Guida pratica per il ric o noscime n to macroscop ico...

Domenico Calcaterra

Guida praticaper il riconoscimento macroscopico

delle rocce

Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Geotecnica ed AmbientaleSezione di Geologia Applicata

Facoltà di IngegneriaUniversità di Napoli “Federico II”

D. Calcaterra - Guida pratica per il riconoscimento macroscopico delle rocce

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1. CENNI SULLA CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE

Il criterio fondamentale di classificazione delle rocce si definisce genetico, in quanto ba-sato sulla loro origine presunta. In funzione di tale criterio, si distinguono due grandi in-siemi di rocce:- rocce esogene, che si sono formate sulla superficie del globo terrestre;- rocce endogene, che si sono formate, almeno in parte, all’interno del globo. Fanno partedel primo gruppo le rocce sedimentarie, mentre al secondo appartengono le rocce magma-tiche (o ignee) e quelle metamorfiche (Fig. 1).

Fig. 1 - Il ciclo delle rocce, elaborato da Sir James Hutton nel 1795 (da SIEVER, 1983).

Le rocce magmatiche o ignee si classificano in base a due criteri fondamentali:1) la giacitura geologica, ossia il tipo di messa in posto, e gli effetti di questa sulla struttu-

ra alle varie scale di osservazione;2) la composizione mineralogica e chimica.

Per giacitura e caratteri strutturali le rocce magmatiche sono classificate in:- plutoniche o intrusive- vulcaniche o effusive- ipoabissali e subvulcaniche.

In termini di composizione, una roccia magmatica può essere classificata su base mine-ralogica o chimica. In questa sede, in accordo con quanto indicato in IPPOLITO et alii (1975)si adotta la classificazione mineralogica quantitativa (o modale) di Streckeisen (Fig. 2), siaper le rocce plutoniche che per quelle vulcaniche.

La classificazione delle rocce sedimentarie è un argomento su cui molto si è scritto, sen-za che si sia pervenuti ad un criterio universalmente accettato. Esistono infatti diversi ap-procci classificativi, nell’ambito dei quali, di volta in volta, sono privilegiati alcuni aspetti,tra i quali quelli composizionali, sedimentologici, pratici, genetici.

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Fig. 2 - Schema classificativo mineralogico-quantitativo per rocce intrusive (sinistra) ed effusive (destra),con IC < 90 (http://it.wikipedia.org/wiki/Diagramma_QAPF).

In termini di composizione, le rocce sedimentarie sono costituite da tre elementi fonda-mentali:- componenti terrigeni, generati dalla disgregazione e dalla frammentazione di rocce pree-

sistenti e trasportati nel bacino di sedimentazione come particelle singole. Es.: granuli diquarzo e feldspato, lamelle di mica, minerali argillosi, frammenti di calcare e selce, ecc.;

- componenti allochimici, particelle che si originano per precipitazione chimica o secrezioneorganica, direttamente nel bacino di sedimentazione, entro il quale possono poi esserespostate e accumulate. Es.: gusci di organismi (interi o in frammenti), ooliti, ecc.;

- componenti ortochimici, veri e propri precipitati chimici prodotti all’interno del bacino disedimentazione o dello stesso sedimento, senza aver subito trasporto. Es.: minerali eva-poritici, cementi, concrezioni, ecc.In termini sedimentologici (processi deposizionali, aspetti idrodinamici ed ambientali), le

rocce sedimentarie possono essere suddivise in quattro gruppi principali:- rocce particellari o granulari, costituite da elementi singoli e separati, che subiscono tra-

sporto e sono accumulati. Es.: rocce terrigene o detritiche, piroclastiche, calcari detritici;- rocce cristalline, derivanti essenzialmente da processi chimici, dove temperatura e con-

centrazione della soluzione sono i fattori di controllo. Es.: anidrite, salgemma, dolomie“secondarie”;

- rocce biocostruite, accresciutesi in situ e “fabbricate” interamente da organismi (alghe,coralli, briozoi, ecc.);

- rocce residuali, formatesi in situ per degradazione o decomposizione di materiali preesi-stenti. Es.: terre rosse, carboni.In termini pratici, giova ricordare che le rocce sedimentarie sono rappresentate per oltre

il 90% da due gruppi:- rocce terrigene silicoclastiche- rocce carbonatiche (detritiche, biocostruite, chimiche, ecc.).

In questa sede, in analogia con quanto riportato in IPPOLITO et alii (1975), si adotta un


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criterio genetico, basato sull’origine dei costituenti principali. Tale criterio prevede la sud-divisione delle rocce sedimentarie nei seguenti sottogruppi (Fig. 3):- rocce di origine chimica- rocce organogene- rocce detritiche- rocce piroclastiche- rocce miste.

Deve comunque rilevarsi che le rocce piroclastiche, in virtù del loro particolare meccani-smo genetico, possono anche considerarsi come gruppo litologico a sé stante.

Fig. 3 - Schema classificativo delle rocce sedimentarie (da IPPOLITO et alii, 1975).

La classificazione delle rocce metamorfiche si determina in base a due elementi fonda-mentali:- dimensioni dei cristalli- evidenza dei piani di scistosità.

Ciò, come noto, vale in particolare per rocce derivanti da condizioni di metamorfismoregionale. In base a tali elementi distintivi, le rocce metamorfiche possono essere distintein termini di zone, la cui diversa mineralogia indica il diverso grado metamorfico. In talsenso le rocce metamorfiche sono state per lungo tempo attribuite ad epizona, mesozona,catazona, elencate in ordine di grado metamorfico crescente. In questa nomenclatura eraimplicito anche un aumento di profondità, nell’assunto che vi fosse una correlazione fissafra temperatura e pressione. Lo studio di dettaglio delle rocce metamorfiche ha messo inrisalto, con l’andar del tempo, l’esistenza di più zone rispetto alle tre prima citate, da in-tendersi però come zone mineralogiche, caratterizzate dalla presenza di minerali-indice. Ècosì che si giunge al concetto di facies metamorfica, nella quale sono raggruppate tutte lerocce che sono ricristallizzate in un certo ambito di temperatura e pressione, definibile daun intero insieme di associazioni mineralogiche (es.: facies degli scisti verdi, facies delle


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eclogiti, ecc.). Le vecchie zone metamorfiche trovano ancora oggi un certo uso come indi-catori generici di grado metamorfico (basso, medio ed alto rispettivamente), senza più im-plicare però coincidenza con zone di profondità: è in tal senso che i tre termini prima citativerranno utilizzati nei paragrafi seguenti.

2. CRITERI PER IL RICONOSCIMENTO MACROSCOPICO DELLE ROCCE

Ogni roccia possiede una sua struttura, definita dall’insieme dei suoi caratteri in rappor-to alla forma, alle dimensioni ed alla disposizione delle diverse parti costitutive.

Il riconoscimento della struttura di una roccia dipende dalla scala di osservazione e daimetodi di studio. Ragionando, infatti, in termini di “corpo” geologico, e quindi alla scaladell’affioramento, una roccia sarà univocamente attribuibile al gruppo delle sedimentarie,allorché si sia riconosciuta la stratificazione. Per capire poi se quella roccia sia un calcare ouna dolomia, sarà necessario ricorrere ad ulteriori e più dettagliate indagini analitiche(chimiche, mineralogiche, petrografiche, ecc.). Una descrizione esaustiva di una roccia ri-chiede infatti osservazioni necessariamente più approfondite, ricorrendo ad esempio al mi-croscopio da mineralogia o da paleontologia (in genere, alcune decine di ingrandimenti)per lo studio in sezione sottile di minerali e fossili, ai metodi ai raggi X, al microscopio ascansione elettronica (alcune migliaia di ingrandimenti).

Il riconoscimento speditivo di una roccia alla scala del campione implica l’identificazionedi tutto quanto è visibile ad occhio nudo, e quindi, in prima approssimazione, senza ausilioalcuno di specifici metodi d’indagine. In tal caso, il termine struttura, inteso come parzialesinonimo dell’anglosassone texture, indica in via generica tutti i rapporti spaziali tra i costi-tuenti le rocce. Lo stesso termine assume poi connotati specifici nell’ambito dei singoligruppi litologici; nel caso delle rocce magmatiche, ad esempio, per struttura si intende an-che grado di cristallinità ed orientazione tra i singoli minerali.

Nei paragrafi seguenti sono illustrati gli elementi essenziali, utili per un corretto ricono-scimento di alcune rocce1 alla scala del campione. Per una trattazione di maggior dettagliodei vari argomenti connessi con la litologia (modalità di genesi e messa in posto delle roc-ce, aspetti strutturali, mineralogico-petrografici, ecc.) si rimanda alla letteratura specifica.

2.1. Rocce magmatiche o ignee

La struttura delle rocce ignee ha un particolare significato perché rivela in genere lecondizioni di genesi, cioè le modalità di raffreddamento del magma. Allorché il fuso mag-matico stazioni all’interno della crosta terrestre (condizioni plutoniche), il raffreddamentosarà lento, dando luogo ad una cristallizzazione completa della roccia, con cristalli visibiliad occhio nudo. Nel caso di rocce vulcaniche, esso sarà invece rapido, tanto da dar luogoa cristalli minutissimi o addirittura a vetro.

Le due condizioni fondamentali, vulcanica e plutonica, trovano sfumatura reciproca inuna serie di condizioni intermedie, indicate come ipoabissali e sub-vulcaniche.

La struttura di una roccia magmatica è determinata dal grado di cristallinità, dalle di-mensioni relative ed assolute dei minerali componenti e dalla loro disposizione (Fig. 4).

1 L’elenco di tipi litologici di seguito riportato è frutto di una selezione, operata per scopi essenzialmente didattici,nell’ambito di quei litotipi che avessero i requisiti (rilevanti soprattutto per un allievo ingegnere) di facile reperibilità e/oparticolare significato tecnico.


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Le rocce plutoniche si riconoscono per essere contraddistinte dalla presenza di mineralicristallizzati: si parlerà in tal caso di struttura olocristallina (= totalmente cristallizzata). Se icristalli sono visibili ad occhio nudo la roccia si definisce faneritica o fanerocristallina (=cristalli visibili ad occhio nudo).

Gran parte delle rocce con struttura olocristallina presenta cristalli all’incirca equidimen-sionali (struttura olocristallina equigranulare). Si definisce invece struttura olocristallina porfi-roide quella in cui, nell’ambito della massa cristallina, si riconoscono taluni individui cristallinidi dimensioni predominanti (fenocristalli), con dimensioni anche dell’ordine dei centimetri.

Le rocce filoniane sono particolari rocce intrusive derivanti da cristallizzazione dei fusiresidui di più bassa temperatura, talora sotto elevata pressione parziale di gas. Sono roccecon strutture olocristalline tipiche; in particolare, le apliti presentano una grana da media aminutissima (struttura aplitica), mentre le pegmatiti hanno una grana molto grossolana,con cristalli di dimensioni da centimetriche fino a metriche (struttura pegmatitica).

Le rocce vulcaniche sono caratterizzate da una grana minutissima, da micro- a cripto-cristallina, non visibile ad occhio nudo, e spesso nemmeno con lente d’ingrandimento;questa struttura è chiamata afanitica. Se esse sono costituite da vetro, la struttura si defi-nisce vetrofirica. Assai spesso il magma giunge in superficie con un certo carico di cristalligià segregatisi in profondità (fenocristalli), i quali spiccano sulla massa di fondo dando luo-go ad una struttura porfirica (= fenocristalli in pasta di fondo afanitica o vetrofirica).

Le rocce ipoabissali sono, per genesi e struttura, intermedie ai due principali gruppi oravisti. Si formano infatti più vicino alla superficie terrestre rispetto alle rocce plutoniche ecristallizzano in genere sotto una pressione sufficiente a non far sfuggire troppi gas, ma inmodo rapido. Tra le rocce ipoabissali ricordiamo i porfidi, rocce a struttura porfirica (taloradefiniti anche porfiriti), contenenti fenocristalli di qualsiasi minerale. I porfidi possono talo-ra essere a grana minuta, ma in genere senza formazione di parti vetrose, se non in casieccezionali. Anche se il termine porfido è oggi unanimemente ritenuto ambiguo, non a-vendo una vera valenza genetica, esso è tuttora in uso; per ridurre i margini di incertezzasi preferisce “aggettivare” tale termine o specificando il minerale che forma fenocristalli(es.: porfido quarzifero) o associando il nome di roccia mineralogicamente più simile (es.:porfido granitico, porfido sienitico, ecc.).

Fig. 4 - Alcune strutture tipiche delle rocce magmatiche (da fotografie al microscopio ottico - ingrandimento varia-bile). Struttura olocristallina equigranulare (a); struttura porfiroide (b); struttura porfirica (c).

Lo schema classificativo adottato per le rocce magmatiche, come accennato in prece-denza, è quello di Streckeisen, in cui tutte le rocce con IC < 90 (ossia con meno del 90%in volume di minerali colorati) sono distinte in base alla presenza di minerali sialici. Per lerocce intrusive il criterio mineralogico è applicabile in modo rigoroso; per quelle effusive,invece, si adotta un criterio ibrido o misto (chimico-mineralogico), in considerazione della


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grana spesso finissima di tali rocce e della presenza in esse di vetro, il che ostacola la de-terminazione mineralogica esatta.

Per la classificazione delle rocce magmatiche si utilizza il diagramma bi-triangolare di Fi-gura 2. In esso sono rappresentati ai quattro vertici, rispettivamente:

- quarzo (Q)- feldspati alcalini (ortoclasio, microclino, sanidino, albite - A)- plagioclasi (da oligoclasio ad anortite - P)- feldspatoidi (leucite, nefelina, ecc. - F).

È il caso di ricordare che quarzo e feldspatoidi sono tra loro antitetici, in quanto il quar-zo è presente in una roccia magmatica quando si verifica un eccesso di silice, mentre i fel-dspatoidi lo sono quando c’è difetto di silice.

Il riconoscimento macroscopico di una roccia magmatica prevede in primo luogo la defi-nizione della sua struttura (olocristallina, afanitica, ecc.), in modo da individuare il sotto-gruppo litologico di pertinenza (r. intrusive, effusive, ecc.). Ciò fatto, si procede al ricono-scimento dei minerali distinguibili ad occhio nudo. L’identificazione dei minerali in una roc-cia magmatica risulta tanto più accurata quanto più evidenti sono le dimensioni medie deiminerali, ossia la grana, della roccia. Sulla base delle dimensioni medie dei cristalli, le roc-ce ignee possono avere:

- grana grossa, con diametri medi dei minerali > 5 mm;- grana media, con diametri compresi tra 1 e 5 mm;- grana fine, con diametri < 1 mm.

In base ai minerali sialici presenti (per rocce intrusive ed effusive), si definisce quindi il tipolitologico di probabile appartenenza (granito, basalto, ecc.), utilizzando i diagrammi di Figura 2.

La quantità di femici presenti, infine, consente di stimare qualitativamente l’indice di colore(IC). Aggiungendo tale informazione a quelle già acquisite, è possibile utilizzare il criterio ripor-tato in Tabella 1.

Tab. 1 - Schema di classificazione speditiva per alcune rocce magmatiche prive di feldspatoidi (daD’ARGENIO et alii, 1994 - sempl.).

2.1.1. Rocce ignee intrusive

Graniti

ASPETTO. Struttura olocristallina, granulare (con grana media o fine) o porfiroide con fenocristalli difeldspato potassico. Associazione mineralogica essenziale: quarzo, feldspato potassico, mica bioti-te, talora mica muscovite (graniti a due miche). Nei termini di passaggio verso le dioriti (granodio-


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riti, tonaliti), diminuiscono quarzo e/o feldspato a vantaggio del plagioclasio. Colore prevalente:bianco, grigio chiaro, roseo, rosso-bruno; giallognolo o verdastro se alterato.

PRINCIPALI LOCALITÀ DI PROVENIENZA. Arco alpino occidentale (granito di San Fedelino, di Baveno, diMontorfano),Toscana (Isola d’Elba), Sardegna, Calabria.

PRINCIPALI CARATTERISTICHE ED IMPIEGHI. Rocce dotate di elevata compattezza e resistenza a com-pressione (100-250 MPa), non gelive, perfettamente lucidabili. Pregiato materiale da costruzione,soprattutto in lastre lucidate, talvolta grezzo. Impiegato talora in blocchi per scogliere, è anchefonte di minerali d’interesse economico (es. pirite, terre rare).

Fig. 5 - Graniti.

Sieniti

ASPETTO. Struttura olocristallina granulare con grana media, talora porfiroide con fenocristalli di feld-spato potassico. Associazione mineralogica essenziale: feldspato potassico, plagioclasio (subordina-to), anfiboli; talora feldspatoidi o quarzo, pirosseni, biotite. Colore prevalente: grigio, rosa, violaceo.

PRINCIPALI LOCALITÀ DI PROVENIENZA. Arco alpino occidentale.

PRINCIPALI CARATTERISTICHE ED IMPIEGHI. Rocce dotate di elevata compattezza, buona resistenza acompressione (80-200 MPa), non gelive, perfettamente lucidabili. Pregiato materiale da costruzio-ne, soprattutto in lastre lucidate, benché difficilmente ottenibili in grandi dimensioni e con coloreuniforme. La sienite del Vercellese (sienite di Balma) è commercialmente nota come granito di Bi-ella. Talora sede di giacimenti minerari di metalli rari.


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Fig. 6 - Sieniti.

Dioriti/Gabbri

ASPETTO. Struttura olocristallina granulare con grana media o fine, talora porfiroide (fenocristalli diplagioclasio nelle dioriti, aggregati di femici nei gabbri). Associazione mineralogica essenziale: pla-gioclasi, anfiboli, biotite (dioriti); plagioclasi, olivina, pirosseni (gabbri). Colore prevalente: grigioscuro, grigio-nerastro (dioriti); verde chiaro, grigio-verdastro, talora grigio-violaceo (gabbri).

PRINCIPALI LOCALITÀ DI PROVENIENZA. Dioriti: Arco alpino occidentale (Val Camonica). Gabbri: Arco al-pino occidentale (prov. di Sondrio), Appennino settentrionale (Liguria, Toscana, Emilia).

PRINCIPALI CARATTERISTICHE ED IMPIEGHI. Le dioriti (dotate di alta resistenza a compressione e poro-sità molto bassa) sono usate in edilizia in lastre lucidate (granito di Val Camonica); analogo uso,anche se molto più raro, viene fatto dei gabbri. Interesse minerario per i gabbri.

Fig. 7 - Gabbro.


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2.1.2. Rocce filoniane

Pegmatiti

ASPETTO. Struttura olocristallina costituita dalla compenetrazione di grandi cristalli di quarzo, feld-spato potassico e/o mica muscovite (struttura pegmatitica). Colore chiaro prevalente.

PRINCIPALI LOCALITÀ DI PROVENIENZA. Arco alpino occidentale, Isola d’Elba, Calabria.

PRINCIPALI IMPIEGHI. Rocce d’interesse industriale per l’estrazione di minerali (ortoclasio e muscovite).

Fig. 8 - Pegmatiti.

Fig. 9 - Apliti.

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