Corso di Geologia Applicata

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1 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI PALERMO DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, AMBIENTALE AEROSPAZIALE E DEI MATERIALI- Viale delle Scienze EDIFICIO PALERMO Centralino: (091) Amministrazione: (091) / /77 Fax: (091) (091) DICAM Corso di Geologia Applicata Dispense a cura di Laura Ercoli Introduzione al corso e modalità di esame 1

2 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Caratteristiche del corso di Geologia Applicata TIPO DI ATTIVITÀ Caratterizzante CODICE INSEGNAMENTO CFU 6 PRESUMIBILE NUMERO DI ORE NECESSARIE ALLO STUDIO PERSONALE NUMERO DI ORE DI LEZIONI FRONTALI E DI ATTIVITÀ DIDATTICHE ASSISTITE PROPEDEUTICITÀ ANNO DI CORSO 1 SEDE DI SVOLGIMENTO DELLE LEZIONI ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA MODALITÀ DI FREQUENZA PERIODO DELLE LEZIONI CALENDARIO DELLE ATTIVITÀ DIDATTICHE ORARIO DI RICEVIMENTO DEGLI STUDENTI Nessuna Consultare il sito Lezioni frontali, Elaborazioni in aula, Visite in campo e in laboratorio Obbligatoria Secondo semestre Consultare il sito it Giorni e orari di ricevimento: su richiesta, previo appuntamento con laura.ercoli@unipa.it Programma del corso Introduzione al Corso, struttura della Terra, tettonica a zolle Il ciclo litogenetico Minerali e rocce Procedure di riconoscimento per chiavi di successiva approssimazione sulla base dei caratteri organolettici Sistemi di classificazione Rocce ignee Rocce metamorfiche Rocce sedimentarie Stratigrafia e principi di continuità e di sovrapposizione Giacitura delle formazioni geologiche: polarità degli strati; stratificazione e relativo sistema di rappresentazione Strutture sedimentarie:eteropia; discontinuità e discordanze; Strutture metamorfiche : scistosità; aureole metamorfiche Strutture delle rocce ignee superficiali e profonde Strutture tettoniche: faglie; pieghe; sovrascorrimenti. Relazioni geometriche tra superfici geologiche e fisiografia del Territorio: Forme strutturali Descrizione fisiografica del territorio Lettura ed interpretazione delle carte geologiche, sezioni geologiche Cartografia geologica tematica Evoluzione naturale e modifiche antropiche del contesto geomorfologico: processi erosivi; modellamento dei versanti e delle coste; forme del dissesto geologico; Rischio geologico: analisi, previsione e prevenzione. Lez.1-10 Lez Lez Lez Lez Introduzione al corso e modalità di esame 2

3 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Elementi di idrogeologia: Acque superficiali e sotterranee. Proprietà idrogeologiche delle rocce, tipologia, geometria e struttura degli acquiferi e delle barriere idrogeologiche, rapporti idrogeologici tra strutture adiacenti, vulnerabilità delle falde idriche La pericolosità geologica Il Piano per l assetto idrogeologico e i requisiti degli studi geologici finalizzati alla pianificazione urbanistica Indagini dirette, indagini geofisiche Lez Lez Lez ESERCITAZIONI Riconoscimento delle rocce Elaborazioni Cartografiche lettura della carta topografica e descrizione della fisiografia del territorio, Slide es. 1 carta clivometrica, descrizione geomorfologica Costruzione di carte dell acclività dei versanti Slide es. 2 Limiti geologici Slide es. 3 Successioni Slide es. 4 Lettura delle Carte geologiche Costruzione Sezioni geologiche Costruzione di carte Slide es. 5 dell erodibilità relazioni tra litologia, assetto tettonico, idrografia superficiale e sotterranea Slide es. 6 Bacini idrografici ed idrogeologici,tipi di spartiacque,falde idriche, sorgenti, Slide es. 7 scambi fra corpi idrici Hand specimens in aula Cosa occorre per svolgere le elaborazioni in aula: Stampa della Carta geologica digitalizzata Monti di Palermo e Monreale (file da scaricare presso biblioteca DICA) lente di ingrandimento, squadrette, goniometro, matite colorate (almeno 5 colori), fogli A4 di carta lucida e millimetrata, forbicette Materiale didattico Fornito dal docente ( file scaricabili presso la biblioteca del DICA) Ercoli L., Dispense del corso di Geologia Applicata Ercoli L., Slides del corso di Geologia Applicata Ercoli L., Slides delle esercitazionidi Geologia Applicata Carta geologica digitalizzata Monti di Palermo e Monreale Collezione didattica delle rocce (visibile per esercitarsi autonomamente presso la biblioteca del DICA) Introduzione al corso e modalità di esame 3

4 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Testi consultabili presso le biblioteche di Ateneo, per approfondimenti Sappa G., Geologia Applicata ed. Cittàstudi Simpson B., Lettura ed interpretazione delle carte geologiche, Dario Flaccovio ed. Mottana A., Crespi., Liborio G., Minerali e rocce, Mondadori ed. Aruta l., Marescalchi P., Cartografia, Dario Flaccovio ed. I.G.M. Tavolette 1:25000 Servizio Geologico d Italia Carte geologiche 1: Freeze R.A., CherryJ.A. Groundwater, ed. Prentice hall Chiesa G., Inquinamento delle acque sotterranee, ed. Hoepli Castiglioni G.B. Geomorfologia ed.utet Gisotti G. Geopedologia ed. Calderini Ippolito ed alii, Geologia tecnica ed. ISEDI Assessorato Territorio Ambiente Regione Sicilia Il piano per l assetto idrogeologico Assessorato Territorio Ambiente Regione Sicilia Circolare 2222 Aubuin,Brousse Compendio di geologia ed-. Ambrosiana Castiglioni Geomorfologia ed. Utet Francani Idrogeologia generale ed. Clup Introduzione al corso e modalità di esame 4

5 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata COME SI SVOLGE L ESAME Prova Orale (riconoscimento rocce) Prova Scritta, contenente quesiti a risposta aperta, elaborazioni da svolgere su stralci di carta geologica scala 1: e quesiti a risposta multipla su schemi geologici semplificati TIPO DI VALUTAZIONE Voto in trentesimi, media aritmetica tra il voto conseguito nella prova scritta e quello conseguito all orale Nota Bene 1. Iscriversi all appello di esame tramite il portale studenti entro la scadenza indicata 2. presentarsi muniti di carta d identità o libretto universitario. 3. lo statino va presentato all atto dello svolgimento della prova scritta. 4. Non sono ammesse deroghe, per evitare disguidi con la segreteria studenti per il caricamento della materia La geologia non è una scienza esatta e neppure una scienza puramente descrittiva, è una scienza indiziaria: sulla base di indizi raccolti in campo si effettuano deduzioni che portano ad una interpretazione attendibile del contesto e degli eventi.. e quindi...cosa mi aspetto da voi Acquisizione delle conoscenze e metodologie per effettuare l inquadramento geologico del territorio in cui si collocano le opere di Ingegneria civile. Acquisitzione della metodologia di analisi propria dello studio geologico del territorio per esaminare nella sua complessità il contesto geologico-ambientale in cui si collocano gli interventi progettuali e di individuare le problematiche specifiche e le interdipendenze. interagire con competenza con altre professionalità di una equipe interdisciplinare, Introduzione al corso e modalità di esame 5

6 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata formulare nel linguaggio tecnico appropriato quesiti specifici a tecnici di differente estrazione scientifico-culturale (geologi, geomorfologi, idrogeologi) e comprenderne le risposte. approfondire autonomamente tematiche complesse poiché dovrete essere in grado di individuare e di consultare il materiale tecnico scientifico e gli strumenti conoscitivi e tecnici più appropriati per l approfondimento e la soluzione di specifici problemi. Sapere individuare le interconnessioni tra contesto geologico ed interventi ingegneristici, applicare le conoscenze e le tecniche della geologia a specifiche tematiche progettuali. ATTENZIONE La prova scritta prevede che sulla base di quanto avete appreso sappiate autonomamente correlare le caratteristiche fisiografiche del territorio (forme della superficie del territorio desumibili dalla carta topografica) con la litologia delle rocce e delle formazioni geologiche affioranti, e, a cascata, con la loro erodibilità e permeabilità. A tal proposito è fondamentale seguire con la massima attenzione ed esercitarsi ripetutamente le procedure descritte nelle slide delle esercitazioni. Gli studenti che trovano difficoltà nell affrontare lo studio universitario possono avvalersi gratuitamente del servizio di tutoraggio fornito dall Ateneo di Palermo I tutor laureati sono pagati con fondi specificatamente destinati a questo scopo da parte del Ministero. I loro compiti sono i seguenti: supporto all approccio metodologico allo studio; consulenza per la scelta e l elaborazione della tesi di laurea consulenza per l elaborazione del piano di studi; consulenza per studenti che non sostengono esami da oltre dodici mesi; attività propedeutiche, didattico-integrative e di recupero Nell'ambito di queste attività potrebbero rientrare anche le seguenti: Realizzazione di una ricerca bibliografica Impaginazione ed editing di una relazione (esercitazioni, tesi, ), Utilizzo di software di uso comune (Excel, Word, PowerPoint, ), Utilizzo di software di uso avanzato (Matlab\Simulink, Autocad,Rhinoceros, ). l elenco dei tutor laureati è pubblicato alla pagina Introduzione al corso e modalità di esame 6

7 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Parte I Litologia Premessa : un ingegnere civile quanti minerali e rocce deve saper identificare? I più comuni libri che trattano di questo argomento contengono in media la descrizione di circa 200 minerali, mentre un buon libro di petrografia descrive circa un migliaio di tipi di rocce. Fortunatamente comunque la lista dei più comuni minerali che formano le rocce si accorcia a circa una decina di minerali e la maggior parte delle rocce appartengono a gruppi con caratteristiche simili, dal punto di vista ingegneristico e quindi sarà sufficiente distinguere una quarantina di rocce che sono di interesse per un ingegnere civile, solo in alcuni casi straordinari che possono determinare particolari problematiche negli scavi e nelle progettazioni, possono essere incontrate rocce meno frequenti, nel qual caso sarà comunque opportuno, se non indispensabile, rivolgersi ad uno specialista petrografo. Capitolo 1 Elementi di litologia generale Qualche definizione I vocaboli pietra e marmo, nelle accezioni di uso consueto, sono considerati impropri nel linguaggio geologico: si indica infatti con il termine roccia qualsiasi massa minerale o amorfa, consolidata o no, che forma parte della crosta terrestre. Per marmo si intende esclusivamente una roccia carbonatica di origine metamorfica, mentre qualsiasi altra roccia tagliabile e lucidabile viene chiamata materiale lapideo di pregio. Se la roccia è costituita da un solo minerale si dice roccia monomineralica, se invece i minerali costituenti sono più di uno, la roccia è polimineralica. Minerale è un corpo solido, omogeneo dotato di una struttura atomica continua e costante nell unità minerale, con composizione chimica ben Parte I -Lez Elementi di litologia generale

8 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata definita e struttura cristallina. Sostanze rocciose amorfe sono corpi rigidi, privi di una propria struttura cristallina. Nelle rocce si distinguono: minerali costituenti (o eventualmente sostanze amorfe costituenti), che formano la maggior parte del volume della roccia e componenti accessori, (minerali o amorfe) che sono presenti in piccole quantità e sono ininfluenti ai fini classificativi, anche se possono condizionare fortemente il colore della roccia o la sua alterabilità. L origine delle rocce La formazione delle rocce è incessante sulla crosta terrestre ed avviene secondo un ciclo detto ciclo petrogenetico o litogenetico. Il fluido indifferenziato del mantello, che si trova al di sotto della crosta terrestre a profondità variabili tra 5 e 60 km, risale attraverso spaccature della crosta terrestre e forma il magma. Questo, raffreddando, cristallizza o vetrifica dando origine alle rocce ignee, che assieme alle altre formano la litosfera e a gas e vapore acqueo che si immettono nell atmosfera e nell idrosfera. Atmosfera ed idrosfera da una parte rendono possibile l esistenza della biosfera e cioè dell insieme di organismi vegetali e animali che con i loro scheletri o i loro prodotti metabolici e catabolici formano accumuli di depositi o sedimenti organici, dall altra generano correnti di fluidi (acqua, vento) che attraverso fenomeni di degradazione, erosione e trasporto sgretolano le rocce pre-esistenti dando origine a sedimenti detritici. I sedimenti organogeni o detritici attraverso processi di diagenesi formano le rocce sedimentarie che, al pari delle rocce ignee, in seguito a seppellimento profondo, riscaldamento e forte compressione danno origine alle rocce metamorfiche. Queste, se raggiungono zone della crosta molto profonde, con fenomeni di rifusione completa o parziale (anatessi) formano nuovi magmi. Gli stessi processi possono investire le rocce dello stesso gruppo e quindi si possono formare rocce sedimentarie policicliche, rocce ignee di origine anatettica, rocce polimetamorfiche (fig.1). Fig. 1 La classificazione delle rocce Per le rocce si adotta generalmente una classificazione genetica, nell ambito della quale viene poi utilizzata, solitamente, una classificazione composizionale. L identificazione e la classificazione genetica si basano, oltre che sui caratteri elencati in Tab. 1, osservabili sul materiale alla scala del campione da laboratorio (hand specimen=campione che sta nel palmo di una mano, del volume di alcuni centimetri cubi o, al massimo, decimetri cubi) anche sull esame in sito delle caratteristiche mesostrutturali (alla scala tra decimetri e la decina di metri) dell ammasso roccioso nel suo insieme (p.es. stratificazione, tracce di corrente, giunti, clivaggio, fratturazione, scistosità.). Infatti alla scala del campione di laboratorio, possono essere con certezza individuati i litotipi, ma non necessariamente l ambiente geologico di provenienza: ad esempio una scheggia di un ciottolo di granito, proveniente da un accumulo alluvionale, potrebbe essere interpretato come appartenente ad un corpo intrusivo, da cui certamente proveniva all atto della formazione del litotipo, prima della sua erosione e trasporto, che lo ha immesso in un corpo sedimentario detritico. Parte I -Lez Elementi di litologia generale

9 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Tabella 1 Caratteristiche da osservare per l identificazione e la classificazione delle rocce Tessitura : insieme delle caratteristiche geometriche dei grani che compongono la roccia (forma dei grani,contatti tra i grani, orientazioni preferenziali - detta anche fabric o struttura-, distribuzione dei componenti). E fortemente differenziata tra le tre principali famiglie di rocce Grana: dimensione dei grani che compongono una roccia Composizione: abbondanza relativa dei minerali che compongono la roccia Paragenesi: ordine di formazione dei componenti Le caratteristiche sopraelencate vengono rilevate con i seguenti metodi (Tab. 2): esame dei caratteri organolettici, in sito Campioni macroscopici: determinazione delle proprietà fisiche qualitativa, in sito quantitativa, in laboratorio Campioni microscopici: esame al microscopio ottico analisi chimiche (quantitativa) roentgenografiche (raggi x) (semiquantitativa) Per l esame organolettico, che permette un riconoscimento di massima del litotipo, ci si avvale dei propri sensi, esaminando la superficie di rottura che si genera, al momento del prelievo, per percussione del campione asciutto. Le caratteristiche desumibili dall esame organolettico, sono elencate nella tabella 3. Parte I -Lez Elementi di litologia generale

10 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Tab. 3- Rilievo dei caratteri organolettici per l identificazione e la classificazione macroscopica di una roccia Osservazione Tatto Tipo di superficie Liscia Ruvida Scabra Asciutta Umida Untuosa Caratteristica granulometria, forma dei grani omogeneità tessiturale composizione Compatta stato di aggegazione, coesione, Consistenza Friabile omogeneità tessiturale Polverulenta Capacità termica (qualitativa) Sensazione fredda sensazione temp. ambiente composizione Durezza (resistenza all incisione con unghia o punta metallica (qualitativa) Densità (valutazione del peso rispetto al volume) (qualitativa) Vista Dimensione dei grani Forma dei grani composizione, stato di aggregazione composizione, stato di aggregazione tessitura tessitura, composizione Colore Ereditato (da detriti costituenti) Primario (dei minerali costituenti o accessori) Secondario ( da alterazione) Delle polveri Per strofinamento composizione, ma non sempre diagnostico diagnostico Splendore delle superfici Iridato Tipo di frattura Adamantino Vetroso Resinoso Metallico Madreperlaceo Ceroso Grasso Terroso Matto Opaco composizione composizione, stato di aggregazione, tessitura, granulometria 4

11 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Gusto salato caustico amaro Sapore astringente composizione piccante dolce allappante Olfatto Per rocce contenenti componenti volatili, odore che si sviluppa spontaneamente, per frizione, per triturazione, per percussione, per insufflazione di aria, composizione per imbibizione di acqua Udito per percussione, per attacco chimico per imbibizione composizione, stato di aggregazione, porosità La procedura da seguire per il riconoscimento dei litotipi si avvale del sistema per chiavi, in cui a partire dalla scelta tra due caratteristiche evidenti e ben distinte (ad es. la tessitura), per opzioni successive tra diverse alternative, si giunge alla diagnosi. Per riconoscere le rocce è necessario riconoscerne i costituenti, ed in particolare i minerali più ricorrenti. Anche in questo caso ci si avvale del sistema per chiavi, in cui la caratteristica di partenza è il tipo di sfaldatura (fig.2). Molti minerali, alla frattura per percussione, mostrano superfici di rottura preferenziali, piane, parallele a possibili facce del cristallo, che, indipendentemente dalla loro estensione, formano angoli costanti tra loro. Tali piani si sviluppano lungo superfici di debolezza del reticolo atomico, laddove i legami sono meno forti; la perfezione della sfaldatura è inversamente proporzionale forza dei legami chimici su quel piano. Alcuni minerali sono privi di superfici di sfaldatura e si rompono secondo superfici del tutto irregolari di forma assolutamente casuale. Il numero dei piani di sfaldatura e l angolo tra essi è diagnostico per i vari minerali. Fig. 2 I minerali si identificano macroscopicamente secondo alcune specifiche proprietà, elencate di seguito in ordine di affidabilità: 5

12 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata 1.Sfaldatura o clivaggio superfici piane di distacco spontaneo coincidenti con potenziali facce cristalline corrispondenti ai piani di massima debolezza dei legami chimici nel reticolo cristallino. Può essere : perfetta buona discreta In alternativa Frattura forma della superficie secondo la quale il minerale si rompe quando non sono presenti piani di clivaggio La frattura può essere: Concoide: es. vetro e quarzo Dentellata: con bordi taglienti Irregolare: con formazione di superficie ruvida e irregolare 2. Durezza - è una misura che indica la resistenza del minerale ad essere scalfito. Nella scala di Mohs (Tab.4) composta da dieci minerali, ogni elemento scalfisce i precedenti e viene scalfito dai successivi. In maniera qualitativa si distinguono : minerali teneri, che si incidono con l unghia, minerali semiduri, che si incidono con una punta metallica minerali duri, che non si incidono con una punta metallica, ma possono essere incisi dal vetro. Il test qualitativo è affidabile. 2. Lucentezza é una proprietà che indica la capacità di un minerale di riflettere la luce e dipende dal rapporto tra la quantità di luce che viene riflessa e quella che viene rifratta ed assorbita da un mezzo ottico. E diagnostica solo su facce cristalline non alterate. Tipi di lucentezza: Metallica Adamantina (simile al diamante) Subadamantina (un po meno lucente del diamante) Vitrea (come di un pezzo di vetro massiccio spezzato) Resinosa (come frammento di ambra spezzato) Sericea (come quella di un tessuto di seta) Perlacea Cerosa (come quella di una candela spezzata) 4. Colore non sempre è un indicatore certo (p.es. il quarzo può variare dall ametista al citrino) 5. Forma la forma del cristallo dipende dall ordine di crescita e dall ambiente di formazione. I termini che descrivono lo sviluppo delle facce esterne di un cristallo sono: -Euedrale: descrive un cristallo completamente delimitato da facce cristalline la cui crescita non è stata disturbata da cristalli o granuli adiacenti. -Subedrale: descrive un cristallo in parte delimitato da facce cristalline e in parte da superfici di contatto con altri cristalli già esistenti 6

13 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata -Anedrale: descrive un cristallo privo di facce cristalline 6. Reattività all attacco chimico in genere con acido cloridrico diluito 7. Colore delle polveri o della stria ottenuta strofinando una scheggia del minerale su una lastra di vetro smerigliato. 8. Tenacità La resistenza che un minerale offre alla frantumazione, piegatura o abrasione è indicata come tenacità. I minerali possono avere un comportamento di tipo: -Fragile: tipico di minerali che si rompono o polverizzano facilmente -Malleabile: tipico di minerali che possono essere martellati fino a dare sottili lamine (legame metallico) -Settile: tipico di minerali che si possono suddividere in scaglie con un martello (legame metallico) -Duttile: tipico di minerali che possono essere lavorati fino a formare un filo (legame metallico) -Flessibile: tipico di minerali che si piegano ma non ritornano alla forma originaria quando viene rimossa la pressione esercitata -Elastico: tipico di minerali che si piegano e ritornano alla forma originaria quando viene rimossa la pressione esercitata. In appendice sono riportate le chiavi che utilizzano tali caratteristiche per il riconoscimento macroscopico dei più comuni minerali. Tab. 4 Minerali della Scala di Mohs ed oggetti di uso comune in grado di inciderli 1. Talco unghia 2. Gesso unghia 3. Calcite monetina di rame 4. Fluorite lama di coltello 5. Apatite vetro da finestre 6.Ortoclasio filo d acciaio 7. Quarzo Topazio Corindone Diamante --- Le chiavi per la determinazione dei minerali e delle rocce più comuni sono riportate in appendice, mentre in tab. 5 svolgiamo un esempio di applicazione della procedura. 7

14 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Tab. 5 Campione di minerale Sfaldatura assente o poco distinta Sfaldatura distinta Vai a 1 Vai a 2 Supponiamo di avere un campione di un individuo con sfaldatura assente o poco distinta, si passa alla chiave 1 Supponiamo di avere un campione di un individuo con sfaldatura distinta, si passa alla chiave 2 1 (Individuo con sfaldatura assente o poco distinta) opzioni: splendore delle superfici vitreo con riflessi vari vai a 3 splendore metallico vai a 4 splendore matto o quasi, o non ben definibile vai a 5 splendore serico (simile alla seta) vai a 11. Supponiamo di avere un campione di un individuo con splendore vitreo, si passa alla chiave 3 2 (Individuo con sfaldatura distinta) opzioni: un piano di facile sfaldatura vai a 12 2 piani ad angolo retto vai a 13 2 piani ad angolo quasi retto vai a 14 3 piani ad angolo retto vai a 16 3 piani ad angoli diversi dal retto, ma uguali tra loro vai a 17 più di un piano, ma non ben distinguibili gli angoli vai a 19 3 (individuo con sfaldatura assente o poco distinta, splendore vitreo) opzioni: non si incide con una punta metallica vai a 6 si incide facilmente con una punta metallica vai a 8 si incide con l unghia vai a 9. Supponiamo di avere un campione che si incide con l unghia, si passa alla chiave.. 9 (individuo con sfaldatura assente o poco distinta, splendore vitreo, si incide con l unghia opzioni: colore chiaro, colore della stria bianco, all incisione stride e dà polvere in grani quasi isometrici, alla fiamma dà colorazione rosso mattone, si disidrata e diventa bianco e polverulento: gesso microcristallino in acqua si rigonfia o si spappola: minerale argilloso vai a 23 Non si spappola: è gesso microcristallino. 8

15 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Quando occorre una conoscenza più approfondita delle rocce, che vada oltre al mero riconoscimento macroscopico di cantiere, si deve far ricorso a tecniche di analisi di laboratorio. Le tecniche più consuete di analisi delle rocce e degli aggregati lapidei artificiali (nel seguito sempre indicati come rocce) sono l osservazione col microscopio ottico, in luce riflessa di frammenti e di sezioni lucide, e, in luce trasmessa polarizzata, di sezioni sottili e la diffrattometria a raggi X. Le sezioni lucide sono frammenti inglobati in resina di dimensioni opportune per essere rappresentative della tessitura e composizione del campione e tagliati con sega diamantata per ottenere una superficie piane e poi, dopo l inglobamento, levigate dapprima con panni abrasivi fino alla completa scomparsa delle strie dei denti della sega e alla perfetta lucidatura.vengono osservate al microscopio in luce riflessa, cioè illuminando dall alto la superficie levigata con una fonte di luce ( generalmente bianca) intensa e circoscritta. Le sezioni sottili sono lamine di roccia dello spessore standard di 0, 03mm ( ottenute per levigatura e smerigliatura di lastrine di roccia spesse in partenza 1-2 mm) incollate su vetrini da microscopia con collanti inerti alla luce ( balsamo del Canadà o resine epossidiche ). Le dimensioni minime del campione di partenza ( p. es. una scheggia distaccata con un colpo di martello) per poter realizzare una sezione sottile sono di 8-10 mm di spessore. In genere per la preparazione delle sezioni sottili ci si avvale di ditte artigianali specializzate, con un costo medio unitario dell ordine di poche decine di euro. Per l identificazione di alcuni componenti ( p. es. distinzione di calcite e dolomite, o feldspati)si può far ricorso a tecniche di colorazione selettiva (Staining). L osservazione delle sezioni sottili si effettua con un microscopio ottico munito di due dispositivi per la polarizzazione delle luce bianca trasmessa da una lampada posta al di sotto del piatto porta oggetti (microscopio petrografico). In alcuni microscopi la polarizzazione della luce si ottiene mediante l inserimento di prismi di spato d Islanda ( calcite limpida) detti Nicols ( dal loro inventore) in altri, mediante due schermi trasparenti trattati (polaroid) Permette di osservare le rocce con il in luce trasmessa polarizzata secondo un piano (PPL) o secondo due piani ortogonali ( XPL) Serve per analizzare la tessitura della roccia e per individuarne i componenti cristallini od amorfi Sezione sottile: lamina di roccia spessa 0,03mm incollata su un vetrino con collanti otticamente inerti ( p. es. Balsamo del Canada) 9

16 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Sezione sottile colorata con alizarina S: presenta una colorazione selettiva (staining) per facilitare la distinzione dei carbonati (dolomite grigia, calcite rosa -arancione) 10

17 Diagramma di flusso semplificato per l identificazione dei minerali costituenti delle rocce col metodo organolettico Esaminare il campione con una lente d ingrandimento Il campione può essere inciso con l unghia Il campione può essere inciso con una punta metallica ma non con l unghia Il campione non può essere inciso neanche con una punta metallica Sfaldatura Colore e lucentezza Nome vetroso o saccaroide 1 superficie perfetta nero verde metallico bianco 1 superficie perfetta metallico nero 3 superfici a 75 o105 bianco vetroso gesso grafite clorite muscovite biotite calcite dolomite nessuna sfaldatura bianco, grigio vetroso b bianco, grigio rosa porcellanaceco 2 superfici a 90 scuro, vetroso o perlaceo s u p e r f i c i a superfici a 60 e 120 scuro, vetroso o perlaceo quarzo felspato pirosseno anfibolo

18 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Capitolo 2 Le rocce ignee o magmatiche Le rocce ignee o magmatiche derivano dal raffreddamento di magmi con processi di cristallizzazione totale o parziale associati o meno a processi di vetrificazione totale o parziale in funzione delle condizioni ambientali in cui si verifica il raffreddamento. Il magma è una massa a temperatura elevata formata da un miscuglio di liquido, gas, cristalli; è più o meno viscoso e suscettibile di movimento; si tratta cioè di un sistema chimico-fisico a molti componenti consistente di una fase liquida (fuso) e di un certo numero di fasi solide (cristalli) in sospensione; può anche essere presente una fase gassosa. I principali componenti sono: silice (40-75%, valori espressi comepercentuali in peso), allumina (10-20%), ossidi di ferro (2-12%), calcio (1-12%), magnesio (tracce-12%), sodio (1-8%) e potassio (tracce-7%). La temperatura di un magma è compresa fra 1350 C e 750 C.La cristallizzazione di un magma procede con l'abbassarsi della temperatura nella massa magmatica. Man mano che si creano le condizioni per la cristallizzazione dei diversi minerali il magmadiviene via via più ricco di componenti che non si sono ancora solidificati. I minerali che si sono formati per primi possono ridisciogliersi parzialmente o reagire con il liquido residuo in modo da mutare la loro composizione. Si distinguono in: 1. rocce ignee intrusive o plutoniti che cristallizzano lentamente dentro la crosta terrestre, in grandi ammassi detti Plutoni (batoliti) o in filoni (dicchi, sills ) Per tale ragione durante il raffreddamento, che avviene lentamente, la pressione si mantiene elevata. Il risultato è una struttura di tipo olocristallina, cioè composta da cristalli di grandi dimensioni (tutti sono almeno distinguibili ad occhio nudo). e porosità pressochè nulla. Fanno parte di questa tipologia i graniti, le dioriti, i gabbri e le peridotiti. 2. rocce ignee effusive o vulcaniti. Derivano dal raffreddamento delle lave e cioè da eruzioni subaeree o sottomarine (colate) e quindi litificano sopra la crosta terrestre o sui fondali marini. In questo caso il processo di solidificazione avviene con un brusco abbassamento dei valori di temperatura e pressione; in realtà il processo di cristallizzazione frazionata (solidificazione) inizia prima che il magma venga espulso in superficie, per cui alcuni cristalli riescono a crescere fino ad avere dimensioni apprezzabili (fenocristalli). La struttura della roccia in questo caso è di tipo ipocristallina porfirica o afanitica, cioè composta da piccoli cristalli immersi in una pasta di fondo microcristallina o amorfa, cioè allo stato vetroso (vetrofiri). Rocce di tipo effusivo a tessitura porfirica sono i basalti (generati durante attività magmatica di tipo non esplosivo), le andesiti e le rioliti. La tessitura vitrofirica o jalina è tipica delle pomici (rocce a bassissima densità la cui bollosità deriva dall alta viscosità del fuso che non ne permette un rapido degassamento) e le ossidiane o vetri vulcanici (il rapido raffreddamento non permette la formazione della struttura cristallina). 3. Piroclastiti, sono costituite da materiali magmatici ma che si depositano con modalità tipiche di depositi subaerei. I magmi raffreddano molto bruscamente durante fenomeni vulcanici di tipo esplosivo (si veda il cap. sul vulcanismo), producono rocce con caratteristiche particolari ovvero le rocce piroclastiche. Appartengono a questa categoria i tufi, le cineriti (lapilli e ceneri lanciati in aria durante l attività esplosiva e formanti depositi stratificati. 4. Rocce filoniane: consolidano in condizioni intermedie (né profonde né superficiali) e presentano una grande varietà composizionale e struttural Parte I - Lez Rocce ignee 9

19 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata Oltre alle modalità di solidificazione, l altro carattere fondamentale di classificazione tanto dei magmi quanto delle rocce magmatiche è il loro chimismo, in particolare la percentuale di silice (SiO2) presente. La ragione di questa classificazione su basi chimico-mineralogiche risiede nel fatto che la maggior parte deiminerali è di tipo silicatico (comprende SiO2 nella struttura); inoltre il quarzo è l ultimo minerale a cristallizzare, quindi la sua presenza in una roccia fornisce informazioni circa la composizione chimica del fuso da cui si è originata. I minerali che costituiscono le rocce possono essere ripartiti in due grandi famiglie: Sialici: incolori o biancastri, in cui predomina la SiO 2 e l allumina. Femici: di colorazione scura (da verde a nero) e contenenti prevalentemente Fe ed Mg. La presenza e proporzione dei minerali presenti in una roccia magmatica permette di definire le seguenti tipologie: - Rocce acide: contengono grandi quantità di quarzo (SiO2) e sono caratterizzate da una densità media e da una colorazione chiara (rocce leucocratiche). - Rocce intermedie: hanno composizione mineralogica appunto intermedia. - Rocce basiche: basso tenore in silice (SiO2) e densità più elevata; la colorazione prevalente è nerastra (rocce melanocratiche). - Rocce ultrabasiche: la silice libera è totalmente assente e la densità molto elevata. Appartengono a questa categoria le Peridotiti (rocce del mantello superiore risalite in superficie) e le Ofioliti (note anche come pietre verdi). Nella tabella seguente è riassunta la classificazione delle rocce magmatiche in base a modalità di raffreddamento e chimismo. ACIDE INTERMEDIE BASICHE ULTRABASICHE INTRUSIVE Graniti,Granodioriti Dioriti, sieniti Gabbri Peridotiti EFFUSIVE Rioliti, Daciti Andesiti, Trachiti Basalti - Rapporti di frequenza: i magmi hanno una composizione che è prevalentemente o acida o basica, sono cioè scarsi quelli a composizione intermedia. Le rocce intrusive sono nella maggior parte di Parte I - Lez Rocce ignee 9

20 Laura Ercoli- Dispense del Corso di Geologia Applicata tipo acido, cioè molto diffusi sono i graniti e molto meno i gabbri. Per le rocce effusive vale invece il contrario, ovvero sono molto diffuse quelle di tipo basico (basalti). magma basaltico granitico Chimismo basico acido Profondità da 50 a 100 km < 20 km Temperatura Viscosità bassa alta Effusività alta bassa Rocce effusive basalto frequente riolite rara Rocce intrusive gabbro granito raro frequente Si classificano in base alla composizione mineralogica (classificazione di Srekeisen,1967) o alla composizione in ossidi (per le sostanze vetrose) e alla tessitura. La classificazione di Streckeisen è mineralogica, quantitativa, volumetrica e cioè si basa sul contenuto di specifici minerali o famiglie di minerali molto comuni, espresso in percentuale volumetrica.viene rappresentata mediante un doppio diagramma triangolare i cui vertici corrispondono ad un contenuto del 100% in: Q=quarzo, A= feldspati alcalini (ortoclasio), P=plagioclasi (labradorite, anortite); F=feldspatoidi. Q, A, P, F sono minerali sialici, cioè in prevalenza silico- alluminiferi, per lo più di colore chiaro. Non vengono presi in considerazione i minerali femici (biotite, anfiboli, pirosseni, olivina) cioè in prevalenza ferro- magnesiaci, per lo più di colore scuro, contraddistinti con la lettera M. Il diagramma viene suddiviso, in base alle percentuali relative dei componenti, in quindici campi, ciascuno dei quali contiene sia la roccia intrusiva sia la roccia intrusiva di quella determinata composizione. Vi sono naturalmente termini di passaggio fra un campo e l'altro. Il sedicesimo campo è fuori dal diagramma bitriangolare e comprende le rocce composte da minerali femici. N 1 Rocce rocce iperquarzose intrusive Rocce effusive 2 granito alcalino riolite alcalina 3 granito riolite 4 grano diorite dacite 5 graniti e dioriti andesiti e basalti quarzose quarzosi 6 sienite alcalina trachite alcalina 7 sienite trachite 8 monzonite latite 9 sienodiorite sienogabbro trachiandesite trachibasalto 10 diorite gabbro andesite basalto 11 sienite nefelinica fonolite 12 Monzonite feldspatoide 13 essexite tefrite 14 teralite Basanite 15 feldspatoiditi nefelinite leucitite 16 M = Rocce femiche 16 Elenco e caratteristiche delle più comuni rocce ignee Parte I - Lez Rocce ignee 9