1Idee per insegnare le Scienze della Terra con Lupia Palmieri, Parotto OSSERVARE E CAPIRE LA TERRA Edizione azzurra ● © Zanichelli 2011

UNITÀ 7. I materiali della Terra solida

composizione chimica definita

struttura cristallina

caratteristiche

MINERALI E ROCCE

proprietà fisiche

colore

lucentezza

durezza

sfaldatura

densità

Minerali

Classificazione delle rocce

rocce magmatiche (o ignee)

rocce sedimentarie

rocce metamorfiche

rocce effusive

rocce intrusive

rocce clastiche

rocce organogene

conglomerati

rocce chimiche

arenarie

argilliti

metamorfismo regionale

metamorfismo di contatto

LA DEFORMAZIONE DELLE ROCCE

dirette

inverse

trascorrenti

associate in fosse tettoniche

faglie

pieghe (sinclinali e anticlinali)Deformazionedelle rocce

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UNITÀ 7. I materiali della Terra solida

Minerali e rocce I minerali sono sostanze naturali solide, caratterizzate da una composizione chimica de-fi nita, con gli atomi disposti in una struttura geometrica chiamata reticolo cristallino.

Una roccia contiene in genere più minerali, anche se vi sono rocce formate da un solo minerale. La forma esterna di un cristallo è detta abito cristallino. Le proprietà dei minerali sono:– il colore, che può essere utile al riconoscimento, anche se alcuni minerali presentano

colori diversi a seconda delle impurità;– la lucentezza, che è il modo in cui la superfi cie di un cristallo rifl ette la luce;– la durezza di un minerale, che è la resistenza alla scalfi ttura;– la sfaldatura, che è la tendenza di un minerale a rompersi lungo delle superfi ci parallele

alle facce dell’abito cristallino;– la densità, che è data dalla compattezza degli atomi nel reticolo cristallino del minerale.

I silicati e la loro classifi cazione I minerali sono classifi cati in 9 gruppi principali, in base alla forma del reticolo cristallino e agli elementi chimici che li costituiscono. I silicati sono i minerali più abbondanti della crosta terrestre: da soli rappresentano l’80% dei materiali che affi orano sulla superfi cie del pianeta. Si chiamano così perché contengono silicio (Si). Oltre al silicio, vi si trovano l’ossigeno (O) e spesso altri elementi. Il reticolo cristallino dei silicati ha forma di tetra-edro con 4 ioni ossigeno (O2–) che circondano uno ione silicio (Si 4+). Il tetraedro è detto gruppo silica-tico (SiO4)4–. I vari modi con i quali i tetraedri si legano tra di loro permettono di suddividere i silicati in 4 gruppi differenti.

ione negativoione positivoNa+ Cl –

CHE COSA VEDE IL GEOLOGO

Nel reticolo cristallino del salgemma ogni ione negativo

(cloro) è circondato da 6 ioni positivi (sodio) e ogni ione

sodio è, a sua volta, circondato da 6 ioni cloro. La strut-

tura interna che si ripete in tutto il cristallo è il cubo.

Ossigeno

Silicio

In questa rap-presentazione schematica le linee rosse mettono in evidenza la struttu-ra tridimensionale del tetraedro.

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– Nei nesosilicati sono separati e legati a ioni metallici.– Negli iniosilicati sono collegati tra loro soltanto da alcuni atomi di ossigeno.– Nei fi llosilicati aumenta il numero degli atomi di ossigeno che fungono da ponte.– Nei tettosilicati tutti gli atomi di ossigeno fanno da ponte.

Quando solamente alcuni atomi di ossigeno sono condivisi si generano delle catene op-pure degli strati e i silicati che si formano sono fragili (come ad esempio le miche); quando invece prevalgono gli ossigeno-ponte i tetraedri sono più compatti e i silicati risultano più resistenti (come ad esempio il quarzo).

Vari tipi di rocce Il fattore che più incide sulla composizione mineralogica di una roccia (cioè sul tipo e sulla quantità dei minerali in essa presenti) è la sua origine geologica. In base all’origine le rocce possono essere suddivise in tre gruppi.1. Le rocce magmatiche si formano dalla solidifi cazione di magma.2. Le rocce sedimentarie si formano per deposito e litifi cazione di sedimenti derivati dalla disgregazione di rocce preesistenti, dalla precipitazione chimica o da materiale di origine organica (per esempio, coralli).3. Le rocce metamorfi che si formano a partire dagli altri due tipi di rocce a causa delle forti pressioni e del calore elevato che si incontrano all’interno della Terra. Tutte le rocce sono legate in un percorso ciclico, formato dai processi che regolano la loro formazione: quello magmatico, quello sedimentario e quello metamorfi co. A causa dei continui movimenti della crosta, rocce formatesi attraverso uno di questi processi fi niscono

pirosseniolivina, granato anfiboli miche, talco quarzo, feldspati

nesosilicati inosilicati fillosilicati tettosilicati

tetraedriseparati

catena singolaindefinita

catena doppiaindefinita

stratoindefinito

intelaiaturatridimensionale

tetraedro

olivina pirosseno anfi bolo muscovite (mica) feldspato

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nel «dominio» di un altro processo e cambiano natura. Questo percorso prende il nome di ciclo litogenetico, o ciclo delle rocce e mostra la «vitalità» dell’intero pianeta, in quanto i movimenti della crosta sono conseguenza di giganteschi movimenti ancora più profondi.

La formazione delle rocce magmatiche Gran parte delle rocce che costituiscono la crosta terrestre si è formata per solidifi ca-zione di un magma, cioè a partire da materiale fuso. Esse sono dette rocce magmatiche (o ignee). Un magma è una massa di rocce fuse che si forma a profondità variabili. È una com-plessa miscela di minerali (silicati) e gas. Quando il magma si raffredda inizia un processo di cristallizzazione: gli atomi degli elementi in esso presenti si dispongono in posizioni fi sse nei reticoli cristallini, non sono più liberi di muoversi e si forma una sostanza solida. Le rocce magmatiche sono di due tipi:– intrusive, che si formano quando la massa fusa solidifi ca e cristallizza in profondità; – effusive, che si formano invece quando il magma solidifi ca in superfi cie. Tutte le rocce magmatiche intrusi-ve sono formate da cristalli visibili a occhio nudo. I cristalli che si formano mano a mano che il magma si raffredda han-no il tempo suffi ciente per crescere anche fi no a qualche millimetro pri-ma che l’intera roccia cristallizzi. Se invece il magma risale fi no in superfi cie, la sua temperatura passa da circa 1000 °C a quella ambiente in maniera più ra-pida e i singoli cristalli non hanno il tempo di crescere. Perciò nelle rocce magmatiche effusive i cristalli hanno piccole dimensioni, visibili solo al microscopio.

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

Il basalto è una roccia magmatica effusiva, i cui cristalli non sono distin-guibili a occhio nudo.

sedimentilitificazione

(compattazione e cementazione)

m a g m asollevam

entoe pressione

aumento di temperatura

aumento di temperaturae pressione

t r a s p o r t o t r a s p o r t o

intrusione eraffredda-

mento

roccemagmaticheeffusive

effusione

p essionne

ttememmpepeperpe atturarae pe resessiosionene

temtemperp atuurara

aintrusione eraffreddamento

roccemagmaticheintrusive

roccemetamorfiche

roccesedimentarie

degradazionemeteorica

erosionedegradazione meteorica

erosione degradazione meteoricaerosione

m a g m a f u s i o n e

solle

vam

ento so

llevamento

accumulo

cros

taid

rosf

era

bio

sfer

a

atm

osfe

raau

men

to d

i tem

per

atur

a e

pre

ssio

ne

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La formazione delle rocce sedimentarie La crosta terrestre è formata per la maggior parte da rocce metamorfi che e magmatiche, ma la sua superfi cie è composta da uno strato quasi continuo di rocce sedimentarie. Esse si formano attraverso processi che avvengono sulla superfi cie terrestre. La sedimentazione è la deposizione, in strati sovrapposti, di vari tipi di materiali. Le rocce sedimentarie vengono divise in tre gruppi, a seconda del processo di forma-zione:– 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;– chimiche, che derivano da processi chimici, come la precipitazione dei sali. Le rocce che affi orano in superfi cie subiscono la disgregazione e l’erosione per opera degli agenti atmosferici. I frammenti sono trasportati dall’acqua, dal ghiaccio e dal vento e quindi depositati sulle terre emerse o sul fondo del mare. La deposizione dei frammenti è detta sedimentazione. I sedimenti si accumulano in strati sovrapposti e vanno incontro a litifi cazione, cioè vengono trasformati in roccia consolidata. Le rocce che si formano seguendo questi processi sono dette rocce clastiche. Ne sono esempi i conglomerati, le arenarie e le argilliti.

Le rocce organogene inve-ce ssono derivate dall’ac-cumularsi di resti di orga-nismi: gusci e scheletri di animali di varie dimensio-ni; ammassi di organismi costruttori (come i coral-li); resti di vegetali (come quelli che formano il car-bone fossile). Le rocce organogene più diffuse sono i calcari.

fratturesegni della stratificazione

detriti cadutidalla parete

gli stratipiù in alto

sonopiù recenti

gli stratipiù in basso

sonopiù antichi

CHE COSA VEDE IL GEOLOGO

Gli apparati sche-letrici esterni dei coralli possono sal-darsi uno all’altro e formare un calcare, in cui sono ancora riconoscibili i sin-goli organismi.

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UNITÀ 7. I materiali della Terra solida

Le rocce chimiche si formano soprattutto in seguito alla preci-pitazione di sostanze sciolte nell’acqua dei mari e dei laghi. Le stalattiti e le stalagmiti sono concrezioni di calcare che si depositano in seguito al percolamento di acqua satura di car-bonato di calcio dal soffi tto delle grotte.

La formazione delle rocce metamorfi che Le rocce, quando vengono sottoposte a temperature elevate o a forti pressioni (o a entrambi i processi), pur rimanendo allo stato solido possono subire dei cambiamenti nella composizione mineralogica (cioè del tipo di minerali di cui sono costituite) e nella struttura (cioè nella disposizione dei minerali al loro interno). Questo processo di trasformazione mineralogica e strutturale è detto metamorfi smo e le rocce che ne derivano sono chiamate rocce metamorfi che. I casi più frequenti di metamorfi smo sono due.1. Il metamorfi smo regionale è un fenomeno che riguarda porzioni molto estese della crosta terrestre. Le rocce che ne derivano presentano una tipica scistosità, cioè la pro-prietà di dividersi facilmente in lastre su piani paralleli. 2. Il metamorfi smo di contatto si osserva invece quando una massa di magma incande-scente risale attraverso la crosta, oppure si ferma all’interno di questa, provocando un forte aumento di temperatura nelle rocce con cui viene a contatto. Attorno alla massa di magma le rocce subiscono delle modifi cazioni nella composizione dei minerali. La temperatura e la pressione che innescano il metamorfi smo sono conseguenze del calore interno della Terra e del peso delle rocce sovrastanti.

metamorfismo regionalemetamorfismodi contatto

Le stalattiti sono delle concrezioni allungate che pendono dal soffi tto.

Le stalagmiti hanno forma conica e crescono dal pavimento verso l’alto, quando le gocce d’acqua cadono sul pavimento della grotta.

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UNITÀ 7. I materiali della Terra solida

La deformazione delle rocce Sotto l’azione delle forze che agiscono per milioni di anni all’interno della crosta terre-stre le rocce possono piegarsi oppure rompersi. A seconda di come sono orientate le forze che agiscono sui diversi settori di crosta, le rocce si deformano con effetti diversi:1. compressione, 2. distensione, 3. trascorrenza.

piegamentostiramento eassottigliamento

deformazionedi scorrimento

fagliazione fagliazione fagliazione

Se la deformazione non causa la rottura delle rocce, si parla di pieghe; se le rocce si rompono e i due blocchi che si formano scorrono uno rispetto all’altro, si parla di faglie. Le pieghe sono deformazioni comuni nelle rocce e in genere non si presentano isolate ma in gruppi, che formano catene di pieghe. A seconda dell’inclinazione dei fi anchi, le pieghe possono essere diritte, inclinate o rovesciate. In presenza di una frattura, le parti separate possono spostarsi una rispetto all’altra o restare nella posizione originale. Nel primo caso le fratture vengono chiamate faglie, mentre nel secondo caso sono dette diaclasi.

Una tipica associazione di faglie è quella che determina lo sviluppo di una cosiddetta fossa tettonica, una depressione in cui un blocco di crosta appare sprofondato tra due blocchi adiacenti che sono stati allontanati l’uno dall’altro.

allungamento

faglia diretta

la superficie lungo la quale la roccia si frattura è detta superficie di faglia lo spostamento di un

blocco rispetto all´altrosi chiama rigetto

A

B

B A

faglia inversa

rigetto

accorciamento

faglia trascorrente

rigetto

In caso di distensione si ha una faglia di-retta: le rocce sovrastanti il piano di faglia (blocco A) si allontanano e si abbassano rispetto alle rocce inizialmente sottostanti il piano (blocco B).

In caso di compressione si ha una faglia inversa: le rocce sovrastanti il piano di faglia (blocco A) si accavallano, alzandosi rispetto alle rocce sottostanti (blocco B). In caso di compressioni intense si può avere un sovrascorrimento: un blocco scorre per un ampio tratto sulla superfi cie del blocco adiacente.

In caso di scorrimento si ha una faglia trascorrente: il piano di faglia è generalmente verticale e i blocchi si spostano orizzontalmente.

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1 Inserisci nel disegno i numeri dei fenomeni rappresentati scrivendoli nei punti appropriati.

� Il seppellimento si verifica quando nuovi strati di sedimen-ti si dispongono su quelli più an-tichi, che vengono compattati

� Si ha sedimentazione quando le particelle si depositano o quan-do i minerali solubili precipita-no

� Rocce sedimentarie� Il trasporto operato dall’acqua,

dai ghiacciai e dal vento sposta le particelle verso quote minori

� La compattazione e la cementa-zione portano alla litificazione dei sedimenti trasformandoli in rocce sedimentarie

� L’erosione rimuove le particelle prodotte dalla disgregazione

� Meccanismi fisici e chimici de-gradano le rocce

2 Completa la figura utilizzando i termini elencati qui sotto.

Rocce metamorfiche; rocce sedimentarie; rocce magmatiche intrusive.

sedimenti

litificazione(compattazione e cementazione)

m a g m a

sollevamentoe pressione

aumento di temperatura

aumento di temperatura

e pressione

t r a s p o r t o t r a s p o r t o

intrusione eraffredda-

mento

roccemagmaticheeffusive

effusione

sione

tememmpepeperpe atuurarap ese siosionene

temtempereraturara

intrusione eraffreddamento

degradazionemeteorica

erosionedegradazione meteorica

erosione degradazione meteoricaerosione

m a g m a f u s i o n e

solle

vam

ento so

llevamento

accumulo

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....................................

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Idee per insegnare le Scienze della Terra con Lupia Palmieri, Parotto OSSERVARE E CAPIRE LA TERRA Edizione azzurra ● © Zanichelli 2011

faglia diretta

A

B

faglia trascorrente

BA

faglia inversa

3 Utilizzando delle frecce colorate indica sulla figura la direzione e il verso di spostamento dei blocchi rocciosi che si verifica in ciascun tipo di faglia.