I materiali del territorio: minerali e rocce

Le rocce sono aggregati di minerali

Definizione di roccia:

- Materiale solido - naturale- formato dall’aggregazione di uno o più

- minerali o - materiali minerali

Definizione di minerale:

- Materiale solido, naturale, inorganico

- formato da un elemento o da un composto di elementi

- con una composizione chimica definita (formula chimica)

- con una struttura interna cristallina regolare (reticolo cristallino)

BiotiteFeldspato

Quarzo

MINERALI

Sono solidi naturali non cristallini

Vetro vulcanico

Ambra

Opale

MATERIALI MINERALI

Uno stesso minerale (stessa formula chimica) può essere presente come forma cristallina e come materiale minerale non cristallizzato

Struttura caotica dell’AgataReticolo cristallino del Quarzo

Silice SiO2

MINERALI

MINERALI

− Tutti costituiti da tetraedri di Silicio– 4 O atomi, 1 Si atomo, 4- carica– Quarzo, feldspato– Olivina (Fe, Mg)– Asbesti– Miche– Argille

•Silicati (Si + O ± altri elementi)

– Carbonati (CO3): calcite– Solfati (SO4): gesso– Solfuri (metallo + S): pirite– Ossidi (metallo + O): ematite– Idrossidi (metallo + OH): gibbsite– Sali (metallo + alogenuro): salgemma– Elementi nativi Au, Ag, Pt, Cu, C

MINERALI

•Non-Silicati

Sezioni sottili

• Per studiare la petrografia dellerocce, i geologitagliano sottili fettedi rocca fino a chesiano translucenti

• Le sezioni sottilisono studiate con un microscopiopetrografico

Taglio con una sega circolare e assottigliamento

Campione a mano di granito Sezione sottile di granito

MINERALI

alcali-feldspato

clinopirosseno biotite

plagioclasio

anfibolo

olivina

quarzo

Silicati più comuni nelle rocce magmatiche

In sezione sottile

Luce polarizzata

MINERALI

Le rocce sono raggruppate in tre categorie fondamentali, in base alla loro genesi:

rocce ignee

rocce sedimentarie

rocce metamorfiche.

LE ROCCE

LE ROCCE

LE ROCCE

Il Ciclo delle Rocce

Le rocce magmaticheLe rocce magmatiche o ignee (dal latino ignis = fuoco) si formano per il raffreddamento di una massa fusa con temperature di 1120-900°C che si origina all’interno della Terra e che è denominata magma.

Le rocce ignee sono costituite da minerali che cristallizzano dal magma durante il suo raffreddamento.

MAGMAMateriale fuso o parzialmente fuso all’interno della Terra composto da una miscela di:

fase liquida di composizione silicatica (o carbonatica)gas dissoltosolido = minerali cristallizzati direttamente dal fusosolido = frammenti di rocce dalle pareti del condotto e

della camera magmatica

Rocce vulcaniche

Se il magma raggiunge la superficie terrestre forma le rocce vulcaniche (da Vulcano, dio romano del fuoco) con colate di lava o esplosioni vulcaniche.

Rocce intrusive o plutoniche

Se il magma si ferma all’interno della Terra e si consolida con un raffreddamento lento, produce le rocce intrusive o plutoniche (da Plutone, dio romano degli Inferi).

ROCCE MAGMATICHE

Camera magmatica

Rocce intrusiveRaffreddamento lento

INTRUSIONE

LAVAPIROCLASTI

Rocce vulcanicheRaffreddamento rapido

Magmatiche sono le due rocce più abbondanti sulla Terra.

GRANITO

BASALTO

ROCCE MAGMATICHE

Classificazione e descrizione di base generale:

Petrografia e Geochimica:Contenuto in % di minerali mafici e felsiciRiflette il chimismo del magmaminerali mafici = >FeO, MgO, colore scurominerali felsici = >SiO2, Na2O, K2O, colore chiaro

Granulometria e Tessitura:Riflette il tasso di raffreddamentogranulometria fine o vetrosa = raffreddamento rapidogranulometria grossolana o olocristallina = raffreddamento lento

CLASSIFICAZIONI DELLE ROCCE MAGMATICHE

COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

IN BASE AI MINERALI PRESENTI

I minerali più comuni nelle rocce magmatiche sono:

Quarzo SiO2Feldspati (K,Na)AlSi3O8

Plagioclasi (Ca,Na)Al2Si2O8

Feldspatoidi (K,Na)AlSi2O6

Olivina (Fe,Mg)2SiO4Pirosseni (Ca,Fe,Mg)2SiAl2O6

Anfiboli (Ca,Na,K)2(Fe,Mg) SiAl2O6Biotite K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2

Un liquido “puro” cristallizza ad una singola temperaturat fusione = t cristallizzazione

Es. acqua - ghiaccio a 0°CSiO2 liquido - cristobalite a 1740 °C

I liquidi complessi come il magma cristallizzano in un intervallo di temperatura.I cristalli hanno una composizione differente dal liquido.Minerali diversi cristallizzano a temperature differenti nel magma in raffreddamento.

COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI

La sequenza di cristallizzazione dei minerali e la temperatura a cui i differenti minerali cominciano a cristallizzare dipendono da:

Composizione del magmaPressione litostaticaPressione dell’acquaTasso di raffreddamentoAltri fattori

CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI

Sequenza di cristallizzazione

SERIE DI REAZIONE DI BOWEN

CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI

I minerali nelle rocce intrusive sono sufficientemente grandi da poter essere visti e identificati

Il contenuto in minerali è espresso come Moda= % di ogni minerale presente

La Moda è plottata sul diagramma di Streckeisen (IUGS)Q = quarzoA = alcali-feldspatiP = plagioclasiF = feldspatoidi

I minerali mafici sono ignorati se <90%

COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

Diagramma di Streckeisen

COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

Diagramma di Streckeisen

COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

Magma sovrassaturo = sufficiente SiO2 per la cristallizzazione del quarzo

Magma sottosaturo = insufficiente SiO2, cristallizzano minerali incompatibili con il quarzo

(felspatoidi)

Sul diagramma di Streckeisen:

Calcolare e plottare Q/(Q+A+P)x100, contando sopra la linea A-PCalcolare e plottare F/(F+A+P)x100, contando sotto la linea A-PCalcolare e plottare P/(A+P)x100, contando da A a sinistra verso P a

destra, connettendo la linea diagonale dallo spigolo Q

COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

Classificazione delle rocce vulcanichesulla base della composizione geochimica

I minerali sono troppo piccoli per essere identificati o sono assenti

La composizione geochimica ha un intervallo limitato

COMPOSIZIONE GEOCHIMICA

Elementi maggiori(generalmente > 1.0 wt%)

SiO2 30-78%Al2O3Fe2O3MgOCaONa2O 0-10%K2O 0-15%

COMPOSIZIONE GEOCHIMICA

Elementi minori(generalmente 0.1 -1.0 wt%)

H2O+ acqua strutturale, nel reticolo cristallino dei minerali

H2O- acqua adsorbita, eliminata a 110° C

TiO2P2O5MnOCO2ClFS

COMPOSIZIONE GEOCHIMICA

Elementi in tracce< 0.1 wt % o <1000 ppm (parti per milione)

Terre Rare (REE Rare Earth Elements, o lantanidi)

Elementi radioattiviElementi pesanti

COMPOSIZIONE GEOCHIMICA

La classificazione geochimica si basa su due pilastri:

i) Contenuto di SiO2

Acide se contengono oltre il 63% di SiO2 Intermedie se contengono tra il 52 e il 63 % di SiO2 Basiche se contengono tra il 52 e il 45% di SiO2 Ultrabasiche se contengono meno del 45% di SiO2

COMPOSIZIONE GEOCHIMICA

ii) Contenuto di alcali Na2O e K2OAlcalineSub-alcaline

La classificazione geochimica è rappresentata graficamente dal TAS = total alkali-silica diagram(IUGS)

COMPOSIZIONE GEOCHIMICA

CLASSIFICAZIONE GEOCHIMICA

TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE

Tessitura Coerente LAVA - INTRUSIONE

Tessitura Frammentaria PIROCLASTITI

BRECCE AUTOCLASTICHE

HYALOCLASTITI

TESSITURA = granulometria, forma, e architetturadei componenti (minerali o clasti)

Nelle rocce magmatiche la granulometria è controllata dal tasso di raffreddamento

LAVE - INTRUSIONI

Cristalli : visibili a occhio nudo = fenocristallimicroscopici = microliti

Massa di fondo : vetrosacristallina

PORFIRICA = presenza di fenocristalli, massa di fondo cristallina

AFIRICA = assenza di fenocristalli, massa di fondo cristallina

VETROSA = assenza di fenocristalli, massa di fondo vetrosa

VITROFIRICA = presenza di fenocristalli, massa di fondo vetrosa

TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE

Effetti della velocità di raffreddamento sulla tessitura:

Magma raffreddato molto rapidamentecongela in vetrola tessitura è vetrosa

Magma raffreddato rapidamente ha molti piccoli cristalli (microscopici o sub-microscopici) la tessitura è afanitica

Magma raffreddato molto lentamente ha molti grandi cristallila tessitura è faneritica

Magma raffreddato in modo intermedio ha pochi grandi cristalli e molti piccoli cristalli (massa di fondo)la tessitura è porfirica

TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE

Tessitura Afanitica

I cristalli sonouniformemente moltopiccoli e intrecciati

I singoli cristalli sonoinvisibili a occhionudo e difficilenteidentificabili con unalente.

La granulometria fine è il risultato di un raffreddamentorapido che ostacola la crescita di grossicristalli

Tessitura Porfirica

Grandi ed evidenti cristalli dettifenocristalli (frecce rosse) sonocircondati da una massa difondo afanitica (frecce blu).

Questa tessitura rappresentaun raffreddamento in due fasi.

Un primo raffreddamentolento del magma nella Crosta(camera magmatica) favoriscela crescita dei fenocristalli.

Quando il magma erutta(lava) il liquido residuocristallizza come massa difondo afanitica.

Tessitura Faneritica

I cristalli sono evidenti (dal grecophaneros=visibile) e sono distinguibiliad occhio nudo,

Grigio vitreo – quarzo

Nero – biotite e anfibolo

Crema – K-feldspato

Tessitura Vetrosa e Vitrofirica

TESSITURA DELLE LAVE

MASSIVA = priva di orientazioni preferenziali dei cristalli o di altre caratteristiche tessiturali

BANDATA o FOLIATA = con orientazione dei cristalli o di altre caratteristiche tessiturali secondo piani ± paralleli = struttura di flusso

VESCICOLATA → NON VESCICOLATA

Dipende dalla quantità di gas e dalle modalità di degassamentoBollosa

ScoriaceaPomicea

Tessitura Vescicolata Bollosa

Le vescicole sono bollesemplici prodotte dalgas che fuoriesce dallalava che si stasolidificando.

Le bolle (frecce rosse) sono di dimensioni molto variabili, circondate da massa di fondo afanitica (frecce blu).

I pochi fenoscristalli presenti sono di olivina (frecce verdi)

Basalto, Hawaii

Tessitura Vescicolataamigdaloide

Le bolle sono rienpite da minerali secondari: calcite, zeoliti, barite.

Tessitura Vescicolatascoriacea

Le vescicole sono abbondanti(>30%), più grandi di quelle dellatessitura pomicea, di dimensioniregolari. Colore grigio, nero, rosso.

Tessitura VescicolataPomicea

La vescicolazione è prodotta da tantissimevescicole di piccoledimensioni, separate da sottili pareti divetro, che formanouna schiumamagmatica.

Tipica di magmi acidi, quindi molto viscosi, dacui I gas fanno fatica a fuoriuscire.

quarzo

feldspato

biotite

GRANITO

Roccia intrusiva, con granulometria da grossolanaa media, composta daquantità variabili di: quarzo, ortoclasio (K-feldspato), muscovite e biotite (miche), e orneblenda (anfibolo).

Il nome deriva dal latinogranum = granulo, per la suatessitura olocristallinafaneritica grossolana.

ROCCE INTRUSIVE

feldspato biotite

DIORITE

Roccia intrusiva molto simile al granito, si distingue per l’assenza di quarzo visibile nel campione a mano.

ROCCE INTRUSIVE

GABBRO Roccia intrusiva, a granulometria grossolana, formata da minerali di Fe e Mg (pirosseni, anfiboli, plagioclasi, olivine) e priva di quarzo.

E’ di colore scuro, con peso specifico elevato.

feldspato

orneblenda

ROCCE INTRUSIVE

PERIDOTITE

Roccia intrusiva compostaper il 90-100% da olivina.

Questa roccia è tipica del Mantello superiore.

ROCCE INTRUSIVE

ROCCE VULCANICHE

RIOLITE

Roccia vulcanica con la stessacomposizione del granito: quarzo, feldspato, biotite e orneblenda.

E’ molto viscosa. Le lave sono spessobandate a causa dell’allineamento deiminerali durante il flusso.

Caratterizza vulcani molto esplosivi.

orneblendaorneblenda

ROCCE VULCANICHE

ANDESITE Roccia vulcanica equivalente alla diorite. E’ sempre porfirica con plagioclasio e orneblenda

ROCCE VULCANICHE

BASALTO

Roccia vulcanica, a granulometria fine, spessobollosa o scoriacea,

TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE

ROCCE MAGMATICHE FRAMMENTARIE

Rocce piroclastiche – derivano da eruzioni vulcaniche esplosiveche frammentano il magma.

Brecce e bombe vulcaniche

Lapilli

Ceneri e Tufi

Brecce autoclastiche – derivano dalla frammentazione meccanicadella lava in superficie (attrito, solidificazione parziale).

Hyaloclastiti – derivano dalla frammentazione della lava per bruscoraffreddamento, ad esempio al contatto con acqua.

CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE PIROCLASTICHEIN BASE ALLA GRANULOMETRIA

Cenere - Tufo

Lapilli

Bomba – Agglomerato

Blocco – Breccia piroclastica

BLOCCO JUVENILE (Vulcano) BOMBA A FUSO (Etna)

BOMBA A CROSTA DI PANE (Vulcano) BOMBA CONVOLUTA (Etna)

CENERECenere vulcanica - frammenti di vetro vulcanico più piccoli di 2 mmin diametro. E’ dura, non si dissolve in acqua, è estremamente abrasiva, un po’ corrosiva.

ROCCE PIROCLASTICHE

Sono frammenti del magma in eruzione.

In base alla cristallinità possono essere da vetrosi (afanitici) a olocristallini (porfirici).

In base al grado di vescicolazione possono essere da molto vescicolati a non vescicolati.

Tipi: pomiciscorieossidianevitrofirishardsjuvenili densi o litici cognati

Componenti delle rocce piroclastiche

JUVENILI

ROCCE PIROCLASTICHE

POMICISono frammenti moltovescicolati, con densità minoredell’acqua (galleggiano).

La composizione è da riolite ad andesite.

Il colore da bianco e grigioscuro.

ROCCE PIROCLASTICHE

OSSIDIANAVetro vulcanico compatto con fratturaconcoide, da raffreddamento moltorapido di porzioni liquide di magma.

Composizione da riolite ad andesite.

Colori: nero, rosso, grigio, verde.

ROCCE PIROCLASTICHE

Cristalli idiomorfi sia juvenili che accidentali (xenocristalli).

Cristalloclasti

Sono frammenti di rocce ignee, sedimentarie o metamorfiche, completamente estranee al magma in eruzione, che compongono le parti solidificate della camera magmatica, le pareti della camera magmatica e del condotto, frantumate dall’energia dell’esplosione (litici accessori).

In alcuni depositi piroclastici sono presenti frammenti litici presi in carico dalla superficie topografica durante la deposizione (litici accidentali).

XENOLITI

CRISTALLI

ROCCE PIROCLASTICHE

ROCCE PIROCLASTICHE

TUFO

Il Tufo vulcanico derivadall’accumulo di cenere e piccoli frammentipiroclastici (<4mm).

ROCCE PIROCLASTICHE

BRECCIA PIROCLASTICA

Mistura di frammenti grossolanie cenere.