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SCIENZE DELLA TERRA
approfondimento > Formazione e
trasformazione delle rocce
■ Le rocce e la loro formazione
I minerali sono i «mattoni» che formano le rocce: dalle
loro proprietà dipendono quelle delle rocce.
Le rocce sono aggregati eterogenei di minerali.
In genere si tratta di più minerali, ma a volte anche
di uno solo. Il termine aggregati indica che i minerali
di una roccia si trovano riuniti insieme in una sorta di
miscuglio, in cui ciascun minerale conserva le proprie
caratteristiche. La composizione di una roccia non è
definita da una formula chimica, ma dai valori percentuali dei minerali che la compongono. Le rocce sono
molte di più dei minerali, poiché sono il risultato della
combinazione e del mescolamento dei vari minerali in
varie misure.
I materiali della Terra solida possono essere descritti
indicando i minerali oppure le rocce di cui sono costituiti. Nel primo caso l’informazione è più precisa e rigorosa.
Tuttavia, se usata su vasta scala, questa descrizione può
risultare dispersiva e inutilizzabile, a causa delle ridotte
dimensioni dei minerali (figura 1). Per parlare dei materiali solidi del pianeta faremo perciò riferimento quasi
sempre alle rocce.
Ogni tipo di roccia è caratterizzato da una particolare
aggregazione di minerali. La composizione in minerali di
una roccia dipende dal processo che ha portato alla formazione della roccia stessa. Di regola i processi di formazione determinano l’associazione di vari minerali, mescolati tra loro. Se così non fosse, la maggior parte delle
rocce dovrebbe essere costituita da un unico minerale.
In realtà quasi tutte le rocce sono formate da miscugli di
minerali diversi.
Il criterio fondamentale per la classificazione delle
rocce si basa sul processo che ne ha determinato la formazione. I processi di formazione delle rocce sono: il
processo magmatico, il processo sedimentario, il pro­
cesso metamorfico.
■ Il processo magmatico
Il pianeta Terra si formò circa 4,5 miliardi di anni fa. Nelle fasi iniziali della propria storia, la Terra attraversò un
periodo durante il quale era tutta allo stato fuso. Sottoposti alla forza di gravità, i vari materiali si localizzarono
a distanze diverse dal centro della Terra in base alla loro
densità (cfr. figura 2.4). I materiali più leggeri si disposero in prossimità della superficie.
Con la dispersione del calore nello spazio, i materiali
più esterni scesero a valori di temperatura inferiori al
punto di fusione. Da quel momento iniziarono a formarsi composti solidi. Il processo di solidificazione determinò l’associazione di minerali caratterizzati da punti di
fusione vicini tra loro. Solidificarono per primi i minerali
con punto di fusione più alto. Man mano che la temperatura diminuiva, cambiavano le associazioni di minerali che passavano allo stato solido. Ebbero così origine le
più antiche rocce della Terra.
Una massa di materiali rocciosi allo stato fuso, contenente in soluzione anche sostanze allo stato aeriforme, prende il nome di magma. Il processo magmatico consiste nella formazione di rocce a seguito
della solidificazione del magma.
Le rocce che hanno avuto questa origine sono dette
rocce magmatiche o ignee (figura 2).
Il processo magmatico, che diede origine in tempi remoti alla crosta terrestre, avviene anche attualmente,
per esempio nel corso delle eruzioni vulcaniche.
M figura 1 I materiali con cui abbiamo comunemente a che fare sono le rocce, non i minerali.
Se per descrivere la crosta terrestre utilizzassimo solo i minerali, otterremmo un’immagine estremamente precisa, ma scarsamente significativa (vedi cerchi in figura). La visione d’insieme che ci
viene fornita dall’analisi delle rocce è molto più utile per i nostri scopi.
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Il termine ignee deriva dal latino ignis, che significa fuoco.
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■ Il processo sedimentario
P figura 2 Quando raggiunge la superficie, il
magma si raffredda, passa
allo stato solido e diventa
roccia magmatica. Nella
roccia rappresentata in figura, il raffreddamento ha
comportato la formazione
di blocchi con una precisa
forma geometrica.
Le rocce della superficie terrestre si originano quasi
sempre in condizioni di temperatura e pressione diverse
da quelle esistenti in superficie. Quando si formano, le
rocce sono costituite da aggregati compatti di minerali
stabili. Al freddo e alle basse pressioni della superficie,
molti minerali diventano instabili e si trasformano in altri minerali, anche grazie al contatto diretto e prolungato con gli agenti atmosferici. I nuovi minerali sono stabili nelle condizioni fisiche e chimiche della superficie,
ma fanno perdere compattezza alla roccia. Le rocce in
superficie subiscono un lento, ma continuo processo di
disgregazione che prende il nome di erosione (figura 3).
Per esempio, le condizioni ambientali in cui si originano le rocce magmatiche sono caratterizzate da una
temperatura piuttosto elevata, almeno 700 °C. I minerali formati nel corso del processo magmatico diventano
generalmente instabili man mano che si raffreddano e
reagiscono con l’acqua e con i gas dell’aria. Si originano
nuovi minerali e le rocce magmatiche superficiali subiscono un rapido processo di erosione.
Anche altri processi, dovuti a fenomeni chimico-fisici
e all’azione degli organismi, disgregano le rocce e producono frammenti e detriti.
Il processo sedimentario consiste nell’accumulo di
frammenti e nel successivo processo di diagene­
si, che provoca la compattazione e la cementazione
delle singole particelle (figura 1.4).
Si formano in questo modo le rocce sedimentarie. Il
processo sedimentario avviene in condizioni ambientali
ben diverse dal processo magmatico, in genere in ambienti acquatici, come laghi, mari, oceani.
Infatti, i detriti tendono a spostarsi spontaneamente
verso aree sempre meno elevate e finiscono con l’accumularsi nelle concavità presenti sulla superficie del pianeta. Queste concavità, in genere occupate dalle acque,
costituiscono vere e proprie «trappole sedimentarie».
P figura 3 L’elevata tendenza alla disgregazione in
queste rocce magmatiche
dell’Irlanda del Nord mette
bene in evidenza la loro
instabilità. Si tratta di rocce formatesi in condizioni
ambientali molto diverse
da quelle attuali.
M figura 4 Le rocce sedimentarie sono formate da detriti le cui
dimensioni possono essere molto varie e la cui origine può essere diversa. In ogni caso, i materiali detritici sono riuniti assieme in
modo stabile (Port Lobos, California, USA).
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raggiunga valori superiori al punto di fusione dei minerali, si forma un magma. Questo processo prende il nome di rifusione o anatessi. Se il magma poi torna a solidificare, si originano nuove rocce magmatiche.
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Il termine anatessi deriva dal greco anatexis e significa fusione. L’anatessi è un processo di fusione delle rocce che
avviene su larga scala entro la crosta terrestre.
■ Il ciclo litogenetico
M figura 5 La struttura
contorta di queste rocce
metamorfiche indica che
i materiali sono stati sottoposti a profonde trasformazioni (Sequoia National
Forest, California, USA).
■ Il processo metamorfico
Le rocce sedimentarie e magmatiche, a causa degli imponenti movimenti della crosta terrestre, possono essere trasportate in profondità. Le rocce sedimentarie
si formano in condizioni di bassa temperatura e bassa
pressione. Le rocce magmatiche si formano, invece, in
condizioni di temperatura alta e pressioni in genere relativamente basse. In profondità le rocce incontrano
condizioni di temperatura e di pressione più elevate di
quelle in cui si sono originate.
Le rocce, che erano stabili in superficie, diventano instabili al variare delle condizioni fisiche.
Il processo metamorfico consiste nella trasformazione della struttura cristallina a causa dell’aumento
della temperatura o della pressione o di entrambe.
Le rocce che subiscono il metamorfismo sono chiamate rocce metamorfiche (figura 1.5).
Il processo metamorfico determina nelle rocce cambiamenti anche profondi della struttura e della composizione mineralogica. Le rocce rimangono comunque
sempre allo stato solido. Nel caso in cui la temperatura
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I processi di formazione delle rocce indicano che i diversi gruppi di rocce possono trasformarsi gli uni negli
altri. Le rocce magmatiche e quelle metamorfiche sono trasformate in rocce sedimentarie. Le rocce magmatiche e quelle sedimentarie possono subire metamorfismo. Le rocce di tutti e tre i tipi possono andare
incontro a un processo di rifusione ed essere di nuovo
trasformate in magma. L’insieme di tutte queste relazioni prende il nome di ciclo litogenetico o ciclo delle
rocce (figura 6).
Il ciclo litogenetico è un processo che ha avuto inizio
con la formazione della Terra solida ed è destinato a continuare finché il pianeta manterrà la propria dinamicità.
Gli incessanti processi di trasformazione delle rocce indicano che la crosta terrestre è in continua evoluzione. I
materiali che si formano sono prima o poi ricondotti a
condizioni nelle quali non si trovano più in equilibrio e
sono trasformati in rocce diverse. Il termine ciclo, usato
per indicare l’insieme di queste trasformazioni, mette in
evidenza che il processo passa ripetutamente per le medesime tappe.
Le rocce superficiali, sepolte in profondità, possono
trasformarsi in rocce metamorfiche. Se subiscono forti
aumenti di temperatura, queste rocce giungono al punto di fusione e si trasformano in magma. Dal magma
possono riformarsi rocce magmatiche. Le rocce profonde
possono poi essere spinte in superficie dai movimenti che deformano in continuazione la parte più esterna
della Terra. In superficie queste rocce si disgregano in
frammenti. Gli accumuli di frammenti possono diventare rocce sedimentarie. Continua così l’incessante ciclo
evolutivo delle rocce.
Le rocce che rinveniamo oggi testimoniano l’ultima
delle trasformazioni operate dal ciclo litogenetico
che ciascuna roccia ha percorso.
I materiali che formano le rocce odierne possono
avere percorso il ciclo tante volte e avere posseduto nel
passato caratteristiche anche molto diverse dalle attuali. Le proprietà che osserviamo oggi in una roccia sono
quelle acquisite al momento della sua formazione, in un
intervallo di tempo che nella scala geologica può essere
considerato un istante. Per questo motivo possiamo affermare che:
le rocce sono la materializzazione di un istante geologico.
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ROCCE
MAGMATICHE
EFFUSIVE
Erosione
Trasporto
figura 6 I materiali della Terra solida
passano attraverso il ciclo delle rocce con
processi magmatici, sedimentari o metamorfici.
Orogenesi
ROCCE
SEDIMENTARIE
Intrusione
ROCCE
MAGMATICHE
INTRUSIVE
Metamorfismo
Lo schema riportato in figura è semplificato, in quanto non mostra le connessioni
con le sostanze dell’atmosfera e dell’idrosfera, spesso scambiate con i materiali
della litosfera anche col concorso degli
organismi nei cicli biogeochimici. Il ciclo
litogenetico, a ben vedere, non è chiuso,
ma aperto a nuovi apporti magmatici
provenienti dalle profondità della litosfera
e anche a possibili apporti da parte dell’atmosfera, dell’idrosfera e della biosfera.
Diagenesi
Effusione
SEDIMENTI
Il primo stadio del ciclo si può identificare con la solidificazione del magma.
Il processo sedimentario, responsabile
dell’alterazione e disgregazione delle rocce esposte in superficie e del trasporto ed
accumulo dei sedimenti, rappresenta uno
stadio successivo. Seguono i processi di
tipo metamorfico, che intervengono quando le rocce sono trasferite in profondità
a causa della dinamica crostale. Il ciclo
litogenetico si chiude nel momento in cui
i processi metamorfici risultano talmente
spinti da produrre la fusione del materiale,
cioè l’anatessi.
Le rocce magmatiche sono dette primarie
in quanto sono le uniche che derivano
dal magma e non da altre rocce. Le rocce
metamorfiche sono frequentemente al
termine della storia di un materiale roccioso. Infatti, dopo essere state trascinate
in profondità, vanno incontro all’anatessi e
si trasformano in magma. La rifusione rinnova completamente il materiale roccioso,
che potrà tornare a percorrere il ciclo litogenetico successivamente alla formazione
di una roccia magmatica.
Deposizione
LAVA
ROCCE
METAMORFICHE
MAGMA
Fusione
Erosione
ROCCE
DELLA SUPERFICIE
TERRESTRE
ROCCE MAGMATICHE
EFFUSIVE
LAVA
SEDIMENTI
Solidificano in superficie
Orogenesi
e sollevamenti
Diagenesi
ROCCE
SEDIMENTARIE
Metamorfismo
ROCCE MAGMATICHE
INTRUSIVE
Metamorfismo
ROCCE
METAMORFICHE
Solidificano in profondità
Metamorfismo
Intrusione
Fusione
MAGMA
Effusione
Fusione
Risalita
di magma
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