I MINERALI

Il principio dell’attualismo

I fenomeni geologici che si verificarono nel passato sono gli stessi che si stanno verificando ancora oggi con le medesime modalità, velocità e intensità.

Immaginedel 1871

Immaginedel 1968

I tempi in cui si svolgono i processi geologici sono enormemente lunghi.

Durante la storia della Terra si sono verificati anche eventi catastrofici occasionali.

Sono fenomeni rapidi, violenti ed eccezionali come: grandi eruzioni vulcaniche, devastanti terremoti, enormi frane, collisioni di meteoriti e asteroidi.

St. Helen - Washington Meteor Crater - Arizona

Velocità dei processi geologicied eventi catastrofici

Composizione chimicadella Terra solida

Circa il 90% della dell’intera Terra è costituito da 4 elementi, 2 di questi formano il 70% della crosta.

Celle elementari

Sistema cristallino Cella elementare

Cubico semplice, a corpo centrato, a facce centrate

Tetragonale semplice, a corpo centrato

Rombico semplice, a singola faccia centrata, a corpo centrato, a facce centrate

Monoclino semplice, a singola faccia centrata

Triclino semplice

Trigonale semplice

Esagonale semplice

I materiali che costituiscono la Terra solida sono:

• minerali: solidi cristallini inorganici caratterizzati da una composizione chimica ben definita.

• rocce: aggregati di minerali.

I minerali

Le particelle che costituiscono un minerale hanno la disposizione spaziale ordinata tipica dei cristalli.

Salgemma (cubi) Diamante (ottaedri) Berillo (prismi esagonali)

I cristalli si presentano in forme regolari, prismatiche, caratteristiche per ogni minerale.

I minerali

La più piccola unità che forma la struttura cristallina ordinata di un minerale è detta cella elementare.

La disposizione spaziale delle celle elementari determina la forma del solido, definita abito cristallino.

I minerali

Ogni minerale è identificato da una formula chimica, cioè dal tipo e dal numero di atomi presenti nella sua più semplice unità strutturale.

I minerali

Tra gli elementi principali che formano i minerali, l’ossigeno tende a formare anioni, mentre silicio, alluminio, calcio, sodio, potassio, ferro e magnesio tendono a formare cationi.

I minerali

Dimensioni relative e cariche dei 10 ioni più comuni nella composizione dei minerali.

Gran parte delle strutture cristalline può essere descritta come il risultato dell’impacchettamento di grandi anioni con cationi che, essendo di dimensioni più ridotte, occupano gli spazi liberi tra i cationi.

I minerali

I minerali sono neutri.Il numero di anioni e cationi è tale da bilanciare le cariche negative e positive.

Proprietà dei minerali

Ogni minerale è caratterizzato da specifiche proprietà fisiche:

• colore;• lucentezza;• peso specifico;• sfaldatura;• durezza;• temperatura di fusione.

Il colore di un minerale dipende dalla composizione chimica, cioè dalla presenza di determinati ioni.

Proprietà dei minerali

EmatiteColore nero

Polvererossa

I minerali colorati contengono ferro, cromo, cobalto, manganese, nichel, titanio, rame.

La lucentezza dipende dal comportamento della superficie del minerale rispetto alla luce.

Proprietà dei minerali

PiriteLucentezza metallica

La lucentezza può essere metallica, nei minerali opachi, non-metallica, nei minerali più o meno trasparenti.

SmeraldoLucentezza non-metallica

Il peso specifico è il rapporto tra il peso del minerale e quello di un ugual volume di acqua distillata a 4 °C.

Proprietà dei minerali

Zolfo (2.0) Oro (19,3)

Poiché peso specifico e densità sono direttamente proporzionali, i minerali più densi sono anche i più pesanti.

La sfaldatura è la proprietà dei minerali di rompersi lungo piani preferenziali.

Proprietà dei minerali

Questi piani corrispondono a superfici in cui i legami chimici sono meno forti.

Mica

La durezza di un minerale è la misura della sua resistenza ad essere scalfito o abraso.

Proprietà dei minerali

Si determina per comparazione con una scala standard detta scala di Mohs.

1 Talco2 Gesso3 Calcite4 Fluorite5 Apatite6 Ortoclasio7 Quarzo8 Topazio9 Corindone10 Diamante

Scala di Mohs

TENERI (si scalfiscono con l’unghia)

1Talco 2 Gesso

SEMI DURI (si rigano con una punta d'acciaio)

3 Calcite 4 Fluorite 5 Apatite

DURI (non si rigano con la punta di acciaio)

6 Ortoclasio 7 Quarzo 8 Topazio 9 Corindone 10 Diamante

La temperatura di fusione è la temperatura alla quale l’architettura della struttura cristallina viene demolita.

Proprietà dei minerali

Alla temperatura di fusione, tipica per ogni minerale, si verifica il passaggio allo stato liquido.

Antimonite (525 °C) Quarzo (1710 °C)

Si ha polimorfismo quando due minerali con la stessa composizione chimica hanno struttura cristallina diversa.

Proprietà dei minerali

In basse alla loro composizione chimica i minerali si classificano in classi.

Le più importanti sono:• elementi nativi;• solfuri;• solfati e aloidi;• ossidi e ossidi idrati;• carbonati;• silicati.

Classificazione dei minerali

Classificazione dei minerali

ELEMENTI NATIVIOro Argento RameZolfoCarbonio

ramecarbonioargento

zolfo oro

CLASSIFICAZIONE DEI MINERALI

• Si dividono in Non silicati e Silicati• Si classificano in base alla composizione chimica

OSSIDIMagnetite: Fe3O4 = FeO*Fe2O3

Corindone: Al2O3

Ematite: Fe2O3

magnetite

corindone ematite

NON SILICATI

ALOGENURISalgemma: NaClSilvite: KClFluorite: CaF2 Carnallite: KCl*MgCl2*6H2O

salgemma silvite carnallitefluorite

NON SILICATI

CARBONATI:Calcite / Aragonite:

CaCO3

Dolomite: CaMg(CO3)2 Siderite: FeCO3

Magnesite: MgCO3

Malachite: Cu2 (CO3) (OH)2

Azzurrite: Cu3 (CO3)2(OH)2

calcite

aragonite dolomite

malachiteazzurritesiderite

magnesite

NON SILICATI

SOLFATI:Gesso:CaSO4*2H2OAnidrite: CaSO4

SOLFURI:Blenda: ZnSGalena: PbSCinabro: HgSPirite: FeS

blendapirite

anidrite

cinabrogalena

NON SILICATI

I silicati sono i costituenti del più del 90% della crosta terrestre.

Sono composti di Silicio e Ossigeno e tutti tranne il Quarzo (SiO2) contengono uno o più elementi in forma ionica (Al - Fe - Mg - K - Na - Ca..).

Lo ione caratteristico di questi minerali è lo ione silicato, SiO4

4-  Questo ione ha forma tetraedrica, con lo ione silicio al centro e quattro ioni ossigeno ai vertici. Il silicio forma quattro legami covalenti con l'ossigeno e raggiunge così la sua stabilità elettronica. Ogni atomo di ossigeno deve acquistare un elettrone per completare il suo guscio elettronico esterno.

SILICATI

I Silicati si dividono in:

SILICATI

NESOSILICATI: Tetraedri isolati e vi appartengono le Olivine, in cui gli ioni positivi sono rappresentati da Magnesio e Ferro. (olivina, granati, zircone, topazio)

olivina

CICLOSILICATI: Sono silicati ad anelli di tetraedri berillo (smeraldo, acquamarina)

berilloSOROSILICATI: due tetraedri accoppiati   (epidoti)

epidoto

INOSILICATI: Sono silicati a catene di tetraedri.Se le molecole sono costituite da catene lineari semplici di tetraedri sono detti PIrosseni, (silicati ferro-magnesiaci) scuri e densi.Se le molecole sono costituite da catene lineari doppie sono dette Anfiboli, (silicati calcio-ferro-magnesiaci) con composizione variabile e una colorazione che va dal Verde al Marrone al Blu.

SILICATI

catene lineari semplici

catene lineari doppieanfiboli

pirosseni

FILLOSILICATI: Sono silicati a strati di tetraedri.Si presentano in grossi cristalli esagonali, la cui caratteristica è la facile sfaldatura in piani paralleli, lungo i piani di tetraedri.Mica: muscovite (silicato di Al e K) chiara   biotite (silicato di Fe e Mg) scuraSerpentino (silicato di Mg)  Minerali argillosi (silicoalluminati)

SILICATI

biotite

muscovite

TECTOSILICATI: Sono silicati a struttura spaziale I feldspati si possono distinguere in F. potassici (ORTOCLASIO) e sono in genere chiari ed incolori, e F. sodiocalcici (PLAGIOCLASIO: albite e anortite)

SILICATI

albite

anortite ortoclasio

feldspatiquarzo

Sono le rocce, non i minerali, che ci forniscono una visione d’insieme per una descrizione significativa della crosta terrestre.

Le rocce e la loro formazione

Le rocce si classificano in base al processo che ne ha determinato la formazione.

I processi di formazione delle rocce sono:

• il processo magmatico;

• il processo sedimentario;

• il processo metamorfico.

Le rocce e la loro formazione

Il processo magmatico consiste nella formazione di rocce a seguito della solidificazione di un magma.

Il magma è una massa di materiali rocciosi allo stato fuso contenente in soluzione anche sostanze allo stato aeriforme.

Il processo magmatico

Dal processo magmatico hanno origine lerocce magmatiche o ignee.

Il processo magmatico

Le rocce in superficie subiscono un lento processo di disgregazione che prende il nome di erosione.

Il processo sedimentario consiste nell’accumulo dei frammenti e nel successivo processo di diagenesi che ne provoca la compattazione e la cementazione.

Il processo sedimentario

Dal processo sedimentario hanno origine lerocce sedimentarie.

Il processo sedimentario

Il processo metamorfico consiste nella trasformazione della struttura cristallina dei minerali di rocce preesistenti a causa dell’aumento della temperatura, della pressione o di entrambe.

Il fenomeno è detto anche metamorfismo.

Il processo metamorfico

Dal processo metamorfico hanno origine lerocce metamorfiche.

Il processo metamorfico

I diversi gruppi di rocce possono trasformarsi gli uni negli altri attraverso i processi magmatico, sedimentario e metamorfico.

Il ciclo litogenetico

L’insieme delle relazioni esistenti tra i vari processi è detto ciclo litogenetico o ciclo delle rocce.

Il ciclo litogenetico

Le rocce odierne testimoniano l’ultima delle trasformazioni operate dal ciclo litogenetico.

Il ciclo litogenetico

Il primo stadio del ciclo si può identificare con il processo magmatico, seguono il processo sedimentario ed infine quello metamorfico.La rifusione rinnova completamente il ciclo.

I materiali che formano le rocce odierne possono aver percorso il ciclo più volte e aver posseduto in passato caratteristiche anche molto diverse da quelle attuali.

Il ciclo litogenetico

Il primo stadio del ciclo si può identificare con il processo magmatico, seguono il processo sedimentario ed infine quello metamorfico.La rifusione rinnova completamente il ciclo.

I materiali che formano le rocce odierne possono aver percorso il ciclo più volte e aver posseduto in passato caratteristiche anche molto diverse da quelle attuali.

Le rocce ignee o magmatiche Derivano dal raffreddamento e dunque dalla solidificazione di un

materiale fuso di composizione praticamente sempre silicatica, detto magma. I magmi possono raffreddare in profondità, all'interno della crosta, o in profondità limitata o addirittura fuoriuscire in superficie (lava).Queste tre possibilità corrispondono a tre condizioni di pressione, e dunque a tre modalità di raffreddamento con diversi risultati distinti per quanto riguarda l'aspetto delle rocce, che chiameremo:plutoniche (o intrusive) raffreddate in profondità, lentamente, in condizioni di alta pressione, con possibilità di formazione di cristalli ben sviluppati. Altra condizione per lo sviluppo è la presenza di gas e la fluidità del magma, cioè la possibilità degli ioni di muoversi e dunque formazione di rocce a struttura olocristallina, granulare a grana media o grossa e ipidiomorfa o autallotriomorfa (a seconda della composizione)vulcaniche (o effusive), raffreddate rapidamente in condizioni di bassa pressione, con cristalli dunque poco sviluppati, specialmente in rocce acide (cioè più ricche di SiO2, più viscose), con strutture micro e criptocristalline, spesso porfiriche (cioè con alcuni cristalli ben formati immersi in una pasta di fondo microcristallina) e a volte strutture vetroseipoabissali (o subvulcaniche) o filoniane, cristallizzate a pressione intermedia, a profondità limitata e raffreddatesi comunque rapidamente rispetto alle plutoniche, e dunque a grana di solito fine e minuta e struttura quasi sempre porfirica.

Struttura:

struttura olocristallina: completamente composta di cristalli, a prescindere dalle dimensioni e dalla varietà delle dimensioni.struttura granulare: (fine, media, grossolana), composta di cristalli tutti all'incirca della stessa grandezza.struttura eterogranulare: composta di insiemi di cristalli a diversa grana.struttura porfirica: struttura eterogranulare dove abbiamo cristalli ben formati (fenocristalli) immmersi in una pasta micro o criptocristallina o addirittura vetrosa; indica uno stadio di raffreddamento lento che ha permesso la formazione di cristalli grossi delle specie mineralogiche cristallizzanti a temperatura più alta seguito da un raffreddamento rapido del fuso rimanente con conseguente congelamento in una struttura a grana minuta.struttura ipidiomorfa: indica che c'è un chiaro ordine di cristallizzazione e si riconosce perché i minerali che solidificano a temperatura più alta (olivine, pirosseni, femici in generale o comunque anche altri tipi in funzione della composizione del magma) presentano svilippo regolare delle facce cristalline, mentre gli ultimi sono costretti ad occupare lo spazio rimanente e dunque presentano un abito anedrale (i cristalli con facce ben sviluppate si dicono eudrali).struttura autallotriomorfa: indica che non c'è un ordine di cristallizzazione. Ciò significa che i minerali hanno solidificato più o meno contemporaneamente, e dunque nessuno ha avuto modo di sviluppare un abito cristallino compiuto rispetto agli altri; ciò accade quando abbiamo un fuso con una composizione tale da dare minerali che solidificano nel medesimo intervallo di temperatura.struttura vetrosa: quando il raffreddamento è stato così rapido da congelare gli elementi (atomi o ioni) e non permetterne l'organizzazione in cristalli.struttura microcristallina: con cristalli pochissimo sviluppati, a prescindere da un loro ordine di cristallizzazione. Sta ad indicare che la roccia quando si è messa in posto era completamente fusa.In base al loro contenuto di silice, le rocce ignee possono essere suddivise in acide, intermedie e basiche.Le rocce acide sono quelle che mostrano un contenuto di SiO2 maggiore del 65% in peso.Le rocce intermedie hanno un contenuto in silice compreso tra il 52% e il 65% in peso.Le rocce basiche mostrano un contenuto inferiore al 52% in peso di SiO2.Le rocce acide, composte in genere da feldspati e silice vengono anche dette felsiche (o sialiche) e sono chiare; le rocce basiche, dove c'è predominanza di minerali silicati ricchi di ferro e magnesio, vengono dette mafiche (o femiche) e sono scure.

Classificazione delle rocce magmatiche

Viene fatta su base mineralogica, in relazione alla percentuale di ogni componente la roccia. A seconda delle quantità la roccia può assumere colori che vanno dal grigio al nero, al verde scuro.Si possono identificare quattro famiglie di rocce, quindi, in base al contenuto di minerali mafici o felsici.Famiglia dei graniti, costituita da rocce di tipo acido; le rocce più rappresentative sono i graniti e le rioliti. Il colore varia dal bianco al rosa: i minerali più diffusi sono il quarzo (trasparente), il feldspato (chiaro) e la biotite (scura).Famiglia delle andesiti, costituita da rocce di tipo intermedio; le rocce più rappresentative sono le andesiti e le dioriti. Sono rocce più scure dei graniti. I minerali più rappresentati sono:mafici, con colori dal verde al nero, che sono pirosseni, anfiboli, biotitefelsici, con un colore molto chiaro, anche bianco, come il plagioclasio.Famiglia dei basalti, costituite da rocce basiche. Hanno un colore molto scuro, fino al nero. I minerali più presenti sono l'olivina, i pirosseni ed il plagioclasio calcico.Famiglia delle rocce ultrabasiche. Hanno un colore molto scuro, dato che sono formate quasi del tutto da silicati mafici. I minerali più rappresentati sono l'olivina e il pirosseno.Le rocce ignee nel dettaglioGranitoRoccia magmatica intrusiva acida a tessitura olocristallina, granulare, ipidiomorfa, contenente circa un 10% di minerali mafici (biotite) e un 90% tra alcalifeldspati, plagioclasi, quarzo. Il quarzo ha un aspetto vitreo e colore grigiastro, i plagioclasi sono bianco-lattiginosi, gli alcalifeldspati da bianchi a rosa.

Grandezza dei grani Definizione della struttura

Non visibili (es.ossidiana)

Vetrosa

Troppo piccoli (non visibili ad occhio nudo )

Grana molto fine

Fino ad 1mm Grana fine

Da 1 a 5mm Grana media

Più di 5mm Grana grossa

Grani relativamente grandi (fenocristalli) dispersi in una matrice fine

Porfirica

Quando si parla di struttura di una roccia ignea ci si riferisce alla grandezza, alla forma e alla disposizione dei cristalli dei vari minerali che la compongono.Molte rocce ignee hanno cristalli così piccoli da non poter essere visti ad occhio nudo. Altre invece sono costituite da cristalli molto grandi. Di solito le rocce effusive sono a grana fine mentre le rocce intrusive sono a grana media o grande.Struttura delle rocce ignee basata sulla grandezza dei cristalli

FINE