I materiali della crosta terrestre

I materiali della crosta terrestre

Abbiamo già visto che i i minerali sono sostanze omogenee

Che cosa sono le rocce?

Definizione di ROCCIADefinizione di ROCCIA

• Aggregato naturale di uno o più minerali dunque miscuglio eterogeneo

• Minerali di tipo diverso Minerali di tipo diverso (es. granito, basalto)(es. granito, basalto)

Una roccia può contenere

•Un solo tipo di minerale Un solo tipo di minerale (travertino, quarzarenite)(travertino, quarzarenite)

• roccia monomineralicaroccia monomineralica• roccia polimineralicaroccia polimineralica

roccia monomineralicaroccia monomineralica

domanda• se c’è un solo minerale perché diciamo che è una

roccia?

• Perchè se le dimensioni sono grandi, sono presenti piccole quantità di altri minerali che rendono l’insieme non più omogeneo

risposta

litotipolitotipo• Un litotipo è un tipo di roccia formato da un certo

numero di minerali e/o altri elementi che lo caratterizzano, presenti in determinate proporzioni.

Tessitura e struttura

l'insieme delle caratteristiche macroscopiche con cui si presentano i minerali che compongono una roccia:

aspetto,

dimensioni reali e relative,

forma e disposizione.

l’insieme dei caratteri geometrici rilevabili a scala microscopica

Quasi sempre a definire un litotipo contribuiscono anche - e in certi casi esclusivamente -

Le rocce si presentano in corpi rocciosiLe rocce si presentano in corpi rocciosi• I corpi rocciosi sono le forme volumetriche in cui sono organizzate le

rocce. • La forma e le dimensioni di un corpo roccioso dipendono dall'ambiente

chimico-fisico e dai meccanismi di formazione delle rocce. • Un corpo roccioso: - è delimitato da superfici nette che lo separano dai corpi rocciosi circostanti;- può essere costituito da uno o più litotipi; - può presentare al suo interno linee, superfici, orientazioni particolari.

Essendo le rocce dei miscugli di minerali il criterio che si usa per classificarle è quello relativo al processo di

formazione.

Ogni roccia deriva da un processo particolare:

• PROCESSO MAGMATICO

•PROCESSO SEDIMENTARIO

•PROCESSO METAMORFICO

MET. DINAMICO

TERRIGENE

PROCESSO MAGMATICO PROCESSO SEDIMENTARIO •PROCESSO METAMORFICO

Le rocce ignee o magmaticheLe rocce ignee o magmatiche

Derivano tutte dalla solidificazione di un magma, che può avvenire:

• al di sotto della superficie terrestre (rocce plutoniche o intrusive)

• o al di sopra (rocce vulcaniche o effusive)

• Le differenti modalità di raffreddamento portano alla formazioni di rocce con diverse strutture facilmente identificabili

Processo magmatico Processo magmatico

microcristallina

LE ROCCE AFFIORANTI SONO: - per circa il 75% rocce sedimentarie- e per il25% rocce ignee (la grande maggioranza) e rocce metamorfiche

ABBONDANZE RELATIVE DELLE ABBONDANZE RELATIVE DELLE ROCCE SULLA SUPERFICIE ROCCE SULLA SUPERFICIE

TERRESTRETERRESTRE

Ma se consideriamo L’INTERO SPESSORE DELLA CROSTA allora -solo l’8% è di rocce sedimentarie, -il 65% è di rocce magmatiche -e il 27% di rocce metamorfiche

-La crosta rappresenta solo lo 0,74% del volume della Terra. -Tuttavia questa è l’unica parte della terra che è direttamente esposta per lo studio petrografico

Il ciclo litogenetico Il ciclo litogenetico

Metamorfismodi contatto

Magmi acidi

Magmi basici

sedimenti

Rocceeffusive

Rocceintrusive

GAS

Metamorfismodi contatto

Rocceintrusive

Compattazione e cementazione

Rocce sedimentarie

Roccemetamorfiche

fusione

Mantello

Crosta

Intrusionee raffreddamento

sollevamento

sollevamento

sollevamento

Atmosfera

G R A N ITI

D IO R ITI

G A B B R I

VULCANICHE

C L A S TIC H E

B IO G E N E

C H IM IC H E

SEDIM ENT ARIE

d i b asso g rad o

d i m ed io g rad o

d i a lto g rad o

M E T. R E G IO N A L E

M E T. D I C O N TA TTO

M E T. D A C R O L L O

M ET AM ORFICHE

categorie di rocce

Il ciclo litogenetico Il ciclo litogenetico

Rocce Ignee Risalita

Alterazione ed erosione

Risalita

Deposizione negli oceani e sui continenti

Sedimenti

Seppellimento e litificazione

Calore e Pressione

Rocce Metamorfiche

Calore e Pressione

Fusione

MAGMA

Au

men

to d

i tem

per

atu

ra e

pre

ssio

ne

Risalita

Raffreddamento

Rocce Sedimentarie

Il ciclo Il ciclo litogeneticolitogenetico

Rocce Ignee o mgmaticheRocce Ignee o mgmatiche

MAGMIMAGMIDerivano tutte dalla solidificazione dei

- - DEFINIZIONEDEFINIZIONE

- CARATTERI - CARATTERI CHIMICI e FISICICHIMICI e FISICI

DEFINIZIONEDEFINIZIONE

I I magmi sono materiali naturali allo stato fuso che contengono gas e, a volte, anche una certa quantità di cristalli. Nella quasi totalità, i fusi sono silicatici e raggiungono temperature massime di circa 1200 ºC;

Colata di lava basaltica (Kilauea, Hawaii)Colata di lava basaltica (Kilauea, Hawaii)

Il magmaIl magma•si forma per fusione parziale o totale di parte della crosta terrestre o di parte del mantello

È meno denso delle rocce circostanti per cui tende a salire verso l’alto attraverso le grandi fratture della litosfera

Durante la risalita può disgregare le rocce che attraversa e incorporarne i frammenti

Le temperature di un magma sono comprese tra un solidus, la temperatura

alla quale comincia a fondere il primo minerale, ed il liquidus, la temperatura alla quale anche l’ultimo minerale è completamente fuso

La componente volatile o, più semplicemente, i volatili sono costituiti, per la massima parte, da

HH22O, COO, CO2 2 ,CO, SO,CO, SO

22, H, H22S, HS, H

22, S e O, S e O

cui si aggiungono altri costituenti presenti in quantità minori

La COMPONENTE La COMPONENTE VOLATILE dei VOLATILE dei

magmimagmi

Anak Krakatua

Natura Natura chimicachimica dei magmi dei magmi

I magmi si distinguono in base al contenuto in I magmi si distinguono in base al contenuto in silice:silice:

Ultrabasici Ultrabasici SiOSiO2 2 < 45%< 45%Basici Basici SiO SiO2 2 < 52%< 52%IntermediIntermedi 52% < SiO 52% < SiO22 < 66% < 66%AcidiAcidi SiO SiO22 > 66% > 66%

Il magma si comporta come un liquido molto viscoso

La viscosità dipende dalla composizione chimica: SiO2 e AlO3 aumentano la viscosità del magma

Solo quando giunge vicino alla superficie terrestre il magma diventa più fluido

La presenza di acqua ne favorisce la fusione

A 1300-1400°C il magma è un insieme di

e di ioni metallici che si muovono liberamente

silicati

Viscosità del magmaViscosità del magmaIn un fuso che possiede unità tetraedriche tra loro collegate dagli ossigeni ponte, le singole unità non si muovono liberamente perché soggette ad un notevole attrito interno

il magma è molto molto viscosoviscoso.

L’elevata viscosità riduce anche lo spostamento degli L’elevata viscosità riduce anche lo spostamento degli ioni al suo internoioni al suo interno

viscositàviscositàAumenta con

Aumentare di SiO2 e Al 2O3

Diminuire della temperatura

Diminuisce con

Diminuire di SiO2 e Al2O3

Aumentare: - della temperatura

- dell’acqua

- dei componenti volatili

Le serie di BowenLe serie di BowenIl petrografo americano Bowen, studiando in laboratorio il

fenomeno del raffreddamento, osservò due serie di reazioni possibili, indipendenti l'una dall'altra tranne che alle basse temperature.

Nella prima serie, detta discontinua, si formano minerali ricchi di ferro e magnesio (olivine, pirosseni, anfiboli, ecc.) e ciascun gradino della serie è distinto dall'altro;

nella serie continua (quella dei plagioclasi), si osserva una transizione graduale da minerali più ricchi in calcio a minerali più ricchi in sodio e potassio, con formazione di tutte le miscele intermedie.

I minerali che solidificano per primi e formano cristalli ben conformati e di grandi dimensioni sono detti idiomorfi, quelli che cristallizzano per ultimi occupano gli interstizi disponibili e hanno dimensioni ridotte e forme irregolari, sono detti allotriomorfi.

I componenti volatili sono agenti I componenti volatili sono agenti mineralizzatorimineralizzatori

Ad alte pressioni sono disciolti nel magma e durante il processo di cristallizzazione favoriscono la formazione di cristalli grandi.

•Il vapore acqueo che diventa liquido origina soluzioni acide idrotermali che portano in soluzione metalli rari per depositarli altrove originando così giacimenti

•Questi residui di magma originano le pegmatiti con enormi cristalli anche utili o pregiati.

•Quando la massa è quasi completamente cristallizzata la parte fusa si arricchisce notevolmente in componenti volatili che ne aumentano la fluidità.

H2O, CO2, H2, HCl, Cl2, F2, HF, H2S SO2

Classificazione delle Rocce Classificazione delle Rocce IgneeIgneeLe due cose importanti necessarie per classificare una roccia

ignea sono:

tessitura e strutturatessitura e struttura composizionecomposizione

essere tanto piccoli da non essere distinguibili, nemmeno tramite il microscopio. In questo caso dovremo basarci sulla composizione chimica della roccia.

La tessitura di una roccia ignea si riferisce essenzialmente alla grandezza e alla forma dei cristalli che la costituiscono e al rapporto con cui questi stanno gli uni con gli altri.

La composizione di una roccia si basa sul riconoscimento dei minerali che costituiscono la roccia stessa.

Ovviamente per alcune rocce ignee i minerali possono

Tessitura e StrutturaTessitura e Struttura• I base alle dimensioni

assolute e relative ed alla disposizione e forma dei singoli componenti mineralogici le rocce si dividono in:

1.1. Pegmatitiche o peghatichePegmatitiche o peghatiche

2.2. Olocristalline o faneritiche o GranulariOlocristalline o faneritiche o Granulari

3.3. PorfirichePorfiriche

4.4. Microcristalline o afaniticheMicrocristalline o afanitiche

5. Vetrose

6.6. Bollose o pomiceeBollose o pomicee

PegmatitichePegmatiticheo peghaticheo peghatiche

• Sono formate da cristalli di dimensioni notevoli, anche rari e talvolta preziosi, si formano quando il magma che si inserisce nei filoni è ricco di gas, ciò aumenta la fluidità e facilita il formarsi di cristalli grandi (Topazio, Berillo).

• L’oro accompagna i filoni quarzosi che col disfacimento formano le sabbie aurifere.

• In Italia piccole quantità di oro si ricavavano in Valle d’Aosta a Brusson dalle quarziti aurifere del Monte Rosa

Olocristalline o faneritiche o Granulari: Olocristalline o faneritiche o Granulari: • Si formano se il

raffreddamento avviene lentamente e al di sotto della crosta terrestre (1000m).

• Sono quindi rocce intrusive • solo i primi minerali che

solidificano, Idiomorfi, possono raggiungere il loro abito cristallino tipico.

• Sucessivamente si formeranno composti allotriomorfi (Quarzo), che andranno ad occupare gli spazi rimasti.

granito rosa di Baveno)granito rosa di Baveno)

PorfirichePorfiriche::• Rocce che sono costituite da

cristalli grossi, detti Fenocristalli, immersi in una pasta vetrosa o microcristallina.

• I fenocristalli si formano lentamente, quando il magma risiede ancora in profondità e restano immersi nel magma quando esce in superficie.

• Le dimensioni dei fenocristalli variano a seconda dei tempi e delle temperature del magma.

Rocce ignee porfiricheRocce ignee porfiriche alcuni cristalli alcuni cristalli grandi.grandi.

1 cm

Rocce ignee porfiricheRocce ignee porfiriche

Microfotografia di un

fenocristallo di feldspato

(1 cm) in una matrice

(nera) vetrosa

Campione macroscopico di una roccia a grana media con fenocristalli centimetrici di feldspato

Microcristalline Microcristalline afanitiche afanitiche

andesite

basaltobasalto

Un tipo particolare di struttura

afanitica è l’ aplitica aplitica con minerali chiari e cristallizzati contemporaneamente

Vetrose: (Ossidiana).

BolloseBollose o pomicee o pomicee

Quando un magma è esposto a temperature relativamente basse (atmosfera terrestre o acqua in superficie) non ha il tempo di adeguare la sua energia per formare cristalli organizzati.Il risultato è la formazione di un vetro .

La struttura della pomice e dell’ossidiana è essenzialmente vetrosa.

OssidianaOssidiana

PomicPomicee

Classificazione delle rocce Classificazione delle rocce magmatichemagmatiche

si basa sulla composizione chimica e mineralogica◆ acide o felsitiche o persiliciche (chiare) • - contenuto di silice > 66%;◆ neutre o mesosiliciche formano la categoria intermedia

(silice• tra 52% e 66%)◆ Basiche o iposiliciche ( scure ) • - percentuale di silice < 52% - anche indicate come

rocce mafiche per la quantità elevata di minerali• ricchi di Mg e Fe o ultramafiche (o ultrabasiche), nel

caso in• cui i minerali contenenti Mg e Fe siano molto abbondanti◆ Ultrabasiche o ultramafiche o ultrafemiche

percentuale di silice di norma < 45%

strutturagranulare

Microgranulare o aplitica

Classificazione e composizione delle rocce magmatiche

Granulare

Aplitica

Porfirica

vetrosa Ossidiana ( vetro compatto)

Pomice (vetro vacuolare)

• Silice oltre il 65%.Famiglia dei graniti

granito

riolite

Rocce persiliciche o felsicheRocce persiliciche o felsiche

Rocce persiliciche o Rocce persiliciche o felsichefelsicheA grana fine (effusiva) A grana fine (effusiva)

= riolite= rioliteA grana grossa A grana grossa

(intrusiva) = granito(intrusiva) = granito

Riolite e granito hanno grosso modo la stessa composizione Riolite e granito hanno grosso modo la stessa composizione chimica. Differiscono solo nella grandezza dei cristalli.chimica. Differiscono solo nella grandezza dei cristalli.

Che effettivamente non Che effettivamente non sembra molto simile a sembra molto simile a quest’altro:quest’altro:

questo è un granitoquesto è un granito

Ma anche questo è un Ma anche questo è un granito granito

Tutti questi sono graniti. Loro soddisfano la definizione: Tutti questi sono graniti. Loro soddisfano la definizione: Rocce a grana grossa con abbondante quarzo e feldspati. Rocce a grana grossa con abbondante quarzo e feldspati. Perchè Perchè

sono così differenti??sono così differenti??

Granito = roccia ignea intrusiva Granito = roccia ignea intrusiva composta essenzialmente da:composta essenzialmente da:

FeldspatiFeldspati

QuarzoQuarzo

BiotiteBiotite

1 - muscovite (mica con sfaldatura a lamine trasparenti);

2 - quarzo;

3 – feldspato rosa -ortoclasio;

4 - biotite (mica con sfaldatura a lamine scure).

ortoclasioMinerali sialici

Minerali mafici o femici

orneblenda

quarzoalbite

muscovite

Notate che i vari minerali non sono cementati tra di loro e che i cristalli sono orientati a caso.

plagioclasio

mica

quarzo

Feld. alcalino

Tessitura nel granitoTessitura nel granito

Rocce Nesosiliciche: Rocce Nesosiliciche: Silice tra il 52% e il 65% Silice tra il 52% e il 65%

famiglia delle famiglia delle dioritidioriti

Andesite porfirica

diorite

Non c’è quarzo

Aumenta il Calcio feldspato

Compaiono i pirosseni

dioritidioriti

• Rocce Basiche: Silice tra il 45% e il 52% famiglia dei gabbri

basalto

gabbro

I basalti formano i pavimenti degli oceani

Sono le rocce più abbondanti nella crosta terrestre

Rocce Ultrabasiche: Silice inferiore al Rocce Ultrabasiche: Silice inferiore al 45% famiglia delle 45% famiglia delle peridotitiperidotiti

                                                             

                           

Minerali che compongono le rocce magmatiche

Rocce magmatiche

Plagioclasio feldspato

albite

 

Serie di BowenSerie di Bowen

Serie discontinua serie continua

Serie magmaticheUn’altra classificazione tiene conto del rapporto tra il tenore degli

alcali (in ordinata) e quello della silice ( in ascissa)

tholeitica

La serie più in basso è quella tholeitica ed è generata dai basalti tholeitici.

Nella figura in basso sono rappresentate tre serie magmatiche generate a partire da tre differenti magmi primitivi.

Quella intermedia è la serie calco-alcalina, generata dal basalto calco-alcalino

Quella superiore è la serie alcalina generata dal basalto alcalino.

• Esiste inoltre un’altra serie (più rara) denominata ultra-alcalina.

• I magmi primitivi della serie ultra-alcalina sono le basaniti.

• Alla serie ultra-alcalina (ed in particolare ultra-potassica) appartengono le rocce di molti vulcani italiani (es. Vesuvio).

Rocce della serie alcalinaRocce della serie alcalina• Neutra • sienite della Balma Basica

leucitite

effusiva: trachite Colli Euganei

L’origine e la differenziazione dei magmiL’origine e la differenziazione dei magmi

Esistono tanti tipi di rocce

Esistono tanti tipi di magmi?

L’ipotesi e insostenibile, gli studi hanno condotto i geologi a ritenere che esistano solo pochi magmi primari o genitori

Rocce magmatiche diverse si Rocce magmatiche diverse si originano da magmi diversi?originano da magmi diversi?

Le rocce intrusive sono quasi esclusivamente graniti e granodioriti

Le rocce effusive sono quasi esclusivamente basalti e andesiti a pirosseno

• L’idea è dunque che esistano due tipi principali di magmi originali

Se ci guardiamo intorno ci accorgiamo che:

Mediante esperimenti di laboratorio si è verificato che

i magmi granitici• Si possono ottenere per

fusione parziale (anatessi) di rocce metamorfiche (molto diffuse nella crosta continentale)

I magmi basaltici• Si possono ottenere

per fusione parziale di peridotiti (presenti nel mantello vicino alla crosta)

Come è possibile che tutte le rocce derivino da questi due tipi di magmi?

differenziazione contaminazione

differenziazionedifferenziazione• Durante il raffreddamento di un magma, se si attiva un

qualunque meccanismo capace di separare fisicamente i primi cristalli formatisi (basici) dal fuso residuo, si verificherà una differenziazione del magma.

• Il fuso residuo che ha una composizione chimica meno ricca in minerali basici, può solidificare altrove.

• i meccanismi che determinano la separazione fisica dei cristalli dal liquido sono vari e possono essere raggruppati nelle seguenti categorie:

• a) frazionamento gravitativo;b) separazione per flusso;c) frazionamento convettivo;d) effetti di filtro-pressa;e) trasporto gassoso.

contaminazionecontaminazione

• IbridazioneSi ha quando si mescolano

magmi di composizione diversa

• Assimilazionesi ha quando un magma, nel

corso della sua risalita verso la superficie, determina la fusione parziale delle rocce incassanti in virtù della sua elevata temperatura, mescolandosi con i fusi così prodotti.

Perché….. ► magmi granitici danno origine quasi sempre a rocce intrusive?

► e magmi basaltici a rocce effusive?

La spiegazione sta nel solidus (il solidus è la temperatura alla quale anche l’ultimo minerale diventa solido)

Il solidus (t°) dei magmi granitici è più basso di quello dei magmi basaltici

Perché si formano i magmi?Perché si formano i magmi?

• La terra è solida fino a una profondità di 2900Km• Le rocce fondono in punti localizzati, situati a

profondità diverse nella crosta e nel mantello

I valori combinati di temperatura e pressione determinano lo stato fisico di una roccia

Le rocce possono fondere in seguito a:Le rocce possono fondere in seguito a: Diminuzione della pressione causata, ad es. ,

dalla risalita di materiale solido e caldo dal mantello

innalzamento localizzato della temperatura a causa dello sprofondamento di rocce durante un’orogenesi o a causa di fenomeni di attrito prodotti dallo scorrimento di grandi masse crostali.

Aumento del contenuto dei fluidi

L’origine dei magmi granitici (L’origine dei magmi granitici (graniti, graniti, granodioriti, quarzodioriti e tonalitigranodioriti, quarzodioriti e tonaliti) è da ) è da

attribuirsi a:attribuirsi a:• Ultrametamorfismo

• Differenziazione di rocce basiche

• Fusione della crosta profonda a causa dell’aumento del gradiente geotermico e per apporto di calore dai magmi subcrostali

Derivando da fusione di rocce crostali è detto

magma secondario

Origine dei magmi basalticiOrigine dei magmi basaltici

• Fusione di rocce provenienti dal mantello

Magma primario

Riepilogando:

Il magma primario si origina direttamente dal mantello

Il magma secondario deriva dalla fusione delle rocce crostali

Rocce femiche: - Fusione del mantello (ultrafemico)

Rocce intermedie:- Fusione di rocce femiche- Fusione di rocce ultrafemiche e

differenziazione magmatica attraverso fenomeni di cristallizzazione frazionata

- Mixing tra magmi felsici e magmi femici

Rocce felsiche:- Fusione di materiale ricco in SiO2 (rocce

crostali: sedimenti e sedimenti metamorfosati)- Fusione di rocce femiche- Differenziazione magmatica attraverso

fenomeni di cristallizzazione frazionata.

Origine delle rocce igneeOrigine delle rocce ignee

decompressione

Aggiunta di acqua o magma

femico

decompressione, aggiunta di acqua

o magmi

Rocce sedimentarieRocce sedimentarie

• Le rocce sedimentarie e le parametamorfiche 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 affioranti

Il processo sedimentario ha come effetti:Il processo sedimentario ha come effetti: il modellamento della superficie terrestreil modellamento della superficie terrestrela formazione delle rocce sedimentariela formazione delle rocce sedimentarie

• può essere suddiviso in fasi, che rappresentano il "ciclo sedimentario“:

• DEGRADAZIONE• EROSIONE • TRASPORTO • SEDIMENTAZIONE • DIAGENESI che trasforma i sedimenti in roccia

I tempi di attuazione sono variabili

degradazionedegradazione

Quando una qualsiasi roccia entra in contatto con l'atmosfera iniziano i processi di alterazione.

chimico biologico.

• alterazione delle rocce preesistenti sulla superficie terrestre con formazione di frammenti solidi (clasti) e di sostanze in soluzione.

Erosione:Erosione: separazione fisica di questi frammenti e soluti dalle rocce originarie

Tali processi possono essere di tipo fisico,

- TrasportoTrasporto del materiale detritico e di quello in soluzione ad opera dei fiumi, dei venti, dei ghiacciai, degli organismi viventi, ecc.

Il trasporto del materiale detritico avviene per gravità (frane, colate, ecc.) o ad opera delle acque continentali (fiumi), delle correnti marine, dei ghiacciai, del vento.

Il trasporto del materiale in soluzione avviene ad opera delle acque (lisciviazione)Un fiume può trasportare

contemporaneamente ioni e colloidi in soluzione e clasti in sospensione

- del materiale in ambienti diversi (continentale, marino, ecc.). - La sedimentazione avviene per strati successivi.

Velocità massima di sedimentazione = 100m/1milione di anni- Velocità media negli oceani 1m/1 milione di anni

- La sedimentazione può essere clastica, chimica, biochimica.

Dove la pendenza del fiume è più accentuata si depositano solo clasti di grandi dimensioni.

I materiali più fini sono depositati via via più lontano in relazione alle loro dimensioni

sedimentazionesedimentazione

ambienti di deposizione

Morfologia del fondo marinoMorfologia del fondo marino.. Nello schizzo è rappresentato schematicamente l'aspetto

della piattaforma continentale, della scarpata continentale

e della piana abissale.

È un fenomeno complesso in cui agiscono contemporaneamente diversi meccanismi:

La compattazione o costipamento, provoca la fuoriuscita delle acque interstiziali e l'avvicinamento dei singoli grani: i più piccoli (matrice) occupano gli spazi lasciati vuoti dai più grandi.

La cementazione può avvenire sia per precipitazione di sali minerali

( frequentemente calcite e silice colloidale o quarzo) dalle acque circolanti,

sia per ricristallizzazione dei minerali instabili che costituiscono i sedimenti

diagenesidiagenesi

1·COMPATTAZIONE (riduzione degli spazi vuoti nei sedimenti è dovuta al peso dei sedimenti sovrastanti)

formazione della roccia

2·DISSOLUZIONE (dei minerali più instabili)

3·CEMENTAZIONE (riempimento dei pori tramite precipitazione di minerali di tutti i tipi, ma soprattutto quarzo e calcite)

4· RICRISTALLIZZAZIONE (alterazione dei minerali originali in nuovi minerali, stabili nelle nuove condizioni, attraverso reazioni complesse)

5 · La METASOMATOSI e la sostituzione interessano alcuni minerali che possono disciogliersi o essere rimpiazzati da altri minerali (es. trasformazione della calcite in dolomite - dolomitizzazione).

• Il processo più comune è la litificazione che agisce sul sedimento trasformandolo in roccia compatta seguendo le seguenti fasi

DiagenesiDiagenesi:

3·CEMENTAZIONE (riempimento dei pori tramite: clasti di piccole dimensioni e/o precipitazione di minerali di tutti i tipi, ma soprattutto quarzo e calcite)

Rocce sedimentarie

classificazioneclassificazione• Si basa sulla tessitura e sulla composizione

I termini struttura e tessitura, nelle rocce sedimentarie, assumono significati diversi da quelli che hanno per le altre rocce

Struttura Insieme dei caratteri macroscopici legati alle disposizioni geometriche dei

costituenti.

Osservabile in loco. Es. stratificazione

Primaria:

formatesi contemporaneamente al sedimento

Secondaria: formatesi per effetto della

diagenesi

Tessitura ( più importante ai fini classificativi)

aspetto che le dimensioni, la forma, la disposizione e i rapporti reciproci delle particelle danno alla roccia

Strutture sedimentarieStrutture sedimentarie

• Molte rocce sedimentarie contengono

caratteristiche che danno informazioni sulle

condizioni di deposizione (clima direzione della corrente, etc.)

Queste informazioni vengono raggruppate sotto il termine di strutture sedimentarie.

Classificazione delle rocce sediemntarie

piroclastiche

Eiecta vulcanici

Rocce TERRIGENEGli aspetti tessiturali più importanti sono:

• Granulometria: dimensioni dei clasti.• Forma dei granuli: si esprime con indici di

arrotondamento (dimensioni e forma dei clasti dipendono dalla composizione e dalla lunghezza del trasporto).

• Aspetto della superficie dei granuli ( è indicativo dell’agente di trasporto).

• Classazione granulometrica: dimensioni omogenee o eterogenee dei granuli.

• Packing: riduzione della porosità

La composizione chimicadipende dall’area di provenienza e

dalla lunghezza del trasporto

Le rocce chimiche• si formano in seguito ad un processo di deposizione

di tipo chimico. • Hanno tessitura cristallina ( forme e dimensioni dei

cristalli dipendono da molti fattori)• La formazione di cemento e la ricristallizzazione

metasomatica sono tessiture cristalline secondarie

Le rocce biochimiche•Sono resti o prodotti dell’attività degli organismi viventi:

diametro dei frammenti

maggiore di 2 mm

tra 1/16 e 2 mm

tra 1/16 e 1/256 di mm

minore di 1/256 di mm

sedimento sciolto

ghiaia sabbia silt argilla

roccia clastica

conglomerato

arenaria siltite argillite

Ruditi Psefiti

Siltiti + argilliti

PELITI

Lutite Pelite (da pèlos =fango)

20- 25% 65%

Classificazione delle rocce sedimentarie terrigene in base alle dimensioni dei clasti

Di origine piroclastica

Arenite Psammite

Nome latino

Nome greco

Ruditi o Psefiti o Ruditi o Psefiti o conglomerati conglomerati

almeno il 30% dei clasti ha d > 2 mm I conglomerati sono diffusi in tutto

l'Appennino. • Date le dimensioni, i clasti sono per lo

più frammenti di rocce preesistenti. • Il conglomerato è detto • monogenico = frammenti tutti dello

stesso tipo, • poligenico = frammenti di tipi diversi

Breccia = conglomerato con clasti a spigoli viviPuddinga = conglomerato con clasti arrotondati

• Paraconglomerato• = Conglomerato nel quale i clasti grossolani sono dispersi in

una matrice fine arenaceo-pelitica molto abbondante. Rientrano in questa categoria, ad esempio i depositi morenici

(tilliti)

Areniti o psammiti d tra 2 mm e 1/16 mm (0,0625 mm)

COMPOSIZIONE MINERALOGICA DEI CLASTI-Quarzarenite = quarzo (Q)-Arcose = quarzo e feldspati (F)-Grovacca ( mal classate)= quarzo, miche, minerali argillosi, frammenti litici ( R) (chiamate anche molasse)-Calcarenite = calcite, diffusa nell’Appennino e chiamata macigno (formazione di S.Marino)Aspetto dei granuli:QUARZO aspetto vitreoFELDSPATI biancastriFEMICI neriLITICI vario colore e tessitura

Grovacca = quarzo, miche, minerali argillosi, frammenti litici

Arcose = quarzo e feldspati

Grovacca: arenite mal classata = quarzo, miche, minerali argillosi, frammenti litici (chiamate anche

molasse)

-Quarzarenite

-Calcarenite = CaCO3

Arcose = quarzo e feldspati

Le sabbie si accumulano in aree dove vi sono fluidi in movimento

spiagge, deserti, alvei dei fiumi, conoidi alluvionali e sottomarine

Peliti o lutitiPeliti o lutitid d << 1/16 mm 1/16 mm

• Silt e Argillle costituite da : • particele colloidali ( non cristallizzate) di minerali

argillosi = silicati di alluminio idrati ( almeno 25%) • e da particelle finissime di quarzo, miche e cloriti.

Caolino = argilla pura, bianca, argilla nera = contiene materiale organico, argilla azzurra = contiene ossido ferroso, argilla rossa o giallla = contengono ossidi ferrici

Marne = argilla e carbonato di calcio ( 50%) di origine chimica, derivano da limi e melme

Loess = di origine eolica

Il caolino ha un aspetto terroso e piuttosto tenero ed è prodotto dall'azione dell'acqua sul feldspato.

Argillite: si riga con l’acciaio.

I sedimenti fini si accumulano dove le acque sono ferme, o quasi, come nei mari profondi o nei laghi.

Argillite grigiaArgillite grigia

siltite siltite d tra 0,0625 mm e 0,004 mm d tra 0,0625 mm e 0,004 mm tra 1/16 e 1/256 di mmtra 1/16 e 1/256 di mm

SiO2 CaSO4.2H2O NaCl

arenarie

Siltiti e argilliti

Minerali presenti nelle rocce sedimentarie

Rocce sedimentarie piroclastiche Rocce sedimentarie piroclastiche diametro dei frammenti

minore di 1/4 di mm

tra 1/4 e 4 mm

tra 4 e 32 mm

maggiore di 32 mm

sedimento sciolto

cenere fine

cenere grossolana

lapilli blocchi

rocciapiroclastica

cinerite tufo tufo a lapilli

breccia vulcanica

La calcite La calcite costituisce i costituisce i

calcari, calcari, la dolomite le la dolomite le

dolomie;dolomie;le dolomie si le dolomie si formano per formano per

metasomatosi metasomatosi dei calcaridei calcari

Le rocce carbonaticheLe rocce carbonatiche almeno 50% di carbonati;

calcite e dolomite costituiscono la quasi totalità delle rocce carbonatiche

I calcari comprendono quelle rocce sedimentarie costituite quasi esclusivamente da calcite (carbonato di calcio). Possono essere presenti, in percentuali molto basse, altri minerali quali: quarzo, ortoclasio, ecc.Sono presenti anche termini di passaggio verso le argille (calcari marnosi, marne calcaree, marne propriamente dette) e le dolomie (calcari dolomitici, dolomie calcaree).I processi diagenetici principali sono: •la cementazione che indica il processo diagenetico principale che porta alla formazione della roccia compatta attraverso la precipitazione dei cristalli nelle cavità del sedimento; •la trasformazione neomorfica indica un processo di sostituzione e ricristallizzazione (ad esempio la trasformazione di aragonite in calcite);• la dissoluzione è il risultato del passaggio nei pori di acque sottosature rispetto alla fase carbonatica presente; •la compattazione ha luogo durante il seppellimento; la dolomitizzazione è dovuta alla precipitazione di dolomite.

• La dolomia (dal nome del geologo francese D. Dolomieu) nelle Alpi ha dato vita a spettacolari formazioni montuose: le Dolomiti, ricche di guglie, muraglie e torri che conferiscono loro una bellezza invidiata dal mondo intero;

Anche se prevalgono le rocce carbonatiche pure, sono frequenti i miscugli di diversa composizione

Marne Marne = parti uguali di

argilla e carbonato di

calcio di origine chimica;

derivano da limi e melme

Si fratturano in scaglie sottili

I calcari possono essere divisi in due I calcari possono essere divisi in due grandi gruppi: grandi gruppi:

alloctoni (prevalenti) e autoctoni alloctoni (prevalenti) e autoctoni

• Sono autoctoni i materiali che si sono formati tramite elementi presenti nel luogo dove è avvenuta la sedimentazione.

Sono alloctoni i materiali che provengono da un sito non appartenente [= esterno] al bacino in cui si sono depositati.

CalcariCalcariAlloctoni :

• Le particelle si originano direttamente in mare per precipitazione chimica o biochimica e poi vengono trasportate nel luogo di sedimentazione

• • Sono soprattutto

scheletri e clasti; possono avere una matrice di fango calcareo finissimo (micrite) o del cemento cristallino calcareo (sparite)

Autoctoni:• Rocce formatesi sul posto Calcari biohermali e biostromali:• 1. crescono senza interruzione

(bioherme), es. scogliere coralline

• 2. crescono con interruzioni cicliche, per cui formano rocce stratificate (biostrome).

Calcari pelagici a grana fine sono formati da scheletri di organismi unicellulari planctonici.

Calcari chimici precipitazione del carbonato di calcio per diminuzione dell’anidride carbonica

Rocce sedimentarie Rocce sedimentarie biochimiche o organogene biochimiche o organogene

• resti o prodotti dell’attività degli organismi viventi:

Calcare a nummuliti Roccia organogena composta da una enorme quantità di gusci di foraminiferi del genere Nummulites.Campione di calcate nummulitico dell'Eocene delle isole Tremiti.

BIOCLASTICHE BIOCLASTICHE Alloctone Alloctone sedimentati lontano dal luogo di origine sedimentati lontano dal luogo di origine

più simili alle rocce clastiche. più simili alle rocce clastiche. calcari CaCOcalcari CaCO33 e dolomie CaMg (CO e dolomie CaMg (CO33))22

• Calciruditi

• Calcareniti

• Calcilutiti

>Esempi in relazione alle dimensioni delle particelle

BIOCLASTICHE BIOCLASTICHE Autoctone Autoctone calcari CaCOcalcari CaCO33

dolomie CaMg (CO dolomie CaMg (CO33))22

e altri mineralie altri minerali Lumachelle ( gusci di molluschi o brachipodi)

stromatoliti ( deposizioni di alghe)

calcari pelagici , ( plancton)

Peloidi (escrementi di vermi ecc.)

brecce ossifere ( depositi fosfatici di ossa )

coralliOrganismi biocrostuttori.

rocce biocostruite non stratificate

Madrepore

BIOCHIMICHEBIOCHIMICHE

• Silicee (farina fossile, tripoli, radiolarite, spongoliti, diatomiti)

Formate da resti di organismi che hanno subito trasformazioni

Fosfatiche ( guano)

Carboniose ( carboni fossili)

Rocce sedimentarie chimiche Rocce sedimentarie chimiche • si formano in seguito ad un processo di deposizione di tipo chimico.

Il fenomeno più vistoso che porta alla formazione di rocce sedimentarie chimiche è l'evaporazione di bacini lacustri o marini e la deposizione sul fondo delle sostanze chimiche disciolte nella soluzione.

Le rocce che si formano in questo modo prendono il nome di

evaporiti.

evaporiti.

L’aumento di temperatura fa diminuire la solubilità della CO2

•Calcari (depositati secondo la reazione : Ca(HCO3 )2 = CaCO3 + CO2 + H2O

Solubile insolubile

•Calcari oolitici in acque surriscaldate dal sole, poco profonde attorno a nuclei di cristallizzazione di qualunque natura, si depositano strati concentrici di CaCO3

ROCCE DI ORIGINE CHIMICAROCCE DI ORIGINE CHIMICA in ambiente marinoin ambiente marino

ROCCE DI ORIGINE CHIMICAROCCE DI ORIGINE CHIMICA in ambiente continentalein ambiente continentale

• Travertino

( lapis tiburtinum = pietra del Tevere),

•Stalattiti e stalagmiti (alabastro)

•Dolomie CaMg(CO3 )2 (almeno 50%) originate per un processo di metosomatosi

• Raggiunta la superficie, dove la temperatura è maggiore e la pressione minore, la CO2 si libera nell’atmosfera così

• il bicarbonato solubile si trasforma in carbonato• poco solubile che precipita.

Ca(HCO3 )2 = CaCO3 + CO2 + H2O

In genere, si forma in corrispondenza di sorgenti dalle quali esce acqua che si è arricchita in bicarbonato di calcio attraversando formazioni carbonatiche. I buchi sono dovuti alla materia vegetale (andata poi in decomposizione) sulla quale cadevano gli spruzzi d’acqua.

travertino= lapis (pietra) travertino= lapis (pietra) tiburtinum tiburtinum in virtù dell’enorme

quantità di questo materiale proveniente da Tivoli e utilizzato dai Romani a fini

architettonici.

Ca(HCO3 )2 = CaCO3 + CO2 + H2O Solubile insolubile

l'acqua, che fuoriesce da una fessura del soffitto, scorre all'interno del tubicino e cade, goccia a goccia, dall'estremità.

la scarsa pressione parziale della CO2 nell'atmosfera della grotta libera questo gas facendo precipitare CaCO3.

Una stalattite comincia a formarsi come un sottile tubicino di calcite

•Stalattiti e stalagmiti (alabastro)

La calcite si deposita sull'orlo del tubicino La calcite si deposita sull'orlo del tubicino come un anellino di tanti piccoli cristalli. come un anellino di tanti piccoli cristalli.

• Col tempo l'estremità del tubicino si ostruisce e la soluzione, che fuoriesce da fessure situate in prossimità della base, deposita vari strati concentrici attorno al tubicino iniziale che in questo modo si ingrossa e si allunga;

• di qui la struttura "a tronco d'albero"delle stalattiti.

Le stalagmiti, che si formano nei punti dove le gocce d'acqua vanno a cadere sul pavimento, più che una struttura concentrica, tipo stalattite, ne presentano una "a cupole sovrapposte".

evaporitievaporiti• In bacini chiusi sottoposti

ad intensa evaporazione precipitano in ragione inversa rispetto alla solubilità:

• Calcite = CaCO3

gesso   CaSO4

.2H2O•Gesso =CaSO4 •2 H2O (formazione gessoso solfifera di Perticara) Anidrite CaSO4

Silvite KCl (cubi)

Carnallite ( cloruri di Na, K, Mg)

Salgemma = NaCl

anidrite   CaSO4

I duomi saliniI duomi saliniSono spesso associati a

giacimenti di petrolio e gas metano

La vena del gessoLa vena del gesso

• circa 6 milioni di anni fa quando i movimenti tettonici hanno portato alla chiusura dello stretto di Gibilterra; l'acqua del Mediterraneo, privato dell'apporto dell'Atlantico, evaporò depositando, strati di gesso e marne.

• La successiva formazione degli Appennini ha sollevato questi strati fino a farli emergere.

Si estende, per uno sviluppo lineare di circa 25 chilometri tra le province di  Ravenna e Bologna

Le rocce silicee Selci SiOLe rocce silicee Selci SiO22

Possono essere costituite da silice cristallina come quarzo o calcedonio, o da silice colloidale come opale

calcedonio, un minerale criptocristallino

opale

DiasproÈ rosso per la presenza di ferro

•Geyserite

Le selci sono prodotte dalla diagenesi e debole metamorfismo di sedimenti silicei non clastici (prevalentemente gusci di microorganismi)

La selce o pietra focaia si concentra in "noduli" che compaiono a straterelli nella massa rocciosa.Essendo vetrosa, se spezzata, presenta una tipica frattura concoideCampione proveniente dalla Valle dei Re, Luxor (Egitto), 1995.

Rocce Rocce metalliferemetallifereResidualiResiduali

Bauxiti (ossidi e idrossidi di alluminio)

Suoli

Lateriti( ossidi e idrossidi di ferro e alluminio)

Noduli polimetallici Noduli polimetallici • sono concentrazioni di più minerali

con grandi quantità di metalli (manganese e ferro, con minori quantità di sodio, calcio, stronzio, rame, nichel ed altri) in masse aventi forma sferica situati nelle profondità del mare.

•Noduli di manganese/polimetallici ( mm – cm)

•Noduli di selce

Formazione del carboneFormazione del carbone• I carboni sono costituiti dai resti di accumuli vegetali modificati.

• In profondità, • in assenza di

ossigeno, • attraverso una

progressiva eliminazione, dai resti vegetali, di componenti come idrogeno e ossigeno, si ha un conseguente arricchimento indiretto di carbonio.

torba lignite litantrace antracite

Gli idrocarburiGli idrocarburi

• il petrolio deriva da piccoli organismi marini, animali e vegetali rimasti sepolti,

• quindi in assoluta assenza di ossigeno, che si scompongono in un materiale ceroso, che sotto l'influenza di elevato calore e pressione si trasforma in idrocarburi.

ambiente di formazione tipi di rocce esempi

detritiche di tipo alluvionaleConglomerato puddinga -arenaria-travertino

detritiche, chimiche e organogene di tipo lacustre

-marna-arcose-argillite-travertino

detritiche, chimiche e organogene di tipo marino

-diaspro-calcare-dolomia-selce

prevalentemente chimiche e organogene di tipo lacustre

-gesso-anidrite-calcare-torba

chimiche residuali di tipo carsico

-travertino alabastro

detritiche di tipo morenico (dep. glaciali e fluvioglaciali)

-breccia-torba

Metamorfismo e Deformazione: Metamorfismo e Deformazione: Evoluzione della CrostaEvoluzione della Crosta

Nonostante il panorama del Grand Canyon sia dominato da rocce sedimentarie, Nonostante il panorama del Grand Canyon sia dominato da rocce sedimentarie, guardando in profondità potremmo notare la presenza di rocce molto antiche guardando in profondità potremmo notare la presenza di rocce molto antiche

metamorfiche. metamorfiche.

Meta = al di là, diverso morfè = forma

DEFINIZIONE di METAMORFISMO:DEFINIZIONE di METAMORFISMO:

Insieme dei processi attraverso i quali la Insieme dei processi attraverso i quali la struttura e la mineralogia di una roccia struttura e la mineralogia di una roccia vengono modificate, essenzialmente in vengono modificate, essenzialmente in risposta ai cambiamentirisposta ai cambiamenti

della TEMPERATURAdella TEMPERATURA

della PRESSIONEdella PRESSIONE

e della composizione dei fluidi circolanti all’interno e della composizione dei fluidi circolanti all’interno della Crosta terrestredella Crosta terrestre

•Aumento della grana (cristalli)•Foliazione•Orientazione Preferenziale (Metamorfismo di basso grado).

Il metamorfismo determina:

•Quando il metamorfismo è intenso e agiscono forti pressioni orientate, i cristalli della stessa specie tendono ad accrescersi e a riunirsi in piani (bande), intercalati da piani di cristalli di specie diversa (Foliazione).Un particolare tipo di foliazione è la scistosità che è un particolare tipo di disposizione dei minerali su piani paralleli o sub-parallele

Processo metamorfico Processo metamorfico • Quando le rocce vengono a trovarsi in condizioni di

temperatura e/o pressione diverse da quelle in cui si sono originate si innescano dei fenomeni che le trasformano più o meno profondamente;

• I cambiamenti che le rocce subiscono possono riguardare 1. la struttura dei cristalli, 2. la loro disposizione, 3. il tipo di minerali presenti rispetto alla roccia originaria.

Da uno stesso materiale di partenza (protolito) si possono ottenere, per effetto di forze e temperature diverse, differenti tipi di rocce metamorfiche.

blastesi Reazioni chimiche che portano alla ricristallizzazione

FATTORI DEL METAMORFISMOFATTORI DEL METAMORFISMO• I fattori che influenzano il metamorfismo sono i seguenti:

Temperatura: scendendo in profondità la temperatura aumentaGradiente geotermico: aumento di temperatura (gradiente) con la profondità (circa 3°C ogni cento metri); non è uniforme, ma varia a seconda della stabilità delle aree ella crosta terrestre

Movimenti tra i cristalli causati da:Pressione di carico: è la pressione prodotta dalle rocce e dai sedimenti che sovrastano una determinata zona della crosta. L'aumento è di circa 30 atmosfere per chilometro. La pressione di carico si sviluppa uniformemente in tutte le direzioni (pressione idrostatica). Pressione orientata: è causata dalle spinte e dalle deformazioni orogenenetiche; essa non è uniforme e produce strutture e tessiture diverse da quelle prodotte dall'aumento di temperatura. E' sempre presente nel metamorfismo regionale ed è assente in quello di contatto.

Presenza di fluidi nelle rocce: gli ioni per spostarsi da un punto all’altro del reticolo cristallino devono essere in soluzione.Inoltre la fase fluida, presente negli interstizi, esercita una pressione generalmente uguale alla pressione di carico che interessa la fase solida: ⇒Pressione della fase fluida

4. 12.1 Paragenesi, facies e zone metamorfiche

• Paragenesi: insieme di minerali a contatto tra loro e in equilibrio con determinate condizioni di pressione e temperatura

• Durante i processi metamorfici le nuove condizioni di temperatura e pressione portano alla formazione di un’associazione di minerali tipica chiamata paragenesi.

• Tenendo conto delle varie paragenesi, è possibile definire una serie di facies metamorfiche.

• Ciascuna facies, raggruppa tutte le rocce formate in un certo intervallo di temperatura e pressione, indipendentemente dalla loro composizione chimica.

• Ogni composizione chimica, a sua volta, è caratterizzata da un’associazione di minerali unica per ogni facies.

La petrologia sperimentale ha permesso di stabilire a quali valori di P e di T certi minerali e certe paragenesi si formano e scompaiono. Unendo con delle

linee questi valori, si è potuto dividere il campo del metamorfismo in

facies metamorfiche

PH

2O in

kba

r

FACIES METAMORFICHE

Si possono distinguere sei principali facies metamorfiche.

12

3

4

5

6

4. La facies delle anfiboliti: medie temperature (500°-650°C) e pressioni medio-basse (inferiori a 10 kbar). Chimismo basico. Minerali tipici sono anfibolo (orneblenda) e plagioclasio.

1. La facies delle zeoliti : 150 < t < 300°C, 1kbar < p < 4 kbar ( 4000 volte la pressione atmosferica).

2. La facies degli scisti verdi: 300 < t < 450°C, p < 8 kbar. Chimismo basico. I minerali tipici della facies sono quarzo, albite, clorite, epidoto.

3. La facies degli scisti blu: t < 440°C, 1kbar, p medio-alte; Chimismo basico; minerali caratteristici sono plagioclasio e glaucofane (anfibolo blu).

5. La facies delle eclogiti: temperature medie e alte pressioni (maggiori di 15 kbar),si formano dove ifondali marini sprofondano nel mantello; i minerali hanno piccoli volumi ed alta densità, come il granato ricco in piropo, la giadeite e talora il diamante.

6. La facies delle granuliti è infine caratterizzata da alte temperature (800°-900°C) e da pressioni variabili. Aspetto simile a rocce ignee intrusive. Minerali tipici di questa facies sono granato, pirosseno e orneblenda .

Temperature superiori ai 700-1100°C portano alla fusione delle rocce.

Facies metamorficheFacies metamorfiche

• Anche se a ciascun intervallo di P e T è stato dato il nome di una certa roccia metamorfica in realtà la roccia che potrà formarsi in ciascun intervallo di P e T dipende dalla composizione chimica della roccia originale

• Il metamorfismo è un processo isochimico, quindi da protoliti con composizione chimica diversa si ottengono rocce metamorfiche con minerali diversi anche se appartengono alla stessa facies.

Grado metamorfico

basso medio altoT= 350°- 550°C

P= 2-14 Kb

T= 550°- 700°C

P= 3-10 Kb

T> 650°C

P= 3-15 Kb

S

S

DD

S

DD

Effetti della pressione orientata sulla Effetti della pressione orientata sulla morfologia dei mineralimorfologia dei minerali

L’asse maggiore è disposto in un piano perpendicolare alla direzione di massima intensità della pressione orientata

I cristalli tendono ad appiattirsi

STRUTTURA = STRUTTURA = insieme delle caratteristiche di una roccia osservabili a livello insieme delle caratteristiche di una roccia osservabili a livello

microscopico, dato dalla disposizione e forma dei singoli microscopico, dato dalla disposizione e forma dei singoli componenti mineralogicicomponenti mineralogici

TESSITURA =

insieme dei caratteri macroscopici della roccia, dato dalla disposizione dei componenti mineralogici

Termini descrittivi

STRUTTURASTRUTTURANelle rocce metamorfiche i minerali cristallizzano (blastesi)

contemporaneamente, assumendo quindi una forma irregolare (allotriomorfi) e una struttura cristalloblastica (i cristalli sono più o meno delle stesse dimensioni).

Isotropa: con elementi senza orientazione preferenziale

anisotropa: tutti o parte degli elementi sono orientati secondo una o più direzioni preferenziali

foliazione foliazione si distinguono delle superfici più o meno parallele distanziate tra loro

I diversi livelli hanno minerali diversi;.

Quando nella roccia sono presenti delle strutture lineari parallele tra loro si parla di lineazione lineazione

Foliazione e Foliazione e Lineazione

anisotropia a bande spesso presente negli gneissgneiss

LineazioneLineazione: disposizione : disposizione parallela-lineare parallela-lineare dei minerali in una dei minerali in una roccia. Come esempio si può considerare un mucchio di penne roccia. Come esempio si può considerare un mucchio di penne tenute in mano, tutte parallele le une alle altre.tenute in mano, tutte parallele le une alle altre.

Esempio: Esempio: GNEISS DIORITICOGNEISS DIORITICO

Tessiture delle rocce metamorfiche

gneissica

TESSITURA• Nelle rocce metamorfiche è tipica la tessitura scistosa; • per scistosità si intende la possibilità di una roccia di dividersi in

lastre sottili secondo piani subparalleli. • La scistosità è il prodotto della pressione orientata ed è

marcata dalla disposizione dei minerali di forma allungata, fibrosa, lamellare (miche).

Altre tessiture caratteristiche sono:

massiccia (granuli senza orientazione),

gneissica (si alternano letti di minerali granulari con letti di minerali lamellari)

occhiadina (grossi noduli chiari circondati da sottili bande scure).

Riepilogando: la variazione allo stato solidoallo stato solido di un materiale geologico in un altro in risposta alla variazione di temperatura, pressione dell’ambiente è chiamato

metamorfismometamorfismo.

Le rocce prodotte da questo processo sono versioni

ricristallizzatericristallizzate di rocce sedimentarie, ignee o altre rocce metamorfiche.

ortometamorficheparametamorfiche

Meta-metamorfiche

Spesso è difficile riconoscere la roccia di partenza

per convergenza

rocce diverse possono originare la stessa roccia metamorfica

Altri prefissi Altri prefissi • Fels- seguito dai nomi dei minerali costituenti la

roccia: indica una struttura isotropa e tessitura massiccia

• Scisto- seguito o preceduto dai nomi dei minerali costituenti la roccia : indica una roccia scistosa

Marmo- roccia metamorfica carbonatica

Quarzite- roccia metamorfica composta da quarzo

TIPI DI METAMORFISMOTIPI DI METAMORFISMOSi distinguono:Si distinguono:

• Metamorfismo di seppellimento• Metamorfismo di contatto• Metamorfismo regionale• Metamorfismo dinamico• Metamorfismo di fondo oceanico

Di questi 5 tipi le principali rocce Di questi 5 tipi le principali rocce metamorfiche sono:metamorfiche sono:

• rocce metamorfiche di contatto: si formano quando rocce qualsiasi vengono a contatto con masse magmatiche in risalita.

• rocce metamorfiche cataclastiche: sono rocce che si formano per effetto delle pressioni orientate associate ai movimenti di frattura della crosta terrestre: miloniti

• rocce metamorfiche regionali: Il movimento delle placche determina, nelle zone di convergenza, lo sviluppo di pressioni e temperature altissime.

Metamorfismo di seppellimentoMetamorfismo di seppellimento

• metamorfismo di bassa temperatura di sedimenti e/o rocce in bacini, non comporta deformazioni, e spesso è difficile distinguerlo dalla diagenesi spinta.

Metamorfismo di contatto:Metamorfismo di contatto:• interessa settori dello spessore di pochi metri, decine e

centinaia di metri;• è causato dall'aumento di temperatura connesso ad

intrusioni magmatiche. • Viene interessata un'aureola di rocce (aureola di contatto)

intorno all'intrusione.•

Dà origine a nuovi minerali ed a strutture caratteristiche; i suoi effetti diminuiscono man mano che ci si allontana dall'intrusione.

Metamorfismo di contattoMetamorfismo di contatto In vicinanza di corpi ignei. In vicinanza di corpi ignei. Metamorfismo = calore rilasciato dal copro magmatico (favorito Metamorfismo = calore rilasciato dal copro magmatico (favorito

dalla presenza di gas e fluidi del magma). dalla presenza di gas e fluidi del magma). La zona di contatto è dettaLa zona di contatto è detta Aureola MetamorficaAureola Metamorfica e ha uno e ha uno

spessore da pochi metri a pochi km.spessore da pochi metri a pochi km.

Magma Basico (Magma Basico (1000 °C; aureola sottile); 1000 °C; aureola sottile); Magma Acido (Magma Acido (700 °C; aureola spessa). 700 °C; aureola spessa). Senza deformazioni.Senza deformazioni.

Le rocce Le rocce carbonatiche carbonatiche danno origine danno origine a a marmi ((calcefiricalcefiri se se contengono contengono impurzze impurzze silicatiche)silicatiche)

Da argille o arenarie si formano cornubianiti o hornfelscornubianiti o hornfels,, vicino al contatto, scisti macchiettatiscisti macchiettati, più lontano

argillite

Cornubianite o hornfels

Durissimo

aspetto corneo

A grana fine

SkarnSkarn• In vicinanza del contatto può avvenire uno

scambio di elementi chimici tra magma e rocce incassanti (solitamente di natura sedimentaria carbonatica, quali calcari e dolomie con cemento calcitico) che da origine a rocce metasomatiche ⇒Skarn

Contengono spesso minerali di interesse economico

Nel metamorfismo di contattoNel metamorfismo di contatto• Sono presenti minerali particolari come:

• Vesuviane

• Zoisti

• Andalusite

Metamorfismo Metamorfismo idrotermaleidrotermale Soluzioni acquose e Soluzioni acquose e fluide calde fluide calde attraversano rocce attraversano rocce fratturate.fratturate.

6060ooC/km = Arco C/km = Arco

vulcanicovulcanico

4040ooC/km = Arco C/km = Arco

continentalecontinentale

2525ooC/km = C/km =

Crosta non Crosta non

più attivapiù attiva

Temperatura (°C)o

dep

th (

km)

2000

0

400 600 800

51

525

353

020

10

Metamorfismo regionale

Metamorfismo di contatto

Non visto in naturaP

ress

ione

(atm

)5000

1000

0

Spazio Pressione-Temperatura Spazio Pressione-Temperatura (PT)(PT)

Metamorfismo regionaleMetamorfismo regionale• - interessa una grande estensione di rocce (decine, fino a centinaia di

chilometri) • in aree sottoposte a movimenti orogenetici che provocano un aumento

generalizzato di temperatura e di pressione. • Dà origine a nuove e particolari tessiture.

• oltre alla pressione litostatica agisce anche la pressione orientata nella direzione delle spinte tettoniche.

il metamorfismo può essere: • ⇒ progrado: se T e P aumentano per effetto dello

sprofondamento delle rocce.• ⇒ retrogrado o retrometamorfismo: se rocce

profonde vengono portate verso la superficie con conseguente diminuzione di P e T

Inoltre il metamorfismo può essere:

• Polifasico: se le rocce subiscono più metamorfismi in un unico ciclo orogenetico

• Polimetamorfismo: se le rocce sono coinvolte in più metamorfismi molto distanziati nel tempo ( es. più orogenesi)

Esempi di sequenze metamorficheEsempi di sequenze metamorfiche

argilloscisto

Micascisto

Quarzo + miche chiare + cloriti

Quarzo + miche + granato + staurolite

argillite scisto

filladeArdesia dalla marna

ArgilloscistiArgilloscisti • colore scuro,

grana finissima, notevole scistosità con facile rottura in lastre sottili.

•COMPOSIZIONE: hanno la stessa composizione delle rocce da cui provengono (quarzo, mica, sostanze argillose e minerali accessori).

Transizione da Argilloscisto a Fillade Transizione da Argilloscisto a Fillade Le miche continuano a

ricristallizzare e crescono sempre di più (anche se non sono ancora visibili ad occhio nudo).

• lucentezza sericea in superficie, grana medio-fine, scistosità notevole con facile fissilità (suddivisibilità in strati sottili). •Notevole diffusione nell'area alpina (Piemonte, Lombardia).

COMPOSIZIONE: quarzo, mica muscovite, e minerali di neoformazione per ricristallizzazione (clorite).

FILLADE in cui è presente la FILLADE in cui è presente la FoliazioneFoliazione: una : una disposizione disposizione planare parallelaplanare parallela dei minerali. dei minerali.

Transizione da Fillade a ScistoTransizione da Fillade a Scisto Le reazioni di ricristallizzazione portano alla

formazione di cristalli di mica, quarzo e feldspati abbastanza grandi da essere visti ad occhio nudo.

La roccia è ancora fortemente foliata (per la dominanza delle miche) e comunemente è

• caratterizzata da minerali come granato e silicati di Al.

MicascistiMicascistimicascisto granatiferomicascisto granatifero

• colore scuro, • grana grossolana,

scistosità notevole.• COMPOSIZIONE:

quarzo e muscovite. • Esistono diverse

varietà a seconda del minerale accessorio prevalente

• (m. biotitici, • m. granatiferi,• m. anfibolici, • m. grafitici, ecc.).

Sono molto diffusi nell'area alpina.

Transizione da Scisto a Gneiss Transizione da Scisto a Gneiss • A più elevate temperature e pressioni, le miche iniziano a

collassare, • formando minerali come il granato, i feldspati e silicati di

Al. • Queste reazioni, producono la caratteristica struttura a

bande degli gneiss (pronuncia: ghnaiss ).

• Sia gli gneiss che gli scisti hanno grani visibili, ma gli scisti sono dominati da miche, mentre gli gneiss sono caratterizzati da un contenuto feldspati > 20% e mostrano una tipica alternanza di colori.

GneissGneiss

• COMPOSIZIONE:

•quarzo,

feldspati

Muscovite

Biotite

•colore grigio chiaro, foliazione molto accentuata •con tessitura occhiadina che alterna zone chiare (quarzo) a zone scure (mica).

gneissgneiss

La superficie superiore La superficie superiore è parallela alla è parallela alla foliazione La foliazione foliazione La foliazione è meglio vista sulla è meglio vista sulla faccia in basso a faccia in basso a destra. destra.

GNEISS DIORITICOGNEISS DIORITICO

Lineazione e foliazione insiemeLineazione e foliazione insieme::

Questa roccia è stata tagliata secondo tre piani perpendicolari.

la lineazione può essere vista in questo piano.

TESSITURATESSITURA

• occhiadina (grossi noduli chiari circondati da sottili bande scure).

corindonecorindone

• Gneiss di alto grado formatisi da un protolito molto ricco in Al possono contenere il minerale

• corindone (Al2O3).

• La variante rossa di questo minerale è chiamato Rubino;

• se blu viene chiamato Zaffiro.• Se non utilizzabile come gemma, questo minerale• viene usato come abrasivo.

migmatitimigmatiti• Le migmatiti sono rocce particolari con

componenti metamorfiche ed ignee (fuse).

• metamorfismo di grado molto elevato.

• Paleosoma = la porzione metamorfica

• Neosoma = il prodotto della parziale fusione

• In genere il neosoma ha una composizione granitica mentre il paleosoma è più basico

Rocce metamorfiche

Rocce originarie

metamorfismobasso medio altoT= 350°- 550°C

P= 2-14 Kb

T= 550°- 700°C

P= 3-10 Kb

T> 650°C

P= 3-15 Kb

ortometamorfiche Rocce ignee acide

filladi micascisti ortogneiss

Rocce ignee basiche

Scisti verdi

Scisti blu

Scisti anfibolici

eclogiti

Rocce ultrabasiche

Serpentinoscisti

talcoscisti

pirosseniti

parametamorfiche Arenarie quarzose

quarziti

Argille Argilloscisti

filladi

micascisti paragneiss

Marne ardesie

calcari marmi

granito

gneiss

ortometamorfismoortometamorfismo• A bassi gradi, il vetro e minerali come i feldspati nelle rocce• ignee vulcaniche in genere ricristallizzano per formare un• minerale come la mica chiamato clorite e rocce a grana

medio-fine.• Questo tipo di metamorfismo viene quindi chiamato facies a

scisti verdi.

In condizioni di metamorfismo di grado medio ed elevato, lerocce basiche (effusive ed intrusive) producono una roccia agrana più grossa chiamata anfibolite, con contenuto in anfibolo molto elevato.A gradi elevati di P si può formare il granato e perdere il plagioclasio, formando le eclogiti.

Rocce intrusive a chimismo intermedio ed acidoricristallizzaranno per formare gneiss, con tessiture identiche ai prodotti di elevato grado delle argille.

Da peridotiti e Da peridotiti e pirosseniti si pirosseniti si

formanoformanoSerpentiniti Serpentiniti

• colore verde, grana fine, tessitura fibrosa con notevole scistosità o tessitura massiccia priva di scistosità.

• COMPOSIZIONE: serpentino, olivina, pirosseno, anfibolo e magnetite.Diffuse nelle Alpi, nell'Appennino ligure e nell'Appennino toscano.

E serpentinoscistiE serpentinoscisti

Scisti VerdiScisti Verdi

• Gli scisti verdi sono verdi perché la paragenesi originale è ricristallizzata formando minerali metamorfici verdi.

• Il colore verde è dovuto a una matrice, composta fondamentalmente di un minerale a grana fine di colore verde: la clorite.

• Il suo nome deriva dal greco e vuol dire verde.

Assenza di scistositàAssenza di scistosità

GranuliteGranulite: : roccia senza roccia senza foliazione né foliazione né lineazione. lineazione. Esempio: Esempio: ECLOGITEECLOGITE (basalto (basalto metamorfosato metamorfosato ad elevate P)ad elevate P)

Quarziti Quarziti • derivano da

quarzareniti • colore chiaro, grana

media, notevole scistosità. COMPOSIZIONE: quarzo con poca muscovite.Sono presenti nella Alpi piemontesi (Barge).

parametamorfismoparametamorfismo

quarzarenite

quarzite

MarmiMarmi • colore variabile da bianco a

grigio venato, a rosa a giallo; • grana molto diversificata

(maggiore nei marmi alpini, minore in quelli appenninici), scistosità ridotta. COMPOSIZIONE: calcite o dolomite; possono essere presenti quarzo e muscovite in corrispondenza di venature.

Diagenesi e metamorfismo: dal corallo al marmo

Calcare marmo

MarmiMarmi • Sono abbondanti nell'Appennino toscano (zona delle Apuane), più rari nelle Alpi (Piemonte, Lombardia, Friuli).

struttura massiccia con grana media o fine;

CalcescistiCalcescisti

• colore grigiastro, grana fine, scistosità accentuata.

• COMPOSIZIONE: calcite, mica e quarzo (scarso).Molto diffusi nelle aree alpine occidentali.

CloritoscistiCloritoscisti • colore verde,

scistosità notevole, suscettibili di lavorazione al tornio (pietra ollare). COMPOSIZIONE: clorite, quarzo e magnetite.Diffusione limitata alla Valtellina.

Il colore verde chiaro permette di distinguere questa roccia dal serpentinoscisto.

Metamorfismo dinamicoMetamorfismo dinamico::

• è causato dall'aumento di pressione in prossimità di zone di frattura o di faglia (aree tettoniche).

• Interessa zone molto limitate; • dà luogo a nuove strutture e tessiture.

• Metamorfismo dinamico o cataclastico: • In vicinanza di faglie e sovrascorrimenti. Forze In vicinanza di faglie e sovrascorrimenti. Forze

mecchaniche che causano frammentazione e mecchaniche che causano frammentazione e granulazione della roccia originaria. Rocce tipiche: granulazione della roccia originaria. Rocce tipiche: brecce di faglia,brecce di faglia, milonitimiloniti

• Metamorfismo da impatto Metamorfismo da impatto (es. impatto di (es. impatto di meteorite). meteorite).

Metamorfismo di fondo oceanicoMetamorfismo di fondo oceanico

• si sviluppa in prossimità delle dorsali oceaniche solo dove le fratturazioni consentono la circolazione di acqua marina riscaldata e carica di elementi chimici.

• Non provoca deformazione ma trasformazioni dovute a temperatura e circolazione di fluidi.

• Le rocce basiche e ultrabasiche si trasformano in scisti verdi.• La trasformazione più importante riguarda l’idratazione e

ossidazione dell’olivina che si trasforma in serpentino e in ossidi di ferro. Spesso con aumento di volume della roccia

• Attraverso questo processo di serpentinizzazione si formano: • ► Serpentiniti ( massicce o scagliose)• ► Serpentinoscisti ( scistose)• ► Oficalci ( brecce serpentinitiche cementate da carbonati)

Termini descrittivi importanti: Termini descrittivi importanti: • Tessitura:• la disposizione delle parti della roccia indipendentemente dalla

grandezza (inter-relazioni geometriche, forme e relazioni geometriche, forme e caratteristiche interne)

• Strato: • Corpo sub-parallelo tabulare di una roccia. • Foliazione:• Caratteristica tessiturale planare ripetitiva. • Scistosità: • un tipo di foliazione prodotto da deformazione e/o

ricristallizzazione- orientazione preferenziale di grani non isodiametrici.

• Clivaggio: • Un tipo di foliazione che consiste in un set regolare di superfici

sub- parallele. Zona di rottura preferenziale.