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6 CFU: 40 ore lezione 8 ore esercitazione

Testi consigliati:

Lazzarini L. (2004) Pietre e Marmi Antichi. Cedam Editore, Padova,

P. Primavori (1999) Pianeta Pietra. Giorgio Zusi editore

Morbidelli (2003) Le rocce e i loro costituenti. Bardi Editore, Roma

Peccerillo A & Perugini D. (2003) Introduzione alla petrografia ottica. Morlacchi, Perugia.200 pp

Appunti del docente in formato elettronico

Per approfondimenti sulla microstruttura e composizione mineralogica delle rocce disponibile in Internet un atlante della collezione petrografia (www.atlantepetro.unito.it/).

Modalit di esame

prova orale

Alessandro BORGHI

E-mail: alessandro.borghi@.unito.it

Dip. Scienze Mineralogiche e Petrologiche Via Valperga Caluso 35

Corso di Laurea in Scienza e Tecnologia dei materiali

Petrografia

Finalit: Fornire i criteri essenziali per il riconoscimento e la classificazione delle

rocce, e le conoscenze specifiche per la determinazione e classificazione

di geomateriali di interesse per i Beni Culturali

Programma Composizione della crosta terrestre; ciclo delle rocce e loro costituenti

principali. Rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche: caratteri

strutturali e mineralogici; principi di classificazione, di nomenclatura e di

distribuzione. Analisi delle applicazioni petrografiche pi significative ai

Beni Culturali, con esemplificazione delle metodologie analitiche correnti.

Esercitazioni in laboratorio: Riconoscimento e classificazione di rocce e

lapidei ornamentali alla scala macroscopica e valutazione del loro stato di

conservazione; introduzione alle tecniche di microscopia ottica per il

riconoscimento e classificazione di materiali lapidei mediante

losservazione di sezioni sottili al microscopio a luce polarizzata

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Caratterizzazione minero-petrografica e

geochimica di materiali lapidei

Il diffuso utilizzo fin dai tempi antichi di materiali lapidei in

architettura, ma anche come strumenti di vita quotidiana si

manifestano ora come un immenso patrimonio di beni culturali

da valorizzare e salvaguardare

In alcuni casi le rocce utilizzate sono facilmente riconoscibili e

attribuibili a siti di estrazione prossimi al bene culturale in cui

sono stati impiegati. In altri casi, si pone invece il problema

della loro natura e provenienza.

In questi casi lapplicazione di metodologie scientifiche pu dare informazioni essenziali per la loro caratterizzazione,

problema eminentemente petrografico, anche se integrato

da metodi di tipo fisico e chimico.

- Identificazione delle fasi mineralogiche in essi contenute

- Determinazione dei rapporti quantitativi e spaziali che

legano tra loro i vari minerali (tessitura, forma, grana,

orientazione)

- Determinazione della composizione chimica della intera

roccia o dei singoli minerali

Classificazione del materiale lapideo

Valutazione del suo stato di conservazione

Determinazione della provenienza del materiale lapideo

Caratterizzazione dei materiali lapidei

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- Tecniche non distruttive Osservazione macroscopica

Fluorescenza Rx in aria (XRF)

Microanalisi protonica in aria (PIXE)

- Tecniche distruttive Microscopia ottica

Microscopia elettronica

Microanalisi elettronica

Catodoluminescenza

- Diffrattometria Rx

- Analisi isotopica

Principali tecniche analitiche

Analisi mineralogica

Analisi chimica

Analisi minerochimica

Tempi di conteggio

Programmi di elaborazione

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Certificazione Petrografica

La caratterizzazione petrografica considerata dagli addetti ai lavori come il test fondamentale

per il riconoscimento e la classificazione dei materiali lapidei impiegati nei campo dei Beni

Culturali

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Osservazione macroscopica

Granito rosa di Baveno Granito a grana medio grossolana costituito da quarzo, K-

feldspato rosa per la presenza di inclusioni di

ematite, plagioclasio e biotite

Chiesa di San Carlo

La facciata ottocentesca stata realizzata

in Granito rosa di Baveno, con alla base

marmo bianco

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Certificazione Petrografica

Sfruttando le propriet ottiche dei minerali (rilievo

birifrangenza abito pleocroismo segno ottico) mediante

un microscopio ottico a luce trasmessa polarizzata

rettilinearmente possibile individuare e classificare

tutte le fasi silicatiche presenti in natura. L'osservazione

avviene mediante l'interposizione tra analizzatore e

oculare di una lamina sottile 30 m di roccia

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Condizioni del campione

- Dimensioni

- Grana

- Stato di conservazione

- Possibilit di lucidatura,

- taglio, metallizzazione

occorrono:

un microscopio ottico a

luce polarizzata

una sezione sottile

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Struttura della Terra

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la Terra risulta costituita da un nucleo e da involucri concentrici chiamati nucleo,

mantello, astenosfera e litosfera. Quest'ultima si presenta come una buccia molto sottile

(circa 100 km) e rappresenta la porzione di pianeta direttamente studiabile. La litosfera

comprende la crosta e il mantello sup. La crosta a sua volta si suddivide in continentale

e oceanica

Suddivisione

Fisica

Chimica mineralogica

Discontinuit di

Mohorovicic (Moho)

Discontinuit di

Gutenberg (2900 km)

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Onde Sismiche. Un terremoto genera onde sismiche che si propagano in

tutte le direzioni. Sfruttando queste onde stato possibile conoscere meglio

la struttura interna della terra (altrimenti inesplorabile)

Onde P onde prime, onde di compressione

Onde S onde seconde, onde di taglio

Le onde si propagano

dallIPOCENTRO di un terremoto seguono percorsi curvi (in funzione

della diversa densit delle rocce

attraversate giungono sulla

superficie dove vengono registrate da

sismografi

limite litosfera/astenosfera un limite reologico e separa una porzione solida

(litosfera) da una parzialmente fusa (astenosfera), corrisponde alla isoterma dei

1280; in corrispondenza di questo limite la V delle onde sismiche diminuisce

(per la presenza di una piccola % di materiale fuso)

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Calore interno della Terra e cicli di convezione

La Terra un pianeta attivo con un motore termico interno rappresentato da correnti convettive che generano rilievi montuosi e un motore termico esterno dovuto alla energia solare responsabile del clima che a sua volta smantella i rilievi;

La Terra si sta raffreddando mediante trasporto di calore dallinterno verso la superficie; Questo flusso di calore pu anche essere definito come gradiente geotermico (cio

variazione della temperatura in funzione della profondit) e varia in funzione delle

strutture geologiche regionali: pu variare tra 50/km (elevato) a 10/km (molto basso);

Evidenze del raffreddamento (dissipazione del calore): vulcani, sorgenti calde

Il campo magnetico terrestre

Il campo magnetico terrestre molto simile, per landamento delle sue linee di flusso, al campo che verrebbe prodotto se al centro

della Terra fosse posta una gigantesca barra magnetica, inclinata di

11 rispetto allasse di rotazione.

le cause del campo

magnetico sono poco

note si ipotizza un

meccanismo tipo

dinamo interna

(ubicata nel nucleo

esterno liquido) che

genera una corrente

elettrica in un mezzo

conduttore in

movimento (movimenti

convettivi del ferro

fuso);

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Et della Terra

Metodi datazione

I processi geologici sono troppo lenti per poter

essere misurati direttamente; quindi per poter

stabilire la loro cronologia necessaria la

testimonianza delle rocce che registrano cio

conservano la memoria degli eventi geologici del

passato;

I principi base sono quelli della stratigrafia:

sovrapposizione degli strati e orizzontalit

originaria unita,ente allutilizzo dei fossili

I fossili

rappresentano resti di antichi organismi

viventi: alcuni sono molto simili a organismi

attuali, altri sono molto diversi;

per primo William Smith (1793) si rese conto

che i fossili potevano essere utilizzati per

datare le rocce sedimentarie: differenti strati

contenevano differenti tipi di fossili

Nelle rocce sedimentarie vennero

distinte singole formazioni -

Formazione: serie di strati con

circa le stesse caratteristiche

litologiche e con le stesse

associazioni fossili una successione di formazioni

rappresenta una sequenza

stratigrafica

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Ricostruzione sequenza

stratigrafica del Plateaux

del Colorado

Rocce sedimentarie di

et compresa tra 570 e

50 Ma in cui regitrata la

storia geologica di questa

area di piattaforma

continentale.

Tipo di roccia ambiente di formazione

Nessun evento

deformativo- alcuni

momenti di interruzione

della sedimentazione

Negli ultimi due secoli

combinando sequenze

stratigrafiche e successioni

faunistiche sono state

correlate formazioni in tutto

il mondo riuscendo a

costruire una scala

geocronologica relativa

valida per lintero pianeta; la scala geocronologica

divisa in quattro principali

intervalli di tempo: eoni, ere,

periodi, epoche. la scala

cronostratigrafica fornisce

un valore relativo dellet di un evento geologico o

dellet di una formazione rocciosa.

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Le datazioni assolute

Allinizio del 1900 Rutherford ipotizzo che si potesse utilizzare la radioattivit per misurare let di una roccia (datazioni radiometriche);

la velocit media di disintegrazione

nucleare costante; se si conosce

la velocit di decadimento e si

contano il numero di atomi discendenti neoformati e il numero

di capostipiti rimasti si pu calcolare

let della roccia; per contare il numero di atomi

capostipiti e discendenti si utilizza

uno spettrometro di massa;

le velocit di decadimento sono proprie per ogni elemento radioattivo e vengono

espresse in tempo di dimezzamento: intervallo di tempo necessario per far

decadere la met del numero originario di elementi radioattivi: alla fine del primo

tempo di dimezzamento rimangono la met degli isotopi radioattivi iniziali, alla fine del

secondo periodo di dimezzamento rimangono

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Composizione della Terra

La crosta continentale

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I continenti sono sempre rimasti immobili sulla

superficie terrestre ?

Come hanno fatto i continenti a muoversi lungo la superficie terrestre?

Inversione dei poli magnetici Lespansione dei fondi oceanici venne scoperta nei primi anni '60 grazie ad

osservazioni di tipo geofisico. Vine e

Matthews, (1963) osservarono che le

anomalie magnetiche dovute all'inversione

periodica dei poli erano disposte in maniera

simmetrica e speculare rispetto all'asse

della dorsale medio atlantica. Inoltre l'et

delle fasce di anomalia magnetica

aumentava allontanandosi dalla dorsale.

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Le dorsali oceaniche

Un tipo di margine divergente rappresentato dalle dorsali oceaniche, in

corrispondenza delle quali avvengono importanti fenomeni geologici rappresentati dalla

risalita dell'astenosfera verso la superficie terrestre, la fuoriuscita di magma basaltico e la

conseguente espansione dei fondi oceanici.

La crosta terrestre non omogenea e regolare ma suddivisa mediante

profonde fratture litosferiche (margini di placca) in una serie di zolle o placche

tettoniche che migrano nel tempo lungo la superficie terrestre.

Tettonica delle Placche

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La crosta oceanica: et e struttura

La litosfera galleggia sullastenosfera e viene trasportata passivamente grazie ai movimenti plastici di questultima.La crosta terrestre suddivisa in placche. Le placche si muovono reciprocamente tra loro: nelle zone in

allontanamento reciproco (dorsali oceaniche) si forma nuova crosta oceanica,

mentre nelle zone di avvicinamento reciproco (sistemi arco-fossa) la crosta

oceanica viene distrutta in subduzione (si immerge nel mantello) e si formano

rilievi montuosi

Margini di placca

Dorsale = margine divergente Zona di subduzione = margine convergente

Le placche si muovono reciprocamente tra loro: nelle zone in allontanamento reciproco

(dorsali oceaniche) si forma nuova crosta oceanica, mentre nelle zone di avvicinamento

reciproco (sistemi arco-fossa) la crosta oceanica viene distrutta in subduzione (si

immerge nel mantello) e si formano rilievi montuosi

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Sulla superficie terrestre si possono individuare 12 placche principali.

Le placche possono essere costituite da crosta continentale o crosta oceanica

Le fratture che le delimitano si possono separare in margini di

placca divergente (zone di rift continentale e dorsale oceanica)

convergente (zone di subduzione - sistemi arco fossa) o

trascorrente.

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I margini di tipo divergente su crosta continentale sono rappresentati dalle zone

di rifting continentale, che mediante una tettonica prevalente di tipo

estensionale portano alla lacerazione della crosta continentale e all'apertura di

un oceano impostato su crosta oceanica. Un buon esempio di rift e

rappresentato dalla Rift Valley

I margini divergenti

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Morfologia della crosta oceanica

Margine continentale passivo

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Margini di placca convergenti

I margini di placca di tipo convergente

sono rappresentati dalle zone di

subduzione e di collisione

continentale. Le prime si collocano in

corrispondenza dei sistemi arco-

fossa, dove le placche litosferiche di

tipo oceanico vengono inghiottite

nell'astenosfera. I margini di placca di

tipo convergente corrispondenti alle

zone di collisione continentale

coincidono con le aree della Terra

dove si avuto un raddoppio della

crosta continentale. Questo ha portato

ad un rapido sollevamento della

placca superiore e conseguentemente

ad una sua rapida erosione. Il

risultato di tale processo

rappresentato dalla formazione delle

catene montuose

ANDE

GIAPPONE

ALPI

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I margini di placca rappresentano le aree

pi interessanti da un punto di vista

geologico dove si concentrano importanti

fenomeni quali la produzione di nuova

crosta oceanica (dorsali oceaniche) o la

sua consunzione (zone di subduzione

accompagnate da attivit vulcanica e

sismica e la formazione di nuove catene

montuose (zone di collisione

continentale). Tali margini possono venir

facilmente osservati grazie all'ausilio di

immagini dal satellite. Elementi

morfotettonici molto evidenti risultano

essere le dorsali oceaniche, dislocate

dalle fagli trasformi, le scarpate

continentali che segnano il passaggio tra

crosta continentale ed oceanica, le fosse

oceaniche che rappresentano

l'espressione morfologica superficiale

delle zone di subduzione, i rilievi dovuti a

vulcani sottomarini che talora emergono in

superficie come nel caso delle Isole

Hawaii, le imponenti conoidi sottomarine

in corrispondenza dei Fiumi Gange e Indo.