APPUNTI DI SCIENZE DELLA TERRA
Prof.ssa Patrizia Moscatelli
Rocce sedimentarie
Liceo Scientifico Statale Vito Volterra
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ROCCE SEDIMENTARIE
Poiché gli ambienti in cui si formano le rocce sedimentarie sono molto vari e
diversificati, per classificarle ci si basa sulle loro modalità di formazione, suddividendole in:
ROCCE
CLASTICHE
(O DETRITICHE)
ROCCE
ORGANOGENE
(O BIOGENE)
ROCCE
CHIMICHE
La maggior parte delle rocce sedimentarie è prodotta dall’accumulo meccanico di frammenti derivanti da rocce preesistenti,spesso alterate chimicamente dal contatto con i fluidi e gas contenuti
nell’atmosfera e disgregate ad opera di agenti quali
il gelo, le acque dilavanti, i fiumi, il vento, la caduta per gravità (il nome di tali rocce deriva dal greco
clazomai =rompere).
Sui fondali marini o nelle scogliere vi è un forte
accumulo di resti organici derivanti da alghe, molluschi, coralli che danno origine a questo tipo di
rocce definite organiche poiché derivano dai resti
di organismi viventi o dalla loro attività.
Sono rocce che derivano dalla precipitazione chimica di vari sali, come ad esempio il carbonato di
calcio.
1. Rocce Clastiche
Sono rocce formate da frammenti (clasti) di rocce, che si accumulano in genere
in zone ribassate (trappole di sedimentazione), quando l’agente che li trasporta
(acqua, vento, ghiaccio) perde la sua energia.
Nella classificazione si tiene conto:
della dimensione dei clasti
della loro forma.
La dimensione delle rocce permette di risalire all’ambiente di formazione; più
sono piccole e più bassa sarà stata l’energia che ne ha determinato la formazione. La loro forma riflette il processo di sedimentazione: se non avviene la dia-
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genesi, i clasti si presenteranno in granuli sfusi “incoerenti”, se invece vengono consolidati e litificati daranno “rocce coerenti”.
Diametro
dei clasti
maggiore di
2 mm
compreso tra
2 e 1/16 mm
inferiore a
1/256 mm
Nome
generico
Sedimenti
incoerenti
Rocce
coerenti
rudite
ghiaia
conglomerato
arenite
sabbia
arenaria
pelite
argilla
argillite
1.1 Rudite
Ha un sedimento di dimensioni superiori ai 2 mm.
Qualora si presenti in forma incoerente prende il nome di ghiaia; il carbonato di calcio può agire da elemento cementante trasformando il clasto in roccia coerente alla quale viene attribuito il nome di conglomerato.
GHIAIA
I conglomerati a loro volta possono essere classificati in base al grado di arrotondamento, che ci dà un’idea dell’intensità del processo di trasporto che ha interessato il sedimento.
CONGLOMERATI
brecce
clasti a spigoli vivi a seguito di un modesto
trasporto, come accade ai detriti caduti ai piedi dei versanti montuosi
puddinghe
clasti arrotondati per un lungo trasporto come
avviene, ad esempio, nei depositi alluvionali
lasciati dai fiumi e dai torrenti.
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1.2 Arenite
Ha clasti di dimensioni comprese tra i 2 e 0,0625 mm
(1/16 mm). Le rocce coerenti sono le arenarie, che
rivano dalla cementazione delle sabbie, sedimenti
erenti ricchi di granuli di quarzo, o di frammenti di
dspati o di detriti calcarei. Hanno colori variabili dal
rosso al verde, al bruno, al giallo, al bianco, al grigio.
arenaria
Le sabbie possono essere di natura desertica, costiera, fluviale, lacustre, deltizia
o marina; possono accumularsi in dune litorali.
In Cina e Russia e in altre distese continentali
vi sono depostiti giallastri di sabbia finissima,
trasportata su lunghe distanze dal vento, che
prendono il nome di loess. Famoso l’Altopiano del Loess in Cina dove furono ritrovate le 8000 statue dell’Esercito di terracotta.
1.3 Pelite
Ha dimensioni comprese tra 0,0625 e 0,004 mm (tra1/16 e 1/256 mm). Le
argille e le argilliti son addirittura inferiori a 1/256 m m. Le argille si depositano in prevalenza sul fondo dei laghi, al largo dei
delta, in mare aperto, in pieno oceano.. Quando
questi sedimenti a causa della diagenesi diventano più compatti prendono il nome di argilliti.
Largamente usata nella produzione di ceramica
grazie alla sua malleabilità se idratata, secca risulta rigida, sottoposta ad alte temperatura diventa compatta e solida. Utilizzata già dai popoli antichi per la produzione di manufatti. L’argilla è impermeabile perché è formata
da granelli minuti che a contatto con l’acqua si gonfiano, aderiscono tra loro
chiudendo gli eventuali spazi presenti.
1.4 Marne
Derivano dalla mescolanza di calcare e argilla in varie proporzioni.
Le marne sono la materia prima per la preparazione del cemento usato per
l’edilizia.
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1.5 Piroclastiti
Depositi di materiali di varie dimensioni (ceneri e lapilli) emessi da esplosioni
vulcaniche.
Per il loro processo di frammentazione e per le loro traiettorie e percorsi più o
meno lunghi prima del deposito e accumulo si considerano come sedimentarie
anche se derivano da materiale magmatico.
2. Rocce organogene
Sono rocce formate quasi esclusivamente da accumulo di sostanze legate ad
un’attività biologica. In base alle modalità di origine e formazione possono essere classificate in tre gruppi:
Bioclastiche
Biocostruite
Depositi organici
Accumuli di sostanza orgaAmmassi di organismi conica vera e propria, vegetale
Semplici accumuli di gusci struttori i cui apparati scheo animale, dalla cui trasfore apparati scheletrici
letrici esterni possono salmazione nel tempo si origidarsi l’uno all’altro
nano depositi particolari.
In base alla natura chimica delle rocce possono essere classificate in:
Carbonatiche
Silicee
Fosfatiche
2.1 Rocce carbonatiche
Sono formate quasi esclusivamente da carbonato di calcio (CaCO3, calcite) ottenuto da scheletro di organismi viventi unicellulari come i Foraminiferi o pluricellulari come l’endoscheletro (spicole) dei Poriferi o l’esoscheletro dei Celenterati (coralli) o da conchiglie prodotte da Molluschi. Molto comuni sono i
calcari organogeni neritici che si formano in acque basse (ambiente neritico)
per l'attività di esseri viventi benthonici (benthos = esseri viventi fissi sul fondo
o in grado di eseguire piccoli movimenti). Tipici sono gli accumuli di gusci di
molluschi che spesso rimangono in parte ancora visibili all'interno della roccia
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e i calcari di scogliera, prodotti dall'attività costruttrice di
celenterati (coralli e madrepore) che vivono fissati alle
scogliere. Un esempio di calcare biocostruito può essere
rappresentato da una roccia detta “lumachelle”, dove la
matrice è rappresentata da sedimenti di conchiglie ben visibili, cementate.
Meno frequenti sono i calcari organogeni pelagici che si
formano in acque profonde (ambiente pelagico) per la sedimentazione dei
croscopici gusci calcarei di organismi planctonici (plancton = esseri viventi,
per lo più unicellulari che vivono in sospensione, trasportati passivamente
dall'acqua), quali i foraminiferi.
Nelle acque basse tropicali si possono formare dei tappeti algali formati da
Cianobatteri, alghe unicellulari procariote
che fissano il carbonato di calcio presente
nelle acque, formando delle strutture a
cupola dette stromatoliti. Sono deposte
nella stessa zona di formazione e rappresentano un’esempio di rocce biocostruite.
Molte di queste rappresentano dei veri e
propri fossili risalenti a tre miliardi di anni fa, a testimonianza del fatto che i Cianobatteri sono stati i primi colonizzatori
della Terra. L’accumulo prolungato di gusci
di Foraminiferi in epoche preistoriche ha determinato la formazione delle “bianche scogliere di Dover”.
In mare aperto i depositi del plancton precipitano sui fondali. Tali gusci soprattutto di Foraminiferi formano distese di fanghi detti fanghi a globigerine.
A profondità superiori ai 4000-4500m il carbonato non si accumula più in
quanto passa in soluzione.
Qualora il carbonato subisca modificazioni chimiche con aggiunta di magnesio,
si può formare il carbonato doppio di calcio e magnesio detto dolomite; la catena montuosa omonima è un esempio di aggregato di scogliere coralline fossili di circa 200 milioni di anni fa.
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2.2 Rocce silicee
Sono formate da resti di organismi a guscio siliceo del
plancton, come i radiolari (protozoi del zooplancton) o
diatomee (protozoi foto sintetici del fitoplancton) oppure dalla sedimentazione degli aghi silicei delle spugne. Tali rocce prendono il nome di selci. Possono depositarsi anche a profondità superiori ai 4500 m dando
fanghi silicei.
2.3 Rocce fosfatiche
Sono ricche di fosfato di calcio e sono dette fosforiti. Si formano in seguito ad
accumulo di scheletri di vertebrati o
da escrementi di uccelli marini. Abbondanti sulle coste del Cile e del Perù
dove rappresentano una risorsa economica considerevole per il commercio di concimi e fertilizzanti. Si pensi
che lo spessore di questi depositi in
questi paesi può raggiungere i 50 metri.
2.4 Rocce da deposito organico
Sono rocce che mantengono una componente organica a differenza delle precedenti, formate esclusivamente da materiale inorganico.
Normalmente le sostanze organiche vanno incontro ad un processo di putrefazione operato dalla presenza di ossigeno libero nell’atmosfera o disciolto
nell’acqua. Se tali sostanze organiche rimangono ricoperte da materiale argilloso impermeabile e quindi isolate dall’ossigeno, possono conservarsi e, in tempi
molto lunghi, trasformarsi in carbon fossili ed idrocarburi.
2.4.1 Carbon fossili
Si producono a partire da grandi masse di organismi vegetali morti rimasti sepolti in paludi ed acquitrini. L'acqua stagnante povera di ossigeno sottrae la
materia organica alla decomposizione aerobia (ossidazione). E’ così che si assiste ad una serie di trasformazioni chimiche sostenute dall'attività di organismi
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anaerobi che impoveriscono gradualmente la materia organica di ossigeno ed
idrogeno, senza intaccare i legami C-C ricchi di energia. In tal modo aumenta
la percentuale relativa di carbonio, permettendo la formazione di rocce di vario tipo a diverso potere calorico (il potere calorico aumenta parallelamente alla
quantità di carbonio presente).
E’ possibile quindi classificare i carbon fossili in:
Si forma nel sottosuolo, in ambiente paludoso con abbondante vegetazione.
Arricchimento di carbonio
Aumento della pressione e della temperatura.
torba
lignite
si forma dalla torba spinta a profondità ridotta.
litantrace
Si forma dalla lignite per ulteriore seppellimento e
aumento di pressione.
antracite
Prende vita dalla litantrace sottoposta ad alte pressioni
e temperature
L’antracite è il carbon fossile più antico, contiene fino al 95% di carbonio e
produce fino a 9000 calorie per kg. I maggiori giacimenti risalgono al Carbonifero nell’era Paleozoica. In Italia non abbiamo giacimenti di antracite, perché
nel Carbonifero era sommersa dalle acque.
2.4.2. Idrocarburi
Sono composti organici binari, formati da due elementi: idrogeno e carbonio.
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Esistono nei tre stati fisici della materia:
aeriforme
liquido
solido
(metano)
(petrolio)
(asfalto e bitume)
Il petrolio è una miscela di idrocarburi che si formano dalla decomposizione di
sostanze animali e vegetali depositate nei fondali marini ad opera di batteri anaerobi. Per la sua formazione è necessario che i sedimenti organici siano sottoposti ad alte pressioni e ad alte temperature. Una volta formatosi, il petrolio
tende a migrare verso l’alto, attraverso rocce porose. Qualora incontri materiale
impermeabile, viene trattenuto nella risalita formando un giacimento.
3. Rocce chimiche
Si formano in seguito a processi chimici. Il più diffuso è quello di precipitazione di sali disciolti in acqua, soprattutto in zone soggette ad alta evaporazione,
per formazione di soluzioni sature. In tal caso le rocce prendono il nome di evaporiti. La precipitazione è frazionata, i sali precipitano rispettando il grado
di solubilità, dal meno solubile al più solubile. Il primo a precipitare è il carbonato di calcio seguito dal gesso, dall'anidrite, dal cloruro di sodio e dal cloruro
di potassio. Si sono formati in tal modo estesi giacimenti di sali, con spessori
anche di decine di metri, sfruttati industrialmente già da lungo tempo.
La precipitazione può avvenire anche per raffreddamento delle acque, in quanto la diminuzione di temperatura è responsabile di una minore solubilità dei sali
disciolti.
Essendo poco solubile e precipitando per primo, il carbonato di calcio forma la
maggior parte delle rocce di deposito chimico.
Rocce di natura calcarea si possono formare anche per nebulizzazione
dell’acqua in caduta dalle cascate.
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Un esempio è rappresentato dal
tino (lapis tiburtinus = pietra di Tivoli) un calcare bianco formatosi milioni
di anni fa dalle cascate dell'Aniene ed
utilizzato per costruire la maggior parte
dei monumenti romani. Anche in
biente continentale possono formarsi
calcàri: come ad esempio le stalattiti e
stalagmiti. L’attività chimica che ne determina la formazione è detta carsismo,
in quanto tipica della regione del Carso e si esplica attraverso due diversi
cessi: di dissoluzione e di precipitazione. Il primo è un processo di erosione
con formazione di grotte e foibe. L’acqua in cui è disciolta anidride carbonica
reagisce con il carbonato di calcio
solubile trasformandolo in bicarbonato solubile che abbandona la roccia
creando ampie cavità. La reazione è
reversibile, per cui eliminando acqua
e anidride carbonica il bicarbonato si
trasforma in carbonato tornando
lubile e determinando concrezioni
calcaree come ad esempio le stalattiti
(affioranti dall’alto) o le stalagmiti
(affioranti dal basso).
Anche alcune rocce silicee possono derivare direttamente da precipitazione
chimica, con la deposizione di silice
in corrispondenza di sorgenti termali
di origine vulcanica. Infine, la silice
che circola nel sottosuolo in soluzioni
acquose può sostituire, molecola per
molecola e conservandone tutte le
strutture, il legno di alberi sepolti;
hanno così origine le foreste
cate e i legni silicizzati.
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Le acque piovane inoltre, specie in ambienti tropicali caldo-umidi, possono alterare rocce ignee o metamorfiche solubilizzandone
una parte. Si formano così rocce residuali definite così
in quanto il loro accumulo non si è determinato per trasporto dei materiali, ma la roccia è rimasta sul posto. In
tali condizioni, rimangono
accumuli rossi di laterite (idrossidi e ossidi di ferro) e
depositi biancastri di bauxiti (idrossidi di alluminio,
sfruttati per estrarre il metallo).
