Rocce sedimentarie GFGeol STAN 1

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1 Rocce sedimentarie Ci sono diversi processi geologici che portano alla formazione di rocce sedimentarie, ma tutti contraddistinti da condizioni di temperature e pressione tipiche della superficie terrestre le rocce sedimentarie sono tipicamente stratificate: le rocce magmatiche sono composte in prevalenza da silicati, nelle r. sedimentarie assumono particolare importanza i carbonati GFGeol STAN 1

2 Stratificazione delle r. sedimentarie Monte Matajur ; Forra del Vinadia (Tolmezzo) GFGeol STAN 2

3 Classificazione classica R. sedimentarie clastiche, formate da granuli che provengono dallo smantellamento di altre rocce. Ulteriori classificazioni sulla base delle dimensioni dei granuli Esempio: arenaria, ghiaia. Processi fisici e chimici r. sed. organogene, o bioclastiche formate da frammenti di gusci di organismi marini. Es: calcari. Processi biochimici r. sed. Chimiche (evaporitiche). Per precipitazione in bacini chiusi o semichiusi, in condizioni di sovra saturazione Esempio: Salgemma, gesso. Processi chimici NB: schema semplificato GFGeol STAN 3

4 Alcuni esempi di r. sedimentarie clastiche Sabbie Roccia sciolta (Sedimento) Arenaria Roccia litificata GFGeol STAN 4

5 Ghiaia e conglomerato GFGeol STAN 5

6 Alcuni esempi di r. carbonatiche travertino: r. carbonatica Precipitazione chimica 2 calcare fossilifero: r. s. organogena 3 speleotemi (stalagmiti): r. s. chimica GFGeol STAN 6

7 Schema Bosellini (e di molti altri testi scolastici) Rocce clastiche o detritiche o terrigene Rocce piroclastiche (comp. mineralogica: da magmi silicatici, ma tessitura clastica) Rocce organogene (calcari di piattaforma e pelagici, diatomeiti, radiolariti) Rocce chimiche (evaporiti marine (sale e gesso), travertino, alabastro, concrezioni di grotta) Combustibili fossili (carboni, idrocarburi) GFGeol STAN 7

8 Rocce piroclastiche Isola di Ventotene R. clastica: Formazione Marnosoarenacea: Litologia: marne+arenarie Emilia Romagna ra_semaforo_e_punta_pascone.htmlfdf GFGeol STAN 8

9 Schema Nichols GFGeol STAN 9

10 Definizione ampia di roccia carbonatica: Qualsiasi roccia composta da più del 50% di CaCO 3 Ma allora gli speleotemi? Rocce carbonatiche O rocce di precipitazione chimica GFGeol STAN 10

11 Abbondanza relativa di tutte le r. sedimentarie: 75% della sup. terrestre. A sua volta questo 75 % è diviso in? r. clastiche fini; 2 rocce clastiche grossolane, 3 r. carbonatiche (calcari + dolomie) Evaporiti, selci, altre r. sedimentarie chimiche: quantità molto modeste GFGeol STAN 11

12 Sedimenti e Rocce sedimentarie clastiche: Processi sedimentari (..un ciclo dentro il ciclo ) Suolo GFGeol STAN 12

13 Ambienti sedimentari GFGeol STAN 13

14 Ambienti sedimentari continentali e di transizione in cui si ha trasporto e sedimentazione (di sedimenti sciolti) Ambiente fluviale e pianure alluvionali Ambiente glaciale e proglaciale Lagune e stagni Laghi Deserti GFGeol STAN 14

15 + i carbonati!! Calcite e dolomite GFGeol STAN 15

16 Formazione di sedimenti per degradazione meteorica Alterazione fisica o disgregazione Gelo e disgelo (crioclastismo) azione di sali (aloclastismo) termoclastismo vento Radici fulmini Alterazione chimica e/o disfacimento o dissoluzione Soluzione/dissoluzionr idrolisi dei silicati ossidazione dei solfuri e dei silicati che contengono ferro GFGeol STAN 16 I due processi si integrano tra loro, non sono mai del tutto separati.

17 A partire da un affioramento di roccia NON alterata / non degradata) L alterazione fisica o disgregazione produce frammenti più piccoli della stessa composizione mineralogica della roccia originaria L alterazione chimica produce nuovi minerali, diversi da quelli della roccia originaria oppure li riduce a ioni o molecole GFGeol STAN 17

18 Fattori che condizionano la degradazione meteorica - 1 Mineralogia e struttura della roccia madre clima (pioggia e temperatura): presenza di suolo: feedback positivo: la formazione del suolo favorisce ulteriormente la degradazione, determinando la formazione di nuovo suolo tempo GFGeol STAN 18

19 Fattori che condizionano la degradazione meteorica - 2 TIPO di ROCCIA: calcare + alterabile di un granito; argillite + alterabile di un arenaria; fratturazione e stratificazione... CLIMA: caldo umido -> alterazione chimica freddo secco -> disgregazione fisica. Forte escursione termica: termoclastismo. Forte escursione termica sopra e sotto lo 0 C: crioclastismo SUOLO: si crea un ambiente umido e acido, le radici facilitano la disgregazione, ma la vegetazione di regola favorisce la formazione di suolo e rallenta l erosione TEMPO: la degradazione agisce dopo un certo tempo.eruzioni vulcaniche, grandi opere stradali mettono in luce superfici fresche GFGeol STAN 19

20 Rapporti alterazione fisica alterazione chimica + degradazione chimica GFGeol STAN 20

21 Fratture = siti preferenziali per l alterazione chimica Affioramento di flysch presso Clastra (valli del Natisone) GFGeol STAN 21

22 Formazione detrito di falda: crioclastismo e termoclastismo Antartide, deserto, alta montagna Ma anche in climi temperati, se le rocce sono molto fratturate, e la corrosione chimica allarga le fratture GFGeol STAN 22

23 Alterazione chimica o disfacimento. Ci vogliono: Ossigeno Anidride carbonica Acqua Sostanze umiche, vegetazione GFGeol STAN 23

24 Alcune reazione di alterazione chimica-1 idrolisi Feldspato (KAlSi 3 O 8 )+ CO 2 + H 2 O --> caolinite (Al 2 (OH) 4 Si 2 O 5 ) + Silice disciolta + ione K disciolto + ione + HCO 3 bicarbonato Feldspato: spesso cristalli da 1 2 mm Caolinite: fillosilicato, minerale argilloso, cristalli piccolissimi, normalmente da pochi micron (m) a meno di 1 micron GFGeol STAN 24

25 Altre reazioni di alterazione - 2 Pirosseno ((Mg,Fe) SiO 3 ) + ossigeno --> ematite (Fe 2 O 3 )+ Mg ++ + silice disciolta (ossidazione) Nel Pirosseno ferro ferroso Fe 2+ nell ematite Ferro ferrico Fe 3+ NB nei pirosseni con Ca e Mg altre reazione con formazione di minerali argillosi Calcite (CaCO 3) + CO 2 + acqua --> ione calcio + ione bicarbonato (dissoluzione dei carbonati) GFGeol STAN 25

26 Alterazione granito e basalto Feldspati Pirosseni Clima temperato Ossidi di Fe: lateriti Clima tropicale Ossidi di Al: bauxiti GFGeol STAN 26

27 Lateriti (Fe) e bauxiti (Al) sono rocce residuali ovvero quel che resta dopo una intensa alterazione di altre rocce sia magmatiche che sedimentarie (ovvero non solo graniti e basalti) GFGeol STAN 27

28 Bauxiti: spesso associate a rocce carbonatiche carsificate, come le terre rosse Le bauxiti sono rocce residuali costituite da una miscela di idrossidi microcristallini di alluminio (prevalenti) ed ossidi ed idrossidi di ferro ( in minor misura) Gli idrossidi principali di alluminio sono presenti come bohemite γ-alooh, gibbsite o idrargillite γ-al(oh) 3 e sostanze amorfe come l allumogel Al 2 O 3 n H 2 O. Il Ferro è presente come ossido ferrico anidro Fe 2 O 3 ed idrossido ferrico FeOOH. In alcune bauxiti il Fe può essere presente anche come carbonato ferroso FeCO 3 (siderite). Queste rocce possono contenere, in minor misura, quarzo, fillosilicati (caolinite, clorite), GFGeol STAN 28

29 Cave di Bauxite vicino a Rovigno GFGeol STAN 29

30 Stabilità dei minerali Minerali Degradazione Degradazione Degradazione Bassa media Alta Residuali Quarzo Quarzo Quarzo Feldspati Feldspati Min. argillosi Miche Pirosseni Anfiboli Miche Min. Argillosi Degradazione molto alta Quarzo Min. residuali (Ossidi e idrossidi Al e Fe) Oppure sempre degradazione media e - tempo + tempo Due variabili: CLIMA e TEMPO geologico GFGeol STAN 30

31 1. Gesso, Salgemma, Stabilità dei minerali 2. Calcite, dolomite, aragonite, apatite 3. Olivina, pirosseni 4. Biotite (mica), Glauconite (anfibolo) 5. Albite-Anortite (Plagioclasi), Feldspati 6. Quarzo 7. Muscovite, Illite (miche) 8. Caolinite 9. Gibbsite, ematite, limonite (ossidi e idrossidi Fe e Al) 10. Zircone, rutilo Meno stabili: i minerali solubili; più stabili: o gli inalterabili o i prodotti di alterazione Meno stabili Piu stabili GFGeol STAN 31

32 Riassunto: minerali più frequenti sbagliato: Argilla (termine dimensionale) Giusto_ Minerali argillosi (caolinite, montmorillonite, Illite..): GFGeol STAN 32

33 Dopo la degradazione il sedimento che si è formato può: alterarsi sul posto trasformandosi in suolo essere trasportato altrove dall acqua, dal vento, da un ghiacciaio (erosione -> trasporto) fondamentale LA GRAVITA e quindi la PENDENZA del versante GFGeol STAN 33

34 Il suolo È la pellicola più superficiale della geosfera (qualche metro) Nomenclatura: Ingegneri civili definiscono suolo o terreno tutto quello che sta sopra la roccia non alterata; i geologi invece parlano di regolite o mantello detritico, mentre il suolo s.s. è solamente l orizzonte più superficiale è una RISORSA (vegetazione, agricoltura) da gestire, ma da non sfruttare Se ne occupa la Pedologia..(Scienze Agrarie, Scienze Forestali, Geologia, Ingegneria) Il suolo è costituito da sedimento che ha subito trasformazioni alla superficie terrestre, l aggiunta di sostanza organica e PUO SOSTENERE LA VITA VEGETALE GFGeol STAN 34

35 GEOLOGIA INGEGNERIA Regolite Regolite (termine ingegneristico) Processi chimico fisici di degradazione meteorica: disgregazione, alterazione Dissoluzione... Se a questi processi di degradazione si aggiungono processi biologici SUOLO: GFGeol STAN 35

36 Definizione del suolo Miscela di particelle minerali alterate, organismi viventi, sostanza organica in decomposizione, gas (aria) e soluzioni liquide (acqua) Molto orientativamente: Particelle minerali: 45%, sost. Organica: 5%, vuoti (aria+acqua) 50 % Le particelle minerali rappresentano la. maggioranza relativa, per questo motivo i suoli sono considerati parte della litosfera il suolo è l interfaccia dove atmosfera, idrosfera, litosfera e biosfera si incontrano GFGeol STAN 36

37 Fattori che influenzano la formazione e la composizione del suolo Geologia: roccia madre (roccia litificata ma anche sedimento sciolto..ghiaie fluviali, morene glaciali ) Topografia: pendenza del terreno Tempo: durata della formazione del suolo CLIMA: temperatura e precipitazioni Biologia: tipo di vegetazione???? GFGeol STAN 37

38 Climi e suoli Mappa schematica dei climi NB termine: profilo di alterazione simile a regolite o suolo poco sviluppato GFGeol STAN 38

39 Equilibrio tra il tasso di formazione del suolo e l asportazione delle particelle Concetto di paleosuolo, Spiegato male? GFGeol STAN 39

40 Suoli: ben sviluppati soprattutto su terreni pianeggianti o sub pianeggianti (quasi pianeggianti) Colluviale/Colluvium/ depositi colluviali Materiale trasportato da acqua di ruscellamento diffuso, o disceso per gravità, e deposto lungo un versante o al suo piede. I depositi colluviali sono in genere costituiti da clasti di forma angolosa e con composizione correlata a quella delle formazioni geologiche affioranti a monte., ovvero dai detrito di falda e/o dalle argille del suolo GFGeol STAN 40

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42 Struttura del suolo: orizzonti suborizzontali, la cui sequenza verticale è detta profilo del suolo 0 (organico) composto da humus, (materiale organico parzialmente decomposto, degradato o rielaborato), detrito vegetale (lettiera), resti di animali, funghi..batteri.. A 1 : humus ulteriormente decomposto + particelle minerali (Qz, Felds, Calcite, miche..di dimensioni variabili da sabbia ad argilla) A 2 (anche E eluviale) colore + chiaro, - sost. organiche. Massima rimozione degli elementi fini (eluviazione) Lisciviazione: dissoluzione chimica degli ioni ; Eluviazione: rimozione fisica delle particelle fini NB il terreno eluviale è quello che rimane, il residuo. Nei 2 casi: H 2 O che percola GFGeol STAN 42

43 B (suolo inerte): si accumula l argilla per trasporto gravitativo (illuviazione), precipitano i sali (ossidi di Fe, noduli carbonatici) che erano stati lisciviati dagli orizzonti superiori; scarsa sostanza organica Struttura del suolo.ii C materiale derivato dal substrato, roccia madre alterata (regolite) GFGeol STAN 43

44 O in sintesi.. Orizzonti A (eluviale): colore scuro, alterazione in loco, senza spostamento: ricco di humus (sostanza organica) e di materiali insolubili, i minerali solubili sono stati lisciviati, argille trasportate verso m Orizzonte B (colluviale): accumulo gravitativo di particelle dall orizzonte A. + ossidi di ferro Diminuisce la sostanza organica Orizzonte C: frammenti di roccia in posto, roccia in posto alterata + argille, roccia sana GFGeol STAN 44

45 I principali regimi pedogenetici: laterizzazione climi tropicali ad elevata Temp. e pioggia Forte lisciviazione nell orizzonte A (idrolisi dei silicati) Accumulo di ossidi insolubili di Fe ed Al in B (rosso) GFGeol STAN veloce decomposizione di sost.organica. ed assorbimento dei nutrienti estesa vegetazione formazione di croste di composti di Al e Fe > difficoltà nella coltivazione 45

46 Suoli lateritici o bauxitici (se prevale l alluminio) Clima tropicale, substrato: r. femica (basalto, ma non solo) Orizzonte A sottile: la degradazione della sost. organica è talmente veloce che non si riesce ad evolvere un orizzonte stabile, ampio e con tanto humus., ma contemporaneamente la foresta pluviale fornisce sempre nuovi materiali vegetali all orizzonte A, ma se la foresta viene bruciata e coltivata i terreni nel giro di pochissimi anni diventano improduttivi GFGeol STAN 46

47 I principali regimi pedogenetici: carbonatazione e salinizzazione Evapotraspirazione precipitazioni (praterie Nord America, savana e steppe subtropicali) 1a fase precipitazioni infiltrazione e acidificazione dissoluzione dei carbonati CaCO 3 + H 2 O +CO 2 > Ca (HCO 3 ) 2 2a fase climi aridi e semiaridi evapotraspirazione > > precipitazioni drenaggio inadeguato no infiltrazione precipitazione di cloruri e solfati in superficie vegetazione inibita risalita di fluidi per capillarità formazione di crostoni carbonatici (diminuzione CO 2 o aumento ph e T) GFGeol STAN 47

48 Suoli carbonatici Orizzonte A sottile, orizzonte B Crostoni carbonatici o caliche Substrato: prevalgono r. sedimentarie carbonatiche Caliche all interno delle arenarie della Val Gardena ( 400 Ma) GFGeol STAN 48

49 04 GFGeol STAN I principali regimi pedogenetici: podzolizzazione* regione fredde e umide delle alte latitudini zone montuose di Alpi ed Appenini foreste di conifere > vegetazione acidificante a lenta decomposizione *dal russo podzol = simile a cenere PROFILO TIPICO Orizz. A accumulo di sost.organica. poco umificata Orizz. E (A2) colore chiaro, cinereo, forte eluviazione di argille e Fe, tessitura sabbiosasiltosa Orizz. B arancione scuro deposito di idrossidi di Al e Fe accumuli di sostanza organica Nuova Zelanda ff 49

50 I principali regimi pedogenetici: gleizzazione* climi freddi zone pianeggianti o depresse presenza della falda acquifera ristagno d acqua Fe3+ > Fe2+ no migrazione Fe2+ associato a composti poco solubili, alle argille, carbonato ferroso, idrossido ferroso e pirite *dal polacco glej=terreno fangoso orizzonti grigio, grigio-blu, grigio-verdastri (gley GFGeol STAN 50

51 Suoli: enorme varietà, ancora un esempio Pedalfer: Pedon: in greco suolo Al e Fe Clima temperato umido, (USA orientale, Canada, Europa) Roccia madre: magmatica alcalina Quindi un altra combinazione di clima e roccia madre diversi GFGeol STAN 51

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53 Proprietà fisiche di un suolo: il colore Riflette le caratteristiche composizionali originarie Dipende dall umidità. Dipende dalla sostanza organica: + sostanza organica > suoli marroni o neri. Dipende dallo stato di ossidazione: se rosso > terreni ricchi in Fe ossidato, buon drenaggio giallo > ossidazione e drenaggio medi grigio-verde > terreni ridotti e drenaggio scarso Blu azzurro: terreni pieni d acqua 175 gradazioni di colore I principali: nero, marrone, rosso, giallo, grigio e bianco GFGeol STAN 53

54 Dimensioni e percentuali dei granuli minerali Diagramma triangolare diverso da quelli usati In sedimentologia Tanta sabbia («scheletro») terreno facile da lavorare, da arare, ma trattiene poco l umidità- Tanta argilla: terreno difficile da lavorare, ma capacità di scambio ionico, e buona capacità di trattenimento dell acqua GFGeol STAN 54

55 Come campionare un suolo in un campo GFGeol STAN 55

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57 Classificazione dei suoli 1) classificazione di tipo climatico (passato) + differenze composizionali PEDALFER = climi umidi, suoli acidi, lisciviazione attiva in A, accumulo di argille ed ossidi di Fe ed Al in B PEDOCAL = suoli alcalini, clima secco, accumulo di carbonati 2) classificazioni nazionali (es. Francia, Canada, Russia, UK, Australia) (più moderne): clima, tessitura, roccia madre, grado di maturità, estensione uso del suolo Soil Taxonomy (1975) del Dipartimento dell Agricoltura degli USA (USDA): classificazione gerarchica e filogenetica 3) Classificazione FAO Unesco (1968) In its present state, the WRB (IUSS Working Group WRB, 2006) is, by history and practical purposes, mixing information about soil genesis (e.g. podzolization Podzol, gleysation Gleysol), texture (e.g. Arenosol, skeletic, arenic, siltic, and clayic subunits), parent materials (e.g. Anthrosols, Fluvisols, calcaric, and gypsiric subunits) and others IN SINTESI: un po di confusione GFGeol STAN 57

58 Classificazione suoli FAO (Food Agriculture Organization) GFGeol STAN 58

59 Classificazione dei suoli (Soil Taxonomy, USDA) Ordini distinti in base a orizzonti diagnostici: epipedon (A o O/A) e orizzonte subsuperficiale (B) 12 ordini sottordine grande-gruppo - Gruppo (250) sottogruppo grado di similarità famiglia serie !!!! GFGeol STAN Un po troppi.! 59

60 Paleosuoli: suoli sepolti Suolo In corrispondenza del coltellino, si vede uno strato di pomici bianche da caduta (eruzione del Vesuvio detta di Avellino), con alla base un paleosuolo (Ischia) Livello di piroclastiti Paleosuolo NB non solamente su rocce effusive!!! GFGeol STAN 60

61 Paleosuolo lungo il F. Natisone a Remanzacco (UD) Il paleosuolo rappresenta un periodo ( anni) di equilibrio: no erosione, no sedimentazione GFGeol STAN 61