Minerali e Rocce

slide-1-638I minerali hanno due caratteristiche:

–   una composizione chimica ben definita:  come tutta la materia in minerali sono formati da elementi chimici che ritroviamo nell’universo questi due o più elementi combinati danno origine ad un composto chimico.

–   una disposizione ordinata e regolare degli atomi: quasi tutti i minerali hanno una struttura cristallina cioè uno scheletro regolare e ordinato.

 

 

Proprietà fisiche dei minerali:

1) la durezza è la proprietà di resistenza all’abrasione o alla scalfittura e dipende dalla forza dei legami  reticolari, viene misurata in base alla scala di Mohs.

2) la sfaldatura e la tendenza di un minerale a rompersi per urto secondo superfici piane.

3) La lucentezza misura il grado in cui la luce viene riflessa dalle facce di un cristallo e si distingue in metallica e non metallica e submetallica.

4) il colore è una proprietà molto evidente alcuni minerali presentano sempre lo stesso colore (idiocromatici), altri presentano colori diversi a seconda di impurità chimiche (allocromatici).

5) la massa volumica. dipende direttamente dall’addensamento di atomi nel reticolo.

I minerali delle rocce: per poter distinguere le oltre 2000 specie di minerali ricorriamo a una classificazione che deve tener conto delle caratteristiche  fondamentali dei minerali( struttura del cristallino e composizione chimica). Dalla combinazione dei minerali più importanti e abbondanti nella crosta terrestre prendono vita le rocce. Gli elementi più importanti sono l’ossigeno e il silicio che si uniscono per formare le basi dei silicati. I minerali silicatici sono di varia origine, questa varietà è legata al modo in cui il silicio attrae a sé l’ossigeno( Uno ione silicio attrae a sé quattro ioni ossigeno e danno forma ad un tetraedro). Questi ultimi possono anche legarsi tra loro secondo un processo di polimerizzazione. Questi legami possono essere distinti in quattro gruppi: Nesosilicati(tetraedri separati),Inosilicati(catena singola o catena doppia), Fillosilicati(strato), Tettosilicati(struttura tridimensionale). I minerali non silicatici assumono minore importanza rispetto ai silicati questi possono essere i minerali carbonatici:calcite,dolomite,salgemma e gesso.

Formazione dei minerali: i minerali si sono formati dopo una serie di reazioni chimico-fisiche riassunte nel processo di cristallizzazione( atomi disordinatià materia ordinata). Quindi ogni minerale dipende dalle caratteristiche ambientali in cui si trova. I principali processi che danno origine a un minerale sono: cristallizzazione da materiale fuso che si raffredda, precipitazione da soluzione acquosa calda in via di raffreddamento, sublimazione di vapori caldi, evaporazione di soluzione acquosa, attività biologica, trasformazione allo stato solido di minerali già esistenti.

 

Le rocce

Una roccia è un aggregato naturale di diversi minerali, di solito compatto, che forma una massa ben individuabile. le rocce quindi sono eterogenee( costituite da più specie di minerali) o omogenee( formate da un solo minerale).

Processi litogenetici: possono essere di tre tipi. Il processo magmatico è caratterizzato dalla presenza di un materiale fuso chiamato magma che arriva in superficie ad alta temperatura con pressioni varie, queste cristallizzandosi per diminuzione della temperatura formano le rocce magmatiche( o ignee). Il processo sedimentario è opposto al processo magmatico, comprende l’alterazione e l’erosione dei materiali rocciosi che arrivano in superficie e il successivo trasporto e accumulo. Questo dà origine alle rocce sedimentarie. Il processo metamorfico è caratterizzato da basse temperature e da bassa pressione. Il processo metamorfico e caratterizzato dalla trasformazione di rocce preesistenti, che si trovano in condizioni ambientali diverse da quelle di origine. Questo processo  da vita alle rocce metamorfiche. Le temperature sono comprese tra i 300 e 800°C mentre le pressioni sono quasi sempre elevate.

Rocce magmatiche o ignee

Le rocce magmatiche si formano direttamente in seguito raffreddamento e consolidamento di una massa fusa detta magma dell’interno della terra. Esse, si dicono intrusive, se derivano dal consolidamento lento del magma ed effusive, se derivano dal rapido raffreddamento della lava( magma privo di componenti volatili che fuoriesce dalla crosta). Tutte sono caratterizzate dalla totale assenza di fossili e di norma di stratificazioni. Il magma è una miscela molto complessa di sostanze, in prevalenza silicati, associati a  vapore acqueo e gas in percentuale variabile. I componenti volatili, anche detti agenti mineralizzatori, concorrono a mantenere la massa magmatica più fluida e più mobile durante il processo di raffreddamento  e ne aumentano la pressione. Le masse fluide si formano nella zona parzialemente fusa del mantello ed hanno inizialmente una temperatura elevata. Alcuni magmi solidificano completamente in profondità originando gigantesche ammassi di rocce intrusive, detti plutoni, altri riescono a raggiungere la superficie sotto la spinta  dei gas che contengono, provocando un’eruzione vulcanica è originando le rocce effusive. In alcuni casi il magma solidifica entro la crosta ma in prossimità della superficie, sotto forma di piccoli corpi intrusivi, che si raffreddano in condizioni di temperatura e pressione intermedie. Le rocce che così si formano vengono dette rocce ipoabissali. La struttura delle rocce magmatiche può essere di tre tipi: olocristallina(struttura tipica delle rocce intrusive) e tutti minerali componenti sono visibili in forma di granuli. Poiché non tutti minerali si formano contemporaneamente, solo i primi possono raggiungere il loro abito cristallino tipico, gli altri occupano gli spazi rimasti, dando origine al piano della cui forma dipende dallo spazio disponibile.  Vetrosa( struttura tipica delle rocce effusive) che si formano per brusco raffreddamento, senza cristallizzare. Per esempio lo sbalzo di temperatura di una colata lavica. Porfirica( struttura tipica delle rocce effusive costituite da cristalli intrusivi detti fenocristalli) . i fenocristalli si formano lentamente e restano immersi nella massa del magma. Nello stadio finale il magma s’infiltra nelle sue fratture originando i filoni, corpi più sottili e con aspetto digitiforme.

La composizione delle rocce magmatiche presenta una prevalenza di minerali salici, detti essenziali. Dalla percentuale di silice SiO2, esse possono essere classificate in:

1.      Rocce acide (con contenuto di silice superiore al 66%).

2.      Rocce neutre(con contenuto di silice compreso tra il 66% ed il 52%).

3.      Rocce basiche (con contenuto di silice compreso tra il 52% ed il 45%, dando origine a rocce scure chiamate basiche o femiche).

4.      Rocce ultrabasiche (con contenuto di silice inferiore al 45%).

Le rocce magmatiche vengono inoltre classificate in famiglie, secondo il grado di acidità e la composizione mineralogica.

1.      Famiglia dei graniti (rocce acide): si tratta di rocce ricche di quarzo, feldspato di potassio. Sono rocce chiare e leggere con una densità variabile, ma sempre minore alle rocce femiche. I graniti sono le rocce intrusive. Esse costituiscono buona parte della crosta terrestre nelle aree continentali. Sono invece totalmente assenti nella crosta oceanica. Le rioliti sono le corrispondenti effusive.

2.      Famiglia delle dioriti (rocce neutre): Aumentano i minerali femici: miche, anfiboli e pirosseni.. Le dioriti sono rocce intrusive (grigie) e le andesiti sono quelle effusive. Derivano da magmi neutri.

3.      Famiglia dei gabbri (rocce basiche): si tratta di rocce con alto contenuto di minerali femici il quarzo è assente, mentre possono essere presenti olivine ed anfiboli. Ricchi di pirosseni e contenenti plagioclasi prevalentemente calcici, i gabbri sono rocce intrusive, mentre i basalti sono le rocce effusive scure o nere, che ricoprono interamente i fondali oceanici.

4.      Famiglia delle peridotiti (rocce ultrabasiche): si tratta di rocce ultrafemiche, contenenti quasi esclusivamente pirosseni e olivine. Le peridotiti sono le rocce intrusive, le picriti quelle effusive.

5.      Famiglia delle  alcaline (rocce ricche di sodio e potassio): si tratta di rocce molto simili ai graniti, con un tenore di silicio intermedio, in cui il quarzo è assente o presente in quantità minime. Le sieniti sono le rocce intrusive mentre le trachiti quelle effusive. Questi tipi di rocce appartengono alla serie alcalina, mentre le altre famiglie considerate appartengono alla serie alcali-calcica.

Attualmente si ritiene che esistano due tipi fondamentali di magma:  se  la fusione avviene a grande profondità del mantello si formerà un magma primario, femico, con composizione basaltica ad alta temperatura molto fluido che dà origine a gran parte delle rocce effusive,invece, se la fusione avviene a minor profondità per un processo di anatessi, si formerà un  fuso acido  chiamato magma secondario, sialico, con composizione simile al granito.  Entrambi hanno un’elevata viscosità(unità di misura della resistenza interna di un liquido a scorrere e dipende da vari fattori: natura chimica, temperatura, pressione) quindi si muovono con difficoltà e non risalgono molto nella crosta, in questo modo si formano i batoliti granitici. Un magma basico può risalire dal mantello attraverso delle fessure ma può anche risalire per tappe successive così da frazionarsi( cambia composizione e dà origine a magmi diversi; a scapito di minerali femici si arricchisce di minerali sialici) questo meccanismo è chiamato differenziazione.

Via via che si scende in profondità all’interno della terra la temperatura arriva oltre 4000° sufficienti a far fondere tutte le rocce che conosciamo, questo non accade per la pressione che fa innalzare il punto di fusione dei materiali. Le condizioni necessarie per far fondere le rocce potrebbero essere un aumento della temperatura del mantello o l’arrivo dei fluidi capaci di “ inumidire” le rocce

Rocce sedimentarie

Queste rocce derivano dalla sedimentazione, ovvero deposizione e accumulo, di materiali di varia origine. Queste rocce possono essere di varia natura: valli, montagne, deserti, fondo  dei  laghi o delle paludi, in riva al mare, l’intero oceano. Il passaggio da sedimenti a rocce sedimentarie avviene attraverso vari fenomeni che prendono il  nome di diagenesi. Tra questi processi il più comune è la litificazione  che avviene per compattazione( sovrapposizione dei sedimenti che comprimendosi  riducono gli spazi vuoti) o cementazione( fluidi che contengono in soluzione alcune sostanze che possono precipitare chimicamente per riempire i pori).

Le rocce sedimentarie sono divise in tre grandi gruppi:

  1. Rocce clastiche: sono rocce formate da frammenti(clasti) di altre rocce. Per capire l’origine delle  rocce si tiene conto della dimensione dei clasti. Se sono più grandi di 2 mm sono i conglomerati che derivano dalla lenta cementazione delle ghiaie, si dividono in brecce e puddinghe. Se hanno dimensioni comprese tra i 2 mm e 1/16 di mm, abbiamo le arenarie( sabbie cementate ricche di quarzo). Se sono più piccoli di 1/16 di mm, si formano le argille. Le rocce clastiche comprendono anche le marne.
  2. Rocce organogene: Questo tipo di roccia è caratterizzato dalla presenza di  resti fossili di organismi viventi. Questo tipo di roccia può avere varie nature: carbonatiche, derivano dall’accumulo di gusci calcarei. Associate a queste troviamo la dolomie formate da dolomite. Un altro tipo di roccia organogena è quella silicea che deriva dall’accumulo di gusci di organismi che utilizzano la silice, tra queste la più diffusa e la selce. Infine abbiamo i carboni fossili ,che derivano dalla fossilizzazione di grandi masse di vegetali, e gli idrocarburi, composti del carbonio e dell’idrogeno cui si aggiungono piccole quantità di composti ossigenati.
  3. Rocce chimiche: Quest’ultimo gruppo comprende tutte quelle rocce che si sono deposte per fenomeni chimici. La forma più evidente è quella della precipitazione così da formare le rocce evaporitiche. Altri sedimenti derivano da alterazioni per dissoluzione di rocce preesistenti e danno origine alle rocce residuali. Le rocce evaporitiche  si formano quando un bacino isolato evapora completamente lasciando così una distesa di Sali. In questo gruppo troviamo i calcari e le dolomie. Mentre in ambiente continentale si formano i travertini e gli alabastri. invece le rocce residuali sono così definite perché i materiali si accumulano senza trasporto.

Le rocce sedimentarie attraversano un processo; le rocce che affiorano in superficie sono attaccate dagli agenti atmosferici che ne  provocano la disgregazione e l’alterazione. Questi frammenti possono rimanere nel luogo in cui sono formati oppure possono essere trasportati da vari agenti climatici.

Rocce metamorfiche

Le rocce metamorfiche si sono formate e si formano in seguito alla trasformazione di altre rocce , provocata da aumenti di pressione e di temperatura. Il metamorfismo è un processo che avviene in profondità; le trasformazioni riguardano sia i minerali sia la struttura della roccia cioè il modo in cui i minerali sono disposti. Queste trasformazioni prendono il nome di facies metamorfiche, ognuna delle quali raggruppa tutte le rocce che sono ricristallizzate in un certo intervallo di temperatura e di pressioni, senza tener conto della loro eterogeneità chimica. In questo modo possiamo risalire alla roccia d’origine. Quando invece  il magma risale attraverso la crosta provoca un forte aumento di temperatura nelle rocce con cui viene a contatto. Queste subiscono modificazioni. Si forma così un’aureola di contatto; le trasformazioni si attenuano con la distanza fino ad arrivare a rocce non metamorfiche, in tal caso si parla di metamorfismo di contatto. Il processo più imponente per volume di rocce coinvolte è il metamorfismo che avviene quando, a causa dei movimenti della crosta terrestre, le rocce sprofondano all’interno delle falde e vengono quindi sottoposte a forti pressioni. Troviamo vari tipi di rocce metamorfiche: le filladi (derivano dal metamorfismo di rocce argillose o argillo-sabbiose), le micascisti ( derivano da metamorfismo regionale di grado medio-alto), le gneiss( derivano da metamorfismo regionale di grado medio alto e hanno composizione simile a quella dei graniti).

I processi magmatico, sedimentario e metamorfico fanno parte del ciclo litogenetico. Il primo stadio comprende tutto il processo magmatico; uno stadio successivo lo troviamo nel processo sedimentario che spostandosi dalla superficie e in profondità da vita a un terzo stadio che è quello del processo metamorfico che attraverso i fenomeni di fusione ci riporta al processo magmatico.


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Diapositive: La struttura della Terra
Diapositive: I minerali


Test: Minerali e Rocce

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