ITG A. POZZO LICEO TECNOLOGICO LE ROCCE

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1 ITG A. POZZO LICEO TECNOLOGICO LE ROCCE INDIRIZZO: Costruzioni, Ambiente, Territorio - opzione B GEOLOGIA E TERRITORIO Classe 3^ - 3 ore settimanali Schede a cura del prof. Romano Oss

2 Le rocce si definiscono come aggregati di minerali La Roccia è un aggregato di uno o più Minerali. Nelle Rocce si possono distinguere uno o più Minerali. Alcune Rocce sono un miscuglio di Minerali (Porfido, Granito), altre sono formate solo da un Minerale (Dolomia; Calcare). le rocce calcaree ad esempio sono costituite essenzialmente dal minerale calcite (CaCO3) Le rocce vengono classificate in base all'origine dei minerali di cui sono costituite

3 PRIMARIE SECONDARIE ignee quelle che derivano direttamente dal raffreddamento del magma sia superficiale (eruzioni vulcaniche) che profondo (camera magmatica) sedimentarie quelle che si originano dalla deposizione e successiva compattazione dei prodotti di disgregazione e alterazione di rocce preesistenti metamorfiche quelle che derivano da rocce preesistenti (PROTOLITI) che subiscono modificazioni cristalline dovute in genere ad aumenti di temperatura e/o di pressione, spesso legati a fenomeni tettonici.

4 LE ROCCE IGNEE Questo tipo di rocce si forma per il raffreddamento e la cristallizzazione di un magma fuso. Tale magma, che può avere origine anche a 200 Km di profondità, è composto prevalentemente dagli elementi che si ritrovano nei minerali silicatici, insieme a vapore acqueo e ad altri composti volatili. Il flusso magmatico grazie alla minor densità rispetto alle rocce in cui è inglobato tende a risalire verso la superficie (Principio di Archimede) ove talvolta fuoriesce e, causa il brusco raffreddamento che subisce, si solidifica velocemente dando luogo alle rocce effusive. Non sempre il magma arriva in superficie e allora si solidifica lentamente al di sotto di questa diventando roccia intrusiva. Questo tipo di roccia non verrebbe mai alla luce se gli agenti atmosferici non ne erodessero la copertura.

5 La velocità con cui il magma si raffredda influisce in maniera determinante sul tipo di roccia che ne deriva. Infatti se si raffredda lentamente la roccia avrà una struttura più ordinata e compatta e sarà più ricca di cristalli in quanto gli elementi costituenti avranno avuto molto tempo per ordinarsi mineralogicamente. Al contrario se questo raffreddamento è rapido si può arrivare fino ad avere una struttura completamente vetrosa (che non possiede una struttura mineralogica ordinata). L'esempio più calzante per una roccia di questo tipo resta sempre l'ossidiana. Sotto un granito (roccia intrusiva), una riolite (roccia effusiva) e una ossidiana. Queste rocce sono costituite dagli stessi identici minerali e la loro unica differenza sta nel tempo di raffreddamento

6 Le rocce ignee, cosi come anche tutte le altre rocce, vengono distinte in base alla loro composizione mineralogica e alla loro struttura. Si intende per struttura l'insieme delle caratteristiche, in genere rilevate al microscopio, della forma e dimensioni dei cristalli, della loro disposizione e dimensione. Le rocce che si sono formate in superficie (quelle effusive) in genere presentano una struttura granulare molto fine in cui i singoli cristalli non si distinguono ad occhio nudo, mentre per quelle intrusive si parla di rocce granitoidi per la presenza di cristalli facilmente visibili. A volte può capitare che un magma, che ha iniziato a cristallizzare in profondità, venga poi portato in superficie dove termina la sua cristallizzazione: risulterà quindi una roccia dalle caratteristiche intermedie e sarà definita come filoniana.

7 Poiché esiste una notevole varietà di rocce ignee sembrerebbe logico pensare anche ad un uguale numero di varietà di magmi. In realtà non è così: le prime ricerche sulla cristallizzazione dei magmi furono condotte da N.L. Bowen nei primi anni del 1900 e mostrarono che certi minerali cristallizzano per primi e che, a temperature via via inferiori, iniziano a cristallizzare anche gli altri, secondo ben precise sequenze. Bowen dimostrò anche che se, dopo essersi cristallizzati, certi minerali rimangono nel fuso (parte di magma ancora liquida), quei minerali reagiranno con il fuso stesso per produrne di altri.

8 Va da sé quindi che la grande varietà delle rocce ignee dipende di fatto dalle infinite possibilità che si possono verificare in un processo caotico come il raffreddamento di un magma.

9 Per spiegare ancora meglio la grandissima quantità di rocce ignee, Bowen ipotizzò anche che in uno o più momenti della cristallizzazione si verifichi una separazione della porzione già solidificata del magma da quella ancora fusa. Quando poi il fuso rimasto inizia a cristallizzare avrà una composizione diversa da quello iniziale (perché avrà perso alcuni elementi per formare i primi cristalli), quindi darà vita ad altri cristalli ma con composizione diversa. Questo processo viene chiamato cristallizzazione frazionata. In conclusione la composizione mineralogica di una roccia ignea dipende sia dalla composizione del fuso iniziale sia dal modo in cui si svolge il processo di cristallizzazione.

10 LE ROCCE SEDIMENTARIE Le rocce sedimentarie sono il risultato finale di un processo che inizia con l'alterazione e la disgregazione di rocce preesistenti (sia magmatiche, sia metamorfiche, sia sedimentarie già formatesi), prosegue con il trasporto dei materiali così prodotti e termina con la loro deposizione e compattazione, in genere sui fondali marini o nel profondo dei grandi laghi, dove resterà pressoché immobile per molti molti anni. Il termine sedimentarie dà già qualche indicazione, poiché deriva dal latino "sedimentum" che significa deposto, e si riferisce alla decantazione (o precipitazione) di materiale solido all'interno fluido. Poiché l'alterazione delle rocce che affiorano e il trasporto e deposito dei prodotti alterati sono fenomeni sempre in atto, si trovano sedimenti quasi ovunque.

11 Non appena il loro accumolo raggiunge un certo spessore, il materiale che si trova nella parte inferiore viene compattato dal peso dei sedimenti "fratelli" sovrastanti (questo processo prende il nome di costipazione). Questi sedimenti possono anche venire cementati da sostanze minerali che precipitano chimicamente dalle acque che filtrano attraverso i minuscoli spazi (detti pori) esistenti tra i singoli granuli (chiamati clasti). Il processo finale che dà luogo alla roccia sedimentaria è chiamato DIAGENESI.

12 Le rocce sedimentarie rappresentano meno del 10% in volume dei primi 16 Km di crosta, tuttavia l'importanza di questo gruppo di rocce è notevole visto che costituiscono il 75% delle rocce che affiorano in superficie. Quindi si possono immaginare queste rocce come un sottile strato, a volte discontinuo, della porzione più esterna della crosta, cosa facilmente intuibile visto che i sedimenti si accumulano proprio sulla superficie della Terra. Fra le particelle solide che costituiscono i singoli clasti troviamo spesso le parti dure di molti animali come frammenti di conchiglie o di ossa, che, come accade per quasi tutte le rocce carbonatiche, possono essere quelli assolutamente prevalenti. E' solo nelle rocce sedimentarie che si possono ritrovare i fossili. Le rocce sedimentarie ci forniscono pertanto sempre indicazioni sugli ambienti deposizionali del passato e, talvolta anche sui meccanismi di trasporto dei sedimenti.

13 Non sono da trascurare anche le implicazioni economiche che questo tipo di rocce possono avere: infatti sono associate alle rocce sedimentarie il carbone, il petrolio e il gas naturale (metano). Alterazione è il termine generale di tutti quei processi naturali che tendono a disintegrare una roccia compatta. Questa può essere di due tipi: meccanica e chimica. L'alterazione meccanica (chiamata anche disgregazione) è la rottura fisica della roccia in piccoli frammenti.

14 Questo tipo di alterazione può avvenire in diversi modi: uno dei più importanti è la gelivazione o processo crioclastico. Si tratta del congelamento dell'acqua all'interno di fratture del corpo roccioso; gelando l'acqua aumenta di volume (del 9.2%) sviluppando forti pressioni all'interno della frattura, fina a circa 150 Kg/cm2. Queste pressioni non fanno altro che allargare ancora di più la frattura stessa, quindi se si immagina di ripetere questo ciclo ogni giorno, con l'acqua che è allo stato liquido di giorno, ma si solidifica la notte, ci possiamo rendere conto di quanto sia importante questo processo ai fini della disgregazione della roccia. In questo fenomeno assume grande importanza il ciclo gelo-disgelo più che le lunghe gelate, e pertanto le aree più esposte a questo fenomeno sono le zone montane delle medie e basse latitudini.

15 Anche la crescita di minerali all'interno delle fratture chiamato aloclastismo altera le rocce sempre in relazione ad una crescita di volume e può assumere una importanza rilevante. Un esempio sono le rocce costiere fratturate dal sale trasportato dall'acqua di mare. Anche l'attività organica può essere determinante nella disgregazione di un ammasso roccioso; infatti se pensiamo alle radici degli alberi che si incuneano nel terreno spesso a profondità tali che incontrano il substrato roccioso e sviluppano grandi pressioni con il proseguire della crescita della pianta. D'altra parte però le radici possono tenere insieme il materiale alterato ritardando in tal modo la sua disgregazione. Anche l'espansione termica, cioè le forti variazioni di temperatura che si possono avere nel deserto ad esempio possono contribuire alla disgregazione della roccia. Questo processo prende il nome di processo termoclastico.

16 Per quanto riguarda l'alterazione chimica o decomposizione questa è una trasformazione chimica delle rocce con la formazione di nuovi minerali e di solito procede contemporaneamente all'alterazione meccanica che ha un'azione "preparatoria" per quella chimica. Chiaramente questo processo dipende anche dalla alterabilità dei principali minerali che formano la roccia; da notare che in genere i minerali che cristallizzano a temperature più alte sono anche i meno resistenti all'alterazione chimica. Questo è dovuto al fatto che tali minerali cristallizzano a temperature e pressioni molto diverse da quelle ambientali e quando, per diversi motivi tettonici o di erosione, vengono portate in superficie, cominceranno a trasformarsi poichè non sono più in "equilibrio" con le nuove condizioni.

17 Per esempio se si prende un bicchiere d'acqua e ci si mette dentro del sale da cucina, quando tutta l'acqua è evaporata quello che rimane sul fondo del bicchiere non è altro che una roccia sedimentaria chimica. Nelle foto sotto tre esempi di rocce sedimentarie: un'arenaria, una puddinga, chiamata così perché i clasti, delle dimensioni di una ghiaia, sono arrotondati, e infine una breccia, poichè i clasti hanno gli spigoli vivi. Criteri di classificazione

18 La distinzione tra le varie rocce clastiche è basata fondamentalmente sulle dimensioni dei clasti (cioè le singole particelle che compongono la roccia). Ad esempio prende il nome di arenaria una roccia composta da granuli delle dimensioni di quelli di una arena o sabbia. La caratteristica più appariscente delle rocce sedimentarie sono gli strati; questi sono dovuti proprio perché i sedimenti si accumulano strato su strato fino a quando gli strati sottostanti sono così compatti che diventano consistenti quasi come una roccia ignea. La DIAGENESI che può avvenire per compattazione o per cementazione, avviene spesso in tutte e due i modi contemporaneamente. Successivamente queste rocce possono essere portate in superficie da movimenti tettonici e si possono cosi ritrovare quasi ovunque. In figura una tipica sequenza a strati.

19 LE ROCCE METAMORFICHE Il processo metamorfico, detto appunto metamorfismo comporta la trasformazione mineralogica di rocce preesistenti. Una roccia metamorfica si può infatti formare da una roccia ignea, sedimentaria, o da una stessa roccia metamorfica. Il nome di questo genere di rocce risulta molto appropriato in quanto significa "cambiamento di forma" e questi cambiamenti sono innescati da alcuni fattori tra cui i più importanti sono la temperatura e la pressione (assume una importanza rilevante anche la presenza di fluidi poiché questa facilita la migrazione degli ioni nelle strutture mineralogiche).

20 E' noto infatti che, fino ad una certa profondità, vi è un aumento di temperatura variabile tra i 10 C e i 30 C per ogni chilometro a seconda delle diverse regioni e questo prende il nome di gradiente geotermico. In pratica più si scende in profondità e più aumenta la temperatura, infatti in alcune miniere d'oro del Sud Africa, che possono arrivare anche a 2 Km di profondità si possono raggiungere temperature di 40 C-50 C all'interno dei cunicoli. Similmente alla temperatura cresce anche il valore della pressione detta "di confinamento". Questa è di tipo idrostatico, in quanto come quella presente sott'acqua agisce con uguale intensità in tutte le direzioni. Il gradiente di pressione in genere si valuta intorno ai bar ogni Km di profondità (1 bar = 1 atmosfera che è circa equivalente a 1 Kg/cm 2 ).

21 Questi cambiamenti ambientali coinvolgono sia la struttura mineralogica che la composizione chimica della roccia. In alcuni casi la roccia subisce solo dei modesti cambiamenti in altri si può arrivare ad un cambiamento radicale, e al limite, una sua nuova fusione (quindi geneticamente tornerebbe ad essere una roccia ignea); ma perché si possa parlare di metamorfismo la roccia deve rimanere pressoché allo stato solido. Le rocce che si trovano in queste condizioni sono quindi piuttosto calde e si comportano in modo plastico durante la deformazione e ciò spiega la loro capacità di muoversi quasi come un fluido, e di formare pieghe, anche molto complesse, senza per questo rompersi. Il processo metamorfico ha luogo quando una roccia viene sottoposta a condizioni (in genere si parla di temperature e pressioni) diverse da quelle in cui essa si è formata. Infatti quando sprofondano certi minerali,ad esempio come quelli argillosi, diventano instabili e gli atomi dei loro reticoli cristallini cambiano disposizione e si formano dei minerali nuovi che sono stabili in quelle nuove condizioni.

22 Questi cambiamenti di condizione di temperature e pressioni avvengono sotto i nostri piedi, infatti le rocce metamorfiche si formano a profondità variabili tra alcuni Km e il limite crosta-mantello; infatti a differenza di molte rocce sedimentarie e alcune di quelle ignee, i processi di formazione delle rocce metamorfiche avvengono tutti in profondità e quindi in condizioni non "visibili". In genere questi cambiamenti avvengono a temperature comprese tra C e C e valori di pressioni assai variabili, da molto basse a pressioni che superano gli 11 kbar (circa Km di profondità).

23 La classificazione più utilizzata dai progettisti e dai costruttori si basa sulle caratteristiche costruttive dei materiali rocciosi (classificazione tecnologica) e le distingue in: Pietre (Porfidi, Lipariti, Trachiti, Basalti, Tufi, Quarziti, Gneiss, Filladi); Graniti (Graniti, Serizzi ed altri); Marmi (Marmi, Serpentini, Alcuni Calcari ed altri) Travertini