I materiali del territorio:
minerali e rocce
Le rocce sono aggregati di minerali
Definizione di roccia:
- Materiale solido
- naturale
- formato dall’aggregazione di uno o più
- minerali o
- materiali minerali
MINERALI
Definizione di minerale:
- Materiale solido, naturale, inorganico
- formato da un elemento o da un composto di elementi
- con una composizione chimica definita (formula chimica)
- con una struttura interna cristallina regolare (reticolo cristallino)
Quarzo
Biotite
Feldspato
MATERIALI MINERALI
Sono solidi naturali non cristallini
Vetro vulcanico
Opale
Ambra
MINERALI
Uno stesso minerale (stessa formula chimica) può essere
presente come forma cristallina e come materiale minerale non
cristallizzato
Silice
Reticolo cristallino del Quarzo
SiO2
Struttura caotica dell’Agata
MINERALI
•Silicati (Si + O ± altri elementi)
−
–
–
–
–
–
–
Tutti costituiti da tetraedri di Silicio
4 O atomi, 1 Si atomo, 4- carica
Quarzo, feldspato
Olivina (Fe, Mg)
Asbesti
Miche
Argille
MINERALI
•Non-Silicati
–
–
–
–
–
–
–
Carbonati (CO3):
Solfati (SO4):
Solfuri (metallo + S):
Ossidi (metallo + O):
Idrossidi (metallo + OH):
Sali (metallo + alogenuro):
Elementi nativi
calcite
gesso
pirite
ematite
gibbsite
salgemma
Au, Ag, Pt, Cu, C
MINERALI
Sezioni sottili
•
Per studiare la
petrografia delle
rocce, i geologi
tagliano sottili fette
di rocca fino a che
siano translucenti
Taglio con una sega circolare e assottigliamento
•
Le sezioni sottili
sono studiate con
un microscopio
petrografico
Campione a mano di granito Sezione sottile di granito
MINERALI
quarzo
alcali-feldspato
plagioclasio
Silicati più comuni nelle rocce magmatiche
In sezione sottile
Luce polarizzata
anfibolo
clinopirosseno
olivina
biotite
LE ROCCE
Le rocce sono raggruppate in tre categorie
fondamentali, in base alla loro genesi:
rocce ignee
rocce sedimentarie
rocce metamorfiche.
LE ROCCE
LE ROCCE
Il Ciclo delle Rocce
Le rocce magmatiche
Le rocce magmatiche o ignee (dal latino ignis = fuoco) si formano
per il raffreddamento di una massa fusa con temperature di 1120900°C che si origina all’interno della Terra e che è denominata
magma.
Le rocce ignee sono costituite da minerali che cristallizzano dal
magma durante il suo raffreddamento.
MAGMA
Materiale fuso o parzialmente fuso all’interno della Terra
composto da una miscela di:
fase liquida di composizione silicatica (o carbonatica)
gas dissolto
solido = minerali cristallizzati direttamente dal fuso
solido = frammenti di rocce dalle pareti del condotto e
della camera magmatica
ROCCE MAGMATICHE
Rocce vulcaniche
Se il magma raggiunge la
superficie terrestre forma
le rocce vulcaniche (da
Vulcano, dio romano del
fuoco) con colate di lava o
esplosioni vulcaniche.
Rocce intrusive o
plutoniche
Se il magma si ferma
all’interno della Terra e si
consolida con un
raffreddamento lento,
produce le rocce intrusive
o plutoniche (da Plutone,
dio romano degli Inferi).
Rocce vulcaniche
Raffreddamento
rapido
INTRUSIONE
Rocce intrusive
Raffreddamento
lento
Camera
magmatica
LAVA
PIROCLASTI
ROCCE MAGMATICHE
Magmatiche sono le due rocce più abbondanti sulla Terra.
BASALTO
GRANITO
CLASSIFICAZIONI DELLE ROCCE MAGMATICHE
Classificazione e descrizione di base generale:
Petrografia e Geochimica:
Contenuto in % di minerali mafici e felsici
Riflette il chimismo del magma
minerali mafici = >FeO, MgO, colore scuro
minerali felsici = >SiO2, Na2O, K2O, colore chiaro
Granulometria e Tessitura:
Riflette il tasso di raffreddamento
granulometria fine o vetrosa = raffreddamento rapido
granulometria grossolana o olocristallina = raffreddamento lento
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
IN BASE AI MINERALI PRESENTI
I minerali più comuni nelle rocce magmatiche sono:
Quarzo SiO2
Feldspati (K,Na)AlSi3O8
Plagioclasi (Ca,Na)Al2Si2O8
Feldspatoidi (K,Na)AlSi2O6
Olivina (Fe,Mg)2SiO4
Pirosseni (Ca,Fe,Mg)2SiAl2O6
Anfiboli (Ca,Na,K)2(Fe,Mg) SiAl2O6
Biotite K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI
Un liquido “puro” cristallizza ad una singola temperatura
t fusione = t cristallizzazione
Es.
acqua - ghiaccio a 0°C
SiO2 liquido - cristobalite a 1740 °C
I liquidi complessi come il magma cristallizzano in un intervallo di
temperatura.
I cristalli hanno una composizione differente dal liquido.
Minerali diversi cristallizzano a temperature differenti nel magma in
raffreddamento.
CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI
La sequenza di cristallizzazione dei minerali e
la temperatura a cui i differenti minerali cominciano a
cristallizzare dipendono da:
Composizione del magma
Pressione litostatica
Pressione dell’acqua
Tasso di raffreddamento
Altri fattori
CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI
Sequenza di cristallizzazione
SERIE DI REAZIONE DI BOWEN
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
I minerali nelle rocce intrusive sono sufficientemente
grandi da poter essere visti e identificati
Il contenuto in minerali è espresso come
Moda= % di ogni minerale presente
La Moda è plottata sul diagramma di Streckeisen (IUGS)
Q = quarzo
A = alcali-feldspati
P = plagioclasi
F = feldspatoidi
I minerali mafici sono ignorati se <90%
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
Diagramma di Streckeisen
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
Diagramma di Streckeisen
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
Magma sovrassaturo = sufficiente SiO2 per la
cristallizzazione del quarzo
Magma sottosaturo = insufficiente SiO2, cristallizzano
minerali incompatibili con il quarzo
(felspatoidi)
Sul diagramma di Streckeisen:
Calcolare e plottare Q/(Q+A+P)x100, contando sopra la linea A-P
Calcolare e plottare F/(F+A+P)x100, contando sotto la linea A-P
Calcolare e plottare P/(A+P)x100, contando da A a sinistra verso P a
destra, connettendo la linea diagonale dallo spigolo Q
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
Classificazione delle rocce vulcaniche
sulla base della composizione geochimica
I minerali sono troppo piccoli per essere identificati o
sono assenti
La composizione geochimica ha un intervallo limitato
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
Elementi maggiori
(generalmente > 1.0 wt%)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
K2O
30-78%
0-10%
0-15%
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
Elementi minori
(generalmente 0.1 -1.0 wt%)
H2O+ acqua strutturale, nel reticolo cristallino dei minerali
H2O- acqua adsorbita, eliminata a 110° C
TiO2
P2O5
MnO
CO2
Cl
F
S
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
Elementi in tracce
< 0.1 wt % o <1000 ppm (parti per milione)
Terre Rare (REE Rare Earth Elements, o lantanidi)
Elementi radioattivi
Elementi pesanti
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
La classificazione geochimica si basa su due pilastri:
i) Contenuto di SiO2
Acide
Intermedie
Basiche
Ultrabasiche
se contengono oltre il 63% di SiO2
se contengono tra il 52 e il 63 % di SiO2
se contengono tra il 52 e il 45% di SiO2
se contengono meno del 45% di SiO2
ii) Contenuto di alcali Na2O e K2O
Alcaline
Sub-alcaline
La classificazione geochimica è rappresentata
graficamente dal TAS = total alkali-silica diagram
(IUGS)
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
CLASSIFICAZIONE GEOCHIMICA
TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE
TESSITURA = granulometria, forma, e architettura
dei componenti (minerali o clasti)
Nelle rocce magmatiche la granulometria è
controllata dal tasso di raffreddamento
Tessitura Coerente
LAVA - INTRUSIONE
Tessitura Frammentaria
PIROCLASTITI
BRECCE AUTOCLASTICHE
HYALOCLASTITI
TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE
LAVE - INTRUSIONI
Cristalli : visibili a occhio nudo = fenocristalli
microscopici = microliti
Massa di fondo : vetrosa
cristallina
PORFIRICA = presenza di fenocristalli, massa di fondo cristallina
AFIRICA = assenza di fenocristalli, massa di fondo cristallina
VETROSA = assenza di fenocristalli, massa di fondo vetrosa
VITROFIRICA = presenza di fenocristalli, massa di fondo vetrosa
TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE
Effetti della velocità di raffreddamento sulla tessitura:
Magma raffreddato molto rapidamente
congela in vetro
la tessitura è vetrosa
Magma raffreddato rapidamente
ha molti piccoli cristalli (microscopici o sub-microscopici)
la tessitura è afanitica
Magma raffreddato molto lentamente
ha molti grandi cristalli
la tessitura è faneritica
Magma raffreddato in modo intermedio
ha pochi grandi cristalli e molti piccoli cristalli (massa di fondo)
la tessitura è porfirica
Tessitura Afanitica
I cristalli sono
uniformemente molto
piccoli e intrecciati
I singoli cristalli sono
invisibili a occhio
nudo e difficilente
identificabili con una
lente.
La granulometria fine
è il risultato di un
raffreddamento
rapido che ostacola la
crescita di grossi
cristalli
Tessitura Porfirica
Grandi ed evidenti cristalli detti
fenocristalli (frecce rosse) sono
circondati da una massa di
fondo afanitica (frecce blu).
Questa tessitura rappresenta
un raffreddamento in due fasi.
Un primo raffreddamento
lento del magma nella Crosta
(camera magmatica) favorisce
la crescita dei fenocristalli.
Quando il magma erutta
(lava) il liquido residuo
cristallizza come massa di
fondo afanitica.
Tessitura Faneritica
I cristalli sono evidenti (dal greco
phaneros=visibile) e sono distinguibili
ad occhio nudo,
Grigio vitreo – quarzo
Nero – biotite e anfibolo
Crema – K-feldspato
Tessitura Vetrosa e
Vitrofirica
TESSITURA DELLE LAVE
MASSIVA = priva di orientazioni preferenziali dei cristalli
o di altre caratteristiche tessiturali
BANDATA o FOLIATA = con orientazione dei cristalli o di
altre caratteristiche tessiturali secondo piani ± paralleli =
struttura di flusso
VESCICOLATA → NON VESCICOLATA
Dipende dalla quantità di gas e dalle modalità di degassamento
Bollosa
Scoriacea
Pomicea
Tessitura
Vescicolata Bollosa
Le vescicole sono bolle
semplici prodotte dal
gas che fuoriesce dalla
lava che si sta
solidificando.
Le bolle (frecce rosse) sono di dimensioni molto variabili,
circondate da massa di fondo afanitica (frecce blu).
I pochi fenoscristalli presenti sono di olivina (frecce verdi)
Basalto, Hawaii
Tessitura Vescicolata
amigdaloide
Le bolle sono rienpite da minerali secondari:
calcite, zeoliti, barite.
Tessitura Vescicolata
scoriacea
Le vescicole sono abbondanti
(>30%), più grandi di quelle della
tessitura pomicea, di dimensioni
regolari.
Colore grigio, nero, rosso.
Tessitura Vescicolata
Pomicea
La vescicolazione è
prodotta da tantissime
vescicole di piccole
dimensioni, separate
da sottili pareti di
vetro, che formano
una schiuma
magmatica.
Tipica di magmi acidi,
quindi molto viscosi, da
cui I gas fanno fatica a
fuoriuscire.
ROCCE INTRUSIVE
Roccia intrusiva, con
granulometria da grossolana
GRANITO
a media, composta da
biotite quantità variabili di: quarzo,
ortoclasio (K-feldspato),
muscovite e biotite (miche), e
orneblenda (anfibolo).
quarzo
feldspato
Il nome deriva dal latino
granum = granulo, per la sua
tessitura olocristallina
faneritica grossolana.
ROCCE INTRUSIVE
DIORITE
Roccia intrusiva molto simile al granito, si distingue per
l’assenza di quarzo visibile nel campione a mano.
feldspato
biotite
ROCCE INTRUSIVE
GABBRO
Roccia intrusiva, a
granulometria grossolana,
formata da minerali di Fe e Mg
(pirosseni, anfiboli, plagioclasi,
olivine) e priva di quarzo.
E’ di colore scuro, con peso
specifico elevato.
feldspato
orneblenda
ROCCE INTRUSIVE
PERIDOTITE
Roccia intrusiva composta
per il 90-100% da olivina.
Questa roccia è tipica del
Mantello superiore.
ROCCE VULCANICHE
RIOLITE
Roccia vulcanica con la stessa
composizione del granito: quarzo,
feldspato, biotite e orneblenda.
E’ molto viscosa. Le lave sono spesso
bandate a causa dell’allineamento dei
minerali durante il flusso.
Caratterizza vulcani molto esplosivi.
ROCCE VULCANICHE
ANDESITE
Roccia vulcanica equivalente alla diorite.
E’ sempre porfirica con plagioclasio e
orneblenda
orneblenda
ROCCE VULCANICHE
BASALTO
Roccia vulcanica, a
granulometria fine, spesso
bollosa o scoriacea,
TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE
ROCCE MAGMATICHE FRAMMENTARIE
Rocce piroclastiche – derivano da eruzioni vulcaniche esplosive
che frammentano il magma.
Brecce e bombe vulcaniche
Lapilli
Ceneri e Tufi
Brecce autoclastiche – derivano dalla frammentazione meccanica
della lava in superficie (attrito, solidificazione parziale).
Hyaloclastiti – derivano dalla frammentazione della lava per brusco
raffreddamento, ad esempio al contatto con acqua.
CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE PIROCLASTICHE
IN BASE ALLA GRANULOMETRIA
Cenere - Tufo
Lapilli
Bomba – Agglomerato
Blocco – Breccia piroclastica
BLOCCO JUVENILE (Vulcano)
BOMBA A CROSTA DI PANE (Vulcano)
BOMBA A FUSO (Etna)
BOMBA CONVOLUTA (Etna)
CENERE
ROCCE PIROCLASTICHE
Cenere vulcanica - frammenti di
vetro vulcanico più piccoli di 2 mm
in diametro. E’ dura, non si dissolve
in acqua, è estremamente abrasiva,
un po’ corrosiva.
ROCCE PIROCLASTICHE
Componenti delle rocce piroclastiche
JUVENILI
Sono frammenti del magma in eruzione.
In base alla cristallinità possono essere da vetrosi
(afanitici) a olocristallini (porfirici).
In base al grado di vescicolazione possono essere da
molto vescicolati a non vescicolati.
Tipi:
pomici
scorie
ossidiane
vitrofiri
shards
juvenili densi o litici cognati
ROCCE PIROCLASTICHE
POMICI
Sono frammenti molto
vescicolati, con densità minore
dell’acqua (galleggiano).
La composizione è da riolite ad
andesite.
Il colore da bianco e grigio
scuro.
ROCCE PIROCLASTICHE
OSSIDIANA
Vetro vulcanico compatto con frattura
concoide, da raffreddamento molto
rapido di porzioni liquide di magma.
Composizione da riolite ad andesite.
Colori: nero, rosso, grigio, verde.
ROCCE PIROCLASTICHE
XENOLITI
Sono frammenti di rocce ignee, sedimentarie o
metamorfiche, completamente estranee al magma in
eruzione, che compongono le parti solidificate della camera
magmatica, le pareti della camera magmatica e del condotto,
frantumate dall’energia dell’esplosione (litici accessori).
In alcuni depositi piroclastici sono presenti frammenti litici
presi in carico dalla superficie topografica durante la
deposizione (litici accidentali).
CRISTALLI
Cristalli idiomorfi sia juvenili che accidentali (xenocristalli).
Cristalloclasti
ROCCE PIROCLASTICHE
TUFO
Il Tufo vulcanico deriva
dall’accumulo di cenere e
piccoli frammenti
piroclastici (<4mm).
ROCCE PIROCLASTICHE
BRECCIA PIROCLASTICA
Mistura di frammenti grossolani
e cenere.
