I MINERALI colore lucentezza durezza sfaldatura densità

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1 I MINERALI I minerali sono sostanze naturali solide, caratterizzate da una composizione chimica definita, con gli atomi disposti in una struttura geometrica chiamata reticolo cristallino. Una roccia contiene in genere più minerali, anche se vi sono rocce formate da un solo minerale. La forma esterna di un cristallo è detta abito cristallino. Le proprietà dei minerali sono: il colore, che può essere utile al riconoscimento, anche se alcuni minerali presentano colori diversi a seconda delle impurità; la lucentezza, che è il modo in cui la superficie di un cristallo riflette la luce; la durezza di un minerale, che è la resistenza alla scalfittura; la sfaldatura, che è la tendenza di un minerale a rompersi lungo delle superfici parallele alle facce dell abito cristallino; la densità, che è data dalla compattezza degli atomi nel reticolo cristallino del minerale.

2 I minerali che costituiscono la crosta terrestre sono formati dalla combinazione degli stessi elementi chimici che si ritrovano in tutto l Universo. Alcuni minerali, come l oro e l argento, sono formati da un solo tipo di elemento, ma la maggior parte sono il risultato della combinazione di più elementi, legati tra loro in un composto chimico. Non tutti gli elementi chimici noti in natura hanno però la stessa importanza nella composizione dei minerali della crosta terrestre. L ordine di abbondanza dei principali elementi chimici nella crosta di tipo continentale (cioè della parte di crosta terrestre che corrisponde alle terre emerse e alla loro prosecuzione sotto il mare fino a comprendere gran parte della scarpata continentale) è: ossigeno, silicio, alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio, magnesio, e altri elementi. La composizione chimica dei minerali Il resto della crosta terrestre, la parte più ampia, che si estende sotto gli oceani e che è detta per questo oceanica, è composta dagli stessi elementi, ma in proporzioni diverse, e ciò ha portato a composti chimici differenti e, quindi, a minerali diversi. Crosta continentale e crosta oceanica sono, quindi, profondamente diverse, a partire dalla natura delle rocce che le costituiscono.

3 Come si formano i minerali I minerali sono il risultato di una serie di reazioni chimico-fisiche che si possono riassumere nel processo di cristallizzazione, cioè nel passaggio da un insieme di atomi disordinati a porzioni di materia rigorosamente ordinata. Ogni specie minerale dipende, perciò, dalle caratteristiche dell ambiente naturale in cui si forma: temperatura, pressione e concentrazione dei diversi elementi chimici presenti. La presenza di un minerale, quindi, fornisce informazioni sull ambiente di formazione della porzione di crosta terrestre che lo contiene. Vediamo quali sono i principali processi di formazione di un minerale. Cristallizzazione per raffreddamento di un materiale fuso (per esempio la lava eruttata da un vulcano). Gli atomi o i gruppi di atomi si aggregano per formare i reticoli cristallini tipici dei composti chimici che possono formarsi a seconda della natura del fuso. Precipitazione da soluzioni acquose calde in via di raffreddamento. Al diminuire della temperatura, si formano via via cristalli di specie mineralogiche diverse, a seconda della composizione chimica della soluzione. Sublimazione di vapori caldi. Le esalazioni vulcaniche, per esempio, possono determinare la formazione di cristalli su superfici relativamente fredde vicine alla zona di fuoriuscita dei vapori. Evaporazione di soluzioni acquose, soprattutto acque marine. Attività biologica, che porta alla costruzione di gusci o apparati scheletrici. Trasformazioni allo stato solido di minerali già esistenti prodotte da variazioni di temperatura o di pressione (o di entrambe). Tali variazioni generano profondi cambiamenti e danno origine a specie mineralogiche diverse da quelle di partenza: sono diffuse soprattutto in profondità, entro la crosta.

4 Classificazione dei minerali La classificazione dei minerali è di tipo chimico e si basa sull'anione, cioè sullo ione negativo che caratterizza il minerale. 1. Elementi nativi: appartengono a questa classe elementi non legati ad altri come zolfo, diamante e grafite. 2. Solfuri: lo zolfo è il principale anione. Sono solfuri: la galena (solfuro di piombo), la pirite (solfuro di ferro) e la sfalerite (solfuro di zinco). 3. Alogenuri: il principale anione può essere il cloro, il bromo, il fluoro o lo iodio. Appartengono a questa classe il salgemma e la fluorite. 4. Ossidi: l ossigeno è il principale anione. Ricordiamo l ematite e la magnetite che sono due ossidi di ferro. 5. Carbonati: il carbonio e l ossigeno insieme formano il principale complesso anionico, come nella calcite e nella dolomite. 6. Solfati: lo zolfo e l ossigeno insieme formano il principale complesso anionico, come nella barite e nel gesso, che è un solfato di calcio. 7. Fosfati: il fosforo e l ossigeno insieme formano il principale complesso anionico, come nell apatite. 8. Silicati: Il tetraedro di silicio SiO4 è l unità elementare della struttura dei silicati. In questa struttura un atomo di silicio è al centro mentre ai vertici si trovano quattro atomi di ossigeno. Oltre alla silice, le strutture formate da atomi di silicio e di ossigeno sono estremamente diffuse nella crosta terrestre. Questi gruppi tetraedrici possono unirsi tra loro in diversi modi formando strutture differenti; per giustificare però la grande varietà di silicati che si conoscono (più di 800) si deve anche tenere conto del fatto che le strutture vengono completate da ioni positivi di metalli (Al3+, Na+, Mg2+, Fe3+...) che di volta in volta sono presenti per neutralizzare la carica negativa residua della struttura costituita dagli atomi di silicio e di ossigeno. Le varie strutture dei silicati derivano dai diversi modi con cui questi tetraedri si associano e su queste strutture si basa la loro classificazione. Alcuni minerali sono formati da tetraedri individuali, altri dall unione in varie configurazioni di due o più tetraedri.

5 I minerali non silicatici sono invece molto meno abbondanti, ma tutt altro che trascurabili, se non altro perché comprendono molti minerali di rilevante importanza economica. Nella costituzione di rocce, i soli di una certa importanza sono i minerali carbonatici, formati dall anione (CO3)2- legato a uno o più cationi. I minerali più comuni sono la calcite, CaCO3, e la dolomite, CaMg(CO3)2, che sono i componenti essenziali delle rocce sedimentarie carbonatiche (calcàri e dolòmie). Abbastanza frequenti sono anche minerali come il salgemma, NaCl, e il gesso, CaSO4 2H2O (solfato di calcio idrato) che si formano per precipitazione chimica a seguito dell evaporazione di acqua salata, come quella del mare.

6 Vari tipi di rocce Il fattore che più incide sulla composizione mineralogica di una roccia (cioè sul tipo e sulla quantità dei minerali in essa presenti) è la sua origine geologica. In base all origine le rocce possono essere suddivise in tre gruppi. 1. Le rocce magmatiche si formano dalla solidificazione di magma. 2. Le rocce sedimentarie si formano per deposito e litificazione di sedimenti derivati dalla disgregazione di rocce preesistenti, dalla precipitazione chimica o da materiale di origine organica (per esempio, coralli). 3. Le rocce metamorfiche si formano a partire dagli altri due tipi di rocce a causa delle forti pressioni e del calore elevato che si incontrano all interno della Terra. Tutte le rocce sono legate in un percorso ciclico, formato dai processi che regolano la loro formazione: quello magmatico, quello sedimentario e quello metamorfico. A causa dei continui movimenti della crosta, rocce formatesi attraverso uno di questi processi finiscono nel «dominio» di un altro processo e cambiano natura. Questo percorso prende il nome di ciclo litogenetico, o ciclo delle rocce e mostra la «vitalità» dell intero pianeta, in quanto i movimenti della crosta sono conseguenza di giganteschi movimenti ancora più profondi.

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