04 sedimentarie e suolo File

Rocce sedimentarie
• Ci sono diversi processi geologici che portano
alla formazione di rocce sedimentarie, ma tutti
contraddistinti da condizioni di temperature e
pressione tipiche della superficie terrestre
• le rocce sedimentarie sono tipicamente
stratificate:
• le rocce magmatiche sono composte in prevalenza
da silicati, nelle r. sedimentarie assumono
particolare importanza i carbonati
2016-2017
04 GFGeol STAN
1
Stratificazione
delle r. sedimentarie
Monte Matajur ;
Forra del Vinadia (Tolmezzo)
2016-2017
04 GFGeol STAN
2
Classificazione classica
• R. sedimentarie clastiche, formate da granuli che
provengono dallo smantellamento di altre rocce. Ulteriori
classificazioni sulla base delle dimensioni dei granuli
Esempio: arenaria, ghiaia. Processi fisici e chimici
• r. sed. organogene, o bioclastiche formate da
frammenti di gusci di organismi marini. Es: calcari. Processi
biochimici
• r. sed. Chimiche (evaporitiche). Per
precipitazione in bacini chiusi o semichiusi, in condizioni di
sovra saturazione Esempio: Salgemma, gesso. Processi
chimici
NB: schema semplificato..
2016-2017
04 GFGeol STAN
3
Alcuni esempi di
r. sedimentarie
clastiche
Sabbie
Roccia sciolta
(Sedimento)
Arenaria
Roccia litificata
2016-2017
04 GFGeol STAN
4
Ghiaia
e
conglomerato
2016-2017
04 GFGeol STAN
5
Alcuni esempi di r. carbonatiche.
2
1 travertino: r. carbonatica
Precipitazione chimica
2 calcare fossilifero:
r. s. organogena
3 speleotemi (stalagmiti):
r. s. chimica
3
2016-2017
04 GFGeol STAN
6
Schema Bosellini (e di molti
altri testi)
• Rocce clastiche o detritiche o terrigene
• Rocce piroclastiche (comp. mineralogica: da
magmi silicatici, tessitura clastica)
• Rocce organogene (calcari di piattaforma e
pelagici, diatomeiti, radiolariti)
• Rocce chimiche (evaporiti marine (sale e gesso),
travertino, alabastro, concrezioni di grotta)
• Combustibili fossili (carboni, idrocarburi)
2016-2017
04 GFGeol STAN
7
Rocce piroclastiche
Isola di Ventotene
R. clastica: Formazione Marnosoarenacea:
Litologia: marne+arenarie
Emilia Romagna
http://ventotenemamiani.altervista.org/Descrizione_T
ra_Semaforo_e_Punta_Pascone.htmlFDF
2016-2017
04 GFGeol STAN
8
Schema Nichols
2016-2017
04 GFGeol STAN
9
Definizione ampia di roccia carbonatica:
Qualsiasi roccia composta da più del 50%
di CaCO3
2016-2017
04 GFGeol STAN
Ma allora gli speleotemi ?
Rocce carbonatiche
O rocce di precipitazione chimica
10
Abbondanza relativa di tutte le r. sedimentarie:
75% della sup. terrestre. A sua volta questo 75 % è diviso in
?
2
3
1
1 r. clastiche fini; 2 rocce clastiche grossolane,
3 r. carbonatiche (calcari + dolomie)
Evaporiti, selci, altre r. sedimentarie chimiche: quantità molto modeste
2016-2017
04 GFGeol STAN
11
Sedimenti e Rocce sedimentarie clastiche:
Processi sedimentari (..un ciclo dentro il ciclo…)
Suolo
2016-2017
04 GFGeol STAN
12
Ambienti
sedimentari
2016-2017
04 GFGeol STAN
13
Ambienti sedimentari continentali e di
transizione in cui si ha trasporto e
sedimentazione (di sedimenti sciolti)
Ambiente fluviale e pianure alluvionali
Ambiente glaciale e proglaciale
Lagune e stagni
Laghi
Deserti
2016-2017
04 GFGeol STAN
14
+ i carbonati !! Calcite e dolomite
2016-2017
04 GFGeol STAN
15
Formazione di sedimenti per
degradazione meteorica
• Alterazione fisica o • Alterazione chimica
disgregazione
e/o disfacimento o
dissoluzione
• Gelo e disgelo
•
•
•
•
•
(crioclastismo)
azione di sali
(aloclastismo)
termoclastismo
vento
Radici
fulmini
• soluzione
• idrolisi dei silicati
• ossidazione dei solfuri e
dei silicati che
contengono ferro
2016-2017
04 GFGeol STAN
16
I due
processi si integrano tra
loro, non sono mai del tutto separati.
A partire da un affioramento di
roccia NON alterata (degradata)
• L’alterazione fisica o
disgregazione produce
frammenti più piccoli
della stessa
composizione
mineralogica della
roccia originaria
2016-2017
• L’alterazione chimica
produce nuovi
minerali, diversi da
quelli della roccia
originaria oppure li
riduce a ioni o
molecole
04 GFGeol STAN
17
Fattori che condizionano la degradazione
meteorica - 1
• Mineralogia e struttura della roccia madre
• clima (pioggia e temperatura):
• presenza di suolo: feedback positivo: la
formazione del suolo favorisce ulteriormente la
degradazione, determinando la formazione di
nuovo suolo
• tempo
2016-2017
04 GFGeol STAN
18
Fattori che condizionano la degradazione meteorica - 2
• TIPO di ROCCIA: calcare + alterabile di un granito;
argillite + alterabile di un’arenaria; fratturazione e
stratificazione...
• CLIMA: caldo umido -> alterazione chimica freddo
secco -> disgregazione fisica. Forte escursione termica:
termoclastismo. Forte escursione termica sopra e sotto
lo 0 °C: crioclastismo
• SUOLO: si crea un ambiente umido e acido, le radici
facilitano la disgregazione, ma la vegetazione di regola
favorisce la formazione di suolo e rallenta l’erosione
• TEMPO: la degradazione agisce dopo un certo tempo
…….eruzioni vulcaniche, grandi opere stradali
mettono in luce superfici fresche…
2016-2017
04 GFGeol STAN
19
Rapporti alterazione fisica – alterazione chimica
+ degradazione
chimica
2016-2017
04 GFGeol STAN
20
Fratture =
siti preferenziali per l’alterazione chimica
Affioramento di flysch presso Clastra (valli del Natisone)
2016-2017
04 GFGeol STAN
21
Formazione detrito di falda: crioclastismo e termoclastismo
Antartide, deserto, alta montagna
Ma anche in climi temperati, se le rocce
sono molto fratturate, e la corrosione
chimica allarga le fratture. .
”
2016-2017
04 GFGeol STAN
22
Alterazione chimica o
disfacimento. Ci vogliono:
•
•
•
•
Ossigeno
Anidride carbonica
Acqua
Sostanze umiche, vegetazione
2016-2017
04 GFGeol STAN
23
Alcune reazione di alterazione chimica-1 idrolisi
Feldspato (KAlSi3O8)+ CO2+ H2O -->
caolinite (Al2 (OH)4Si2O5) + Silice disciolta +
ione K disciolto + ione +HCO3 bicarbonato
Feldspato: spesso cristalli da 1 2 mm
Caolinite: fillosilicato, minerale argilloso, cristalli piccolissimi, normalmente < µm
2016-2017
04 GFGeol STAN
24
Altre reazioni di alterazione - 2
• Pirosseno ((Mg,Fe) SiO3) + ossigeno -->
ematite (Fe2O3)+ Mg++ + silice disciolta
(ossidazione)
Nel Pirosseno ferro ferroso Fe2+ nell’ematite Ferro ferrico Fe3+
NB nei pirosseni con Ca e Mg altre reazione con formazione di
minerali argilloso
• Calcite (CaCO3) + CO2+ acqua --> ione calcio
+ ione bicarbonato (dissoluzione dei carbonati)
2016-2017
04 GFGeol STAN
25
Alterazione granito e basalto
Feldspati
Pirosseni
Clima temperato
Ossidi di Fe:
lateriti
Clima tropicale
Ossidi di Al:
bauxiti
2016-2017
04 GFGeol STAN
26
Lateriti (Fe) e bauxiti (Al) sono
rocce residuali
ovvero
quel che resta dopo una intensa
alterazione di altre rocce…sia
magmatiche che sedimentarie
(ovvero non solo graniti e basalti)
2016-2017
04 GFGeol STAN
27
Bauxiti: spesso associate a rocce carbonatiche
carsificate, come le “terre rosse”
Le bauxiti sono rocce residuali costituite da una miscela di
idrossidi microcristallini di alluminio (prevalenti) ed ossidi ed
idrossidi di ferro ( in minor misura)
Gli idrossidi principali di alluminio sono presenti come
bohemite γ-AlOOH , gibbsite o idrargillite γ-Al(OH)3 e sostanze
amorfe come l’allumogel Al2O3 · n H2O.
Il Ferro è presente come ossido ferrico anidro Fe2O3 ed idrossido
ferrico FeOOH. In alcune bauxiti il Fe può essere presente anche
come carbonato ferroso FeCO3 (siderite).
Queste rocce possono contenere, in minor misura, quarzo,
fillosilicati (caolinite, clorite),
2016-2017
04 GFGeol STAN
28
Cave di Bauxite
vicino a Rovigno
2016-2017
04 GFGeol STAN
29
Stabilità dei minerali
Minerali
Degradazione
Bassa
Residuali
Quarzo
Degradazione
media
Quarzo
Feldspati
Feldspati
Miche
Miche
Pirosseni
Min.
Argillosi
Degradazione
Alta
Quarzo
Min. argillosi
Degradazione
molto alta
Quarzo
Min.
residuali
(Ossidi e
idrossidi
Al e Fe )
Anfiboli
Oppure sempre degradazione media e
- tempo
+ tempo
Due variabili: CLIMA e TEMPO geologico
2016-2017
04 GFGeol STAN
30
Stabilità dei minerali
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Gesso, Salgemma,
Calcite, dolomite, aragonite, apatite
Olivina, pirosseni
Biotite (mica), Glauconite (anfibolo)
Albite-Anortite (Plagioclasi), Feldspati
Quarzo
Muscovite, Illite (miche)
Caolinite
Gibbsite, ematite, limonite (ossidi e idrossidi Fe
e Al)
10. Zircone, rutilo
2016-2017
Meno stabili: i minerali solubili; più stabili:
o gli inalterabili o i prodotti di alterazione
04 GFGeol STAN
Meno
stabili
Piu’
stabili
31
Riassunto: minerali più frequenti
sbagliato:
Argilla
(termine dimensionale)
Giusto_
Minerali argillosi
(caolinite,
montmorillonite,
Illite..):
2016-2017
04 GFGeol STAN
32
Dopo la degradazione il sedimento che
si è formato può:
• alterarsi sul posto trasformandosi in
suolo
• essere trasportato altrove dall’acqua,
dal vento, da un ghiacciaio (erosione ->
trasporto)
fondamentale LA GRAVITA’ e quindi la
PENDENZA del versante
2016-2017
04 GFGeol STAN
33
Il suolo
• È la pellicola più superficiale della geosfera (qualche
metro)
• Nomenclatura: Ingegneri civili definiscono suolo o terreno
tutto quello che sta sopra la roccia non alterata; i geologi
invece parlano di regolite o mantello detritico, mentre il
suolo s.s. è solamente l’orizzonte più superficiale
• è una RISORSA (vegetazione, agricoltura) da gestire, ma
da non sfruttare
• Se ne occupa la Pedologia..(Scienze Agrarie, Scienze
Forestali, Geologia, Ingegneria)
Il suolo è costituito da sedimento che ha subito
trasformazioni alla superficie terrestre, l’aggiunta di
sostanza organica e PUO’ SOSTENERE
LA VITA
VEGETALE
2016-2017
04 GFGeol STAN
34
INGEGNERIA
GEOLOGIA
Regolite (termine ingegneristico)
Processi chimico fisici di
degradazione meteorica:
disgregazione, alterazione
Dissoluzione...
Regolite
2016-2017
04 GFGeol STAN
Se a questi
processi di degradazione
si aggiungono
processi biologici
SUOLO:
35
Definizione del suolo
• Miscela di particelle minerali alterate, organismi
viventi, sostanza organica in decomposizione,
gas (aria) e soluzioni liquide (acqua)
• Molto orientativamente: Particelle minerali: 45%,
sost. Organica: 5%, vuoti (aria+acqua) 50 %
• Le particelle minerali rappresentano la.
maggioranza relativa, per questo motivo i suoli
sono considerati parte della litosfera
• il suolo è l’interfaccia dove atmosfera,
idrosfera, litosfera e biosfera si incontrano..
2016-2017
04 GFGeol STAN
36
Fattori che influenzano la formazione e la
composizione del suolo
• Geologia: roccia madre
(roccia litificata ma anche
sedimento sciolto ..ghiaie
fluviali, morene glaciali…)
• Topografia: pendenza del
terreno
• Tempo: durata della
formazione del suolo
• CLIMA: temperatura e
precipitazioni
• Biologia: tipo di vegetazione
2016-2017
04 GFGeol STAN
??
??
37
Climi e suoli
Mappa schematica dei climi
http://soils.usda.gov/
04 GFGeol STAN
NB2016-2017
termine: “profilo di alterazione” simile
a regolite o suolo poco sviluppato
38
Equilibrio tra il tasso di
formazione del suolo e
l’asportazione delle particelle
Concetto di paleosuolo,
Spiegato male ?
2016-2017
04 GFGeol STAN
39
Suoli: ben sviluppati soprattutto su terreni
pianeggianti o sub pianeggianti (quasi pianeggianti)
Colluviale/Colluvium/ depositi colluviali
Materiale trasportato da acqua di ruscellamento diffuso, o disceso per gravità, e deposto lungo
un versante o al suo piede. I depositi colluviali sono in genere costituiti da clasti di forma
angolosa e con composizione correlata a quella delle formazioni geologiche affioranti a
monte., ovvero dai detrito di falda e/o dalle argille del suolo…
2016-2017
04 GFGeol STAN
40
2016-2017
04 GFGeol STAN
41
Struttura del suolo: orizzonti suborizzontali, la cui
sequenza verticale è detta profilo del suolo
0 (organico) composto da humus,
(materiale organico parzialmente
decomposto, degradato o rielaborato),
detrito vegetale (lettiera), resti di
animali, funghi..batteri..
A1: humus ulteriormente decomposto
+ particelle minerali (Qz, Felds,
Calcite, miche..di dimensioni
variabili da sabbia ad argilla)
A2 (anche E eluviale) colore + chiaro, sost. organiche. Massima rimozione
degli elementi fini (eluviazione)
Lisciviazione: dissoluzione chimica degli ioni ; Eluviazione:
rimozione fisica delle particelle fini NB il terreno eluviale è quello che
rimane, il residuo. Nei 2 casi: H2O che percola
2016-2017
04 GFGeol STAN
42
Struttura del suolo….II
B (suolo inerte): si accumula
l’argilla per trasporto
gravitativo (illuviazione),
precipitano i sali (ossidi di
Fe, noduli carbonatici) che
erano stati lisciviati dagli
orizzonti superiori; scarsa
sostanza organica
C materiale derivato dal
substrato, roccia madre
alterata (regolite)
2016-2017
04 GFGeol STAN
43
O in sintesi..
Orizzonti A (eluviale): colore scuro,
alterazione in loco, senza
spostamento: ricco di humus
(sostanza organica) e di materiali
insolubili, i minerali solubili sono
stati lisciviati, argille trasportate
verso..
1-2 m
Orizzonte B (colluviale): accumulo
gravitativo di particelle
dall’orizzonte A. + ossidi di ferro
Diminuisce la sostanza organica
Orizzonte C: frammenti di roccia in
posto, roccia in posto alterata +
argille, roccia sana
2016-2017
04 GFGeol STAN
44
I principali regimi pedogenetici: laterizzazione
climi tropicali ad elevata Temp. e
pioggia
Forte lisciviazione nell’orizzonte A
(idrolisi dei silicati)
Accumulo di ossidi insolubili
di Fe ed Al in B (rosso)
2016-2017
• veloce decomposizione di sost.organica.
ed assorbimento dei nutrienti
• estesa vegetazione
• formazione di croste di composti di Al e
Fe > difficoltà nella coltivazione
04 GFGeol STAN
45
Suoli lateritici o
bauxitici (se prevale l’alluminio)
Clima tropicale, substrato: r. femica
(basalto, ma non solo)
Orizzonte A sottile: la degradazione della
sost. organica è talmente veloce che non
si riesce ad evolvere un orizzonte stabile,
ampio e con tanto humus., ma
contemporaneamente la foresta
pluviale fornisce sempre nuovi materiali
vegetali all’orizzonte A,
ma se la foresta viene bruciata e coltivata
i terreni …nel giro di pochissimi anni
diventano improduttivi
2016-2017
04 GFGeol STAN
46
I principali regimi pedogenetici:
carbonatazione e salinizzazione
climi aridi e semiaridi
Evapotraspirazione ≥ precipitazioni
evapotraspirazione > > precipitazioni
drenaggio inadeguato no infiltrazione
(praterie Nord America, savana e steppe
subtropicali)
precipitazione di cloruri e solfati
in superficie
precipitazioni
1a fase
vegetazione inibita
infiltrazione e acidificazione
dissoluzione dei carbonati
CaCO3 + H2O +CO2 > Ca (HCO3)2
2a fase
risalita di fluidi per capillarità
formazione di crostoni carbonatici
(diminuzione CO2 o aumento pH e T)
2016-2017
04 GFGeol STAN
47
Suoli carbonatici
Orizzonte A sottile,
orizzonte B Crostoni carbonatici o caliche
Substrato: prevalgono r. sedimentarie
carbonatiche
Caliche
all’interno
delle arenarie
della Val
Gardena (
400 Ma)
2016-2017
04 GFGeol STAN
48
I principali regimi pedogenetici: podzolizzazione*
regione fredde e umide
delle alte latitudini
zone montuose di Alpi ed Appenini
foreste di conifere > vegetazione
acidificante a lenta decomposizione
*dal russo podzol = simile a cenere
PROFILO TIPICO
Orizz. A accumulo di sost.organica. poco
umificata
Orizz. E (A2) colore chiaro, cinereo, forte
eluviazione di argille e Fe, tessitura sabbiosasiltosa
Orizz. B arancione scuro deposito di idrossidi
di Al e Fe
accumuli di sostanza organica
Nuova Zelanda
ff
49
2016-2017
04 GFGeol STAN
I principali regimi pedogenetici: gleizzazione*
climi freddi
zone pianeggianti o depresse
ristagno d’acqua
presenza della falda acquifera
Fe3+ > Fe2+
no migrazione
Fe2+ associato a composti poco
solubili, alle argille, carbonato
ferroso, idrossido ferroso e pirite
orizzonti grigio, grigio-blu,
grigio-verdastri (gley
*dal polacco glej=terreno fangoso
2016-2017
04 GFGeol STAN
50
Suoli: enorme varietà, ancora un
esempio
Pedalfer: Pedon: in greco suolo
Al e Fe
Clima temperato umido, (USA
orientale, Canada, Europa)
Roccia madre: magmatica alcalina
Quindi un altra combinazione di clima
e roccia madre diversi
2016-2017
04 GFGeol STAN
51
2016-2017
04 GFGeol STAN
52
Proprietà fisiche di un
suolo: il colore
• Riflette le caratteristiche composizionali
originarie
• Dipende dall’umidità.
• Dipende dalla sostanza organica: +
sostanza organica > suoli marroni o neri.
• Dipende dallo stato di ossidazione: se
rosso > terreni ricchi in Fe ossidato, buon
drenaggio
giallo > ossidazione e drenaggio medi
grigio-verde > terreni ridotti e drenaggio
scarso
Blu azzurro: terreni pieni d’acqua
175 gradazioni di colore
I principali: nero, marrone, rosso, giallo,
grigio e bianco
2016-2017
04 GFGeol STAN
53
Dimensioni e
percentuali dei granuli
minerali
Diagramma triangolare
diverso da quelli usati
In sedimentologia
Tanta sabbia («scheletro») terreno facile da lavorare, da arare, ma
trattiene poco l’umiditàTanta argilla: terreno difficile da lavorare, ma capacità di scambio ionico,
e buona capacità di trattenimento dell’acqua
2016-2017
04 GFGeol STAN
54
Come campionare un suolo in un campo…
2016-2017
04 GFGeol STAN
55
2016-2017
04 GFGeol STAN
56
Classificazione dei suoli
1) classificazione di tipo climatico (passato) + differenze composizionali
PEDALFER = climi umidi, suoli acidi, lisciviazione attiva in A, accumulo di argille ed
ossidi di Fe ed Al in B PEDOCAL = suoli alcalini, clima secco, accumulo di
carbonati
2) classificazioni nazionali (es. Francia, Canada, Russia, UK, Australia) (più moderne):
clima, tessitura, roccia madre, grado di maturità, estensione → uso del suolo
•
Soil Taxonomy (1975) del Dipartimento dell’Agricoltura degli USA (USDA):
classificazione gerarchica e filogenetica
3) Classificazione FAO Unesco (1968)
In its present state, the WRB (IUSS Working Group WRB, 2006) is, by history
and practical purposes, mixing information about soil genesis (e.g.
podzolization – Podzol, gleysation – Gleysol), texture (e.g. Arenosol, skeletic,
arenic, siltic, and clayic subunits), parent materials (e.g. Anthrosols, Fluvisols,
calcaric, and gypsiric subunits) and others
IN SINTESI: un po’ di confusione….
2016-2017
04 GFGeol STAN
57
Classificazione suoli
FAO (Food Agriculture Organization)
2016-2017
04 GFGeol STAN
58
Classificazione dei suoli
(Soil Taxonomy, USDA)
12 ordini
Ordini distinti in base a
orizzonti diagnostici: epipedon
(A o O/A) e orizzonte
subsuperficiale (B)
sottordine
grande-gruppo
Gruppo
(250)
grado
di
sottogruppo similarità
famiglia
serie
190.000 !!!!
+
Un po’ troppi….!
2016-2017
04 GFGeol STAN
59
Paleosuoli:
suoli sepolti
Suolo
In corrispondenza del coltellino, si vede
uno strato di pomici bianche da caduta
(eruzione del Vesuvio detta di Avellino),
con alla base un paleosuolo (Ischia)
Livello di
piroclastiti
Paleosuolo
NB non solamente su rocce effusive !!!
2016-2017
04 GFGeol STAN
60
Paleosuolo lungo il F. Natisone a Remanzacco (UD)
Il paleosuolo rappresenta un periodo (102-103 anni) di equilibrio:
no erosione, no sedimentazione
2016-2017
04 GFGeol STAN
61