LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005

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CAPITOLO 2

CARATTERISTICHE DEI SEDIMENTI TERRIGENI

1- COLORE

Il colore della frazione granulometrica più fine dei sedimenti terrigeni, tipicamente lamatrice (si veda più avanti), da indicazioni sulle condizioni chimico-fisiche, riducentio ossidanti, dell’ambiente di deposizione. Si parla in questo caso di colore autigenodella matrice (anche del cemento, si veda oltre).

Ambiente riducente ---------------------------------‡ Ambiente ossidante

Nero, grigio, bruno, verde, azzurro, giallo, ocra, arancio, rosso, violetto.

Lo spettro verso il nero indica condizioni via via piu' riducenti. Lo spettro verso ilviola indica condizioni via via piu' ossidanti.

Il colore dei granuli più grossi, visibili ad occhio nudo, e quindi non appartenenti allaclasse granulometrica in cui rientra la matrice, è invece un colore ereditato. Essoriflette cioé le condizioni chimico-fisiche presenti all’atto di formazione della rocciadalla quale proviene il granulo e non necessariamente quelle presenti all’atto dideposizione dello stesso. Una roccia terrigena composta da grossi granuli rossi diporfiriti assume colore rosso non necessariamente perché i granuli componenti sideposero in ambiente ossidante bensì perché la porfirite (roccia sorgente) era ossidatain partenza. Altri esempi: colore rosato o bianco dei feldspati, verde del calcedonio,ecc.

2- NATURA DEI COMPONENTI: CLASTI, MATRICE E CEMENTO ELORO RAPPORTI TESSITURALI

La tessitura è l'aspetto della roccia, determinata dalle dimensioni, forma, disposizionespaziale, rapporti reciproci delle particelle che la costituiscono, e dalla presenza oassenza di matrice e cemento tra le particelle stesse. La frazione detritica dellearenarie è costituita dalle particelle, dette anche clasi o granuli, e dalla matrice Fig. 2-1), mentre quella chimica, se presente, dal cemento. Ovvero, tra i granuli possono

Descrizione:

1- COLORE2- NATURA DEI COMPONENTI E LORO RAPPORTI TESSITURALI3- FORMA4- SELEZIONE5- ARROTONDAMENTO, SFERICITA'6- MATURITA' TESSITURALE7- STRUTTURE SEDIMENTARIE8- CLASSIFICAZIONE9- AMBIENTI SEDIMENTARI

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essere presenti spazi (porosità) pervasi da fluidi i cui sali in soluzione, precipitando,danno origine al cemento; oppure gli spazi possono essere riempiti da materialeparticellare piu' fine che fa da matrice all'impalcatura dei granuli più grossolani (Fig.2-2).

Abbiamo due tipi di tessitura: grano sostenuta e matrice sostenuta. Nella prima, i granicostituiscono l'impalcatura della roccia; nella seconda, l'impalcatura è fornita dallamatrice nella quale i grani a granulometria maggiore della matrice sono "annegati"(cioè non si toccano). La matrice è costituita da particelle a classe granulometrica benselezionata (omogenea) di classe granulometrica argillitica presenti tra particelle agranulometria maggiore.

3- FORMA DEI CLASTI

Forma: misura delle relazioni tra le tre dimensioni di un oggetto (e.g., clasto): L =asse lungo, I = asse intermedio, C = asse corto.

I clasti possono essere di forma tabulare (disks), equidimensionale (spheroids), abastone (rods) o a lama (blades) (Fig. 2-3). Lo studio morfometrico si deve!compieresu clasti della stessa natura litologica.

Fig. 2-1. Note: clast = clasto; matrix =matrice.

Fig. 2-2. Note: sand grains = granuli di sabbia;pore space = porosità; calcite cement =cemento calcitico; sand = sabbia; clay = argilla.

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Fig. 2-3

La forma di un clasto può essere riconosciuta qualora si possa osservarlotridimensionalmente, cioè su più sezioni circa ortogonali. Qualora si abbia adisposizione per l’osservazione solo una sezione, la forma del clasto può esseredescritta solo bidimensionalmente (clasti circolari, allungati, etc.).

4- SELEZIONE DEL SEDIMENTO

La selezione (sorting) indica il grado di uniformità granulometrica di un sedimento(Fig. 2-4). La selezione dipende dal tipo e durata dei processi di trasporto esedimentazione, dalla regolarità della corrente e dalla viscosità del mezzo. Maggiore èla durata dei processi, maggiore è la selezione. Maggiore è la regolarità della corrente,maggiore è la selezione. Minore è la viscosità del mezzo, maggiore è la selezione.Poiché la regolarità del mezzo aumenta dalle conoidi montane (sorgenti) alle foci,maggiore è la distanza dalle conoidi, maggiore è la selezione del sedimento. Ingenerale, la selezione è buona quando la corrente opera su di uno strato di grauli inmodo laminare e continuo, mentre risulta bassa quando la corrente è irregolare eturbolenta e la deposizione dei sedimenti avviene istantaneamente (ad esempiodurante una piena fluviale). Gradi di selezione buona prevedono la presenza dicemento come materiale interstiziale, mentre gradi di selezione bassa implicanospesso la presenza di matrice tra i granuli.

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Fig. 2-4

In Figura 2-5 esempio di sedimento molto mal selezionato. Tutte le granulometriesono presenti. In Figura 2-6 esempio di sedimento molto ben selezionato. Una solaclasse granulometrica presente. Il sedimento mal selezionato è di conoide alluvionale,quello ben selezionato è di natura eolica.

5- ARROTONDAMENTO E SFERICITA’ DEI CLASTI

L'arrotondamento ("roundness": da "very angular" a "well rounded") è il grado dicurvatura (smussatura) degli angoli dei clasti. L'arrotondamento dipende dallalitologia del granulo (litologie "soffici" si arrotondano meglio di litologie "dure"durante il trasporto), dalle sue dimensioni (a parità di litologia, maggiore è ladimensione del granulo, maggiore è il suo potenziale di arrotondamento) e dal tipo edurata dei processi di trasporto.

Fig. 2-5 Fig. 2-6

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La sfericità (sphericity) è il grado di uguaglianza delle tre dimensioni dei clasti (L, I eC, vedi il paragrafo sulla Forma). Esprime cioè il grado di approssimazione dellaforma del clasto alla forma sferica. Essa puo' essere alta (high sphericity) o bassa (lowsphericity); si veda Figura 2-7.

6- MATURITA’ TESSITURALE DEL SEDIMENTO

La maturità tessiturale si stabilisce in base a: (1) contenuto in matrice; (2) grado diselezionamento (sorting); (3) grado di arrotondamento (roundness).Un sedimento (e.g., arenaria) IMMATURO ha matrice >5%, è mal selezionato conclasti mal arrotondati. Un sedimento SUBMATURO ha poca matrice (<5%), èmoderatamente selezionato con clasti moderatamente arrotondati. Un sedimentoMATURO non ha matrice, è ben selezionato con clasti ben arrotondati. Nel grafico diFigura 2-8, la maturità di un sedimento aumenta da sinistra a destra.

Fig. 2-8

Tessitura immaturaGrani poco arrotondatiSelezione bassaMineralogia immatura(e.g., feldspati)Molta matrice

Ambiente di conoide

Tessitura maturaGrani ben arrotondatiSelezione altaMineralogia maturae.g., (molto quarzo)Assenza di matrice

Ambiente di fiumi maturi oeolico

Fig. 2-7. Note:angular = angoloso; subangular =subangoloso; subrounded =subarrotondato;rounded = arrotondato.

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La maturità tessiturale (e mineralogica) delle rocce terrigene dipende da vari fattoriquali: (1) la litologia delle rocce esposte all'erosione (graniti, basalti, calcari ecc.), (2)il tipo di rilievo (morfologia dolce e matura, pareti dirupate ecc.), (3) il clima(temperatura e grado di umidità), (4) il tempo che gli agenti dell'alterazione ederosione hanno a disposizione per esercitare la loro azione, (5) l'attività tettonica, (6)il tipo di agente trasportatore (vento, acqua, ghiaccio) e le sue caratteristiche diintensità e regolarità, (7) il tempo di permanenza del sedimento nel sistematrasportatore prima della deposizione.

A parità di litologia sorgente, clima, attività tettonica, ed assumendo un sistematrasportatore di tipo fluviale (si veda oltre il paragrafo sugli ambienti sedimentari), lamaturità di un sedimento, ad esempio di un’arenaria, tende ad aumentare dalle conoidimontane (corrente ad alta energia turbolenta variabile mal selezionatrice) ai sistemifluviali a meandri (corrente a bassa energia laminare regolare ben selezionatrice).

7- STRUTTURE SEDIMENTARIE

Le strutture sedimentarie sono impartite al sedimento dall’azione chimico-fisicadell’ambiente di deposizione e biologica degli organismi che in esso vivono. Tra lestrutture fisiche dovute essenzialmente all’azione della corrente sul sedimentotroviamo le laminazioni parallele (Fig. 2-9) e quelle incrociate (Fig. 2-10), tipichequeste ultime dei ripples, sia da corrente (asimmetrici) che da onda (simmetrici). Ladecantazione gravitativa di sedimento in un mezzo acqueo provoca spesso gradazioninormali (Fig. 2-11), cioè livelli a granulometria maggiore verso la porzione inferioredel letto sedimentario e minore verso l’alto. La gradazione diretta, laminazione piano-parallela e laminazione incrociata sono strutture sedimentarie che coesistono comesequenza di Bouma nei sedimenti di torbida o torbiditi (Figs. 2-12 e 2-13), sorta difrane sottomarine che ridistribuiscono il sedimento dalla piattaforma continentale allepiane oceaniche abissali (si veda anche oltre al paragrafo sugli ambienti sedimentari).

Fig. 2-9 Fig. 2-10

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Fig. 2-11

Fig. 2-12 Fig. 2-13

Le strutture sedimentarie di origine biologica derivano dall’azione di organismi chevivono nel sedimento o all’interfaccia acqua/sedimento. Prendono il nome dibioturbazioni e possono essere anch’esse di svariatissima natura legate al movimentodegli organismi nel sedimento (Figs. 2-14 e 2-15). Per ulteriori informazioni siconsulti il sito internet: www.etab.ac-caen.fr/discip/geologie/index.htm

Fig. 2-14 Fig. 2-15

8- CLASSIFICAZIONE GRANULOMETRICA

Le strutture sedimentarie di origine fisica sonoinnumerevoli e non possono essere trattate nelbreve spazio concesso a questa dispensa. Perulteriori informazioni si consulti il sito internet:www.etab.ac-caen.fr/discip/geologie/index.htm

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Classificazione di Wenthworth. Le rocce sedimentarie terrigene vengono classificatein base alla loro granulometria.

Dimensione granuli Nome sedimento Nome roccia Classegranulometrica

Maggiori di 2 mm Ghiaia e Pietrisco Conglomerati e Brecce RuditicaTra 2 e 0.0625 mm sabbia Arenaria Arenitica

Tra 0.0625 e 0.004 mm silt Siltite SiltiticaMinori di 0.004 mm argilla Argillite Argillitica

Classificazione di Wenthworth, largamente semplificata.

Operativamente, la granulometria si stabilisce ad occhio nudo e con l’ausilio di unalente di terreno da 10X come indicato nella tabella seguente.

Classe granulometrica Visibilità dei granuliRuditica ad occhio nuto, maggiori di 2 mmArenitica ad occhio nuto, minori di 2 mmSiltitica Invisibili ad occhio nudo, visibili con lente 10X

Argillitica invisibili con lente 10X

Se piu' termini granulometrici sono presenti, la roccia viene classificata a partire daltermine granulometrico dominante. Cosi' avremo conglomerati arenacei se la frazioneconglomeratica supera in percentuale quella arenacea, o arenarie conglomeratiche seavviene l'opposto, e via dicendo.

Attenzione alla differenza tra conglomerati e brecce. Entrambe sono rocce particellaria granulometria ruditica. Un conglomerato è una ghiaia composta da clastirelativamente ben arrotondati, cementata. Una breccia è pietrisco/detrito composto dagranuli relativamente poco arrotondati, anch’esso cementato. Conglomerati e breccesono i prodotti piu' grossolani dell'erosione, soggetti a trasporto limitato. Tipiche areedi accumulo di questi sedimenti sono le coste rocciose, la parte pedemontana dellapianura, le conoidi alluvionali.

In generale, la granulometria di un sedimento dipende dall'energia del mezzo che netrasporta le particelle (velocità) e dalla sua viscosità. Maggiore è la velocità delmezzo, maggiori sono le dimensioni dei granuli trasportati. Maggiore è la viscositàdel mezzo, maggiori sono le dimensioni dei granuli trasportati. Poiché la velocità delmezzo decelera dalle conoidi montane (sorgenti) alle foci, maggiore è la distanza dalleconoidi, minore è la granulometria del sedimento.

9- AMBIENTI SEDIMENTARI

Possiamo analizzare gli ambienti sedimentari delle rocce terrigene studiando untransetto ideale (da monte a mare) di un sistema fluviale. Gli ambienti di tale sistemasono: delle conoidi montane, dei sistemi fluviali intrecciati (braided), dei sistemifluviali a meandri, e del delta fluviale e foce fluviale. Qualora la foce fluviale sia inmare, Il sistema fluviale inserisce sedimento continentale nell’ambiente del marginecontinentale, che viene trasferito attraverso correnti sottomarine di torbidità lungol’ambiente della scarpata continentale fino a quello della piana abissale. Così, adesempio, un granulo eroso in Amazzonia termina la sua corsa nelle piane abissali

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dell’Oceano Atlantico Centrale. Rientrerà il ciclo delle rocce qualora la litosferaoceanica sulla quale staziona verrà subdotta.

La Figura 2-16 mostra, dall'alto (monte) al basso (mare), la tratta continentale delsistema fluviale. Questo transetto da monte a mare attraverso gli ambienti sopraelencati e' un transetto morfologico, energetico e granulometrico.

Nelle zone montane i torrenti scaricano materiale detritico alle bocche delle valli eformano le conoidi. In Figura 2-17 esempio di conoide alluvionale, con lesuddivisioni tra conoide prossimale, ubicata vicino allo sbocco delle valli ecaratterizzata da sedimenti piu' grossolani, e porzioni distali della conoide,caratterizzate da sedimenti relativamente piu' fini. La distribuzione spaziale dellagranulometria è riportata al piede del diagramma di Figura 2-17.

Fig. 2-16. Note:

Highlands = catena montuosa

Alluvial fans = conoidi alluvionali

Braided river = fiume intrecciato

Sand dunes = dune di sabbia

Meandering river = fiume a meandri

Floodplain = piana alluvionale

Coastline = linea costiera

Shelf-slpoe break = limite della piattaformacontinentale

Submarine fan = conoide sottomarino

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Fig. 2-18 Fig. 2-19

Esempio di conoide alluvionale (Fig. 2-18). I depositi delle conoidi sono malselezionati, immaturi e grossolani (Fig. 2-19).

A valle delle conoidi si sviluppa la piana alluvionale ove scorrono fiumi intrecciati(braided) ad alta energia (Fig. 2-20). I depositi che la caratterizzano sono quindiancora abbastanza grossolani (ad esempio arenarie grossolane, conglomerati) e poco"lavati", cioè immaturi (Fig. 2-21).

Fig. 2-17

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Fig. 2-20 Fig. 2-21

Man mano che il fiume scorre sulla piana alluvionale verso il mare, esso diventa viavia piu' "maturo" e sviluppa la tipica morfologia a meandri. La corrente (energia) vavia via diminuendo e così la granulometria dei depositi, mentre la loro selezione ematurità tessiturale aumentano. In Figura 2-22 esempio di fiume a meandri.

Fig. 2-22 Fig. 2-23

Notare l'evoluzione dei meandri verso una sempre maggiore arcuatura che porta allaformazione di laghi per taglio e abbandono di meandro. In Figura 2-23 arenarie alaminazione incrociata di barra fossile di fiume a meandri. Le caratteristiche delladeposizione fluviale sono illustrate anche presso:http://daac.gsfc.nasa.gov/DAAC_DOCS/geomorphology/GEO_HOME_PAGE.html

Il fiume, una volta arrivato al mare (o in un bacino lacustre), forma i depositi deltizi difoce. Il delta fluviale (Fig. 2-24) è un sistema sedimentario che trasferisce sedimentodall'ambiente continentale a quello marino di piattaforma.

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Fig. 2-24

All'intorno dei depositi deltizi vi sono gli ambienti (e i depositi associati) di spiaggia.Le spiagge sono caratterizzate da alta energia dovuta sia a moto ondoso sinusoidaleche a correnti di marea direzionali. Il moto ondoso impartisce al sedimentolaminazioni incrociate di ripples simmetrici (Fig. 2-25), mentre le correnti di marealaminazioni incrociate di ripples asimmetrici (Fig. -26).

I processi di erosione, trasporto e sedimentazione non si fermano con l'arrivo delfiume al mare. Sulle piattaforme continentali si accumulano spesso ingenti quantità didetrito che, a causa ad esempio di movimenti sismici, precipitano verso la pianaabissale oceanica scavando nel margine della piattaforma profondi solchi sottomarini(Fig. 2-27). Tali depositi sono detti di TORBIDA o TORBIDITI. In Figura 2-28 unatorbidite ripresa da un sottomarino. Tipica struttura sedimentaria delle torbiditi è lasequenza di Bouma (Figs. 2-12 e 2-13).

Fig. 2-26Fig. 2-25

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Fig. 2-27 Fig. 2-28

In qualsiasi punto della tratta continentale del sistema conoidi-piana abissaleanalizzato sopra, si possono formare i sistemi deposizionali eolici, sopratutto incondizioni di clima arido (pensiamo al Nilo). I depositi eolici piu' caratteristici sono ledune (Fig. 2-29), sorta di mega-ripples a scala chilometrica composti da arenariesupermature (quarzareniti) che si formano sotto l'azione di trasporto/deposizioneesercitata dal vento.

Fig. 2-29 Fig. 2-30

In Figura 2-30 esempio di stratificazione incrociata di dune eoliche fossili.

---FINE SEDIMENTI TERRIGENI---