le rocce ignee

ITG A. POZZO
LICEO TECNOLOGICO
LE ROCCE
INDIRIZZO: Costruzioni, Ambiente, Territorio - opzione B
GEOLOGIA E TERRITORIO
Classe 3^ - 3 ore settimanali
Schede a cura del prof. Romano Oss
Le rocce si definiscono come aggregati di minerali
La Roccia è un aggregato di uno o più Minerali.
Nelle Rocce si possono distinguere uno o più Minerali.
Alcune Rocce sono un miscuglio di Minerali (Porfido, Granito), altre sono
formate solo da un Minerale (Dolomia; Calcare).
le rocce calcaree ad esempio sono costituite essenzialmente dal
minerale calcite (CaCO3)
Le rocce vengono classificate in base all'origine dei minerali di cui sono
costituite
PRIMARIE
ignee quelle che derivano direttamente dal raffreddamento del magma
sia superficiale (eruzioni vulcaniche) che profondo (camera magmatica)
SECONDARIE
sedimentarie quelle che si originano dalla deposizione e successiva
compattazione dei prodotti di disgregazione e alterazione di rocce
preesistenti
metamorfiche quelle che derivano da rocce preesistenti (PROTOLITI)
che subiscono modificazioni cristalline dovute in genere ad aumenti di
temperatura e/o di pressione, spesso legati a fenomeni tettonici.
LE ROCCE IGNEE
Questo tipo di rocce si forma per il raffreddamento e la cristallizzazione di
un magma fuso.
Tale magma, che può avere origine anche a 200 Km di profondità, è
composto prevalentemente dagli elementi che si ritrovano nei minerali
silicatici, insieme a vapore acqueo e ad altri composti volatili.
Il flusso magmatico grazie alla minor densità rispetto alle rocce in cui è
inglobato tende a risalire verso la superficie (Principio di Archimede) ove
talvolta fuoriesce e, causa il brusco raffreddamento che subisce, si
solidifica velocemente dando luogo alle rocce effusive.
Non sempre il magma arriva in superficie e allora si solidifica lentamente
al di sotto di questa diventando roccia intrusiva.
Questo tipo di roccia non verrebbe mai alla luce se gli agenti atmosferici
non ne erodessero la copertura.
La velocità con cui il magma si raffredda influisce in maniera
determinante sul tipo di roccia che ne deriva.
Infatti se si raffredda lentamente la roccia avrà una struttura più ordinata e compatta e
sarà più ricca di cristalli in quanto gli elementi costituenti avranno avuto molto tempo per
ordinarsi mineralogicamente.
Al contrario se questo raffreddamento è rapido si può arrivare fino ad avere una struttura
completamente vetrosa (che non possiede una struttura mineralogica ordinata).
L'esempio più calzante per una roccia di questo tipo resta sempre l'ossidiana.
Sotto un granito (roccia intrusiva), una riolite (roccia effusiva) e una ossidiana.
Queste rocce sono costituite dagli stessi identici minerali e la loro unica differenza sta nel tempo di raffreddamento
Le rocce ignee, cosi come anche tutte le altre rocce, vengono distinte in
base alla loro composizione mineralogica e alla loro struttura.
Si intende per struttura l'insieme delle caratteristiche, in genere rilevate al
microscopio, della forma e dimensioni dei cristalli, della loro disposizione e
dimensione.
Le rocce che si sono formate in superficie (quelle effusive) in genere
presentano una struttura granulare molto fine in cui i singoli cristalli non si
distinguono ad occhio nudo, mentre per quelle intrusive si parla di rocce
granitoidi per la presenza di cristalli facilmente visibili.
A volte può capitare che un magma, che ha iniziato a cristallizzare in
profondità, venga poi portato in superficie dove termina la sua
cristallizzazione: risulterà quindi una roccia dalle caratteristiche intermedie e
sarà definita come filoniana.
Poiché esiste una notevole varietà di rocce ignee sembrerebbe logico
pensare anche ad un uguale numero di varietà di magmi.
In realtà non è così: le prime ricerche sulla cristallizzazione dei magmi
furono condotte da N.L. Bowen nei primi anni del 1900 e mostrarono che
certi minerali cristallizzano per primi e che, a temperature via via inferiori,
iniziano a cristallizzare anche gli altri, secondo ben precise sequenze.
Bowen dimostrò anche che se, dopo essersi cristallizzati, certi minerali
rimangono nel fuso (parte di magma ancora liquida), quei minerali
reagiranno con il fuso stesso per produrne di altri.
Va da sé quindi che la grande varietà delle rocce ignee dipende di fatto
dalle infinite possibilità che si possono verificare in un processo
caotico come il raffreddamento di un magma.
Per spiegare ancora meglio la grandissima quantità di rocce ignee, Bowen
ipotizzò anche che in uno o più momenti della cristallizzazione si verifichi
una separazione della porzione già solidificata del magma da quella ancora
fusa.
Quando poi il fuso rimasto inizia a cristallizzare avrà una composizione
diversa da quello iniziale (perché avrà perso alcuni elementi per formare i
primi cristalli), quindi darà vita ad altri cristalli ma con composizione diversa.
Questo processo viene chiamato cristallizzazione frazionata.
In conclusione la composizione mineralogica di una roccia ignea dipende
sia dalla composizione del fuso iniziale sia dal modo in cui si svolge il
processo di cristallizzazione.
LE ROCCE SEDIMENTARIE
Le rocce sedimentarie sono il risultato finale di un processo che inizia con
l'alterazione e la disgregazione di rocce preesistenti (sia magmatiche,
sia metamorfiche, sia sedimentarie già formatesi), prosegue con il
trasporto dei materiali così prodotti e termina con la loro deposizione e
compattazione, in genere sui fondali marini o nel profondo dei grandi
laghi, dove resterà pressoché immobile per molti molti anni.
Il termine sedimentarie dà già qualche indicazione, poiché deriva dal latino
"sedimentum" che significa deposto, e si riferisce alla decantazione (o
precipitazione) di materiale solido all'interno fluido. Poiché l'alterazione
delle rocce che affiorano e il trasporto e deposito dei prodotti alterati sono
fenomeni sempre in atto, si trovano sedimenti quasi ovunque.
Non appena il loro accumolo raggiunge un certo spessore, il materiale che si
trova nella parte inferiore viene compattato dal peso dei sedimenti "fratelli"
sovrastanti (questo processo prende il nome di costipazione).
Questi sedimenti possono anche venire cementati da sostanze minerali che
precipitano chimicamente dalle acque che filtrano attraverso i minuscoli spazi
(detti pori) esistenti tra i singoli granuli (chiamati clasti).
Il processo finale che dà luogo alla roccia sedimentaria è chiamato
DIAGENESI.
Le rocce sedimentarie rappresentano meno del 10% in volume dei primi
16 Km di crosta, tuttavia l'importanza di questo gruppo di rocce è notevole
visto che costituiscono il 75% delle rocce che affiorano in superficie.
Quindi si possono immaginare queste rocce come un sottile strato, a volte
discontinuo, della porzione più esterna della crosta, cosa facilmente
intuibile visto che i sedimenti si accumulano proprio sulla superficie della
Terra.
Fra le particelle solide che costituiscono i singoli clasti troviamo spesso le
parti dure di molti animali come frammenti di conchiglie o di ossa, che, come
accade per quasi tutte le rocce carbonatiche, possono essere quelli
assolutamente prevalenti. E' solo nelle rocce sedimentarie che si possono
ritrovare i fossili. Le rocce sedimentarie ci forniscono pertanto sempre
indicazioni sugli ambienti deposizionali del passato e, talvolta anche sui
meccanismi di trasporto dei sedimenti.
Non sono da trascurare anche le
implicazioni economiche che
questo tipo di rocce possono
avere: infatti sono associate alle
rocce sedimentarie il carbone, il
petrolio e il gas naturale (metano).
Alterazione è il termine generale
di tutti quei processi naturali che
tendono a disintegrare una roccia
compatta. Questa può essere di
due tipi: meccanica e chimica.
L'alterazione meccanica (chiamata
anche disgregazione) è la rottura
fisica della roccia in piccoli
frammenti.
Questo tipo di alterazione può avvenire in diversi modi: uno dei più
importanti è la gelivazione o processo crioclastico.
Si tratta del congelamento dell'acqua all'interno di fratture del corpo
roccioso; gelando l'acqua aumenta di volume (del 9.2%) sviluppando forti
pressioni all'interno della frattura, fina a circa 150 Kg/cm2.
Queste pressioni non fanno altro che allargare ancora di più la frattura
stessa, quindi se si immagina di ripetere questo ciclo ogni giorno, con
l'acqua che è allo stato liquido di giorno, ma si solidifica la notte, ci
possiamo rendere conto di quanto sia importante questo processo ai fini
della disgregazione della roccia.
In questo fenomeno assume grande importanza il ciclo gelo-disgelo più che
le lunghe gelate, e pertanto le aree più esposte a questo fenomeno sono le
zone montane delle medie e basse latitudini.
Anche la crescita di minerali all'interno delle fratture chiamato aloclastismo
altera le rocce sempre in relazione ad una crescita di volume e può
assumere una importanza rilevante.
Un esempio sono le rocce costiere fratturate dal sale trasportato dall'acqua
di mare.
Anche l'attività organica può essere determinante nella disgregazione di un
ammasso roccioso; infatti se pensiamo alle radici degli alberi che si
incuneano nel terreno spesso a profondità tali che incontrano il substrato
roccioso e sviluppano grandi pressioni con il proseguire della crescita della
pianta. D'altra parte però le radici possono tenere insieme il materiale
alterato ritardando in tal modo la sua disgregazione.
Anche l'espansione termica, cioè le forti variazioni di temperatura che si
possono avere nel deserto ad esempio possono contribuire alla
disgregazione della roccia.
Questo processo prende il nome di processo termoclastico.
Per quanto riguarda l'alterazione chimica o decomposizione questa è una
trasformazione chimica delle rocce con la formazione di nuovi minerali e di
solito procede contemporaneamente all'alterazione meccanica che ha
un'azione "preparatoria" per quella chimica.
Chiaramente questo processo dipende anche dalla alterabilità dei principali
minerali che formano la roccia; da notare che in genere i minerali che
cristallizzano a temperature più alte sono anche i meno resistenti
all'alterazione chimica. Questo è dovuto al fatto che tali minerali cristallizzano
a temperature e pressioni molto diverse da quelle ambientali e quando, per
diversi motivi tettonici o di erosione, vengono portate in superficie,
cominceranno a trasformarsi poichè non sono più in "equilibrio" con le nuove
condizioni.
Per esempio se si prende un bicchiere d'acqua e ci si mette dentro del sale da
cucina, quando tutta l'acqua è evaporata quello che rimane sul fondo del bicchiere
non è altro che una roccia sedimentaria chimica.
Nelle foto sotto tre esempi di rocce
sedimentarie:
un'arenaria, una puddinga, chiamata così
perché i clasti, delle dimensioni di una
ghiaia, sono arrotondati, e infine una
breccia, poichè i clasti hanno gli spigoli
vivi.
Criteri di classificazione
La distinzione tra le varie rocce clastiche è basata fondamentalmente sulle
dimensioni dei clasti (cioè le singole particelle che compongono la roccia). Ad
esempio prende il nome di arenaria una roccia composta da granuli delle
dimensioni di quelli di una arena o sabbia.
La caratteristica più appariscente delle rocce sedimentarie sono gli strati; questi
sono dovuti proprio perché i sedimenti si accumulano strato su strato fino a quando
gli strati sottostanti sono così compatti che diventano consistenti quasi come una
roccia ignea.
La DIAGENESI che può avvenire per compattazione o per cementazione, avviene
spesso in tutte e due i modi contemporaneamente. Successivamente queste rocce
possono essere portate in superficie da movimenti tettonici e si possono cosi
ritrovare quasi ovunque.
In figura una tipica sequenza a strati.
LE ROCCE METAMORFICHE
Il processo metamorfico, detto appunto metamorfismo comporta la
trasformazione mineralogica di rocce preesistenti.
Una roccia metamorfica si può infatti formare da una roccia ignea,
sedimentaria, o da una stessa roccia metamorfica.
Il nome di questo genere di rocce risulta molto appropriato in quanto
significa "cambiamento di forma" e questi cambiamenti sono innescati da
alcuni fattori tra cui i più importanti sono la temperatura e la pressione
(assume una importanza rilevante anche la presenza di fluidi poiché
questa facilita la migrazione degli ioni nelle strutture mineralogiche).
E' noto infatti che, fino ad una certa profondità , vi è un aumento di
temperatura variabile tra i 10°C e i 30°C per ogni chilometro a seconda
delle diverse regioni e questo prende il nome di gradiente geotermico.
In pratica più si scende in profondità e più aumenta la temperatura, infatti in
alcune miniere d'oro del Sud Africa, che possono arrivare anche a 2 Km di
profondità si possono raggiungere temperature di 40°C-50°C all'interno dei
cunicoli.
Similmente alla temperatura cresce anche il valore della pressione detta "di
confinamento". Questa è di tipo idrostatico, in quanto come quella presente
sott'acqua agisce con uguale intensità in tutte le direzioni. Il gradiente di
pressione in genere si valuta intorno ai 250-300 bar ogni Km di profondità (1
bar = 1 atmosfera che è circa equivalente a 1 Kg/cm2).
Questi cambiamenti ambientali coinvolgono sia la struttura mineralogica che
la composizione chimica della roccia. In alcuni casi la roccia subisce solo dei
modesti cambiamenti in altri si può arrivare ad un cambiamento radicale, e al
limite, una sua nuova fusione (quindi geneticamente tornerebbe ad essere
una roccia ignea); ma perché si possa parlare di metamorfismo la roccia
deve rimanere pressoché allo stato solido. Le rocce che si trovano in queste
condizioni sono quindi piuttosto calde e si comportano in modo plastico
durante la deformazione e ciò spiega la loro capacità di muoversi quasi come
un fluido, e di formare pieghe , anche molto complesse, senza per questo
rompersi.
Il processo metamorfico ha luogo quando una roccia viene sottoposta a
condizioni (in genere si parla di temperature e pressioni) diverse da quelle in
cui essa si è formata. Infatti quando sprofondano certi minerali ,ad esempio
come quelli argillosi, diventano instabili e gli atomi dei loro reticoli cristallini
cambiano disposizione e si formano dei minerali nuovi che sono stabili in
quelle nuove condizioni.
Questi cambiamenti di condizione di temperature e pressioni avvengono sotto i
nostri piedi, infatti le rocce metamorfiche si formano a profondità variabili tra
alcuni Km e il limite crosta-mantello; infatti a differenza di molte rocce
sedimentarie e alcune di quelle ignee, i processi di formazione delle rocce
metamorfiche avvengono tutti in profondità e quindi in condizioni non "visibili". In
genere questi cambiamenti avvengono a temperature comprese tra 150-200°C e
600°-800°C e valori di pressioni assai variabili, da molto basse a pressioni che
superano gli 11 kbar (circa 35-40 Km di profondità).
La classificazione più utilizzata dai progettisti e dai costruttori si
basa sulle caratteristiche costruttive dei materiali rocciosi
(classificazione tecnologica) e le distingue in:
Pietre (Porfidi, Lipariti, Trachiti, Basalti, Tufi, Quarziti, Gneiss,
Filladi);
Graniti (Graniti, Serizzi ed altri);
Marmi (Marmi, Serpentini, Alcuni Calcari ed altri)
Travertini