2 mm

Il processo sedimentario
Il processo sedimentario comprende la formazione di
rocce in ambienti caratterizzati da temperatura e
pressione vicine alla superficie del pianeta.
I sedimenti si formano generalmente per:
1) Degradazione, Trasporto e successiva Deposizione
di rocce pre-esistenti (magmatiche, metamorfiche o
sedimentarie);
2) Accumulo di materiale organogeno (scheletri);
3) Accumulo di materiale in seguito a precipitazione
chimica senza intervento di organismi.
I sedimenti possono quindi consistere di frammenti di
roccia, minerali o di altre particelle di dimensioni tra
loro molto diverse, compresi resti di animali o di
piante (Rocce clastiche).
Sono sedimenti anche quelli che si formano tramite
processi chimici o biochimici (Rocce di origine
chimica).
ABBONDANZE RELATIVE DELLE ROCCE
SULLA SUPERFICIE TERRESTRE
- La superficie terrestre è ricoperta per
circa il 66% da rocce sedimentarie. La
restante parte (~34%) è costituita da rocce
ignee (la grande maggioranza) e rocce
metamorfiche.
- La crosta è lo strato più esterno della Terra (al
di sopra della discontinuità di Mohorovicic).
- La crosta rappresenta <1 % del volume della Terra.
Tuttavia questa è l’unica parte della terra che è
direttamente esposta per lo studio petrografico.
Quattro sono le fasi fondamentali che possono
portare alla formazione dei sedimenti di
origine clastica:
ALTERAZIONE
EROSIONE
TRASPORTO
DEPOSIZIONE
I
sedimenti
sono trasformati in rocce
tramite un processo detto
DIAGENESI
coerenti
Uno dei possibili schemi di classificazione
delle rocce sedimentarie si basa sulla
suddivisione in tre grandi categorie in
funzione del tipo di materiale di cui esse sono
composte:
materiali di origine
Terrigena
Chimica
(materiale silico-clastico composto
da frammenti di minerali o rocce non
carbonatiche cementati insieme)
(materiale formato in parte o
interamente in seguito a precipitazione
chimica organica o inorganica)
Chimico-Clastica
(rocce carbonatiche e silicee composte da clasti di
derivazione chimica)
Le rocce sedimentarie possono essere
descritte essenzialmente sulla presenza o
meno di tre componenti:
C. TERRIGENI: materiale derivato da erosione di materiale al
di fuori del bacino di sedimentazione e trasportati nel bacino
come solidi;
C. ALLOCHIMICI: sostanze precipitate da soluzioni chimiche
all’interno del bacino di deposizione ma che mostrano
evidenze di trasporto nello stesso bacino di formazione;
queste hanno un maggiore grado di organizzazione rispetto a
semplici precipitati (es. frammenti di conchiglie, ooliti, etc.);
C. ORTOCHIMICI: sostanze chimiche precipitate da una
soluzione. Sono caratterizzate da assenza di trasporto.
C. TERRIGENI
ad esempio tutti i
minerali di rocce
sedimentarie,
metamorfiche e
magmatiche che
subiscono trasporto
I gusci degli
organismi subiscono
un processo
di deposizione e al
tempo stesso di
precipitazione
chimica
Queste rocce hanno
cemento carbonatico
formato da cristalli di
calcite oppure una
matrice carbonatica
(micrite) formata da
microcristalli di
calcite (<4 µm) Post-diagenesi
C. ORTOCHIMICO
C. ALLOCHIMICI:
ad esempio il calcare
Pre-diagenesi
OOIDI: granuli di forma sferica che si sviluppano per precipitazione di carbonati
attorno ad un nucleo che può essere un altro allochimico, un bioclasto o un granulo di
quarzo o feldspato. La precipitazione avviene a causa del moto ondoso che prende in
carico del sedimento nelle spiagge e, trasportandolo, causa un’istantanea diminuzione
della CO2 disciolta in acqua perciò la solubilità della CaCO3 diminuisce e viene deposta
calcite sopra il granulo. Il loro andamento concentrico è dovuto a ripetuti cicli di
deposizione di sottili lamine carbonatiche e le loro dimensioni sono limitate a 2 mm
perchè superata questa dimensione il moto ondoso non riesce più a prenderli in carico.
CO2+H2O  H2CO3
C. ORTOCHIMICI: esempio carbonato di calcio (CaCO3),
salgemma o halite (NaCl), gesso (CaSO4*2H2O...cosa vuol
dire * ???) , anidrite (CaSO4)
CAMPO P-T di formazione delle
rocce sedimentarie
ALTERAZIONE
Si attua tramite la DISGREGAZIONE DELLE ROCCE
preesistenti che avviene con due modalità:
DISAGGREGAZIONE MECCANICA in frammenti più
minuti. Le cause di questa frammentazione sono
essenzialmente di tipo fisico.
ATTACCO CHIMICO di alcuni minerali come
conseguenza di reazioni chimiche e biochimiche.
ALTERAZIONE: DISAGGREGAZIONE MECCANICA
AZIONE ACQUA-GHIACCIO
Crioclastismo
(Volume H2O vs.
Volume Magma)
ALTERAZIONE: ATTACCO CHIMICO
Le reazioni che avvengono sono di:
1) Dissoluzione CaCO3Ca2+ + (CO3)2Formazione di soluzioni (acqua che incorpora ioni
dei minerali preesistenti).
Il tipico esempio è il processo conosciuto come
CARSISMO (dissoluzione del carbonato di calcio da
parte di acque aggressive):
CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2
Carbonato di
calcio
Bicarbonato di
calcio
CO2+H2O
ALTERAZIONE: ATTACCO CHIMICO
Le reazioni che avvengono sono di:
2) Idratazione
Processo legato alla presenza
di forze d’attrazione tra i
dipoli delle molecole d’acqua e
le cariche elettriche non
neutralizzate presenti sulla
superficie dei granuli.
Processo molto comune nei
fillosilicati (es. minerali
argillosi).
CaSO4 + H2O = CaSO4*2H2O
Anidrite
Gesso
ALTERAZIONE: ATTACCO CHIMICO
Le reazioni che avvengono sono di:
3) Idrolisi
Decomposizione che
subiscono i sali formati
da un acido debole o da
una base debole.
Il processo di
argillificazione dei
feldspati rientra in
questo schema di
erosione chimica.
La lisciviazione può
essere totale o
parziale.
Le trasformazioni dei minerali preesistenti in
ambiente sedimentario generano spesso nuovi
minerali, definiti minerali di NEOFORMAZIONE.
I più comuni di questi minerali appartengono alla
famiglia dei MINERALI ARGILLOSI.
Allumo-silicati idrati con vari cationi (K, Ca, Mg, etc.).
Fillosilicati (struttura a piani, come le miche).
Se riscaldati perdono acqua.
Estremamente utili (componenti base dei cementi e
delle ceramiche).
Causa di instabilità dei versanti.
Minerali di neoformazione
a partire da un ortoclasio
I minerali argillosi più importanti:
Sericite: Assimilabile a muscovite a grana fine. SiO2 ~45%; Al2O3
~38%; K2O ~12%. [KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2]
Illite: Prodotto con meno K2O della muscovite ma più del caolino. SiO2
~45%; Al2O3 ~37%; K2O ~7%
[(K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)]
Caolinite: Prodotto di intensa alterazione con rimozione di K. SiO2
~45%; Al2O3 ~37%; K2O ~1% [Al2Si2O5(OH)4]
Gibbsite: Prodotto di alterazione molto prolungata in clima umido
tropicale (vengono lisciviati tutti i cationi tranne l’Al). In pratica
della formula originaria del feldspato alcalino resta solo Al [Al(OH)3].
Minerale ipotetico di partenza (K-Feldspato):
SiO2 = ~65%
Al2O3 = ~18%
K2O = ~17%
EROSIONE
Il fenomeno dell ’ erosione è
essenzialmente di tipo esogeno e
prevede l’asportazione parziale o
totale di un materiale preesistente, sia litoide che sciolto
(roccia o sedimento).
Tipicamente l’erosione è contemporanea o successiva
all’alterazione meccanica e chimica.
I principali agenti erosivi sono l’acqua,
il ghiaccio ed il vento.
Fenomeni tipici sono l’erosione
che avviene nei fondali marini e
lungo le pareti dell’alveo dei
fiumi.
Trasporto meccanico
Avviene in presenza di un mezzo fluido.
Il mezzo fluido può essere a bassa viscosità:
aria o acqua (dune, conoidi alluvionali)
oppure ad elevata viscosità:
Ghiaccio (morene)
Trasporto: Arrotondamento dei clasti
Distanza di trasporto
breve
moderato
Angolare (poco arrotondato) intermedio
lungo
arrotondato
Trasporto: Classazione
Processo di selezione dei granuli in funzione della loro dimensione, forma
e peso specifico ad opera degli agenti di trasporto e dei meccanismi di
sedimentazione.
scarsa
moderata
buona
Clasti di quarzo ben arrotondati e
ben classati in una arenaria.
La classazione deriva dal numero di classi
granulometriche compreso all’interno di un
certo intervallo (es. tra 125 e 250 mm).
Quando sono rappresentate poche classi il
sedimento si dice ben classato.
DEPOSIZIONE: Sedimentazione
Il trasporto termina quando il sedimento si deposita in un
bacino sedimentario
(lago, delta, ansa di un fiume).
L’accumulo di materiale sedimentario può avvenire dopo
un trasporto più o meno lungo o nello stesso punto in cui è
iniziata la disgregazione delle rocce.
Tipologia e Nomenclatura dei Sedimenti e
delle Rocce Sedimentarie
Il fattore chiave fa riferimento alla derivazione dei
materiali che costituiscono i sedimenti:
DERIVAZIONE
CLASTICA
Frammenti di minerali,
rocce o organismi
Es. Argille,
areniti,
ruditi, tufi,
carbonati
DERIVAZIONE
NON CLASTICA
Materiale
ortochimico
Es. Evaporiti,
depositi
silicei,
carbonati
Materiale
allochimico
Es.
carboni,
selce,
carbonati
MATERIALI DI ORIGINE CHIMICA
O BIOCHIMICA FORMATISI IN SITU
AUTOCTONI
origine solo chimica
ORTOCHIMICI
origine chimicobiologica
BIOGENI (allochimici)
MATERIALI TRASPORTATI
MECCANICAMENTE
ALLOCTONI
Da forze endogene
PIROCLASTITI
Materiali vulcanici
depositati
Tutte le rocce
sedimentarie che
subiscono trasporto
Da forze esogene
EPICLASTITI
Materiali vulcanici
depositati e rimaneggiati
Questi sono solo
2 esempi
M. Autoctoni
Ortochimici???
M. Alloctoni
Sedimenari
M. Allochimici???
M. Ortochimici???
M. Autoctoni
Biogeni
M. Alloctoni
Sedimentari
ROCCE TERRIGENE
Per rocce terrigene si intende un particolare gruppo
delle rocce clastiche, ossia le rocce silico-clastiche.
In pratica non si prende in considerazione le rocce
clastiche formate da predominante componente
carbonatica.
Le rocce terrigene sono frammenti di minerali
silicatici o di rocce ignee e metamorfiche (e rocce
sedimentarie non carbonatiche) pre-esistenti.
Questo tipo di rocce può essere composta da tre
elementi fondamentali:
Lo scheletro = La porzione a grana più grossa,
comprendente i clasti;
La matrice = La porzione a grana più fine,
generalmente della stessa composizione dello
scheletro;
Il cemento = Il collante che tiene uniti i vari
elementi e che rende litoide la roccia.
NOME
NOME dei
NOME dei
delle
ROCCE
SEDIMENTI
GRANI
Blocchi
RUDITI
(Psefiti)
ARENITI
(Psammiti)
LUTITI
(Peliti)
GHIAIE
SABBIE
FANGHI
CLASSI
DIMENSIONALI
in mm
256 - 4096
Ciottoli
di varia grandezza
2 - 256
Sabbia
di varia grandezza
2 - 1/16 (0,0625)
Silt
di varia grandezza
1/16 (0,0625) 1/256 (0,0039)
Argilla
< 1/256 (< 0,0039)
NOME
NOME dei
NOME dei
delle ROCCE
SEDIMENTI
GRANI
RUDITI
(Psefiti)
ARENITI
(Psammiti)
LUTITI
(Peliti)
Blocchi
Le areniti silicoclastiche (ossia
GHIAIE
Ciottoli
di varia grandezza
quelle composte
da
frammenti Sabbia
di
SABBIE
grandezza
minerali die varia
rocce
Silt
NON carbonatici)
di varia grandezza
FANGHI
vengono definite
ARENARIE
Argilla
CLASSI
DIMENSIONALI
in mm
256 - 4096
2 - 256
2 - 1/16 (0,0625)
1/16 (0,0625) 1/256 (0,0039)
< 1/256
(< 0,0039)
Le Ruditi si dividono in
Breccia e Conglomerato
Vecchia definizione di rudite
con clasti arrotondati: puddinga
I clasti (lo scheletro) di questa I clasti (lo scheletro) di questa
rudite sono angolari e spigolosi. rudite sono arrotondati e
smussati. Si tratta quindi di un
Si tratta quindi di una
Conglomerato.
Breccia.
Ghiaia (Conglomerato)
G
Gf Ghiaia fangosa (Conglomerato fangoso)
Gfs Ghiaia sabbioso-fangosa (Conglomerato s.-f.)
Gs Ghiaia sabbiosa (Conglomerato sabbioso)
G
Fg Fango ghiaioso (Argillite sabbiosa)
Sgm Sabbia ghiaioso-fangosa (Arenaria g.-f.)
80%
Sg Sabbia ghiaiosa (Arenaria ghiaiosa)
F(g) Fango leggermente ghiaioso (Argillite legg. g.)
Fs(g) Fango sabbioso legg. g. (Argillite sabb. legg. g.)
Gf
Gfs Gs
Sf(g) Sabbia fangosa legg. g. (Arenaria f. l. g.)
S(g) Sabbia legg. ghiaiosa (Arenaria legg. ghiaiosa)
F
Fango (Argillite)
Fango sabbioso (Argillite sabbiosa)
Fg
Sgm
Sg Fs
Sf Sabbia fangosa (Arenaria fangosa)
S Sabbia (Arenaria)
Fs(g)
Sf(g)
S(g)
Fs
Sf
S
1:1
9:1 Sabbia
Rapporto
(2-0.0625 mm)
Sabbia:Fango
Ghiaia
(>2 mm)
30%
5%
F(g)
0,01%
F
Fanghi 1:9
(silt + argilla)
(< 0.0625 mm)
Classificazione delle rocce clastiche di Folk
(The distinction between grain size and mineral composition in sedimentary-rock
nomenclature J. Geol., 62, 345-351, 1954)
Ghiaia
(>2 mm)
G
Ghiaia
G
Gf
Fg
F(g)
Fs(g)
F
Fs
Fanghi 1:9
(silt + argilla)
(< 0.0625 mm)
Gfs
Gs
Sgm
Sf(g)
Sf
1:1
Rapporto
Sabbia:Fango
Sg
S(g)
S
Sabbia
9:1
(2-0.0625 mm)
G Rudite
Gs Ghiaia sabbiosa
Ghiaia
(>2 mm)
G
Gf
Fg
F(g)
Fs(g)
F
Fs
Fanghi 1:9
(silt + argilla)
(< 0.0625 mm)
Gfs
Gs
Sgm
Sf(g)
Sf
1:1
Rapporto
Sabbia:Fango
Gs Rudite sabbiosa
Sg
S(g)
S
Sabbia
9:1
(2-0.0625 mm)
Gf
Ghiaia fangosa
Ghiaia
(>2 mm)
G
Gf
Gfs
Gs
Gf Rudite fangosa
Fg
F(g)
Fs(g)
F
Fs
Fanghi 1:9
(silt + argilla)
(< 0.0625 mm)
Sgm
Sf(g)
Sf
1:1
Rapporto
Sabbia:Fango
Sg
S(g)
S
Sabbia
9:1
(2-0.0625 mm)
Fg Fango ghiaioso
Ghiaia
(>2 mm)
G
Gf
Fg
F(g)
Fs(g)
F
Fs
Fanghi 1:9
(silt + argilla)
(< 0.0625 mm)
Gfs
Gs
Sgm
Sf(g)
Sf
1:1
Rapporto
Sabbia:Fango
Sg
S(g)
S
Sabbia
9:1
(2-0.0625 mm)
S Sabbia
Ghiaia
(>2 mm)
G
Gf
Gfs
Gs
S Arenaria
Fg
F(g)
Fs(g)
F
Fs
Fanghi 1:9
(silt + argilla)
(< 0.0625 mm)
Sgm
Sf(g)
Sf
1:1
Rapporto
Sabbia:Fango
Sg
S(g)
S
Sabbia
9:1
(2-0.0625 mm)
F Fango
Ghiaia
(>2 mm)
G
Gf
Fg
F(g)
Fs(g)
F
Fs
Fanghi 1:9
(silt + argilla)
(< 0.0625 mm)
Gfs
Gs
Sgm
Sf(g)
Sf
1:1
Rapporto
Sabbia:Fango
Sg
S(g)
S
Sabbia
9:1
(2-0.0625 mm)
F Argillite
ROCCE
CARBONATICHE
Diminuzione della dimensione dei componenti
Nomenclatura delle rocce carbonatiche basata sulla
GRANULOMETRIA
CALCIRUDITI o DOLORUDITI a seconda
che il minerale prevalente sia costituito da calcite
(CaCO3) o da dolomite [CaMg(CO3)2] (>2 mm)
CALCARENITI o DOLOARENITI a
seconda che il minerale prevalente sia costituito da
calcite o da dolomite (0,062-2 mm)
CALCILUTITI o DOLOLUTITI a seconda
che il minerale prevalente sia costituito da calcite o
da dolomite (<0,062 mm)
PARAMETRI DISTINTIVI
ROCCE
CARBONATICHE
CRITERIO MINERALOGICO
CALCITE
O
DOLOMITE
Presenza di
IMPUREZZE
(materiali terrigeni)
Calcare (termine generico)
o
Dolomia (termine generico)
Vari nomi
(genericamente MARNE)
Nomenclatura delle rocce carbonatiche basata sul
CHIMISMO
Diagramma
triangolare
CALCITEDOLOMITEIMPUREZZE
Permette la
classificazione delle
rocce carbonatiche.
Per impurezze si
intende tutti i
materiali non
carbonatici.
Nel gruppo delle rocce carbonatiche esistono
rocce formate in seguito a precipitazione chimica
da acque fluviali o vadose. Si parla in questo caso
di:
SPELEOTEMI
Le tipiche manifestazioni di questo tipo si rinvengono
nelle regioni CARSICHE cioè in aree caratterizzate
dalla presenza di formazioni carbonatiche interessate
da un intreccio di fiumi e grotte sotterranee e da una
morfologia superficiale alquanto accidentata. Dal
punto di vista idrogeologico e geomorfologico, nei
sistemi carsici sono presenti tre componenti
principali:
Sistemi di grotte anche profonde
-
Acquiferi sotterranei
Depressioni a pianta sub-circolare (Doline).
Principio di Le Chatelier e
Costante di Equilibrio
Travertini
(rocce
ortochimiche)
Porosità
Dopo aver parlato delle tre fasi principali
relative alla formazione dei sedimenti
(ALTERAZIONE, EROSIONE, TRASPORTO E
DEPOSIZIONE) iniziamo ora a parlare del
processo che porta alla trasformazione dei
sedimenti sciolti in rocce coerenti:
La DIAGENESI
I processi più comuni della fase diagenetica
possono essere distinti in 4 fasi:
COMPATTAZIONE (riduzione degli spazi vuoti nei sedimenti
sotto un carico litostatico);
DISSOLUZIONE (dei minerali più instabili);
CEMENTAZIONE (riempimento dei pori tramite precipitazione di
minerali, soprattutto calcite);
RICRISTALLIZZAZIONE (alterazione dei minerali originali in
nuovi minerali, stabili nelle nuove condizioni, attraverso reazioni
complesse).
COMPATTAZIONE
Il passaggio dall’impacchettamento di tipo (A) a quello (B) produce
una sensibile riduzione della porosità. C) un cristallo laminare di mica
si piega sotto il carico di altri grani molto più rigidi. D) fratturazione
di ooidi presenti nei sedimenti carbonatici.
LA DIAGENESI
DISSOLUZIONE
Evoluzione dei contatti tra i grani di un sedimento soggetto a
processi diagenetici essolutivi.
A) contatti puntuali;
B) contatti sub-planari;
C) contatti concavo-convessi;
D) contatti suturati.
CEMENTAZIONE
Consiste nella formazione di un materiale,
denominato cemento, che si interpone tra
i grani di differente grandezza con
funzione di legante.
La formazione del cemento avviene in
seguito alla precipitazione chimica di
minerali a spese degli ioni disciolti nelle
acque interstiziali.
Roccia
clastosostenuta
Matrice o
Cemento?
Roccia
matricesostenuta
Matrice o
Cemento?
La composizione del cemento varia in funzione
della tipologia degli ioni disciolti nelle acque
circolanti.
I tipi più comuni sono silicei, rappresentati da
quarzo, calcedonio e opale, oppure carbonatici se
costituiti da calcite più o meno ricca di ferro o da
ankerite [Ca(Mg,Fe2+,Mn)(CO3)2] o da siderite
(FeCO3), oppure ferrico-ferrosi (es. pirite o
marcassite – FeS2; goethite FeO.OH; o ematite
Fe2O3) o, infine, fillosilicatici (clorite, caolinite,
illite o smectiti).
RICRISTALLIZZAZIONE DIAGENETICA
Indica la modificazione della mineralogia e
della microstruttura della roccia che
avviene, in condizioni di seppellimento, ad
opera dei fluidi che circolano al suo interno.
I risultati della cristallizzazione diagenetica
sono molto evidenti nei clasti carbonatici
dove si verificano due tipi di modificazioni:
Neomorfismi e Sostituzioni.
NEOMORFISMI = trasformazioni isochimiche
(es. aragonite  calcite);
SOSTITUZIONI = il carbonato (calcite e/o
aragonite) è sostituito da silice. Il fenomeno si
verifica perché il comportamento geochimico della
silice e del carbonato sono molto diversi: la
dissoluzione di uno può, pertanto, implicare la
precipitazione dell’altra.
Abbondanze delle rocce sedimentarie
11% Arenarie e
ruditi
14% Calcari e
dolomie
75% Argille varie