I MINERALI
I minerali sono sostanze naturali solide, caratterizzate da una composizione chimica
definita, con gli atomi disposti in una struttura geometrica chiamata reticolo
cristallino.
Una roccia contiene in genere più minerali, anche se vi sono rocce formate da un solo
minerale. La forma esterna di un cristallo è detta abito cristallino.
Le proprietà dei minerali sono:
• il colore, che può essere utile al riconoscimento, anche se alcuni minerali
presentano colori diversi a seconda delle impurità;
• la lucentezza, che è il modo in cui la superficie di un cristallo riflette la luce;
• la durezza di un minerale, che è la resistenza alla scalfittura;
• la sfaldatura, che è la tendenza di un minerale a rompersi lungo delle superfici
parallele alle facce dell’abito cristallino;
• la densità, che è data dalla compattezza degli atomi nel reticolo cristallino del
minerale.
I minerali che costituiscono la crosta terrestre sono formati dalla combinazione degli
stessi elementi chimici che si ritrovano in tutto l’Universo. Alcuni minerali, come
l’oro e l’argento, sono formati da un solo tipo di elemento, ma la maggior parte sono
il risultato della combinazione di più elementi, legati tra loro in un composto chimico.
Non tutti gli elementi chimici noti in natura hanno però la stessa importanza nella
composizione dei minerali della crosta terrestre. L’ordine di abbondanza dei
principali elementi chimici nella crosta di tipo continentale (cioè della parte di crosta
terrestre che corrisponde alle terre emerse e alla loro prosecuzione sotto il mare fino a
comprendere gran parte della scarpata continentale) è: ossigeno, silicio, alluminio,
ferro, calcio, sodio, potassio, magnesio, e altri elementi.
La composizione chimica dei minerali
Il resto della crosta terrestre, la parte più ampia, che si estende sotto gli oceani e che è
detta per questo oceanica, è composta dagli stessi elementi, ma in proporzioni
diverse, e ciò ha portato a composti chimici differenti e, quindi, a minerali diversi.
Crosta continentale e crosta oceanica sono, quindi, profondamente diverse, a partire
dalla natura delle rocce che le costituiscono.
Come si formano i minerali
I minerali sono il risultato di una serie di reazioni chimico-fisiche che si possono
riassumere nel processo di cristallizzazione, cioè nel passaggio da un insieme di
atomi disordinati a porzioni di materia rigorosamente ordinata.
Ogni specie minerale dipende, perciò, dalle caratteristiche dell’ambiente naturale in
cui si forma: temperatura, pressione e concentrazione dei diversi elementi chimici
presenti. La presenza di un minerale, quindi, fornisce informazioni sull’ambiente di
formazione della porzione di crosta terrestre che lo contiene. Vediamo quali sono i
principali processi di formazione di un minerale.
•
Cristallizzazione per raffreddamento di un materiale fuso (per esempio la lava
eruttata da un vulcano). Gli atomi o i gruppi di atomi si aggregano per formare
i reticoli cristallini tipici dei composti chimici che possono formarsi a seconda
della natura del fuso.
•
Precipitazione da soluzioni acquose calde in via di raffreddamento. Al
diminuire della temperatura, si formano via via cristalli di specie mineralogiche
diverse, a seconda della composizione chimica della soluzione.
•
Sublimazione di vapori caldi. Le esalazioni vulcaniche, per esempio, possono
determinare la formazione di cristalli su superfici relativamente fredde vicine
alla zona di fuoriuscita dei vapori.
•
Evaporazione di soluzioni acquose, soprattutto acque marine.
•
Attività biologica, che porta alla costruzione di gusci o apparati scheletrici.
•
Trasformazioni allo stato solido di minerali già esistenti prodotte da
variazioni di temperatura o di pressione (o di entrambe). Tali variazioni
generano profondi cambiamenti e danno origine a specie mineralogiche diverse
da quelle di partenza: sono diffuse soprattutto in profondità, entro la crosta.
Classificazione dei minerali
La classificazione dei minerali è di tipo chimico e si basa sull'anione, cioè sullo ione
negativo che caratterizza il minerale.
1. Elementi nativi: appartengono a questa classe elementi non legati ad altri come
zolfo, diamante e grafite.
2. Solfuri: lo zolfo è il principale anione. Sono solfuri: la galena (solfuro di piombo),
la pirite (solfuro di ferro) e la sfalerite (solfuro di zinco).
3. Alogenuri: il principale anione può essere il cloro, il bromo, il fluoro o lo iodio.
Appartengono a questa classe il salgemma e la fluorite.
4. Ossidi: l’ossigeno è il principale anione. Ricordiamo l’ematite e la magnetite che
sono due ossidi di ferro.
5. Carbonati: il carbonio e l’ossigeno insieme formano il principale complesso
anionico, come nella calcite e nella dolomite.
6. Solfati: lo zolfo e l’ossigeno insieme formano il principale complesso anionico,
come nella barite e nel gesso, che è un solfato di calcio.
7. Fosfati: il fosforo e l’ossigeno insieme formano il principale complesso anionico,
come nell’apatite.
8. Silicati: Il tetraedro di silicio SiO4 è l’unità elementare della struttura dei silicati.
In questa struttura un atomo di silicio è al centro mentre ai vertici si trovano quattro
atomi di ossigeno. Oltre alla silice, le strutture formate da atomi di silicio e di
ossigeno sono estremamente diffuse nella crosta terrestre.
Questi gruppi tetraedrici possono unirsi tra loro in diversi modi formando strutture
differenti;
per giustificare però la grande varietà di silicati che si conoscono (più di 800) si deve
anche tenere conto del fatto che le strutture vengono completate da ioni positivi di
metalli (Al3+, Na+, Mg2+, Fe3+...) che di volta in volta sono presenti per
neutralizzare la carica negativa residua della struttura costituita dagli atomi di silicio
e di ossigeno.
Le varie strutture dei silicati derivano dai diversi modi con cui questi tetraedri si
associano e su queste strutture si basa la loro classificazione. Alcuni minerali sono
formati da tetraedri individuali, altri dall’unione in varie configurazioni di due o più
tetraedri.
I minerali non silicatici sono invece molto meno abbondanti, ma tutt’altro che
trascurabili, se non altro perché comprendono molti minerali di rilevante importanza
economica.
Nella costituzione di rocce, i soli di una certa importanza sono i minerali carbonatici,
formati dall’anione (CO3)2- legato a uno o più cationi. I minerali più comuni sono la
calcite, CaCO3, e la dolomite, CaMg(CO3)2, che sono i componenti essenziali delle
rocce sedimentarie carbonatiche (calcàri e dolòmie).
Abbastanza frequenti sono anche minerali come il salgemma, NaCl, e il gesso,
CaSO4· 2H2O (solfato di calcio idrato) che si formano per precipitazione chimica a
seguito dell’evaporazione di acqua salata, come quella del mare.
Vari tipi di rocce
Il fattore che più incide sulla composizione mineralogica di una roccia (cioè sul tipo e
sulla quantità dei minerali in essa presenti) è la sua origine geologica. In base
all’origine le rocce possono essere suddivise in tre gruppi.
1. Le rocce magmatiche si formano dalla solidificazione di magma.
2. Le rocce sedimentarie si formano per deposito e litificazione di sedimenti derivati
dalla disgregazione di rocce preesistenti, dalla precipitazione chimica o da materiale
di origine organica (per esempio, coralli).
3. Le rocce metamorfiche si formano a partire dagli altri due tipi di rocce a causa
delle forti pressioni e del calore elevato che si incontrano all’interno della Terra. Tutte
le rocce sono legate in un percorso ciclico, formato dai processi che regolano la loro
formazione: quello magmatico, quello sedimentario e quello metamorfico. A causa
dei continui movimenti della crosta, rocce formatesi attraverso uno di questi processi
finiscono nel «dominio» di un altro processo e cambiano natura. Questo percorso
prende il nome di ciclo litogenetico, o ciclo delle rocce e mostra la «vitalità»
dell’intero pianeta, in quanto i movimenti della crosta sono conseguenza di
giganteschi movimenti ancora più profondi.
