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Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005PACEPACE

Il processo sedimentario Il processo sedimentario

Foto G. Foto G. BarabinoBarabino -- 20032003


implica la formazione di rocce in implica la formazione di rocce in ambientiambienti in cui la in cui la temperatura e la pressione sono quelle che si temperatura e la pressione sono quelle che si realizzano realizzano nella superficie del pianetanella superficie del pianeta o nelle sue o nelle sue immediate vicinanze, fondali marini compresi. I immediate vicinanze, fondali marini compresi. I sedimenti si formano per degradazione, eventuale sedimenti si formano per degradazione, eventuale trasporto e successiva sedimentazione di rocce sia trasporto e successiva sedimentazione di rocce sia magmatiche che metamorfiche o gimagmatiche che metamorfiche o giàà sedimentarie.sedimentarie.In alcuni casi si possono formare per accumulo di In alcuni casi si possono formare per accumulo di materiale organogeno o materiale di precipitazione materiale organogeno o materiale di precipitazione chimica.chimica.

Il processo sedimentario Il processo sedimentario



Rocce Ignee Risalita

Alterazione ed erosione

Risalita

Deposizione negli oceani

e sui continenti

Sedimenti

Seppellimento e

litificazione

Calore e

Pressione

Rocce

Metamorfiche

Calore e

Pressione

Fusione

MAGMA

Aumento di temperatura e pressione

Risalita

Raffreddamento

Rocce

Sedimentarie

Il Il ciclociclo delledelleroccerocce


-- La superficie terrestre La superficie terrestre èè composta per circa il 66% da composta per circa il 66% da rocce sedimentarie. La restante parte (34%) rocce sedimentarie. La restante parte (34%) èè costituita costituita da rocce ignee (la grande maggioranza) e rocce da rocce ignee (la grande maggioranza) e rocce metamorfichemetamorfiche

ABBONDANZE RELATIVE DELLE ROCCE ABBONDANZE RELATIVE DELLE ROCCE SULLA SUPERFICIE TERRESTRESULLA SUPERFICIE TERRESTRE

-- La crosta La crosta èè lo strato pilo strato piùù esterno della Terra (al di sopra esterno della Terra (al di sopra della discontinuitdella discontinuitàà di di MohorovicicMohorovicic))

-- La crosta rappresenta solo lo 0,74% del volume della Terra. La crosta rappresenta solo lo 0,74% del volume della Terra. Tuttavia questa Tuttavia questa èè ll’’unica parte della terra che unica parte della terra che èè direttamente direttamente esposta per lo studio esposta per lo studio petrograficopetrografico


Si formano sulla superficie della Crosta terrestre, fondali Si formano sulla superficie della Crosta terrestre, fondali marini compresi, a spese di rocce preesistenti.marini compresi, a spese di rocce preesistenti.I sedimenti possono consistere di frammenti di roccia o di I sedimenti possono consistere di frammenti di roccia o di altre particelle di dimensioni tra loro molto diverse, compresi altre particelle di dimensioni tra loro molto diverse, compresi resti di animali o di piante. Sono sedimenti anche quelli che siresti di animali o di piante. Sono sedimenti anche quelli che siformano tramite processi chimici o quelli che si generano formano tramite processi chimici o quelli che si generano sotto lsotto l’’azione di entrambe i fenomeni ora citati.azione di entrambe i fenomeni ora citati.

Le ROCCE SEDIMENTARIELe ROCCE SEDIMENTARIE



Molti depositi di minerali di valore economico sono associati a Molti depositi di minerali di valore economico sono associati a rocce sedimentarie: petrolio, gas naturale, carbone, sale, rocce sedimentarie: petrolio, gas naturale, carbone, sale, zolfo, potassio, gesso, calcari, zolfo, potassio, gesso, calcari, fosfatifosfati, uranio, ferro, , uranio, ferro, manganese, alluminio (per non considerare cose prosaiche quali manganese, alluminio (per non considerare cose prosaiche quali sabbia, pietre per rivestimenti, materiale per cementi, argille sabbia, pietre per rivestimenti, materiale per cementi, argille per ceramiche, per ceramiche, etcetc.)..).




Alla genesi dei sedimenti presiedono varie fasi Alla genesi dei sedimenti presiedono varie fasi tradizionalmente distinte in:tradizionalmente distinte in:

EROSIONEEROSIONE

TRASPORTOTRASPORTO

DEPOSIZIONEDEPOSIZIONEI sedimentisedimenti sono trasformati in rocce coerentirocce coerenti

tramite un processo detto

DIAGENESIDIAGENESI


Alcuni depositi sedimentari sono composti da Alcuni depositi sedimentari sono composti da materiali derivanti dallmateriali derivanti dall’’attivitattivitàà vulcanica.vulcanica.


materiali di originemateriali di origine

ClasticaClastica(frammenti rotti poi (frammenti rotti poi cementati insieme)cementati insieme)

ChimicaChimica(materiale formato in parte o interamente in (materiale formato in parte o interamente in seguito a precipitazione chimica organica o seguito a precipitazione chimica organica o

inorganica)inorganica)

Sotto un profilo piSotto un profilo piùù generale, le rocce sedimentarie generale, le rocce sedimentarie possono essere raggruppate in due grandi categorie:possono essere raggruppate in due grandi categorie:


CAMPO PCAMPO P--T di formazione delle T di formazione delle rocce sedimentarierocce sedimentarie


EROSIONEEROSIONESi attua tramite la Si attua tramite la DISGREGAZIONE DELLE ROCCEDISGREGAZIONE DELLE ROCCE

preesistenti che avviene con due modalitpreesistenti che avviene con due modalitàà: :

DISAGGREGAZIONE MECCANICADISAGGREGAZIONE MECCANICA in porzioni più minute;

ATTACCO CHIMICOATTACCO CHIMICO di alcuni minerali da parte degli

Agenti Esogeni

tutti gli elementi che agiscono sulla superficie terrestre

ACQUA (ghiaccio), ARIA (vento)


EROSIONEEROSIONE DISAGGREGAZIONE MECCANICADISAGGREGAZIONE MECCANICA

Formazione dei giunti di decompressione. L’aumento di volume derivante dalla diminuzione del carico sovrastante nel passaggio da A a B, provoca la fatturazione della roccia plutonica. Situazione dopo l’erosione della copertura e di alcune porzioni più esterne del plutone.

Come si formano le grandi FRATTURAZIONI delle rocce?


Aumento della superficie esposta alle aggressioni degli agenti chimici in seguito alla frammentazione di un blocco di roccia. La superficie totale aumenta in seguito alla frammentazione. Il rapporto tra le aree della superficie finale e di quella iniziale è sicuramente maggiore di 2.



LL’’espansione, collegata al congelamento espansione, collegata al congelamento delldell’’acqua allacqua all’’interno delle litoclasi, interno delle litoclasi, provoca lprovoca l’’allargamento delle fessure allargamento delle fessure che porta alla frammentazione delle che porta alla frammentazione delle rocce. rocce.

AZIONE DELLAZIONE DELL’’ACQUAACQUA

EROSIONEEROSIONE sia sui fondali che lungo le pareti dellsia sui fondali che lungo le pareti dell’’alveo dei alveo dei fiumifiumi

ABRASIONEABRASIONE delldell’’acqua marinaacqua marina (pioggia, flussi di marea, (pioggia, flussi di marea, moto ondoso su falesie o azione delle sue correnti)moto ondoso su falesie o azione delle sue correnti)



AZIONE DEL GHIACCIOAZIONE DEL GHIACCIOEROSIONEEROSIONE DISAGGREGAZIONE MECCANICADISAGGREGAZIONE MECCANICA

L’asporto di materiale roccioso da parte delle masse anche imponenti dei ghiacciai determina addirittura la formazione di valli ad Uvalli ad U tramite un processo disaggregante delle rocce definito esarazioneesarazione.


L’esarazione consiste nella vera e propria azione meccanica della corrente glaciale e delle acque di fusione che scorrono sotto il ghiacciaio, le quali escavano il fondo ed esercitano un’intensa azione abrasiva con l’aiuto dei materiali trasportati.

AZIONE DEL GHIACCIOAZIONE DEL GHIACCIOEROSIONEEROSIONE DISAGGREGAZIONE MECCANICADISAGGREGAZIONE MECCANICA


Il vento mobilizza enormi quantità di detriti che, urtando con varia violenza su altre rocce ne provocano una disaggregazione in frammenti di varia misura che, a loro volta, possono funzionare da elementi abrasivi tramite un processo che prende il nome di deflazionedeflazione.

AZIONE DEL VENTOAZIONE DEL VENTOEROSIONEEROSIONE DISAGGREGAZIONE MECCANICADISAGGREGAZIONE MECCANICA



L’acqua scioglie vari tipi di gas atmosferici. La concentrazione di CO2, nei suoli caratterizzati dalla presenza di materiale organico in decomposizione può essere anche 100 volte maggiore di quella atmosferica; ciò contribuisce ad abbassare il pH delle acque d’infiltrazione. In prossimità delle radici delle piante, le acque di infiltrazione raggiungono valori di pH ancora più bassi compresi nell’intervallo 2-4.

Il principale artefice Il principale artefice èè ll’’HH22OO

Esistono, infine, batteri che facilitano la formazione di potenti acidi organici ed addirittura inorganici come ll’’acido nitricoacido nitricosintetizzato dai batteri chiamati nitrificanti e ll’’acido solforicoacido solforico dai solfobatteri.

EROSIONEEROSIONE ATTACCO CHIMICOATTACCO CHIMICO


Le reazioni che avvengono sono di:Le reazioni che avvengono sono di:

1) dissoluzione1) dissoluzione CaCOCaCO33��CaCa2+2+ + CO+ CO3 3 22--


Formazione di soluzioni (acqua che incorpora ioni dei minerali Formazione di soluzioni (acqua che incorpora ioni dei minerali preesistenti).preesistenti).

Il tipico esempio Il tipico esempio èè il processo conosciuto come CARSISMO il processo conosciuto come CARSISMO (dissoluzione del carbonato di calcio da parte di acque (dissoluzione del carbonato di calcio da parte di acque aggressive):aggressive):

CaCOCaCO33 + H+ H22O+COO+CO22 = = CaCa(HCO(HCO33))22

Carbonato di calcioCarbonato di calcio

(insolubile)(insolubile)

Bicarbonato di calcioBicarbonato di calcio

(solubile)(solubile)



2) idratazione2) idratazione


Forze dForze d’’attrazione tra i dipoli delle attrazione tra i dipoli delle molecole dmolecole d’’acqua e le cariche acqua e le cariche elettriche non neutralizzate elettriche non neutralizzate presenti sulla superficie dei presenti sulla superficie dei granuli.granuli.

Processo molto comune nei Processo molto comune nei fillosilicatifillosilicati (es. minerali argillosi).(es. minerali argillosi).

CaSOCaSO44 + H+ H22O = CaSOO = CaSO442H2H22OO

AnidriteAnidrite GessoGesso



3) idrolisi3) idrolisi


Decomposizione che Decomposizione che subiscono i sali formati subiscono i sali formati da un acido debole e da da un acido debole e da una base forte.una base forte.

Il processo di Il processo di argillificazioneargillificazione dei dei feldspatifeldspati rientra in rientra in questo schema di questo schema di erosione chimica.erosione chimica.

La lisciviazione può La lisciviazione può essere totale o parziale.essere totale o parziale.



4) ossidazione4) ossidazione

FeSiOFeSiO33�� FeO + SiOFeO + SiO22

FeO + O+ HFeO + O+ H22OO�� FeOOHFeOOH + H+ H

Goethite = ossido-idrossido di ferro


Si tratta di un processo Si tratta di un processo importante per elementi che importante per elementi che possiedono pipossiedono piùù stati di ossidazione stati di ossidazione (valenza). Nell(valenza). Nell’’ambito geologico ambito geologico uno di questi elementi uno di questi elementi èè il il FeFe..

Ossidazione di un cristallo di olivina.Ossidazione di un cristallo di olivina.

Si può osservare il nucleo relitto del Si può osservare il nucleo relitto del minerale originale circondato da minerale originale circondato da iddingsiteiddingsite ((goethitegoethite + + fillosilicatifillosilicati vari)vari)


DIFESE NATURALI agli ATTACCHIDIFESE NATURALI agli ATTACCHI

Le trasformazioni generano spesso nuovi minerali, definiti di Le trasformazioni generano spesso nuovi minerali, definiti di NEOFORMAZIONENEOFORMAZIONE. I pi. I piùù comuni di questi minerali comuni di questi minerali appartengono alla famiglia dei minerali ARGILLOSIappartengono alla famiglia dei minerali ARGILLOSI


MineraliMinerali

AARRGGIILLLLOOSSII

AllumoAllumo--silicatisilicatiidrati con vari idrati con vari cationi (potassio, cationi (potassio, calcio, magnesio).calcio, magnesio).

FillosilicatiFillosilicati(struttura a piani, (struttura a piani, come le miche).come le miche).

Se riscaldati Se riscaldati perdono acqua.perdono acqua.

Estremamente utili Estremamente utili (componenti base (componenti base dei cementi e delle dei cementi e delle ceramiche).ceramiche).

Causa di instabilitCausa di instabilitààdi versanti (la di versanti (la presenza di presenza di minerali argillosi minerali argillosi èèindice di indice di instabilitinstabilitàà).).


MineraliMinerali

AARRGGIILLLLOOSSII

GibbsiteGibbsite: : Prodotto di alterazione molto prolungata in clima umido Prodotto di alterazione molto prolungata in clima umido tropicale (viene lisciviato tutto tranne ltropicale (viene lisciviato tutto tranne l’’Al). Praticamente solo AlAl). Praticamente solo Al22OO33..

CaolinoCaolino: : Prodotto di intensa alterazione con rimozione di K. SiOProdotto di intensa alterazione con rimozione di K. SiO22

~45%; Al~45%; Al22OO33 ~37%; K~37%; K22O ~1%O ~1%

IlliteIllite: : ProdottoProdotto con con menomeno KK22O O delladella muscovite ma muscovite ma pipiùù del del caolinocaolino. . SiOSiO22 ~45%; Al~45%; Al22OO33 ~37%; K~37%; K22O ~7%.O ~7%.

SericiteSericite: : AssimilabileAssimilabile a muscovite a a muscovite a granagrana fine. fine. SiOSiO22 ~45%; Al~45%; Al22OO33

~38%; K~38%; K22O ~12%.O ~12%.

MontmorilloniteMontmorillonite: : SiSi forma in forma in ambientiambienti ricchiricchi didi Mg, Mg, soprattuttosoprattuttoper per alterazionealterazione didi cenerecenere vulcanicavulcanica ((tufitufi) e ) e didi roccerocce basichebasiche. . SiOSiO22

~55%; Al~55%; Al22OO33 ~18%; K~18%; K22O ~0,5%; MgO ~5%.O ~0,5%; MgO ~5%.

CloriteClorite: : SiSi forma in forma in ambientiambienti marinimarini ricchiricchi in Fe. in Fe. ComuneComune in in sabbiesabbiemarine marine formateformate per per disfacimentodisfacimento didi roccerocce igneeignee basichebasiche. . SiSi forma forma ancheanche per per metamorfismometamorfismo. . SiOSiO22 ~25%; Al~25%; Al22OO33 ~20%; ~20%; FeOFeO ~40.~40.

I minerali piI minerali piùù importanti:importanti:


Quando le rocce sono sottoposte allQuando le rocce sono sottoposte all’’azione degli agenti azione degli agenti esogeni, la loro superficie esogeni, la loro superficie èè ricoperta dai prodotti che si ricoperta dai prodotti che si formano a loro spese; questo mantello, chiamato formano a loro spese; questo mantello, chiamato regoliteregolite, ha , ha una composizione differente in funzione della profondituna composizione differente in funzione della profonditàà. .

La SCALA DI SCALA DI STABILITSTABILITÀÀ dei minerali: i minerali piùstabili sono quelli che si formano a temperature piùelevate.

Un minerale praticamente non aggredibile Un minerale praticamente non aggredibile èè il il quarzoquarzo definito, definito, per questo motivo, minerale primario stabile.per questo motivo, minerale primario stabile.


INFLUENZA del CLIMA sulle TRASFORMAZIONI ESOGENEINFLUENZA del CLIMA sulle TRASFORMAZIONI ESOGENE

80

60

40

20

100 200 300 400

SMECTITI

CAOLINITI

OSSI - IDROSSIDI

di ALLUMINIO e FERRO

Piovosità annua (cm)

Argilla

nei

suoli(%

)

Le trasformazioni chimiche sono favorite da temperature e piovositàelevate. Quelle di natura meccanica prevalgono per temperature e piovositàdecrescenti. Nei climi molto caldi ed aridi entrambi i processi sono molto rallentati.


Dopo aver parlato della prima fase che presiede Dopo aver parlato della prima fase che presiede tradizionalmente alla genesi dei sedimenti tradizionalmente alla genesi dei sedimenti (EROSIONE) passiamo ora a parlare del:(EROSIONE) passiamo ora a parlare del:

EROSIONE

TRASPORTOTRASPORTO

DEPOSIZIONEIl trasporto viene diviso in due tipi:Il trasporto viene diviso in due tipi:

-- TRASPORTOTRASPORTO MECCANICOMECCANICO

-- TRASPORTO CHIMICOTRASPORTO CHIMICO


Trasporto meccanicoTrasporto meccanico

GLACIALE

EOLICO

FLUVIALEAvviene in presenza di un mezzo Avviene in presenza di un mezzo fluido.fluido.

Il mezzo fluido può essere a Il mezzo fluido può essere a bassa viscositbassa viscositàà (es. aria, acqua) o (es. aria, acqua) o ad ad elevata viscositelevata viscositàà (es. ghiaccio (es. ghiaccio o miscele con elevato rapporto o miscele con elevato rapporto sedimenti/acqua).sedimenti/acqua).


Trasporto meccanico Trasporto meccanico (flussi gravitazionali)(flussi gravitazionali)

Rapporto tra Rapporto tra particelle particelle solide ed il solide ed il mezzo fluido mezzo fluido molto molto elevato.elevato.


FormaForma: : misuramisura delledelle relazionirelazioni tratra le le tretre dimensionidimensioni didi un un oggettooggetto. . Es.: Es.: compattocompatto ((equidimensionaleequidimensionale), ), allungatoallungato, , appiattitoappiattito, etc., etc.SfericitSfericitàà: : proprietproprietàà cheche misuramisura quantitativamentequantitativamente quantoquanto sianosianougualiuguali le le tretre dimensionidimensioni didi un un oggettooggettoCaratteristicheCaratteristiche didi superficiesuperficie: : sisi trattatratta didi unauna misuramisura non non ancoraancoradefinitadefinita quantitativamentequantitativamente. Es. . Es. SuperficieSuperficie liscialiscia, , striaturestriature, , cribrositcribrositàà, etc., etc.ArrotondamentoArrotondamento: : misuramisura ilil raggioraggio mediomedio didi curvaturacurvatura didi tuttitutti gligliangoliangoli ((cerchicerchi rossirossi) ) divisodiviso ilil raggioraggio del del cerchiocerchio pipiùù grandegrandeiscrittoiscritto ((cerchiocerchio giallogiallo).).

MorfologiaMorfologia delledelle particelleparticelle


La forma e la La forma e la sfericitsfericitàà didi unauna particellaparticella sonosono ilil risultatorisultato didi

1) 1) StrutturaStruttura ((proprietproprietàà internainterna, , ereditataereditata dalladalla sorgentesorgente));;2) 2) ProcessoProcesso ((lavorolavoro delldell’’ambienteambiente deposizionaledeposizionale, , eses. . GhiacciaioGhiacciaio, , fiumefiume, , spiaggiaspiaggia, etc.), etc.);;3) 3) TempoTempo (a (a disposizionedisposizione per per modificaremodificare la la particellaparticella))..

MorfologiaMorfologia delledelle particelleparticelle



brevebreve moderatomoderato lungolungo

AngolareAngolare ((pocopoco arrotondatoarrotondato)) intermediointermedio arrotondatoarrotondato

Distanza di trasporto

ArrotondamentoArrotondamento deidei clasticlasti


ClassazioneClassazione

ClastiClasti didi quarzoquarzo benben arrotondatiarrotondati e e

benben classaticlassati in in unauna arenariaarenaria

scarsascarsa moderatamoderata buonabuona

La La classazioneclassazione dipendedipende dalladalla

granulometriagranulometria del del materialemateriale didi partenzapartenza

e e daldal tipotipo didi correntecorrente

Processo di selezione dei granuli in funzione della loro dimensione, forma e peso specifico ad opera degli agenti di trasporto e dei meccanismi di sedimentazione


Modello concettuale di dissoluzione del sodio che modifica la Modello concettuale di dissoluzione del sodio che modifica la struttura dipolare dellstruttura dipolare dell’’acqua. Le forze di attrazione tra ione e acqua. Le forze di attrazione tra ione e molecole dmolecole d’’acqua distorcono i legami Oacqua distorcono i legami O--H H

Il rapporto tra carica e Il rapporto tra carica e raggio ionico (Z/r) raggio ionico (Z/r) èèdefinito definito potenziale ionicopotenziale ionico o o elettronegativitelettronegativitàà..

La capacitLa capacitàà di idratazione di idratazione aumenta proporzionalmente aumenta proporzionalmente allall’’ elettronegativitelettronegativitààdelldell’’elemento. elemento.

Trasporto chimicoTrasporto chimico

La capacitLa capacitàà di idratazione di idratazione consiste nella forza di consiste nella forza di attrazione che si instaura attrazione che si instaura tra le molecole delltra le molecole dell’’acqua e acqua e lo ione delllo ione dell’’elemento elemento considerato.considerato.


Trasporto chimicoTrasporto chimicoRappresentazione concettuale del rapporto tra molecole dRappresentazione concettuale del rapporto tra molecole d’’acqua e acqua e atomi con potenziale ionico tra loro differentiatomi con potenziale ionico tra loro differenti

P.I. < 1 = elemento poco idratabile (non solubile)P.I. < 1 = elemento poco idratabile (non solubile)P.I. 1P.I. 1--3 = elemento idratabile (solubile)3 = elemento idratabile (solubile)

P.I. > 3 = elemento poco idratabile (non solubile) P.I. > 3 = elemento poco idratabile (non solubile) [ l[ l’’elevato P.I. distorce il dipolo elevato P.I. distorce il dipolo dellHdellH22O (gli elettroni dellO (gli elettroni dell’’O sono attratti dal catione) e uno dei legami OO sono attratti dal catione) e uno dei legami O--H si H si indeboliseindebolise. . Questo porta alla formazione di idrossidi difficilmente solubiliQuesto porta alla formazione di idrossidi difficilmente solubili (es. Al(OH)(es. Al(OH)33, , gibbsitegibbsite)])]

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