MINERALI
Definizione e struttura generale
Un minerale è un composto chimico solido di natura ionica, caratterizzato da una composizione
chimica ben definita e da una disposizione ordinata degli atomi costituenti, detta struttura
cristallina: essa si crea per bilanciare le cariche degli anioni e dei cationi.
La struttura regolare visibile dei minerali, costituita dalla ripetizione della struttura cristallina, è
detta invece abito cristallino o cristallo: gli abiti cristallini sono divisi in 32 differenti classi,
caratterizzate da una o più forme cristalline semplici: esse possono combinarsi fra loro creando
numerosi tipi di forme cristalline composte. Uno stesso minerale può presentarsi con abiti
cristallini caratterizzati da forme diverse.
Proprietà fisiche
Durezza: resistenza ad abrasione e scalfittura, dipende dalla forza dei legami reticolari, si misura in
base alla scala di Mohs (costituita da una successione di dieci minerali, ognuno dei quali viene
scalfito dal successivo e scalfisce il precedente).
Sfaldatura: tendenza di un minerale a rompersi per urto secondo superfici piane parallele ad una o
più facce dell'abito cristallino.
Lucentezza: grado in cui la luce viene riflessa dalle facce di un cristallo, può essere metallica
(corpi opachi) o non metallica (corpi trasparenti).
Colore: esistono minerali idiocromatici (che presentano cioè sempre lo stesso colore) e
allocromatici (il cui colore dipende dalle impurità chimiche incluse nel reticolo o da suoi “difetti”).
Densità: rapporto fra massa e volume.
Classificazione
1. Elementi nativi
2. Solfuri (caratterizzati da ioni S2-)
3. Ossidi e idrossidi (caratterizzati da ioni O2-,OH-)
4. Alogeni (caratterizzati da ioni Cl-,F-, Br-, I-)
5. Carbonati (caratterizzati da ioni CO2-3)
6. Solfati (caratterizzati da ioni SO2-4)
7. Fosfati (caratterizzati da ioni PO3-4)
8. Silicati (caratterizzati da ioni SiO4-4)
Il gruppo più diffuso è quello dei silicati: essi sono composti essenzialmente da ossigeno e silicio,
ne esistono circa 500 tipi e costituiscono l'80% dei materiali della crosta terrestre.
Ogni ione silicio attrae a sé 4 ioni ossigeno: ne risulta il gruppo silicato, la cui forma
tridimensionale è un tetraedro. Tali tetraedri si legano fra loro attraverso un processo detto
polimerizzazione.
I silicati, in base alla loro struttura, si dividono a loro volta in sottoclassi:
1. Nesosilicati: costituiti da tetraedri indipendenti (es. olivina)
2. Sorosilicati: costituiti da due tetraedri, legati tramite un “ossigeno-ponte”
3. Ciclosilicati: costituiti da anelli formati da tre, quattro o sei tetraedri (l'ultima
configurazione è la più comune ed è quella del berillo).
4. Inosilicati: sono pirosseni (costituiti da una catena singola di tetraedri) o anfiboli (catena
doppia)
5. Fillosilicati: i tetraedri costituiscono dei piani esagonali sovrapposti, come delle sottili
lamine (es. talco, lepidite, muscovite, granato)
6. Tettosilicati: i tetraedri costituiscono un'intelaiatura tridimensionale molto resistente (es.
amazzonite).
Processi di formazione
Cristallizzazione per raffreddamento di materiale fuso; precipitazione da soluzione acquose calde in
via di raffreddamento; sublimazione di vapori caldi; evaporazione di soluzione acquose
(specialmente acque marine), attività biologiche (costruzioni di gusci e apparati scheletrici),
trasformazione di minerali già esistenti allo stato solido per variazioni di temperature e/o pressione.
ROCCE
Una roccia è un aggregato naturale di minerali diversi, compatto e con una massa individuabile e
distinguibile da altre masse analoghe.
Le rocce si originano da tre tipi di processi litogenetici.
Il processo magmatico, costituito dalla solidificazione di materiale fuso denominato
magma. Tale magma risale dagli strati più inferiori dell'interno della Terra a strati via via
superiori, caratterizzati da temperature minori: tale diminuzione della temperatura comporta
la progressiva solidificazione del magma.
◦ Esistono vari tipi di magma, suddivisibili in base alla loro composizione chimica e, in
particolare, sulla percentuale di silice (SiO2) contenuta:
▪ Magmi basici (o primari): quantità bassa di silice contenuta (inferiore al 52%),
relativamente ricchi di ferro e magnesio. Si formano a livello del mantello superiore
e sono composti principalmente di inosilicati e sorosilicati. Hanno una maggiore
fluidità (quindi sono più effusivi) e danno origine a rocce di densità di circa 3g/cm 3
(chiamate rocce femiche). Fonde tra i 1000° e i 1200° circa.
▪ Magmi acidi (o secondari): il silice supera il 65%, tali magmi sono ricchi di silicio
e alluminio. Si formano nella crosta terrestre e sono composti principalmente da
tettosilicati, fillosilicati e allumino-silicati. Hanno una minore fluidità (sono perlopiù
intrusivi) e danno origine a rocce di densità di circa 2,7g/cm 3 (chiamate rocche
sialiche). Fonde tra i 600° e i 700° circa.
▪ Esistono poi magmi neutri (con caratteristiche intermedie fra quelli acidi e quelli
basici) e magmi ultrabasici (ancora più poveri di silice, costituiscono rocce molto
dense e formate essenzialmente da silicati combinati a ferro e magnesio).
◦ A seconda della diversa modalità di solidificazione, le rocce magmatiche (o ignee) si
dividono in:
▪ Rocce effusive (o vulcaniche): il magma risale fino in superficie (e una volta lì,
prende il nome di lava) e si raffredda velocemente, passando da temperature di
1000° e pressioni di diverse migliaia di atmosfere a quelle ordinarie della superficie
terrestre. Vi sono perciò pochissimi fenocristalli (cristalli costitutivi della struttura
delle rocce) visibili ad occhio nudo, o sono tutti minuscoli e visibili solo al
microscopio, o la roccia è addirittura costituita in parte da una massa omogenea
vetrosa (e quindi amorfa, ossia priva di struttura cristallina).
▪ Rocce intrusive (o plutoniche): il raffreddamento avviene all'interno della crosta
terrestre e quindi in tempi molto lunghi. La roccia è quindi formata da fenocristalli di
grandi dimensioni, visibili generalmente a occhio nudo. Tali rocce vengono alla luce
mediante i corrugamenti della crosta terrestre e l'erosione superficiale. I corpi
plutonici più grandi sono detti batoliti (es. il Monte Rosa).
◦ A seconda della loro composizione chimica (e quindi, essenzialmente, dal tipo di
magma da cui si originano) le rocce si dividono in:
▪ famiglia dei graniti, che derivano dai magmi acidi e sono perciò ricche di quarzo (il
minerale che si forma dalla cristallizzazione della silice libera)
▪ famiglia delle doriti, che derivano dai magmi neutri, costituite da una miscela
equilibrata di composti sialici e femici
▪ famiglia dei gabbri, che derivano dai magmi basici, quali i basalti (costituenti
essenziali della crosta oceanica)
▪ famiglia dei peridotiti, che derìivano dai magmi ultrabasici, che costituiscono
essenzialmente la parte superiore del mantello
▪ famiglia delle rocce “alcaline”, costituiti da particolari magmi ricchi di sodio e
potassio.
Il processo sedimentario, costituito da degenerazione fisico-chimica, trasporto,
deposizione, compattazione e cementazione (che insieme costituiscono la fase di diagenesi)
di altre rocce. Tale processo, che ha luogo sulla superficie terrestre o a modeste profondità,
avviene a basse temperature (tra i 0° e i 150°) e a bassa pressione. Le rocce sedimentarie
sono solitamente stratificate e possono contenere fossili.
Il processo metamorfico è costituito da trasformazione di rocce preesistenti che sono state
trasportate (spesso per trasformazioni geologiche ed urti fra le placche litosferiche:
metamorfismo regionale) in condizioni ambientali diverse da quelle d'origine. Tale
processo avviene all'interno della crosta terrestre, a temperature comprese fra i 300° e i 700°
circa.
I diversi processi litogenetici sono legati fra loro e costituiscono il ciclo litogenetico: i materiali
della litosfera vengono continuamente riciclati e le rocce derivano quindi le une dalle altre (le
uniche che possono considerarsi “primarie” sono quelle magmatiche).
L'età delle rocce è molto variabile e va dai 3 miliardi di anni in alcune zone continentali ai 180
milioni di anni nei fondali oceanici.
VULCANISMO
Il processo magmatico si divide in attività intrusiva ed in attività effusiva: quest'ultima è
rappresentata dal vulcanismo.
Elemento in comune di tutte le manifestazioni del vulcanesimo è la risalita di materiali rocciosi
allo stato fuso, denominati magmi, dall'interno della Terra (tra la crosta terrestre e la parte
superiore del mantello, detto mantello litosferico, ossia all'interno della litosfera). Tali magmi si
originano quando, in determinate regioni della litosfera, vi è un locale aumento della temperatura
(spesso dovuto alle attività di materiali giacenti ancor più in profondità) o vi arrivano delle sostanze
fluide che abbassano il punto di fusione delle rocce. I materiali fusi, meno densi del materiale solido
circostante, tendono a salire verso l'alto, attraverso ogni fessura fra le rocce solide, che la spinta del
magma tende ad allargare.
Tipologie di edifici vulcanici
Si parla di magma riferendosi al materiale fuso che si trova all'interno della crosta terrestre, mentre
quando questo materiale fuoriesce, perdendo gran parte dei gas e dei vapori che conteneva, si
parla di lava. Mentre la parte aeriforme va ad arricchire l'atmosfera, i prodotti solidi si accumulano
costruendo l'edificio vulcanico. L'edificio vulcanico è collegato alla camera magmatica (un luogo
posto a profondità variabile fra i 2 e i 10 km dove il magma tende a ristagnare per periodi più o
meno lunghi durante la sua risalita) dal condotto vulcanico.
A seconda della forma dell'apparato vulcanico distinguiamo:
◦ vulcani fissurali (o lineari): il materiale fuso fuoriesce lungo spaccature che penetrano
in profondità all'interno della Terra;
◦ vulcani centrali, che si dividono a loro volta in
▪ vulcani a scudo: alimentati da un magma prevalentemente basico (e quindi più
fluido) e caratterizzati da attività di tipo prevalentemente effusivo, hanno una forma
appiattita;
▪ stratovulcani: alimentati da magmi medio-basici o acidi, hanno un'attività esplosiva
significativa; il loro apparato, di forma conica, è costituito da messe in posa
alternativamente di lave o di piroclastiti che formano i vari strati.
Tipologie di eruzioni
I fattori che influenzano più direttamente il tipo di eruzione sono la viscosità del magma in risalita
ed il contenuto di aeriformi (soprattutto di vapore acqueo).
◦ Attività effusiva dominante (magma fluido e contenuto in acqua variabile)
▪ Eruzioni di tipo hawaiiano
Caratterizzate da abbondanti effusioni di lave molto fluide, che danno origine alla formazione di
edifici vulcanici a scudo, la cui sommità è occupata da un'ampia depressione denominata caldera,
delimitata da ripide pareti e formatasi dal crollo del tetto della camera magmatica. Non sono
riconducibili a movimenti delle placche, bensì a delle risalite di magmi dai pennacchi caldi fino ai
punti caldi (detti hot spot). Sebbene dalle lave fluide i gas si liberino molto tranquillamente,
talvolta possono comunque trascinarsi getti di lava: ciò provoca la formazione delle fontane di
lava, che possono innalzarsi anche per più di 100m.
Il volume del materiale fuso emesso da questo genere di eruzione è enorme: fino a 2 milioni di m3
all'ora di lava.
▪ Eruzioni di tipo islandese
Simili alle eruzioni di tipo hawaiiano, ma tipiche però dei vulcani fissurali (presenti perlopiù in
Islanda e lungo le dorsali medio-oceaniche). Le colate sono alimentate da magmi basici o ultrabasici (quindi molto fluidi) e portano alla formazione di altopiani (o plateaux) basaltici, estesi
anche centinaia di migliaia di km2. Al termine di un'eruzione fissurale (o lineare), la fessura eruttiva
può sparire perché ricoperta dalla lava fuoriuscita e solidificata, fino a che non riappare alla
successiva eruzione.
◦ Attività effusiva prevalente (magma abbastanza fluido)
▪ Eruzioni di tipo stromboliano
Alimentate da magmi intermedi: la lava, abbastanza fluida, ristagna periodicamente nel cratere,
dove inizia a solidificare formando una crosta solida. Al di sotto di questa crosta si accumulano i
gas che continuano a liberarsi dal magma: in breve tempo la pressione di questi gas aumenta tanto
da far saltare la crosta solida. Inizia quindi un'attività duratura caratterizzata dalla emissione a
intervalli regolari di fontane di lava e brandelli di lava che raggiungono centinaia di metri di altezza
e dal lancio di lapilli e bombe vulcaniche. La ricaduta di questi prodotti crea coni di scorie dai
fianchi abbastanza ripidi. Tale attività si esaurisce con l'esaurirsi della spinta dei gas: a questo punto
la lava torna a ristagnare sul fondo del cratere e si forma una nuova crosta solida, fino al ripetersi
del fenomeno.
◦ Attività mista (effusiva – esplosiva) (magma viscoso e presenza importante di gas)
▪ Eruzioni di tipo vulcanico
Il meccanismo è simile alle eruzioni di tipo stromboliano, ma poiché la lava è più viscosa i gas si
liberano con più difficoltà e in tempi più lunghi (l'attività perciò non è continuata come nel caso del
tipo stromboliano), generando esplosioni molto più violente nel corso delle quali vengono emesse
bombe di lava e nuvole di gas cariche di ceneri. Le esplosioni possono produrre fratture, la rottura
del cratere e l'apertura di bocche laterali.
▪ Eruzioni di tipo vesuviano (o sub-pliniana)
È simile al tipo vulcaniano ma con la differenza che l'esplosione iniziale è tremendamente violenta
tanto da svuotare gran parte della camera magmatica. Il magma allora risale dalle zone profonde ad
alte velocità fino ad uscire dal cratere e dissolversi in una nuvola di minuscole goccioline.
▪ Eruzioni di tipo pliniano
Prodotte da magma molto viscoso, tali eruzioni sono caratterizzate dalla formazione frequente di
nubi (gas e lava polverizzata) che all'inizio dell'eruzione fuoriescono dal condotto formando una
colonna alta vari km e poi si disperdono assumendo la caratteristica forma che ricorda il pino
marittimo. Dalla nube ricadono grandi quantità di frammenti solidi.
Sono eruzioni molto pericolose che si concludono generalmente con il collasso parziale o totale
dell'edificio vulcanico o con la fuoriuscita di un tappo di lava.
▪ Eruzioni di tipo peléeano
Variante del tipo pliniano: il corpo principale della nube ardente, invece di andare verso l'alto, si
muove lateralmente, smembrando parte dell'edificio vulcanico. Tale nube, molto densa e rovente,
scende come una valanga lungo le pendici del vulcano espandendosi su aree piuttosto vaste a
grande velocità.
◦ Attività solo esplosiva (interazione tra magma e acqua)
▪ Vulcanismo idromagmatico
Fenomeni provocati dall'interazione, che avviene a modeste profondità, fra il magma e l'acqua che
permea le rocce (ossia l'acqua contenuta nelle cosiddette falde acquifere).
L'acqua passa bruscamente allo stato di vapore, generando enormi pressioni che fanno saltare le
rocce circostanti: si forma un condotto dal quale fuoriesce una colonna di vapore che porta con sé
frammenti di rocce e di lava.
I prodotti dell'attività vulcanica
◦ Materiali aeriformi
I materiali aeriformi più abbondanti nelle varie eruzioni sono il vapore acqueo, l'anidride
carbonica, i composti dello zolfo, dell'azoto, del cloro e del fluoro.
I materiali aeriformi liberati dall'attività vulcanica hanno contribuito a formare gran parte
dell'atmosfera e fungono da innesco delle eruzioni magmatiche.
◦ Materiali solidi
I materiali solidi vanno a costruire gli edifici vulcanici sono le rocce effusive originatesi dal
raffreddamento delle colate laviche e le piroclastiti, formatesi dall'accumulo di frammenti solidi di
varia natura espulsi durante le fasi esplosive di un'eruzione.
Fenomeni legati all'attività vulcanica
◦ Lahar: sono colate di fango costituite dai detriti piroclastici incoerenti (formati cioé da
granuli non attaccati fra loro) che assorbono acqua fino a diventare saturi e instabili e
incanalarsi lungo le valli, scendendo violentemente per parecchi chilometri. Quando la
colata si arresta, il fango indurisce velocemente trasformandosi in roccia e
imprigionando ciò che aveva travolto.
◦ Manifestazioni tardive: sono fenomeni legati alla risalita, che dura fino a molto tempo
dopo il cessare dell'emissione di lava, di gas e acque termo-minerali.
Queste manifestazioni sono i gayser, ossia colonne d'acqua molto calda emessa a intervalli quasi
regolari da una cavità aperta in superficie (abbondanti in Islanda e Nord America), le fumarole,
emissioni di gas e vapori caldi, e le moféte, emissioni di acqua e anidride carbonica.
Vulcanismo effusivo ed esplosivo: caratteristiche e distribuzione geografica
◦ Vulcanismo effusivo delle dorsali oceaniche
La più importante manifestazione del vulcanismo effusivo sulla Terra è legato alle dorsali
oceaniche, profonde fessure sottomarine che tagliano l'intera crosta oceanica: esse sono profonde
dai 2000 ai 3000 metri e formano una fascia larga un migliaio di chilometri e lunga oltre 60000
chilometri.
Si tratta di eruzioni di tipo lineare che avvengono sul fondo del mare.
◦ Vulcanismo effusivo dei punti caldi
Altro importante esempio di vulcanismo effusivo è quello legato all'attività dei punti caldi (ad
esempio l'attività dei vulcani a scudo hawaiiani): essi sono zone ristrette della superficie terrestre,
dal diametro variabile fra i 100 e i 200 km, caratterizzate da attività vulcanica persistente da milioni
di anni. Difatti sotto i punti caldi si ha una continua fusione di materiale, in quanto la lava che
trabocca in superficie viene subito rimpiazzata dalla risalita di “pennacchi” di magmi provenienti da
zone piuttosto profonde del mantello.
◦ Vulcanismo esplosivo
Ogni tipo di attività vulcanica esplosiva è caratterizzata dalla formazione di una nube ardente di
gas, vapori e frammenti solidi (frammenti di rocce e lava polverizzata) ad alta temperatura (oltre i
300°). Essa prima sale in verticale ad alta velocità (dai 100 ai 400 km/h), poi ricade scorrendo
velocemente lungo le pendici dell'edificio vulcanico, formando estese colate piroclastiche che poi
si arrestano originando cumuli di piroclastiti.
La differenza fondamentale fra i due tipi di attività vulcanica risulta essere questa: il vulcanismo
esplosivo porta principalmente all'accumulo di piroclastiti, mentre quello effusivo porta
fondamentalmente all'accumulo di lave.
◦ Distribuzione geografica dei vulcani
I vulcani, in base alla loro posizione geografica, possono essere divisi in tre categorie:
▪ Edifici lineari lungo le dorsali oceaniche
Materiali solidi ma molto caldi risalgono da settori anche molto profondi del mantello, fondendo in
prossimità delle croste oceaniche e generando l'effusione di gigantesche quantità di lave basaltiche
attraverso fessure che si aprono lungo le sommità delle dorsali oceaniche.
▪ Edifici centrali lungo i margini dei continenti (o lungo catene di isole)
I grandi vulcani ad edificio centrali si sono sviluppati perlopiù lungo i margini continentali o lungo
catene di isole a ridosso di strette e lunghe depressioni dei fondali oceanici note come fosse
abissali. La maggior parte di essi si trova lungo il margine dell'Oceano Pacifico (costituendo la
cosiddetta “cintura di fuoco”).
In questo tipo di vulcanismo, i magmi risalgono da profondità minori, ma interagiscono con i
materiali della crosta, arricchendosi di aeriformi e eruttando in superficie mediante violenti
esplosioni.
▪ Vulcanismo in centri isolati (punti caldi)
I punti caldi sono distribuiti in modo apparentemente casuale in piena area oceanica o all'interno di
un continente: in essi materiale molto caldo risale da grandissime profondità (si pensa perfino dalla
base del mantello, a 2900 km di profondità) alimentando effusioni per milioni di anni.
