A. La formazione delle rocce magmatiche

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1 A. La formazione delle rocce magmatiche Gran parte delle rocce che costituiscono la crosta terrestre si è formata per solidificazione di un magma, cioè a partire da materiale fuso. Esse sono dette rocce magmatiche (o ignee). Un magma è una massa di rocce fuse che si forma a profondità variabili tra 15 e 100 km entro la crosta terrestre o nella parte superiore del mantello (lo strato che si trova subito sotto la crosta). È una complessa miscela di minerali (silicati) e gas. Quando il magma si raffredda inizia un processo di cristallizzazione: gli atomi degli elementi in esso presenti si dispongono in posizioni fisse nei reticoli cristallini, non sono più liberi di muoversi e si forma una sostanza solida. Dalla massa fusa si separano i minerali, dalla cui aggregazione finale risulterà la roccia. Le rocce magmatiche sono di due tipi: 1 Rocce magmatiche prima che l intera roccia cristallizzi (e il processo si fermi). intrusive ed effusive All interno della crosta i magmi Per questa ragione, tutte le si raffreddano lentamente, dato rocce magmatiche intrusive sono formate da cristalli visibili a che le rocce che circondano la massa fusa impediscono la rapida dispersione del calore e Se invece il magma risale fi- occhio nudo. possono avere temperature vicine a quelle del magma. ratura passa da circa 1000 C a no in superficie, la sua tempe- In queste condizioni, i cristalli che si formano mano a mano rapida e i singoli cristalli non quella ambiente in maniera più che il magma si raffredda hanno hanno il tempo di crescere. Solo una piccola parte della massa il tempo sufficiente per crescere anche fino a qualche millimetro magmatica riesce a formare cri- stalli di dimensioni apprezzabili, mentre è ancora in profondità o sta risalendo. Perciò nelle rocce magmatiche effusive i cristalli hanno piccole dimensioni, visibili solo al microscopio o, addirittura, gli atomi non hanno il tempo di organizzarsi in reticoli cristallini: si ottengono così sostanze, almeno in parte, amorfe. Le sostanze amorfe sono solide ma non cristalline: sono come il vetro. 1 Perché le rocce magmatiche effusive sono almeno in parte amorfe? 2 Descrivi le differenze tra la struttura del granito e quella della pomice. L ossidiana è una roccia magmatica effusiva di tipo amorfo: è una sostanza «vetrosa» di colore nero, verde o rosso, nella quale gli atomi non si dispongono ordinatamente in reticoli cristallini. Il granito è una roccia magmatica intrusiva. Sono riconoscibili a occhio nudo i cristalli di vari minerali: quarzo (grigi), silicati di sodio e calcio (bianchi), biotite (neri). Il basalto è una roccia magmatica effusiva, i cui cristalli non sono distinguibili a occhio nudo. rocce effusive: raffreddamento rapido, cristalli piccoli o vetri vulcanici rocce intrusive: raffreddamento lento, cristalli grandi Anche la pomice è una roccia magmatica effusiva di tipo amorfo: ha una struttura vetrosa ma, a differenza dell ossidiana, presenta numerose cavità, che la rendono così leggera da galleggiare sull acqua. 1 SCIENZE DELLA TERRA Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali 2011, Zanichelli editore S.p.A.

2 intrusive, che si formano quando la massa fusa solidifica e cristallizza in profondità; effusive, che si formano invece quando il magma solidifica in superficie. Le rocce magmatiche sono anche classificate in base ai minerali di cui sono costituite. La maggior parte dei minerali presenti nelle rocce magmatiche è costituita da silicati, sia perché il silicio è molto abbondante sulla Terra, sia perché i silicati fondono a temperature che vengono facilmente raggiunte in alcune parti della crosta e del mantello. 2 Il destino delle rocce verso l alto dai movimenti della crosta terrestre. Se giungo- intrusive Una volta solidificate, le rocce no fino in superficie, o nei magmatiche intrusive vanno a suoi pressi, queste rocce possono essere messe a nudo in far parte in maniera stabile della crosta terrestre e possono rimanere immobili, in profon- delle rocce sovrastanti. seguito alla lenta demolizione dità, anche per tempi lunghissimicesso chiamato erosione I responsabili di tale pro- In alcuni casi, però, queste sono generalmente le acque rocce possono essere sospinte correnti, il ghiaccio e il vento. VEDI ANCHE Unità T5 PARAGRAFO 1: Che cos è un vulcano Animazione Il ciclo litogenetico [2:31] 1 Come vengono alla superficie le rocce magmatiche intrusive? 2 Come è affiorato in superficie il filone basaltico raffigurato nell immagine in basso? ATTIVITÀ Il raffreddamento del magma Metti uno strato sottile di salolo in polvere, che potrai trovare in farmacia, in una vaschetta e fallo fondere con un asciugacapelli (il salolo ha un punto di fusione basso, a 43 C). Lascialo raffreddare lentamente, poi prima che solidifichi fai cadere dei cristalli di salolo in quello fuso. Osserva con una lente di ingrandimento. Che cosa succede? Fondi ora una piccola quantità di salolo in una provetta e poi immergi la provetta ancora calda, senza rovesciarla, in un bicchiere di acqua ghiacciata. Come si comporta il salolo? Che differenza hai notato fra il raffreddamento lento e quello veloce? CHE COSA VEDE IL GEOLOGO superficie del terreno circa 100 milioni di anni fa roccia portata via dall erosione superficie attuale del terreno b a t o l i t e intrusione che ha dato origine al filone basaltico L erosione ha scoperto le rocce granitiche di un batolite nella vallata di Yosemite, in California. magma L erosione in questo caso ha scoperto un filone basaltico solidificatosi in mezzo a strati di ceneri vulcaniche. Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali 2011, Zanichelli editore S.p.A. UNITÀ T4 Il modellamento del rilievo 2

3 B. La formazione delle rocce sedimentarie La crosta terrestre è formata per la maggior parte da rocce metamorfiche e magmatiche, ma la sua superficie è composta da uno strato quasi continuo di rocce sedimentarie. Esse si formano attraverso processi che avvengono sulla superficie terrestre, al contrario delle rocce magmatiche e di quelle metamorfiche, che hanno origine in profondità. La sedimentazione è la deposizione, in strati sovrapposti, di vari tipi di materiali: frammenti di rocce portati dai corsi d acqua, gusci e scheletri di animali, resti vegetali, sabbie trasportate dal vento, ceneri dei vulcani. Le rocce sedimentarie vengono divise in tre gruppi, a seconda del processo di formazione: clastiche, dovute all accumulo di frammenti provenienti dalla disgregazione di altre rocce; organogene, formate da materiali che derivano dall attività di organismi o dai loro resti; 3 La formazione delle litificazione avviene attraverso rocce clastiche due processi, la compattazione Le rocce che affiorano in superficie (dovuta al peso degli strati sovra- subiscono la disgregazione e stanti) e la cementazione (dovuta l erosione per opera degli agenti alla precipitazione di sostanze atmosferici. Si producono in questo sciolte nell acqua che vanno a modo dei frammenti, che han- riempire i pori tra i granuli). En- no dimensioni variabili: da grandi trambi i processi richiedono tem- massi a sabbie sottilissime. pi lunghissimi: dell ordine di centrambi I frammenti sono trasportati tinaia di migliaia d anni. dall acqua, dal ghiaccio e dal vento Le rocce che si formano se- per tratti più o meno lunghi e guendo questi processi sono quindi depositati sulle terre emerse dette rocce clastiche e si classifighezza o sul fondo del mare. La luncano in base alla dimensione del tragitto percorso dipende delle particelle (clasti) che le dalle dimensioni dei sedi- compongono: menti e dall energia del mezzo i conglomerati sono costituiti in che li trasporta: per il trasporto di prevalenza da ciottoli il cui diametro supera i 2 mm; sedimentarie rocce frammenti molto piccoli, ad esempio, basta un debole movimento le arenarie sono formate da claguenza, delle acque e, di consesti con diametro compreso tra la deposizione dei materiali 2 e 0,06 mm; fini può avvenire solo in un i clasti che costituiscono le ar- mezzo molto tranquillo. gilliti hanno un diametro inferiore La deposizione dei frammenti a 0,06 mm. è detta sedimentazione. I sedimenti si accumulano in strati sovrapposti e vanno incontro a 1 Attraverso quali processi si formano le rocce clastiche? litificazione, cioè vengono trasformati in roccia consolidata. La meccanismi fisici e chimici degradano le rocce il seppellimento si verifica quando nuovi strati di sedimenti si dispongono su quelli più antichi, che vengono compattati 2 La trasformazione dei sedimenti in rocce coinvolge delle reazioni chimiche? l erosione rimuove le particelle prodotte dalla disgregazione CHE COSA VEDE IL GEOLOGO il trasporto operato dall acqua, dai ghiacciai e dal vento sposta le particelle verso quote minori si ha sedimentazione quando le particelle si depositano o quando i minerali solubili precipitano la compattazione e la cementazione portano alla litificazione dei sedimenti trasformandoli in rocce sedimentarie fratture segni della stratificazione gli strati più in alto sono più recenti [F. Ricci Lucchi] gli strati più in basso sono più antichi detriti caduti dalla parete 3 SCIENZE DELLA TERRA Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali 2011, Zanichelli editore S.p.A.

4 chimiche, che derivano da processi chimici, come la precipitazione dei sali. Esiste una stretta relazione tra il tipo di ambiente in cui avviene la sedimentazione (marino, fluviale, terrestre) e il tipo di roccia che può originarsi: di conseguenza, le rocce sedimentarie sono un importante testimonianza delle condizioni che esistevano sulla superficie terrestre al momento della deposizione dei materiali da cui esse hanno preso origine. Lo studio delle rocce sedimentarie ha inoltre una grande utilità pratica; infatti in queste rocce si trovano depositi di petrolio, gas naturale e carbone fossile. VEDI ANCHE Animazione Stadi del ciclo di formazione delle rocce sedimentarie [2:04] 4 Le rocce organogene resti di vegetali (come quelli Sono derivate dall accumularsi di resti di organismi: gusci e scheletri di animali di varie dimensioni; ammassi di organismi costruttori (come i coralli); che formano il carbone fossile). Le rocce organogene più diffuse sono i calcari, costituiti soprattutto dal minerale calcite, che viene prodotto da molti organismi marini. Ad esempio, sono di carbonato di calcio i gusci di diversi organismi che vivono nelle acque superficiali (i foraminiferi), i cui scheletri esterni si depositano sul fondo oceanico e sono importanti fonti di sedimenti organogeni. Vi sono anche rocce organogene silicee (come la selce), che si formano per l accumulo di gusci di organismi che utilizzano la silice invece della calcite. Gli apparati scheletrici esterni dei coralli possono saldarsi uno all altro e formare un calcare, in cui sono ancora riconoscibili i singoli organismi. ATTIVITÀ Costruisci una roccia Bagna con l acqua un po di sabbia e poi comprimila in un piccolo bicchiere di plastica. Rovescia e togli il bicchiere e lascia asciugare la tua piccola roccia sedimentaria. Sperimenta ora l azione di diverse sostanze come cementi (sale, zucchero, gesso) mescolandoli nella proporzione di 1/4 rispetto alla sabbia. Quale ti sembra la «roccia» più resistente? Come si chiamano le rocce che si formano con questo procedimento? 1 Da quali materiali sono derivate le rocce organogene? 2 Quali organismi hanno prodotto il calcare della fotografia? 5 Le rocce chimiche sorgente, in seguito a evaporazione Si formano soprattutto in seguito alla precipitazione di sostanze sciolte nell acqua dei mari e dei laghi. Ad esempio, quando in un bacino marino, rimasto del tutto o in parte isolato, aumenta la concentrazione di sali per via dell evaporazione, sul suo fondo dovuta a un cambiamento della temperatura dell acqua. Le stalattiti e le stalagmiti sono concrezioni di calcare che si depositano in seguito al percolamento di acqua satura di carbonato di calcio dal soffitto delle grotte. si depositano i sali contenuti nell acqua di mare, tra i quali la calcite, il gesso e il salgemma. Questi depositi si chiamano evaporiti. Anche alcune rocce silicee derivano dalla precipitazione chimica del silicio presente nell acqua sul fondo del mare. 1 Come si formano le rocce chimiche? Travertino e alabastro sono calcari che derivano dalla deposizione 2 Da che cosa sono costituite sta- da acque fluviali o di lattiti e stalagmiti? Le stalattiti sono delle concrezioni allungate che pendono dal soffitto. Le stalagmiti hanno forma conica e crescono dal pavimento verso l alto, quando le gocce d acqua cadono sul pavimento della grotta. Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali 2011, Zanichelli editore S.p.A. UNITÀ T4 Il modellamento del rilievo 4

5 C. La formazione delle rocce metamorfiche Le rocce, quando vengono sottoposte a temperature elevate o a forti pressioni (o ad entrambi i processi), pur rimanendo allo stato solido possono subire dei cambiamenti nella loro composizione mineralogica (cioè del tipo di minerali di cui sono costituite) e nella struttura (cioè nella disposizione dei minerali al loro interno). Questo processo di trasformazione mineralogica e strutturale è detto metamorfismo e le rocce che ne derivano sono chiamate rocce metamorfiche. Quali sono le condizioni nelle quali si verificano le trasformazioni metamorfiche? Questi processi avvengono all interno della crosta terrestre, a una profondità compresa tra i 10 e i 30 km, dove le pressioni aumentano e le temperature diventano sufficientemente eleva- metamorfismo di contatto metamorfismo regionale 6 Tipi di metamorfismo scenti e a forti pressioni. Tali I casi più frequenti di metamorfismo sono due. 1. Il metamorfismo regionale è un fenomeno che riguarda porzioni molto estese della crosta terrestre. Si verifica quando dei movimenti della crosta terrestre coinvolgono masse di rocce sedimentarie o magmatiche, che vengono sottoposte di conseguenza a temperature cremovimenti sono in genere collegati al sollevamento di catene montuose. 2. Il metamorfismo di contatto si osserva invece quando una massa di magma incandescente risale attraverso la crosta, oppure si ferma all interno di questa, provocando un forte aumento di temperatura nelle rocce con cui viene a contatto. Attorno alla massa di magma le rocce subiscono delle modificazioni nella composizione dei minerali. Lo spessore di rocce interessate dal metamorfismo varia da qualche centimetro al kilometro, a seconda delle dimensioni della massa di magma e del tipo di rocce. Più si è vicini alla massa incandescente, più le trasformazioni sono intense. 1 Quando si verifica il metamorfismo di contatto? 2 Quale tipo di metamorfismo interessa aree molto estese? ATTIVITÀ Attribuisci a una roccia le condizioni di formazione Collega con una freccia il tipo di roccia ai processi che ne hanno determinato la formazione e scegli, per ciascun processo, le condizioni ambientali in cui esso si verifica. Roccia Tipo di processo Condizioni Salgemma metamorfico Alta temperatura (superiore a quella di fusione delle rocce); condizioni di pressione molto varie. Granito sedimentario Temperature comprese tra 300 C e 800 C (non si ha fusione delle rocce); pressioni elevate. Marmo magmatico Temperature comprese tra 0 C e 150 C; basse pressioni. 5 SCIENZE DELLA TERRA Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali 2011, Zanichelli editore S.p.A.

6 te, ma non a tal punto da provocare la fusione delle rocce (se non localmente e in modesti volumi). Il metamorfismo riguarda quindi le rocce che, per i continui movimenti della crosta terrestre, vengono trasportate a profondità maggiori rispetto alla loro posizione iniziale. La temperatura e la pressione che innescano il metamorfismo sono conseguenze del calore interno della Terra e del peso delle rocce sovrastanti. A 15 km di profondità la pressione è infatti circa 4000 volte superiore a quella esistente sulla superficie terrestre. VEDI ANCHE Unità T6 PARAGRAFO 2: Le strutture della crosta oceanica: dorsali e fosse Animazione Il ciclo litogenetico [2:31] 7 Condizioni rocce che ne derivano presentano di formazione delle rocce metamorfiche Quando prevale l azione di forti pressioni rispetto a quella della temperatura (a profondità relativamente basse), si formano di preferenza minerali appiattiti o lamellari, come le miche, orientati tutti perpendicolarmente alla direzione della pressione. Le una tipica scistosità, cioè la proprietà di dividersi facilmente in lastre su piani paralleli. Con l aumentare della temperatura e della profondità, la formazione di minerali lamellari diventa più difficile e prevalgono minerali di aspetto granulare: si perde così la scistosità e si formano rocce più massicce, anche se ancora divisibili in grossi banchi. I minerali di una roccia che sprofonda nella crosta terrestre sono sottoposti, quindi, a continua trasformazione e il tipo di metamorfismo finale dipende dal punto in cui si è arrestato il processo di sprofondamento. Rocce in partenza uguali possono originare tipi diversi di rocce metamorfiche, a seconda delle pressioni e delle temperature cui sono sottoposte. 1 Che tipo di rocce si forma quando prevale l azione della pressione su quella della temperatura? 2 Quale tra queste rocce tende a dividersi in lastre su piani paralleli? Una roccia metamorfica di basso grado: la fillade. Una roccia metamorfica di medio grado: il micascisto. Una roccia metamorfica di alto grado: lo gneiss occhiadino. 8 La ricristallizzazione Questo fenomeno viene detto ricristallizzazione dei mine- dei minerali Quando è trascinata in profondità dai movimenti della crosta si ingrandiscono, assorbendone rali. A volte, cristalli già presenti terrestre, una roccia si adatta alle nuove temperature e pressio- La pressione modifica in vari altri dello stesso tipo. ni: gli atomi diventano più mobili, abbandonano le posizioni gica e la struttura di una roccia. modi la composizione mineralo- occupate nei reticoli cristallini e 1. Le pressioni omogenee, che si legano secondo nuove disposizioni. tutte le direzioni, fanno agiscono in modo uniforme in avvici- Un calcare (a sinistra), formato da minuscoli cristalli di calcite, può essere trasformato attraverso un processo metamorfico in un marmo (a destra), costituito da un mosaico di cristalli di calcite di dimensioni maggiori. nare fra loro gli atomi dei minerali, che assumono così strutture cristalline più «compatte». 2. Le pressioni orientate in una certa direzione determinano la forma e l orientamento dei nuovi cristalli. I minerali metamorfici possono essere in questo caso allungati e allineati secondo una particolare direzione. L associazione di minerali in una roccia metamorfica dipende anche dalla composizione della roccia originaria. I minerali più abbondanti nelle rocce metamorfiche sono i silicati, dato che esse derivano da altre rocce ricche di silicati. Tra i minerali caratteristici di questa categoria di rocce alcuni, come il quarzo e le miche, sono presenti anche nelle rocce magmatiche; altri invece (come il granato) sono tipici delle sole rocce metamorfiche. 1 In che cosa consiste la ricristallizzazione dei minerali? 2 Come si presentano i cristalli di calcite, rispettivamente, nel calcare e nel marmo? Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia, Scienze naturali 2011, Zanichelli editore S.p.A. UNITÀ T4 Il modellamento del rilievo 6