GEOGRAFIA. Thomas Fraling. Minerali e rocce, carbone e petrolio, petrografia e attività ignea. 1. Minerali e rocce

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1 Minerali e rocce, carbone e petrolio, petrografia e attività ignea 1. Minerali e rocce Come già sappiamo durante la creazione della Terra è avvenuta la differenziazione chimica, cioè il processo nel quale gli elementi più pesanti (ferro, nickel,...) migrano verso l interno (nucleo) e gli elementi più leggeri (alluminio, sodio, potassio, silicio, ossigeno,...) risalgono in superficie. A causa di questo processo la composizione chimica della Terra non è omogenea. L elemento più presente in assoluto sulla Terra è l ossigeno e al secondo posto c è il silicio (Si). Grazie all equilibrio mobile, regolato dalla temperatura e pressione, si sono formati i minerali, costituiti da vari elementi chimici. Un minerale può essere definito più facilmente: corpo solido inorganico che si presenta allo stato naturale. Un minerale può essere composto da un solo tipo di atomi, dunque è un elemento o da diversi tipi di atomi che viene detto un composto. Ogni minerale ha una disposizione degli atomi ben definita detta struttura cristallina, dalla quale dipendono le proprietà fisiche che vedremo adesso. Ci sono principalmente tre proprietà fisiche dei minerali: - Durezza: la resistenza del minerale al graffio; la durezza dipende dalla struttura cristallina e dalla forza dei legami. Questa proprietà viene classificata nella scala esponenziale (cioè non lineare) di Mohs. Per fare un esempio: la durezza dell unghia è 2.5, invece del vetro è Sfaldatura: proprietà di un minerale di rompersi o meno lunghi i piani paralleli (strati), nei quali i legami possono essere deboli. La sfaldatura dipende solo dalla struttura cristallina e ci aiuta a distinguere minerali molto simili (pirosseni e anfiboli). - Peso specifico: cioè il peso del minerale, anche detto densità. per fare un esempio: l acqua ha peso specifico 1 (cm 3 /g); la maggior parte dei minerali ha P.S. circa 2.7. Attualmente conosciamo circa minerali, dei quali 30 sono presenti abbondantemente. I minerali sono classificati in base alla loro composizione chimica, in cinque gruppi: - Silicati: sono i minerali più presenti sulla Terra (90%) e contengono sempre il gruppo SiO4 (silicio e ossigeno) più eventuali cationi. Esempi: quarzo e feldspato. - Carbonati: contengono sempre il gruppo chimico CO3 e costituiscono i calcari, le dolomie e i marmi. Esempi: calcite (CaCO3) e dolomite - CaMg(CO3)2. - Solfati: contengono sempre il gruppo chimico CaSO4 e costituiscono gli evaporiti. Esempi: gesso. - Alogenuri: contengono sempre il cloruro di sodio (NaCl). Esempio: salgemma. - Ossidi: contengono sempre il gruppo chimico Fe2O3. Esempio: ematite. Siccome i silicati sono i più abbondanti approfondiremo ora questo gruppo di minerali. La struttura di base di tutti i silicati è un tetraedro (cioè che ha 4 facce) composto da silicio e ossigeno. Questa struttura non è neutra, il Si4 è positivo e il O2 è negativo, grazie a questo il tetraedro si può legare con ioni positivi. L unico minerale che è composto esclusivamente da silicio è il quarzo. I tetraedri si possono legare fra di loro formando catene, lamine o reticoli tridimensionali mettendo i comune l atomo di ossigeno. Inoltre queste strutture si possono legare fra di loro attraverso altri elementi, come il ferro, il magnesio, il potassio, ecc. Novembre 2012 Geosfera 1 1

2 2. Carbone e petrolio I carboni fossili si formano grazie all accumulo di resti vegetali che si depositano nella parte superficiale della crosta terrestre. A questo accumulo vengono tolti l idrogeno, l ossigeno e l azoto attraverso vari processi chimici: rimane sollo il carbonio. Le zone più favorevoli per questo processo sono le zone costiere, dove ci sono molti vegetali. Grazie alla subsidenza questi resti migrano verso il basso, dove poi avviene la carbonificazione. La cosiddetta torba si trasforma man mano in materiali ricchi di carbonio: ligniti, litantraci e antraciti (95% carbonio). Se i materiali giungono molto in basso diventano carbonio puro, detto grafite. Il petrolio invece si forma nelle acque marine costiere, dall accumulo di resti organici che migrano verso il basso per il fatto che ne arrivano sempre altri. Questi resti in profondità si trasformano in idrocarburi, chiamati roccia madre. Ancora più in basso la roccia madre si libera degli idrocarburi liquidi e gassosi, essendo più leggeri migrano verso l alto. I gas e liquidi idrocarburici vengono trattenuti da cosiddette rocce impermeabili che poi creano i giacimenti di petrolio nelle trappole. Queste trappole però non possono subire deformazioni tettoniche elevate, perché lascerebbero scappare tutto il petrolio. 3. Petrografia Le rocce sono miscele di un o più minerali e si possono classificare in tre gruppi, in base alla loro creazione (genesi). Non bisogna però dimenticare che le rocce non sono corpi a sé stanti, cioè non rimangono sempre di un tipo: una roccia può passare da un gruppo all altro (in milioni di anni). Le rocce ignee o magmatiche si dividono a sua volta ancora in due gruppi, in base alla modalità di raffreddamento e la composizione del magma originario. Prima di tutto c è il magma che proviene da una camera magmatica, poi si raffredda e avviene la cristallizzazione; quest ultima può essere rapida dunque si formano tanti cristalli piccoli o lenta formando pochi cristalli grandi. Come detto prima le rocce ignee si dividono in due gruppi: effusive e intrusive. - Le rocce ignee effusive si formano in superficie, dove può avvenire un raffreddamento: molto rapido (struttura vetrosa), rapido (struttura a grana fine) o lento / rapido (struttura porfirica). - Le rocce ignee intrusive si formano in profondità, dove avviene un raffreddamento lento (struttura a grana grossa, come il granito). Da Acide Basiche Percentuale di SiO2 circa 70 % circa 50 % Effusive Riolite Basalto Intrusive Granito Gabbro ricordare: Novembre 2012 Geosfera 1 2

3 Le rocce sedimentarie si dividono a sua volta in tre gruppi: rocce sedimentarie clastiche, chimiche e biochimiche. Si parte prima di tutto da una roccia madre, che può subire due azioni: la disgregazione meccanica o l alterazione chimica (acqua più sostanza sciolta). Nel primo caso si formano detriti (clasti) che poi vengono trasportati dagli agenti atmosferici; in seguito avviene la diagenesi, cioè il processo che lega tutti i clasti e gli fa diventare una roccia sedimentaria clastica. Invece nel secondo caso si forma una soluzione, cioè l acqua ha sciolto una sostanza solubile, che poi diventa una roccia sedimentaria chimica o biochimica. - I sedimenti che costituiscono una roccia sedimentaria clastica possono essere si vario genere: ghiaia e clasti arrotondati (si formerà una puddinga), ghiaia e clasti angolosi (breccia), sabbia (dalla quale si formerà un arenaria) o argilla (argillite); ricordiamo che il processo che fa diventare dei clasti una roccia si chiama diagenesi. - Le rocce sedimentarie chimiche, nella quale formazione avviene la sedimentazione diretta, si dividono in due gruppi: calcari chimici (travertino) ed evaporiti (salgemma e gesso) formati grazie a deposti evaporitici. - Le rocce sedimentarie biochimiche si formano grazie a una sedimentazione tramite organismi (molluschi): i molluschi costruiscono un guscio con i sali minerali presenti nell acqua che abbandonano, diventando poi una roccia (per ila fatto che ci sono tantissimi molluschi). Queste rocce si dividono in tre gruppi: calcari organogeni, dolomie e radiolariti. Per capire meglio la formazione delle rocce sedimentarie clastiche: ciottoli e ghiaie sabbia argilla Puddinga e breccia arenaria argillite Le rocce metamorfiche sono rocce preesistenti (ignee, sedimentarie e metamorfiche) che si trasformano in altre rocce. Le cause per questa trasformazione sono: la differenza di temperatura (contatto con la camera magmatica) e pressione (seppellimento), fluidi (acqua). Grazie a questi Novembre 2012 Geosfera 1 3

4 agenti le rocce cambiano le dimensioni dei loro cristalli, si formano nuovi minerali più stabili, cambia l idratazione del minerale e la scistosità (a causa della pressione elevata, vedi sotto). I risultati di questa trasformazione sono: i gneiss (graniti, argilliti, conglomerati) e i marmi (calcari). Scistosità 4. attività ignea L attività ignea è l insieme di processi legati alla formazione di rocce ignee grazie al raffreddamento del materiale fuso (magma) proveniente da una camera magmatica. L attività ignea si divide in due gruppi: quella effusiva o vulcanica (il magma raggiunge la superficie terrestre) e quella intrusiva (il magma non raggiunge la superficie dunque raffredda in profondità). L attività ignea effusiva o vulcanismo si divide in tre gruppi: eruzione di magma (rapida formazione di enormi quantità di rocce vulcaniche), eruzione di gas (vapore acqueo e anidride carbonica) ed eruzione piroclastica (polveri, ceneri, lapilli, bombe e blocchi). Il magma viene classificato secondo questi criteri: viscosità, composizione chimica, temperatura e quantità di gas disciolti. Dunque possiamo suddividere il magma in tre gruppi: magma fluido (eruzione effusiva, creazione di pahoehoe o aa), magma viscoso (eruzione esplosiva dunque depositi piroclastici e formazione di nubi ardenti, come i lahar e gli ignimbriti) e magma fluido proveniente da fessure marine (formazione di cuscini, cosiddetti pillow lava). Ci sono anche diversi tipi di vulcani: centrali e a fessure. I vulcani centrali possono essere: a forma di cono (versanti ripidi), composito (colate di lava e materiale piroclastico) e a scudo (eruzione effusiva, lava fluido). Poi vi sono i vulcani a fessure che possono avere lave fluide (espandimenti basaltici, fino a 150 km di distanza) o viscose (nubi ardenti al centro delle valli) Oltre ai vulcani vi sono fenomeni minori, come le fumarole e i geyser (camera magmatica sotto a un laghetto crea una fontana e riscalda l acqua). La distribuzione dei vulcani non è casuale ma comunque si può dire che i vulcano sono concentrati sulle dorsali oceaniche, dove avviene una fuoriuscita permanente di basalto. Novembre 2012 Geosfera 1 4

5 L attività ignea intrusiva crea, in base alla loro geometria, corpi magmatici: batoliti (corpi ignei massicci molto grandi), filoni-strato (corpi tabulari che scorrono lungo superfici di strato), filoni (hanno una struttura tabulare che taglia gli strati delle rocce) e i laccoliti (hanno una forma lenticolare, ma del resto sono uguali ai filoni-strato). Novembre 2012 Geosfera 1 5

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