1 SCIENZE DELLA TERRA Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali © 2011, Zanichelli editore S.p.A.

Gran parte delle rocce che costituiscono la crosta terrestre si èformata per solidificazione di un magma, cioè a partire da ma-teriale fuso. Esse sono dette rocce magmatiche (o ignee).

Un magma è una massa di rocce fuse che si forma a profon-dità variabili tra 15 e 100 km entro la crosta terrestre o nellaparte superiore del mantello (lo strato che si trova subito sottola crosta). È una complessa miscela di minerali (silicati) e gas.

Quando il magma si raffredda inizia un processo di cristal-lizzazione: gli atomi degli elementi in esso presenti si dispongo-no in posizioni fisse nei reticoli cristallini, non sono più liberidi muoversi e si forma una sostanza solida.

Dalla massa fusa si separano i minerali, dalla cui aggregazio-ne finale risulterà la roccia.

Le rocce magmatiche sono di due tipi:

A. La formazione delle rocce magmatiche

stalli di dimensioni apprezzabi-li, mentre è ancora in profon-dità o sta risalendo. Perciò nel-le rocce magmatiche effusive icristalli hanno piccole dimen-sioni, visibili solo al microsco-pio o, addirittura, gli atomi nonhanno il tempo di organizzarsiin reticoli cristallini: si ottengo-no così sostanze, almeno inparte, amorfe.

Le sostanze amorfe sono so-lide ma non cristalline: sonocome il vetro.

L’ossidiana è una roccia magmatica effusiva di tipoamorfo: è una sostanza «vetrosa» dicolore nero, verde o rosso, nella qualegli atomi non si dispongono ordinata-mente in reticoli cristallini.

Anche la pomice è una roccia magmatica effusiva di tipoamorfo: ha una struttura vetrosa ma,a differenza dell’ossidiana, presentanumerose cavità, che la rendono cosìleggera da galleggiare sull’acqua.

Rocce magmaticheintrusive ed effusiveAll’interno della crosta i magmisi raffreddano lentamente, datoche le rocce che circondano lamassa fusa impediscono la ra-pida dispersione del calore epossono avere temperature vi-cine a quelle del magma.

In queste condizioni, i cristal-li che si formano mano a manoche il magma si raffredda hannoil tempo sufficiente per crescereanche fino a qualche millimetro

1 prima che l’intera roccia cristal-lizzi (e il processo si fermi).

Per questa ragione, tutte lerocce magmatiche intrusive so-no formate da cristalli visibili aocchio nudo.

Se invece il magma risale fi-no in superficie, la sua tempe-ratura passa da circa 1000 °C aquella ambiente in maniera piùrapida e i singoli cristalli nonhanno il tempo di crescere. So-lo una piccola parte della massamagmatica riesce a formare cri-

Il basalto è una roccia magmatica effusiva,

i cui cristalli non sono distingui-bili a occhio nudo.

Il granito è una roccia magmatica intrusiva. Sono riconoscibili a occhio nudo i cri-stalli di vari minerali: quarzo (grigi),silicati di sodio e calcio (bianchi),biotite (neri).

rocce intrusive:raffreddamento lento,cristalli grandi

rocce effusive:raffreddamento rapido,

cristalli piccoli o vetri vulcanici

Q U E S I T I1 Perché le rocce magmatiche effu-sive sono almeno in parte amorfe?

LEGGI L’IMMAGINE2 Descrivi le differenze tra la strut-tura del granito e quella della po-mice.

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– intrusive, che si formano quando la massa fusa solidifica ecristallizza in profondità;

– effusive, che si formano invece quando il magma solidifi-ca in superficie.

Le rocce magmatiche sono anche classificate in base ai mi-nerali di cui sono costituite. La maggior parte dei mineralipresenti nelle rocce magmatiche è costituita da silicati, siaperché il silicio è molto abbondante sulla Terra, sia perché isilicati fondono a temperature che vengono facilmente rag-giunte in alcune parti della crosta e del mantello.

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Unità T5 • PARAGRAFO 1:Che cos’è un vulcano

Animazione Il ciclo litogenetico [2:31]

A T T I V I T À

rocc

ia p

orta

tavi

a d

all’e

rosi

one

superficie del terreno circa 100 milioni di anni fa

superficie attualedel terreno

b a t o l i t e

CHE COSA VEDE IL GEOLOGO

L’erosione hascoperto lerocce graniti-che di un bato-lite nella vallatadi Yosemite, inCalifornia.

intrusione che ha dato origineal filone basaltico

magma

L’erosione inquesto casoha scoperto unfilone basalticosolidificatosi inmezzo a stratidi ceneri vulca-niche.

Il raffreddamentodel magmaMetti uno strato sottile di saloloin polvere, che potrai trovare infarmacia, in una vaschetta e fallofondere con un asciugacapelli (ilsalolo ha un punto di fusione bas-so, a 43 °C). Lascialo raffreddarelentamente, poi – prima che soli-difichi – fai cadere dei cristalli disalolo in quello fuso. Osserva con una lente di ingran-dimento.� Che cosa succede? Fondi ora una piccola quantità disalolo in una provetta e poi im-mergi la provetta ancora calda,senza rovesciarla, in un bicchieredi acqua ghiacciata.� Come si comporta il salolo?� Che differenza hai notato fra ilraffreddamento lento e quello ve-loce?

Il destino delle rocceintrusive Una volta solidificate, le roccemagmatiche intrusive vanno afar parte in maniera stabile del-la crosta terrestre e possono ri-manere immobili, in profon-dità, anche per tempi lunghis-simi.

In alcuni casi, però, questerocce possono essere sospinte

2 verso l’alto dai movimenti del-la crosta terrestre. Se giungo-no fino in superficie, o neisuoi pressi, queste rocce pos-sono essere messe a nudo inseguito alla lenta demolizionedelle rocce sovrastanti.

I responsabili di tale pro-cesso – chiamato erosione –sono generalmente le acquecorrenti, il ghiaccio e il vento.

Q U E S I T I1 Come vengono alla superficie lerocce magmatiche intrusive?

LEGGI L’IMMAGINE2 Come è affiorato in superficie ilfilone basaltico raffigurato nel-l’immagine in basso?

3 SCIENZE DELLA TERRA Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali © 2011, Zanichelli editore S.p.A.

la compattazionee la cementazione

portano alla litificazionedei sedimenti trasformandoli

in rocce sedimentarie

meccanismi fisici echimici degradanole rocce

roccesedimentarie

il seppellimentosi verifica quandonuovi strati di sedimentisi dispongono su quelli piùantichi, che vengono compattati

l’erosione rimuove le particelle prodotte dalla disgregazione

il trasporto operato dall’acqua,dai ghiacciai e dal vento spostale particelle verso quote minori

si ha sedimentazionequando le particelle

si depositanoo quandoi minerali

solubiliprecipitano

La crosta terrestre è formata per la maggior parte da rocce me-tamorfiche e magmatiche, ma la sua superficie è composta dauno strato quasi continuo di rocce sedimentarie.

Esse si formano attraverso processi che avvengono sulla su-perficie terrestre, al contrario delle rocce magmatiche e diquelle metamorfiche, che hanno origine in profondità.

La sedimentazione è la deposizione, in strati sovrapposti, divari tipi di materiali: frammenti di rocce portati dai corsi d’ac-

qua, gusci e scheletri di animali, resti vegetali, sabbie trasportatedal vento, ceneri dei vulcani.

Le rocce sedimentarie vengono divise in tre gruppi, a secondadel processo di formazione:– clastiche, dovute all’accumulo di frammenti provenienti dalla

disgregazione di altre rocce;– organogene, formate da materiali che derivano dall’attività

di organismi o dai loro resti;

B. La formazione delle rocce sedimentarie

La formazione dellerocce clastiche Le rocce che affiorano in superfi-cie subiscono la disgregazione el’erosione per opera degli agentiatmosferici. Si producono in que-sto modo dei frammenti, che han-no dimensioni variabili: da gran-di massi a sabbie sottilissime.

I frammenti sono trasportatidall’acqua, dal ghiaccio e dal ven-to per tratti più o meno lunghi equindi depositati sulle terre emer-se o sul fondo del mare. La lun-ghezza del tragitto percorso di-pende dalle dimensioni dei sedi-menti e dall’energia del mezzoche li trasporta: per il trasporto diframmenti molto piccoli, adesempio, basta un debole movi-mento delle acque e, di conse-guenza, la deposizione dei mate-riali fini può avvenire solo in unmezzo molto tranquillo.

La deposizione dei frammen-ti è detta sedimentazione. I se-dimenti si accumulano in stratisovrapposti e vanno incontro alitificazione, cioè vengono tra-sformati in roccia consolidata. La

3 litificazione avviene attraversodue processi, la compattazione(dovuta al peso degli strati sovra-stanti) e la cementazione (dovutaalla precipitazione di sostanzesciolte nell’acqua che vanno ariempire i pori tra i granuli). En-trambi i processi richiedono tem-pi lunghissimi: dell’ordine di cen-tinaia di migliaia d’anni.

Le rocce che si formano se-guendo questi processi sonodette rocce clastiche e si classifi-cano in base alla dimensionedelle particelle (clasti) che lecompongono:– i conglomerati sono costituiti in

prevalenza da ciottoli il cui dia-metro supera i 2 mm;

– le arenarie sono formate da cla-sti con diametro compreso tra2 e 0,06 mm;

– i clasti che costituiscono le ar-gilliti hanno un diametro infe-riore a 0,06 mm.

[F.R

icci

Luc

chi]

CHE COSA VEDE IL GEOLOGO

fratturesegni della stratificazione

detriti cadutidalla parete

gli stratipiù in alto

sonopiù recenti

gli stratipiù in basso

sonopiù antichi

Q U E S I T I1 Attraverso quali processi si formano le rocce clastiche?

LEGGI L’IMMAGINE2 La trasformazione dei sedimenti in rocce coinvolge delle reazioni chimiche?

Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali © 2011, Zanichelli editore S.p.A. UNITÀ T4• Il modellamento del rilievo 4

– chimiche, che derivano da processi chimici, come la precipi-tazione dei sali.Esiste una stretta relazione tra il tipo di ambiente in cui av-

viene la sedimentazione (marino, fluviale, terrestre) e il tipo diroccia che può originarsi: di conseguenza, le rocce sedimenta-rie sono un’importante testimonianza delle condizioni che esi-stevano sulla superficie terrestre al momento della deposizionedei materiali da cui esse hanno preso origine.

Lo studio delle rocce sedimentarie ha inoltre una grande uti-lità pratica; infatti in queste rocce si trovano depositi di petro-lio, gas naturale e carbone fossile.

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Animazione Stadi del ciclo di formazione delle rocce sedimentarie [2:04]

Le rocce organogene Sono derivate dall’accumularsidi resti di organismi: gusci escheletri di animali di varie di-mensioni; ammassi di organi-smi costruttori (come i coralli);

4 resti di vegetali (come quelliche formano il carbone fossile).

Le rocce organogene più dif-fuse sono i calcari, costituiti so-prattutto dal minerale calcite,che viene prodotto da molti or-

ganismi marini. Ad esempio,sono di carbonato di calcio igusci di diversi organismi chevivono nelle acque superficiali(i foraminiferi), i cui scheletriesterni si depositano sul fondooceanico e sono importanti fon-ti di sedimenti organogeni.

Vi sono anche rocce organo-gene silicee (come la selce), chesi formano per l’accumulo digusci di organismi che utilizza-no la silice invece della calcite.

Le rocce chimiche Si formano soprattutto in seguitoalla precipitazione di sostanzesciolte nell’acqua dei mari e deilaghi. Ad esempio, quando in unbacino marino, rimasto del tut-to o in parte isolato, aumenta laconcentrazione di sali per viadell’evaporazione, sul suo fondosi depositano i sali contenuti nel-l’acqua di mare, tra i quali la cal-cite, il gesso e il salgemma. Que-sti depositi si chiamano evaporiti.

Anche alcune rocce siliceederivano dalla precipitazionechimica del silicio presente nel-l’acqua sul fondo del mare.

Travertino e alabastro sonocalcari che derivano dalla depo-sizione da acque fluviali o di

5 sorgente, in seguito a evapora-zione dovuta a un cambiamentodella temperatura dell’acqua.

Le stalattiti e le stalagmiti so-no concrezioni di calcare che sidepositano in seguito al perco-lamento di acqua satura di car-bonato di calcio dal soffitto del-le grotte.

Le stalattiti sono delleconcrezioni allungate chependono dal soffitto.

Le stalagmiti hanno for-ma conica e crescono dalpavimento verso l’alto,quando le gocce d’acquacadono sul pavimentodella grotta.

Costruisci una rocciaBagna con l’acqua un po’ di sab-bia e poi comprimila in un pic-colo bicchiere di plastica. Rove-scia e togli il bicchiere e lasciaasciugare la tua piccola rocciasedimentaria. Sperimenta ora l’azione di di-verse sostanze come “cementi”(sale, zucchero, gesso) mesco-landoli nella proporzione di 1/4rispetto alla sabbia. � Quale ti sembra la «roccia»più resistente?� Come si chiamano le rocceche si formano con questo pro-cedimento?

A T T I V I T À

Q U E S I T I1 Da quali materiali sono derivatele rocce organogene?

LEGGI L’IMMAGINE2 Quali organismi hanno prodottoil calcare della fotografia?

Q U E S I T I1 Come si formano le rocce chimi-che?

LEGGI L’IMMAGINE2 Da che cosa sono costituite sta-lattiti e stalagmiti?

Gli apparati scheletrici esterni dei co-ralli possono saldarsi uno all’altro eformare un calcare, in cui sono anco-ra riconoscibili i singoli organismi.

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Attribuisci a una roccia le condizionidi formazione Collega con una freccia il tipo diroccia ai processi che ne hannodeterminato la formazione escegli, per ciascun processo, lecondizioni ambientali in cui es-so si verifica.

Le rocce, quando vengono sottoposte a temperature elevateo a forti pressioni (o ad entrambi i processi), pur rimanendoallo stato solido possono subire dei cambiamenti nella lorocomposizione mineralogica (cioè del tipo di minerali di cuisono costituite) e nella struttura (cioè nella disposizione deiminerali al loro interno).

Questo processo di trasformazione mineralogica e struttu-

rale è detto metamorfismo e le rocce che ne derivano sonochiamate rocce metamorfiche.

Quali sono le condizioni nelle quali si verificano le trasfor-mazioni metamorfiche?

Questi processi avvengono all’interno della crosta terrestre,a una profondità compresa tra i 10 e i 30 km, dove le pressioniaumentano e le temperature diventano sufficientemente eleva-

C. La formazione delle rocce metamorfiche

metamorfismoregionale

metamorfismodi contatto

Tipi di metamorfismo I casi più frequenti di meta-morfismo sono due.1. Il metamorfismo regionale èun fenomeno che riguarda por-zioni molto estese della crostaterrestre. Si verifica quando deimovimenti della crosta terre-stre coinvolgono masse di roc-ce sedimentarie o magmatiche,che vengono sottoposte di con-seguenza a temperature cre-

6 scenti e a forti pressioni. Talimovimenti sono in genere col-legati al sollevamento di catenemontuose.2. Il metamorfismo di contattosi osserva invece quando unamassa di magma incandescenterisale attraverso la crosta, op-pure si ferma all’interno diquesta, provocando un forteaumento di temperatura nellerocce con cui viene a contatto.

Attorno alla massa di magma lerocce subiscono delle modifi-cazioni nella composizione deiminerali. Lo spessore di rocceinteressate dal metamorfismovaria da qualche centimetro alkilometro, a seconda delle di-mensioni della massa di magmae del tipo di rocce. Più si è vici-ni alla massa incandescente,più le trasformazioni sono in-tense.

Roccia Tipo di processo Condizioni

Salgemma metamorfico Alta temperatura (superiore a quella di fusionedelle rocce); condizioni di pressione molto varie.

Granito sedimentario Temperature comprese tra 300° C e 800° C (non si ha fusione delle rocce); pressioni elevate.

Marmo magmatico Temperature comprese tra 0° C e 150° C; basse pressioni.

A T T I V I T À

Q U E S I T I1 Quando si verifica il metamorfi-smo di contatto?

LEGGI L’IMMAGINE2 Quale tipo di metamorfismo in-teressa aree molto estese?

Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali © 2011, Zanichelli editore S.p.A. UNITÀ T4• Il modellamento del rilievo 6

te, ma non a tal punto da provocare la fusione delle rocce (senon localmente e in modesti volumi).

Il metamorfismo riguarda quindi le rocce che, per i conti-nui movimenti della crosta terrestre, vengono trasportate aprofondità maggiori rispetto alla loro posizione iniziale.

La temperatura e la pressione che innescano il metamorfi-smo sono conseguenze del calore interno della Terra e delpeso delle rocce sovrastanti. A 15 km di profondità la pres-sione è infatti circa 4000 volte superiore a quella esistentesulla superficie terrestre.

La ricristallizzazionedei minerali Quando è trascinata in profon-dità dai movimenti della crostaterrestre, una roccia si adatta al-le nuove temperature e pressio-ni: gli atomi diventano più mo-bili, abbandonano le posizionioccupate nei reticoli cristallini esi legano secondo nuove dispo-sizioni.

8 Questo fenomeno viene det-to ricristallizzazione dei mine-rali. A volte, cristalli già presentisi ingrandiscono, assorbendonealtri dello stesso tipo.

La pressione modifica in varimodi la composizione mineralo-gica e la struttura di una roccia.1. Le pressioni omogenee, cheagiscono in modo uniforme intutte le direzioni, fanno avvici-

nare fra loro gli atomi dei mine-rali, che assumono così struttu-re cristalline più «compatte».2. Le pressioni orientate in unacerta direzione determinano laforma e l’orientamento dei nuovicristalli. I minerali metamorficipossono essere in questo caso al-lungati e allineati secondo unaparticolare direzione.

L’associazione di minerali in

Una roccia metamorfica di basso grado: la fillade. Una roccia metamorfica di medio grado: il micascisto. Una roccia metamorfica di alto grado: lo gneiss occhiadino.

Condizioni di formazione delle rocce metamorficheQuando prevale l’azione di fortipressioni rispetto a quella dellatemperatura (a profondità rela-tivamente basse), si formano dipreferenza minerali appiattiti olamellari, come le miche, orien-tati tutti perpendicolarmente al-la direzione della pressione. Le

7 rocce che ne derivano presenta-no una tipica scistosità, cioè laproprietà di dividersi facilmentein lastre su piani paralleli.

Con l’aumentare della tem-peratura e della profondità, laformazione di minerali lamellaridiventa più difficile e prevalgo-no minerali di aspetto granulare:si perde così la scistosità e si for-mano rocce più massicce, anche

se ancora divisibili in grossibanchi.

I minerali di una roccia chesprofonda nella crosta terrestresono sottoposti, quindi, a con-tinua trasformazione e il tipo dimetamorfismo finale dipendedal punto in cui si è arrestato ilprocesso di sprofondamento.Rocce in partenza uguali pos-sono originare tipi diversi di

rocce metamorfiche, a secondadelle pressioni e delle tempera-ture cui sono sottoposte.

una roccia metamorfica dipendeanche dalla composizione dellaroccia originaria. I minerali piùabbondanti nelle rocce meta-morfiche sono i silicati, dato cheesse derivano da altre rocce ric-che di silicati. Tra i minerali ca-ratteristici di questa categoria dirocce alcuni, come il quarzo e lemiche, sono presenti anche nellerocce magmatiche; altri invece(come il granato) sono tipici del-le sole rocce metamorfiche.Un calcare (a sinistra), formato da mi-

nuscoli cristalli di calcite, può esseretrasformato – attraverso un processometamorfico – in un marmo (a de-stra), costituito da un mosaico di cri-stalli di calcite di dimensioni maggiori.

Q U E S I T I1 Che tipo di rocce si forma quandoprevale l’azione della pressione suquella della temperatura?

LEGGI L’IMMAGINE2 Quale tra queste rocce tende adividersi in lastre su piani paralleli?

Q U E S I T I1 In che cosa consiste la ricristal-lizzazione dei minerali?

LEGGI L’IMMAGINE2 Come si presentano i cristalli dicalcite, rispettivamente, nel calca-re e nel marmo?

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Unità T6 • PARAGRAFO 2:Le strutture della crosta oceanica: dorsali e fosse

Animazione Il ciclo litogenetico [2:31]