo.
rocce effusive:
raffreddamento rapido,
cristalli piccoli o vetri vulcanici
rocce intrusive:
raffreddamento lento,
cristalli grandi
1
SCIENZE DELLA TERRA
Anche la pomice è una
roccia magmatica effusiva di tipo
amorfo: ha una struttura vetrosa ma,
a differenza dell’ossidiana, presenta
numerose cavità, che la rendono così
leggera da galleggiare sull’acqua.
Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali © 2011, Zanichelli editore S.p.A.
– intrusive, che si formano quando la massa fusa solidifica e
cristallizza in profondità;
– effusive, che si formano invece quando il magma solidifica in superficie.
Le rocce magmatiche sono anche classificate in base ai minerali di cui sono costituite. La maggior parte dei minerali
presenti nelle rocce magmatiche è costituita da silicati, sia
perché il silicio è molto abbondante sulla Terra, sia perché i
silicati fondono a temperature che vengono facilmente raggiunte in alcune parti della crosta e del mantello.
2 Il destino delle rocce
intrusive
Una volta solidificate, le rocce
magmatiche intrusive vanno a
far parte in maniera stabile della crosta terrestre e possono rimanere immobili, in profondità, anche per tempi lunghissimi.
In alcuni casi, però, queste
rocce possono essere sospinte
verso l’alto dai movimenti della crosta terrestre. Se giungono fino in superficie, o nei
suoi pressi, queste rocce possono essere messe a nudo in
seguito alla lenta demolizione
delle rocce sovrastanti.
I responsabili di tale processo – chiamato erosione –
sono generalmente le acque
correnti, il ghiaccio e il vento.
씰 VEDI ANCHE…
ATTIVITÀ
Unità T5 • PARAGRAFO 1:
Che cos’è un vulcano
Il raffreddamento
del magma
Animazione
Il ciclo litogenetico
[2:31]
Metti uno strato sottile di salolo
in polvere, che potrai trovare in
farmacia, in una vaschetta e fallo
fondere con un asciugacapelli (il
salolo ha un punto di fusione basso, a 43 °C). Lascialo raffreddare
lentamente, poi – prima che solidifichi – fai cadere dei cristalli di
salolo in quello fuso.
Osserva con una lente di ingrandimento.
씰 Che cosa succede?
Fondi ora una piccola quantità di
salolo in una provetta e poi immergi la provetta ancora calda,
senza rovesciarla, in un bicchiere
di acqua ghiacciata.
씰 Come si comporta il salolo?
씰 Che differenza hai notato fra il
raffreddamento lento e quello veloce?
QUESITI
1 Come vengono alla superficie le
rocce magmatiche intrusive?
LEGGI L’IMMAGINE
2 Come è affiorato in superficie il
filone basaltico raffigurato nell’immagine in basso?
CHE COSA VEDE IL GEOLOGO
roccia portata
via dall’erosione
superficie del terreno
circa 100 milioni di anni fa
superficie attuale
del terreno
b a t o l i t e
L’erosione ha
scoperto le
rocce granitiche di un batolite nella vallata
di Yosemite, in
California.
intrusione che ha dato origine
al filone basaltico
magma
Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali © 2011, Zanichelli editore S.p.A.
L’erosione in
questo caso
ha scoperto un
filone basaltico
solidificatosi in
mezzo a strati
di ceneri vulcaniche.
U N I T À T4• Il modellamento del rilievo
2
B. La formazione delle rocce sedimentarie
La crosta terrestre è formata per la maggior parte da rocce metamorfiche e magmatiche, ma la sua superficie è composta da
uno strato quasi continuo di rocce sedimentarie.
Esse si formano attraverso processi che avvengono sulla superficie terrestre, al contrario delle rocce magmatiche e di
quelle metamorfiche, che hanno origine in profondità.
La sedimentazione è la deposizione, in strati sovrapposti, di
vari tipi di materiali: frammenti di rocce portati dai corsi d’ac3 La formazione delle
rocce clastiche
Le rocce che affiorano in superficie subiscono la disgregazione e
l’erosione per opera degli agenti
atmosferici. Si producono in questo modo dei frammenti, che hanno dimensioni variabili: da grandi massi a sabbie sottilissime.
I frammenti sono trasportati
dall’acqua, dal ghiaccio e dal vento per tratti più o meno lunghi e
quindi depositati sulle terre emerse o sul fondo del mare. La lunghezza del tragitto percorso dipende dalle dimensioni dei sedimenti e dall’energia del mezzo
che li trasporta: per il trasporto di
frammenti molto piccoli, ad
esempio, basta un debole movimento delle acque e, di conseguenza, la deposizione dei materiali fini può avvenire solo in un
mezzo molto tranquillo.
La deposizione dei frammenti è detta sedimentazione. I sedimenti si accumulano in strati
sovrapposti e vanno incontro a
litificazione, cioè vengono trasformati in roccia consolidata. La
litificazione avviene attraverso
due processi, la compattazione
(dovuta al peso degli strati sovrastanti) e la cementazione (dovuta
alla precipitazione di sostanze
sciolte nell’acqua che vanno a
riempire i pori tra i granuli). Entrambi i processi richiedono tempi lunghissimi: dell’ordine di centinaia di migliaia d’anni.
Le rocce che si formano seguendo questi processi sono
dette rocce clastiche e si classificano in base alla dimensione
delle particelle (clasti) che le
compongono:
– i conglomerati sono costituiti in
prevalenza da ciottoli il cui diametro supera i 2 mm;
– le arenarie sono formate da clasti con diametro compreso tra
2 e 0,06 mm;
– i clasti che costituiscono le argilliti hanno un diametro inferiore a 0,06 mm.
qua, gusci e scheletri di animali, resti vegetali, sabbie trasportate
dal vento, ceneri dei vulcani.
Le rocce sedimentarie vengono divise in tre gruppi, a seconda
del processo di formazione:
– clastiche, dovute all’accumulo di frammenti provenienti dalla
disgregazione di altre rocce;
– organogene, formate da materiali che derivano dall’attività
di organismi o dai loro resti;
meccanismi fisici e
chimici degradano
le rocce
l’erosione rimuove le particelle
prodotte dalla disgregazione
il trasporto operato dall’acqua,
dai ghiacciai e dal vento sposta
le particelle verso quote minori
si ha sedimentazione
quando le particelle
si depositano
o quando
i minerali
solubili
precipitano
rocce
sedimentarie
il seppellimento
si verifica quando
nuovi strati di sedimenti
si dispongono su quelli più
antichi, che vengono compattati
la compattazione
e la cementazione
portano alla litificazione
dei sedimenti trasformandoli
in rocce sedimentarie
QUESITI
1 Attraverso quali processi si formano le rocce clastiche?
LEGGI L’IMMAGINE
2 La trasformazione dei sedimenti in rocce coinvolge delle reazioni chimiche?
CHE COSA VEDE IL GEOLOGO
fratture
segni della
stratificazione
gli strati
più in alto
sono
più recenti
[F. Ricci Lucchi]
gli strati
più in basso
sono
più antichi
3
detriti caduti
dalla parete
SCIENZE DELLA TERRA
Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali © 2011, Zanichelli editore S.p.A.
– chimiche, che derivano da processi chimici, come la precipitazione dei sali.
Esiste una stretta relazione tra il tipo di ambiente in cui avviene la sedimentazione (marino, fluviale, terrestre) e il tipo di
roccia che può originarsi: di conseguenza, le rocce sedimentarie sono un’importante testimonianza delle condizioni che esistevano sulla superficie terrestre al momento della deposizione
dei materiali da cui esse hanno preso origine.
Lo studio delle rocce sedimentarie ha inoltre una grande utilità pratica; infatti in queste rocce si trovano depositi di petrolio, gas naturale e carbone fossile.
4 Le rocce organogene
Sono derivate dall’accumularsi
di resti di organismi: gusci e
scheletri di animali di varie dimensioni; ammassi di organismi costruttori (come i coralli);
resti di vegetali (come quelli
che formano il carbone fossile).
Le rocce organogene più diffuse sono i calcari, costituiti soprattutto dal minerale calcite,
che viene prodotto da molti or-
씰 VEDI ANCHE…
ATTIVITÀ
Animazione
Stadi del ciclo di formazione
delle rocce sedimentarie [2:04]
Costruisci una roccia
ganismi marini. Ad esempio,
sono di carbonato di calcio i
gusci di diversi organismi che
vivono nelle acque superficiali
(i foraminiferi), i cui scheletri
esterni si depositano sul fondo
oceanico e sono importanti fonti di sedimenti organogeni.
Vi sono anche rocce organogene silicee (come la selce), che
si formano per l’accumulo di
gusci di organismi che utilizzano la silice invece della calcite.
Gli apparati scheletrici esterni dei coralli possono saldarsi uno all’altro e
formare un calcare, in cui sono ancora riconoscibili i singoli organismi.
5 Le rocce chimiche
Si formano soprattutto in seguito
alla precipitazione di sostanze
sciolte nell’acqua dei mari e dei
laghi. Ad esempio, quando in un
bacino marino, rimasto del tutto o in parte isolato, aumenta la
concentrazione di sali per via
dell’evaporazione, sul suo fondo
si depositano i sali contenuti nell’acqua di mare, tra i quali la calcite, il gesso e il salgemma. Questi depositi si chiamano evaporiti.
Anche alcune rocce silicee
derivano dalla precipitazione
chimica del silicio presente nell’acqua sul fondo del mare.
Travertino e alabastro sono
calcari che derivano dalla deposizione da acque fluviali o di
sorgente, in seguito a evaporazione dovuta a un cambiamento
della temperatura dell’acqua.
Le stalattiti e le stalagmiti sono concrezioni di calcare che si
depositano in seguito al percolamento di acqua satura di carbonato di calcio dal soffitto delle grotte.
QUESITI
1 Come si formano le rocce chimiche?
LEGGI L’IMMAGINE
2 Da che cosa sono costituite stalattiti e stalagmiti?
Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali © 2011, Zanichelli editore S.p.A.
Bagna con l’acqua un po’ di sabbia e poi comprimila in un piccolo bicchiere di plastica. Rovescia e togli il bicchiere e lascia
asciugare la tua piccola roccia
sedimentaria.
Sperimenta ora l’azione di diverse sostanze come “cementi”
(sale, zucchero, gesso) mescolandoli nella proporzione di 1/4
rispetto alla sabbia.
씰 Quale ti sembra la «roccia»
più resistente?
씰 Come si chiamano le rocce
che si formano con questo procedimento?
QUESITI
1 Da quali materiali sono derivate
le rocce organogene?
LEGGI L’IMMAGINE
2 Quali organismi hanno prodotto
il calcare della fotografia?
Le stalattiti sono delle
concrezioni allungate che
pendono dal soffitto.
Le stalagmiti hanno forma conica e crescono dal
pavimento verso l’alto,
quando le gocce d’acqua
cadono sul pavimento
della grotta.
U N I T À T4• Il modellamento del rilievo
4
C. La formazione delle rocce metamorfiche
Le rocce, quando vengono sottoposte a temperature elevate
o a forti pressioni (o ad entrambi i processi), pur rimanendo
allo stato solido possono subire dei cambiamenti nella loro
composizione mineralogica (cioè del tipo di minerali di cui
sono costituite) e nella struttura (cioè nella disposizione dei
minerali al loro interno).
Questo processo di trasformazione mineralogica e struttu-
metamorfismo
regionale
metamorfismo
di contatto
6 Tipi di metamorfismo
I casi più frequenti di metamorfismo sono due.
1. Il metamorfismo regionale è
un fenomeno che riguarda porzioni molto estese della crosta
terrestre. Si verifica quando dei
movimenti della crosta terrestre coinvolgono masse di rocce sedimentarie o magmatiche,
che vengono sottoposte di conseguenza a temperature cre-
rale è detto metamorfismo e le rocce che ne derivano sono
chiamate rocce metamorfiche.
Quali sono le condizioni nelle quali si verificano le trasformazioni metamorfiche?
Questi processi avvengono all’interno della crosta terrestre,
a una profondità compresa tra i 10 e i 30 km, dove le pressioni
aumentano e le temperature diventano sufficientemente eleva-
scenti e a forti pressioni. Tali
movimenti sono in genere collegati al sollevamento di catene
montuose.
2. Il metamorfismo di contatto
si osserva invece quando una
massa di magma incandescente
risale attraverso la crosta, oppure si ferma all’interno di
questa, provocando un forte
aumento di temperatura nelle
rocce con cui viene a contatto.
Attorno alla massa di magma le
rocce subiscono delle modificazioni nella composizione dei
minerali. Lo spessore di rocce
interessate dal metamorfismo
varia da qualche centimetro al
kilometro, a seconda delle dimensioni della massa di magma
e del tipo di rocce. Più si è vicini alla massa incandescente,
più le trasformazioni sono intense.
QUESITI
1 Quando si verifica il metamorfismo di contatto?
LEGGI L’IMMAGINE
2 Quale tipo di metamorfismo interessa aree molto estese?
ATTIVITÀ
Attribuisci a una
roccia le condizioni
di formazione
Collega con una freccia il tipo di
roccia ai processi che ne hanno
determinato la formazione e
scegli, per ciascun processo, le
condizioni ambientali in cui esso si verifica.
5
SCIENZE DELLA TERRA
Roccia
Tipo di processo
Condizioni
Salgemma
metamorfico
Alta temperatura (superiore a quella di fusione
delle rocce); condizioni di pressione molto varie.
Granito
sedimentario
Temperature comprese tra 300° C e 800° C
(non si ha fusione delle rocce); pressioni elevate.
Marmo
magmatico
Temperature comprese tra 0° C e 150° C; basse
pressioni.
Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali © 2011, Zanichelli editore S.p.A.
te, ma non a tal punto da provocare la fusione delle rocce (se
non localmente e in modesti volumi).
Il metamorfismo riguarda quindi le rocce che, per i continui movimenti della crosta terrestre, vengono trasportate a
profondità maggiori rispetto alla loro posizione iniziale.
La temperatura e la pressione che innescano il metamorfismo sono conseguenze del calore interno della Terra e del
peso delle rocce sovrastanti. A 15 km di profondità la pressione è infatti circa 4000 volte superiore a quella esistente
sulla superficie terrestre.
7 Condizioni
di formazione delle rocce
metamorfiche
Quando prevale l’azione di forti
pressioni rispetto a quella della
temperatura (a profondità relativamente basse), si formano di
preferenza minerali appiattiti o
lamellari, come le miche, orientati tutti perpendicolarmente alla direzione della pressione. Le
rocce che ne derivano presentano una tipica scistosità, cioè la
proprietà di dividersi facilmente
in lastre su piani paralleli.
Con l’aumentare della temperatura e della profondità, la
formazione di minerali lamellari
diventa più difficile e prevalgono minerali di aspetto granulare:
si perde così la scistosità e si formano rocce più massicce, anche
Una roccia metamorfica di basso grado: la fillade.
8 La ricristallizzazione
dei minerali
Quando è trascinata in profondità dai movimenti della crosta
terrestre, una roccia si adatta alle nuove temperature e pressioni: gli atomi diventano più mobili, abbandonano le posizioni
occupate nei reticoli cristallini e
si legano secondo nuove disposizioni.
씰 VEDI ANCHE…
Unità T6 • PARAGRAFO 2:
Le strutture della crosta oceanica:
dorsali e fosse
Animazione
Il ciclo litogenetico [2:31]
se ancora divisibili in grossi
banchi.
I minerali di una roccia che
sprofonda nella crosta terrestre
sono sottoposti, quindi, a continua trasformazione e il tipo di
metamorfismo finale dipende
dal punto in cui si è arrestato il
processo di sprofondamento.
Rocce in partenza uguali possono originare tipi diversi di
Una roccia metamorfica di medio grado: il micascisto.
Questo fenomeno viene detto ricristallizzazione dei minerali. A volte, cristalli già presenti
si ingrandiscono, assorbendone
altri dello stesso tipo.
La pressione modifica in vari
modi la composizione mineralogica e la struttura di una roccia.
1. Le pressioni omogenee, che
agiscono in modo uniforme in
tutte le direzioni, fanno avviciUn calcare (a sinistra), formato da minuscoli cristalli di calcite, può essere
trasformato – attraverso un processo
metamorfico – in un marmo (a destra), costituito da un mosaico di cristalli di calcite di dimensioni maggiori.
rocce metamorfiche, a seconda
delle pressioni e delle temperature cui sono sottoposte.
QUESITI
1 Che tipo di rocce si forma quando
prevale l’azione della pressione su
quella della temperatura?
LEGGI L’IMMAGINE
2 Quale tra queste rocce tende a
dividersi in lastre su piani paralleli?
Una roccia metamorfica di alto grado: lo gneiss occhiadino.
nare fra loro gli atomi dei minerali, che assumono così strutture cristalline più «compatte».
2. Le pressioni orientate in una
certa direzione determinano la
forma e l’orientamento dei nuovi
cristalli. I minerali metamorfici
possono essere in questo caso allungati e allineati secondo una
particolare direzione.
L’associazione di minerali in
una roccia metamorfica dipende
anche dalla composizione della
roccia originaria. I minerali più
abbondanti nelle rocce metamorfiche sono i silicati, dato che
esse derivano da altre rocce ricche di silicati. Tra i minerali caratteristici di questa categoria di
rocce alcuni, come il quarzo e le
miche, sono presenti anche nelle
rocce magmatiche; altri invece
(come il granato) sono tipici delle sole rocce metamorfiche.
QUESITI
1 In che cosa consiste la ricristallizzazione dei minerali?
LEGGI L’IMMAGINE
2 Come si presentano i cristalli di
calcite, rispettivamente, nel calcare e nel marmo?
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U N I T À T4• Il modellamento del rilievo
6
