Genesi delle rocce lapidee

Origine
e costituzione
dei terreni
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Genesi delle rocce lapidee
Fenomeno
Ambiente
Rocce prodotte
Eruzioni
superficie
esterna
c Effusive
Lave
d Piroclastiche
Tufi
Solidificazione magma
Ignee
e Intrusive
Esempi
Graniti
Variazioni
termomeccaniche
profondità
crosta
terrestre
f Metamorfiche
Gneiss
Deposizione
aria o acqua
g Sedimentarie
Calcari
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e costituzione
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Meccanismi di formazione dei terreni naturali
I terreni naturali, o rocce sciolte,
discendono da una formazione
incompleta o da trasformazioni
delle rocce lapidee
Processo
Agenti
Prodotti
disgregazione
meccanici (erosione)
fisici (variazione climatiche)
terreni a grana grossa
alterazione
chimici (reazioni con acque acide)
terreni a grana fine
Trasporto
acqua, vento, ghiaccio
terreni sciolti
Sedimentazione
gravità, correnti
⇓
Diagenesi
sovraccarichi litostatici,
precipitazioni saline
terreni addensati
terreni cementati
Formazione
⇓
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Meccanismi di formazione dei terreni naturali
Origine
e costituzione
dei terreni
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Classificazione dei depositi sedimentari
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Alcune definizioni fondamentali
Distinzione schematica
tra rocce e terre:
Origine
Struttura
Legami interparticellari
Rocce
Terre
varia
prevalentemente sedimentaria
continua
monofase
discontinua
multifase
forti, stabili
assenti o deboli, non resistenti
all'acqua
Granuli: particelle solide elementari in cui viene suddivisa una terra
a seguito di prolungato contatto con acqua
Dimensioni e visibilità dei singoli granuli:
←
μscopio elettronico
10-6
10 Å
←⎯⎯⎯
10-5
10-4
→← μscopio ottico →←⎯
10-3
1 μm
0.01
10 μm
Terre(ni) a grana fine
⎯→←⎯
forma meno regolare (appiattita)
0.1
occhio nudo
1
10
Terre(ni) a grana grossa
⎯→
100 mm
10 cm
→
forma più regolare (pseudo-sferica)
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e costituzione
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Terre a grana grossa e Terre a grana fine
Scheletro solido: aggregato particellare costituito dall'insieme dei granuli di una terra
La dimensione delle particelle condiziona la natura delle interazioni meccaniche
solido–solido e solido-fluido
Terre a grana grossa (sabbie)
Terre a grana fine (argille)
Terre
Dimensioni
Materiale
Granuli
Interazione s–s e s-f
grana grossa
10μm ÷ 10 cm
Framm. roccia (> 1mm)
Framm. minerali (< 1mm)
Inerti
Solo meccaniche
(forze di massa)
grana fine
10 Å ÷ 10 μm
Fillosilicati
Attivi
Meccaniche + elettrochimiche
(forze superficiali)
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Influenza delle dimensioni dei grani
Il rapporto forze superficiali/forze di massa è proporzionale
alla superficie specifica Σ (superficie/massa) dei granuli
Per una particella sferica con densità ρ
6
S
4 ⋅ π ⋅ r2
Σ=
=
=
ρ ⋅ V ρ ⋅ 4 ⋅ π ⋅ r3 ρ ⋅ D
3
D
Le forze superficiali (e quindi l’interazione solido – fluido)
sono inversamente proporzionali alle dimensioni delle particelle
Argille
Terreno
Dimensioni
medie
Σ (m2/g)
1 g equivalente a
Sabbie
2 mm
0.0002
unghia
10 ÷ 20
caolinite
0.1 ÷ 4 μm
illite
0.03 ÷ 0.1 μm
65 ÷ 200
appartamento
montmorillonite
10 Å
Fino a 800
edificio
stanza
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Struttura delle Terre a grana grossa
Forze superficiali << Forze di massa
⇓
Interazione meccanica dipendente da:
1. Dimensioni, distribuzione granulometrica e ‘addensamento’ particelle
distribuzione uniforme
distribuzione assortita
• La permeabilità è proporzionale alla dimensione dei vuoti
• Le proprietà meccaniche migliorano col grado di addensamento
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Struttura delle Terre a grana grossa
2. Forma dei grani
subsferica
appiattita
allungata
ψ≈1
1>ψ>0
ψ≈0
(sfericità ψ =
s superficie sfera di pari volume
=
)
S
superficie granulo
3. Mineralogia: importante se i granuli sono di materia fragile
(p.es. terreni piroclastici, micacei, etc.)
Proprietà ‘intrinseche’
Dimensioni
+
Forma
+
Mineralogia
Grandezze di stato
addensamento
(assetto interparticellare)
proprietà-fisico-meccaniche
dello scheletro solido
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Struttura delle Terre a grana fine
Unità elementari
Æ
Combinazioni in reticoli
c Tetraedro SiO4
Æ
Silice
d Ottaedro Al(OH)6
Æ
Gibbsite
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Struttura delle Terre a grana fine
Silice + Gibbsite = Caolinite
deboli
Al(OH)6
forti
SiO4
Reticoli, o pacchetti (spessore ≈ 10 Å) Æ Legami ionici
Granuli = Strati di pacchetti connessi tramite
legami ionici deboli o tipo idrogeno
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Interazione elettro-chimica
Il pacchetto (quindi il granulo) ha un eccesso di
carica negativa superficiale Æ in acqua viene ‘idratato’ dal dipolo H2O
a costituire i ‘complessi di adsorbimento’
granulo
doppio strato
H
H
O
acqua adsorbita
acqua libera
(interstiziale) con
ioni (Na, K, Ca, …)
diffusi
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Interazione elettro-chimica
I complessi granuli + acqua adsorbita si scambiano:
• Azioni repulsive:
decrescenti con la distanza e la concentrazione elettrolitica
• Azioni attrattive (forze di van der Waals):
campo magnetico indotto dal moto degli elettroni,
decrescente con la distanza, indipendente dalla concentrazione
attrazione
repulsione
C2
C1
concentrazione
distanza
C1
C2
+
Azione risultante: con segno dipendente da distanza e concentrazione
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‘Microstruttura’ delle terre a grana fine
‘Flocculazione’ ∝ azioni attrattive ∝ concentrazione salina
Acqua dolce
Struttura dispersa
Æ
Æ
Acqua salmastra
Struttura flocculata
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‘Microstruttura’ delle terre a grana fine
‘Orientamento’ dipendente da attività superficiale
In acqua dolce (argille fluvio-lacustri):
Struttura casuale
(minerali meno attivi)
Æ
Struttura orientata
(minerali più attivi)
In acqua salmastra (argille marine):
Struttura flocculato-dispersa
(minerali più attivi)
Æ
Struttura flocculato-orientata
(minerali meno attivi)
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I granuli delle terre