LE ROCCE SEDIMENTARIE – vs. 2005

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LE ROCCE SEDIMENTARIE

Dispense delle esercitazioni di Geologia per Scienze Naturali, UNIMI,versione 2005

Giovanni MuttoniDipartimento di Scienze della Terra, Via Mangiagalli 34, I-20133 Milano

DISPENSE DISPONIBILI IN RETE ALL’INDIRIZZO:http://users.unimi.it/paleomag/Rocce/RocceEsercitazioni.html

PER OGNI INFORMAZIONE RIVOLGERSI A:giovanni.muttoni1@unimi.it

Milano, Primavera 2005

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CAPITOLO 1INTRODUZIONE

Le rocce sedimentarie si formano per accumulo di materiali di tipo diverso, ad operadi agenti esogeni, in ambiente subaereo o subacqueo. Alcune rocce! sedimentariederivano dall'accumulo di fossili di organismi marini, altre sono!il risultato diprecipitazione chimica diretta di sostanze disciolte nell'acqua marina,! altre sono ilrisultato dell'accumulo di frammenti erosi da rocce pre-esistenti.!

Nella foto qui sotto alcuni esempi di rocce sedimentarie, contenenti fossili (in alto asinistra), derivanti da precipitazione di veli di carbonato di calcio! (in alto a destra) edate dall'accumulo di particelle anteriormente erose (in basso).

Il CICLO delle ROCCE - THE ROCK CYCLE

Le rocce sedimentarie si formano in conseguenza di processi geologici complessiall'interno del CICLO DELLE ROCCE, illustrato qui sotto:

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James Hutton (1727–1797), the eminent 18th century gentleman farmer and founderof modern geoscience, authored the concept of the rock cycle, which depicts theinterrelationships between igneous, sedimentary, and metamorphic rocks. The upperpart of the earth (mantle, crust and surface) can be envisioned as a giant recyclingmachine; matter that makes up rocks is neither created nor destroyed, but isredistributed and transformed from one rock type to another.

Nella figura qui sopra, una sezione verticale di un segmento di litosfera oveavvengono i vari processi che portano alla formazione delle rocce, in particolare dellerocce sedimentary.

Figure Explanation:

Magma is molten silicate material generated by melting deep within the Earth. Hightemperatures are generated by radioactive decay and pressure is provided by theoverlying pile of rock. Crystallization forms bodies of crystalline intrusive igneousrock as the magma! rises through the crust. Igneous extrusive rocks (volcanic rocks)are formed if the!magma reaches the surface. Weathering is the process ofbreakdown of rocks at the Earth's surface by the action of wind, rain and ice. Water,wind and ice are also the agents of transportation for rock particles both in suspensionand solution. Deposition is the process of particles falling from suspension or beingprecipitated from solution to form layers of sediments. As the sediments are buriedthey are compacted and cemented. This process of lithification creates sedimentaryrocks. Metamorphism is the deep subsurface process by which sedimentary (andigneous) rocks are changed by the action of temperature, pressure and fluids. Newminerals grow and a metamorphic rock is the product of the change. Melting of

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deeply buried rocks generates new magma and the cycle is complete. Hot materialrising in the Earth generates uplift which in turn promotes erosion so the cycle, drivenby radioactive heating, is self-sustaining for thousands of millions of years.

Per quanto visto sul ciclo delle rocce, risulta ovvio che la geologia delle roccesedimentarie è una disciplina complessa che presenta legami con altre discipline delleScienze della Terra quali la paleontologia, la petrologia e la tettonica.

ROCCE SEDIMENTARIE: PROCESSI E CLASSIFICAZIONE

Vediamo ora in maggior dettario il CICLO DELLE ROCCE SEDIMENTARIE.Un deposito sedimentario è il risultato della disgregazione ad opera dei processi dialterazione meteorica, fisici e chimici di rocce preesistenti di vario tipo (ignee,metamorfiche o sedimentarie). I prodotti che derivano dai processi di alterazionemeteorica, trasportati come particelle solide o in soluzione, vengono ridistribuiti dacorrenti e onde. I frammenti detritici vanno a costituire i sedimenti terrigeni. Partesel materiale in soluzione, estratto dall'acqua marina da organismi che lo utilizzanoper le proprie parti scheletriche è all'origine dei depositi organogeni. Laprecipitazione diretta di materiali in soluzione dà, infine, origine ai depositi diprecipitazione chimica. I materiali sono continuamente rimossi dall'erosione e dagliagenti di trasporto da porzioni di crosta in sollevamento verso porzioni in subsidenza.Qui il materiale si accumula, viene seppellito e tramutato in roccia dalla diagenesi.

Il seguente diagramma riassume i processi di formazione delle rocce sedimentarie:

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Il primo passo per formare una roccia terrigena (vedere parte sinistra del diagrammaqui sopra) è la disgregazione (erosione) della roccia madre. Le forze fisiche didisgregazione possono essere:

* Il ghiaccio, in ambienti artici e subartici e a latitudini temperate ad alta quota.* Le variazioni diurne di temperatura, che creano fenomeni di espansione econtrazione delle rocce. Ad esempio nelle aree desertiche in cui l'escursione termicadiurna è molto ampia.* L'aumento in volume della roccia per il rilascio di pressione cheaccompagna l'erosione degli strati sovrastanti.* I fattori biologici, ad esempio licheni e vermi scavatori la cui azione puo'contribuire a disgregare la roccia

Tali forze fisiche aumentano la superficie dei minerali contenuti nelle rocce ignee emetamorfiche esposta agli agenti chimici (meteorici), accellerando il processo dialterazione della roccia.

Una volta disgregati, i frammenti di roccia vengono trasportati. Gli agenti ditrasporto possono avere differente densità, velocità e durata. Questi parametriinfluenzano la composizione mineralogica e la selezione del sedimento finale, e laforma e arrotondamento delle particelle costituenti. Gli agenti di trasporto sono (1)l'acqua, (2) le correnti di densità, (3) il ghiaccio e (4) il vento. Quantità e dimensionidelle particelle trasportate dall'acqua dipendono dalla portata e velocità della corrente.Le particelle sono trasportate per soluzione, sospensione, trascinamento, saltazione e

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rotolamento. Il vento trasporta sedimenti fini e ben selezionati, ad esempio sabbie didune. Ogni mezzo di trasporto imprime sulla superficie delle particelle trasportate unsuo marchio caratteristico (visibile al microscopio SEM) per il diverso modo dicozzare tra loro delle particelle stesse.

Dopo il trasporto, le particelle vengono accumulate; avvienecioé la sedimentazione,causata dal superamento da parte della forza di gravità delle forze tangenziali agentidurante i processi di trasporto. Per le rocce sedimentarie di precipitazione chimicadiretta, ad esempio gesso e sale, le fasi di erosione e trasporto NON si verificano -cosi' pure per certi calcari biogenici.

In seguito alla sedimentazione, avviene la diagenesi, che comprende quell'insieme diprocessi chimici e fisici che portano alla litificazione del sedimento dopo ilseppellimento. Esistono diversi tipi di diagenesi.

* Sindiagenesi: avviene quasi contemporaneamente alla deposizione.* Anadiagenesi: diagenesi propriamente detta in cui avvengono vari processi,tra cui compattazione (riduzione di porosità), cementazione, autigenesi (formazione inposto di nuovi minerali), differenziazione, ricristallizzazione, soluzione intrastratale(stiloliti), metasomatosi (scambio di ioni).* Epidiagenesi: alterazione a contatto con l'aria in seguito ad emersione.* Anchimetamorfismo: precede il metamorfismo vero e proprio. Comprende icambiamenti che si verificano a temperature tra 150 e 400°C.

I processi diagenetici possono cambiare la composizione e la tessitura del sedimento.Inotre hanno un impatto fondamentale sulla porosità e la permeabilità di unsedimento, tanté che lo studio della diagenesi è molto importante per l'industriapetrolifera.

---FINE INTRO---