ROCCE MAGMATICHE INTRUSIVE ed EFFUSIVE

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1 Le ROCCE definizione di rocce: le rocce sono i costituenti fondamentali della crosta terrestre e possono essere definite come aggregati naturali, in genere compatti ed eterogenei, di minerali; formula mineralogica: a differenza dei minerali, le rocce non possono essere descritte attraverso una formula mineralogica in quanto non presentano una composizione definita e costante; processi litogenici: i fenomeni che generano le rocce sono detti processi litogenici e vengono distinti in processo magmatico, processo sedimentario e processo metamorfico; i tre processi sono strettamente correlati, perché ogni roccia dopo essersi formata può subire trasformazioni di natura diversa anche a distanza di tempi lunghissimi: per questo si dice che i tre processi fanno parte di un unico ciclo litogenico; classificazione delle rocce: benché le rocce della litosfera abbiano aspetto e composizione molto vari, esse possono essere classificate in base al processo litogenico da cui hanno avuto origine; la crosta terrestre è costituita prevalentemente da rocce magmatiche e da rocce metamorfiche, mentre la percentuale di rocce sedimentarie è ridotta (queste ultime sono tuttavia le rocce più diffuse in superficie): scendendo in profondità, le rocce sedimentarie scompaiono a favore delle sole rocce magmatiche e metamorfiche: queste ultime sono praticamente le sole rocce presenti nella parte più profonda della crosta; rocce magmatiche: le rocce magmatiche si formano in seguito alla solidificazione di una miscela fusa, detta magma, che si genera nelle zone profonde della litosfera: perciò queste rocce si dicono di origine endogena; rocce sedimentarie: le rocce sedimentarie si possono formare per l accumulo di detriti (che provengono da rocce preesistenti esposte all erosione operata dagli agenti esogeni), in seguito alla precipitazione di sali portati in soluzione dalle acque superficiali ed infine per l accumulo di resti o materiali prodotti dall attività degli organismi; le rocce sedimentarie hanno origine esogena: i processi da cui derivano, infatti, avvengono sulla superficie terrestre o appena al di sotto di essa, in ambienti caratterizzati da pressioni molto modeste e da temperature che variano in un intervallo ridotto; 1

2 rocce metamorfiche: le rocce metamorfiche derivano da rocce preesistenti che hanno subito, restando sempre allo stato solido, modificazioni più o meno profonde a causa di una variazione delle condizioni di temperatura e pressione, prodotta da fenomeni che avvengono all interno della Terra (le rocce metamorfiche hanno quindi principalmente origine endogena); importanza dello studio delle rocce: poiché le rocce si formano oggi mediante processi litogenici simili a quelli avvenuti in passato, lo studio delle rocce ci aiuta a ricostruire molti aspetti degli ambienti e della storia del nostro pianeta; studio delle rocce: quando si osserva un campione di roccia, il suo riconoscimento viene effettuato basandosi principalmente sulla struttura e sulla composizione mineralogica; la struttura di una roccia è l insieme delle caratteristiche con cui si presentano i minerali che la compongono: l aspetto, la forma, le dimensioni reali e relative dei diversi minerali, la presenza di cristalli o di minerali amorfi, la forma dei cristalli; la composizione mineralogica di una roccia viene espressa valutando le percentuali dei minerali presenti nel campione: una prima determinazione può essere effettuata osservando direttamente alcune caratteristiche macroscopiche (colore, proprietà fisiche o chimiche), ma per ottenere informazioni più precise, si ricorre a un microscopio che consente di riconoscere, in base alle diverse proprietà ottiche, i minerali presenti, di stabilirne le quantità relative e di determinare in modo più sicuro la struttura del campione; per essere studiato al microscopio, un campione di roccia deve essere trattato: per prima cosa si ricava una sezione sottile della roccia che viene poi levigata e smerigliata, fino a ridurla allo spessore di 30 µm; la sezione così ottenuta può essere osservata con un microscopio in luce naturale, che consente di apprezzare nel dettaglio colori, contorni e superfici dei vari minerali presenti, e successivamente in luce polarizzata: i raggi polarizzati, attraversando i diversi minerali, subiscono fenomeni di rifrazione, interferenza e riflessione caratteristici, che dipendono dalle proprietà ottiche di ciascun minerale e che ne consentono quindi l identificazione; 2

3 Le ROCCE MAGMATICHE definizione di magma: un magma è una miscela molto complessa di sostanze allo stato fuso, in prevalenza silicati, associati a vapor d acqua e gas (idrogeno, acido cloridrico, cloro, acido solforoso e anidride solforosa) in percentuali variabili; formazione del magma: il magma si forma per cause diverse, a profondità comprese tra i 15 ed i 100 chilometri, in seguito alla fusione parziale di porzioni della crosta o del mantello superiore, a temperatura elevate (variabili dai 600 C ai 1600 C); avendo una densità inferiore a quella dei materiali circostanti, il magma tende a risalire anche perché contiene dei gas che lo rendono mobile: risalendo il magma si raffredda sino a solidificare; origine del magma: i geologi concordano sul fatto che la maggior parte del magma si formi in seguito alla fusione parziale o totale delle rocce prevalentemente solide presenti nella crosta e nel mantello superiore; i fattori che influiscono sulla fusione di queste rocce sono essenzialmente tre: una variazione della temperatura, della pressione e della quantità di acqua; ruolo della temperatura: da vari indizi sappiamo che la temperatura aumenta con la profondità, in modo variabile ma con un tasso medio di incremento pari a circa C ogni 1000 metri; questo incremento graduale della temperatura, noto come gradiente geotermico, porta a temperature comprese tra i 1200 ed i 1400 C ad una profondità di 100 km: in presenza di temperature così alte, le rocce che si spostano nel mantello superiore sono vicine al loro punto di fusione e, in alcuni punti, possono subire un processo di fusione parziale; ruolo della pressione: se la temperatura fosse l unico fattore che determina la fusione della roccia, il nostro pianeta sarebbe una sfera di roccia fusa avvolta in una sottile pellicola solida esterna; 3

4 tuttavia le cose non stanno così perché anche la pressione cresce con l aumentare della profondità e un incremento della pressione di carico determina un innalzamento del punto di fusione delle rocce: viceversa, una diminuzione della pressione di carico causa l abbassamento del punto di fusione; la fusione parziale delle rocce può essere determinata quindi da una improvvisa diminuzione della pressione di carico, generata ad esempio dalla formazione di una frattura all interno della crosta terrestre; ruolo della quantità di acqua: un altro importante fattore che influenza la temperatura di fusione della roccia è il contenuto di acqua che, assieme agli altri componenti, abbassa la temperatura di fusione della roccia; questo effetto è amplificato da un incremento della pressione: di conseguenza una roccia ricca di acqua, a grande profondità, ha una temperatura di fusione più bassa rispetto a una roccia priva di umidità con uguale composizione mineralogica e nelle stesse condizioni di pressione; un aumento della quantità di acqua presente all interno di una massa rocciosa può determinare quindi la fusione parziale della roccia; ROCCE MAGMATICHE INTRUSIVE ed EFFUSIVE rocce magmatiche intrusive: le rocce magmatiche intrusive derivano da magmi che solidificano completamente in profondità all interno della litosfera; il processo di solidificazione si completa in tempi lunghissimi (anche milioni di anni), perché le rocce che circondano la massa del magma assorbono e disperdono il calore molto lentamente; inoltre, la solidificazione non avviene a una temperatura definita, ma in un intervallo molto ampio, perché nel magma sono sempre presenti sostanze con temperature di solidificazione diverse: dapprima quindi si formano i minerali che hanno temperatura di solidificazione più elevata, che restano immersi nella massa fusa, e solo successivamente solidificano tutti gli altri minerali; poiché non tutti i minerali si formano contemporaneamente a causa della diversa temperatura di solidificazione, solo i primi possono raggiungere il loro abito cristallino tipico (e per questo vengono detti cristalli idiomorfi): gli altri occupano gli spazi rimasti, assumendo quindi forme irregolari (per questo vengono detti cristalli allotriomorfi); 4

5 rocce magmatiche effusive: le rocce magmatiche effusive si formano mediante solidificazione della lava che giunge in superficie; molti magmi, sotto la spinta dei gas che contengono, raggiungono la superficie, provocando un eruzione vulcanica durante la quale il magma perde totalmente o in gran parte i componenti volatili e si trasforma in lava (la lava è quindi un magma privo di gas): dalla solidificazione della lava si ottengono le rocce magmatiche effusive; comprensione dell origine di una roccia magmatica: per definire l origine di una roccia magmatica è necessario osservarne la struttura, perché il grado di cristallizzazione dei minerali e le dimensioni dei cristalli presenti dipendono dalla velocità del raffreddamento; influenza della velocità di raffreddamento: un raffreddamento lento favorisce l accrescimento dei cristalli, un raffreddamento molto rapido porta invece alla formazione di strutture vetrose; per spiegare questa affermazione bisogna tener presente che il magma inizialmente ha una temperatura elevata, perciò gli ioni o le molecole che contiene si muovono in modo veloce e caotico (la temperatura dipende infatti dall energia cinetica media delle particelle di un corpo, la quale a sua volta aumenta o diminuisce in relazione alla velocità delle particelle: man mano che aumenta la temperatura di un corpo cresce l energia cinetica media delle sue particelle che si muovono più velocemente e disordinatamente); quando la temperatura diminuisce, le particelle del magma rallentano, fino a fermarsi nel momento in cui si forma il solido: se il raffreddamento è lento, le particelle del magma rallentano gradualmente i loro movimenti e hanno il tempo di organizzarsi ordinatamente in modo da formare strutture cristalline; se il raffreddamento avviene bruscamente, le particelle si fermano improvvisamente e non riescono a disporsi in modo ordinato; proprietà delle rocce intrusive: le rocce intrusive si formano per lento raffreddamento di una massa di magma in cui sono disciolti molti gas e sono caratterizzate da una struttura olocristallina (tutti i minerali componenti sono visibili a occhio nudo in forma di cristalli di dimensioni pressoché uguali, con colorazione e forma definite); proprietà delle rocce effusive: le rocce effusive possono avere struttura vetrosa o porfirica a seconda delle modalità di effusione della lava; i frammenti prodotti durante l attività esplosiva di molti vulcani o le rocce che derivano dal raffreddamento degli strati superficiali di una colata lavica hanno una struttura vetrosa in cui non sono presenti cristalli: la struttura vetrosa è indice di un raffreddamento rapidissimo della lava, che libera tumultuosamente i componenti volatili (l ossidiana e la pomice sono esempi di rocce magmatiche effusive di questo tipo); 5

6 La COMPOSIZIONE CHIMICA delle ROCCE MAGMATICHE influenza del processo di formazione: la composizione di una roccia magmatica dipende dalla composizione del magma da cui deriva e non dalle modalità di raffreddamento; poiché lo stesso tipo di magma può solidificare in profondità o giungere in superficie, esistono quindi rocce intrusive ed effusive che hanno la medesima composizione chimica; componenti di una roccia magmatica: i costituenti di una qualsiasi roccia magmatica possono essere classificati in minerali essenziali (presenti in quantità preponderante), in minerali accessori (presenti in piccola percentuale) ed in minerali accidentali (presenti solo occasionalmente); minerali essenziali: i minerali essenziali presenti all interno delle rocce magmatiche sono i silicati; classificazione chimica delle rocce magmatiche: le rocce magmatiche possono essere classificate da un punto di vista chimico in base al loro contenuto in silice (detto anche tenore di silice), definito come percentuale silicati presenti all interno di una roccia magmatica; in base a tale criterio le rocce magmatiche si suddividono in rocce acide o sialiche (caratterizzate da un contenuto di silice superiore al 66%), in rocce neutre o intermedie (con tenore di silice compreso tra il 66% e il 52%), in rocce basiche o femiche (con tenore di silice compreso tra il 52% e il 45%) ed in rocce ultrabasiche o ultrafemiche (caratterizzate da un tenore di silice inferiore al 45%); tra le rocce magmatiche più diffuse sulla Terra è importante ricordare i graniti, rocce sialiche intrusive, ed i basalti, rocce femiche effusive; 6

7 DUALISMO e DIFFERENZIAZIONE dei MAGMI diversi tipi di magma: data la notevole varietà di rocce ignee, sarebbe logico pensare che esista una varietà altrettanto elevata di magmi; alcune osservazioni geologiche, però, hanno portato i geologi a ipotizzare che un singolo magma possa evolvere nel tempo e quindi dare origine a tipi diversi di rocce ignee: le prime sperimentazioni pionieristiche sulla cristallizzazione del magma condotte dal geologo canadese Norman L. Bowen ( ) all inizio del XX secolo misero in luce come in effetti esistano solo due diversi tipi di magma; magma primario o basico o basaltico: il magma primario (indicato anche con il termine di magma basico o basaltico) si forma nel mantello superiore, inizialmente è un magma femico, con una composizione chimica simile a quella dei basalti e con temperature molto elevate, intorno ai 1300 C, che lo rendono quindi particolarmente fluido; per questa sua proprietà, il magma primario può risalire fino in superficie prima di cristallizzare, portando quindi alla formazione di gran parte delle rocce effusive; a partire da un magma primario si possono formare, mediante opportuni processi di differenziazione, tutte le famiglie di rocce magmatiche; magma secondario: il magma secondario, o magma di anatessi, si forma nella crosta, è un magma mediamente più sialico rispetto al magma primario, ha un elevata viscosità ed una temperatura iniziale intorno ai 700 C; a causa dell elevata viscosità, il magma secondario si muove con notevole difficoltà e quindi tende a cristallizzare prima di raggiungere la superficie terrestre, formando quindi dei batoliti granitici; differenze di viscosità: le differenze di viscosità tra il magma primario ed il magma secondario non devono essere ricondotte solo alle differenze di temperatura, ma devono essere giustificate considerando anche il fatto che il magma femico è meno viscoso rispetto a quello sialico; formazione di diverse rocce a partire da due soli tipi di magma: per spiegare come si possono originare rocce magmatiche di composizione molto varia a partire da due soli tipi di magma è necessario ricordare che, nella maggior parte dei casi, il magma non resta fermo nel luogo in cui si forma, ma risale verso la superficie terrestre; a volte, il magma mantiene inalterata la sua composizione, ma spesso, durante la risalita può andare incontro a processi di differenziazione che la modificano; meccanismi di differenziazione: i tre diversi tipi di fenomeni che modificano la composizione del magma durante la risalita verso la superficie sono la cristallizzazione frazionata, l assimilazione e la contaminazione; cristallizzazione frazionata: una qualsiasi massa di magma non solidifica tutta contemporaneamente, perché è costituita da una miscela di minerali con diversa temperatura di fusione; 7

8 i minerali che solidificano per primi sono quelli femici che, generalmente, non rimangano a contatto con il magma residuo ma cadono sul fondo, perché più densi, abbandonando quindi la massa fusa che migra altrove: questo processo prende il nome di cristallizzazione frazionata ed è uno dei fattori responsabili della differenziazione del magma; quando, infatti, si verifica questa separazione, la massa fusa residua assume gradualmente una composizione chimica diversa da quella iniziale, perché ha perso alcuni componenti: i magmi che si generano in seguito alla cristallizzazione frazionata sono quindi più sialici rispetto alla massa fusa di origine (visto che i minerali che si separano per primi sono quelli femici); ciò significa che i magmi sialici possono essere il risultato finale del processo di differenziazione di un magma primario, inizialmente femico; assimilazione: si parla di assimilazione quando il magma si contamina, fondendo in parte le rocce circostanti e mescolandosi con i materiali fusi che si formano in tal modo; contaminazione: si parla invece di contaminazione quando una massa di magma, che ristagna nella camera interna di un vulcano, si mescola con un altra massa di magma proveniente da zone profonde; 8

9 Le ROCCE SEDIMENTARIE diffusione delle rocce sedimentarie: le rocce sedimentarie costituiscono solo l 8% del volume della crosta, ma sono le rocce più diffuse nello strato superficiale e formano una copertura di spessore estremamente variabile, presente quasi ovunque; formazione delle rocce sedimentarie: i materiali di cui sono costituite le rocce sedimentarie provengono da rocce preesistenti che, attraverso un processo complesso, possono dare origine a nuove rocce sedimentarie dopo una fase di degradazione ed erosione, trasporto, sedimentazione e diagenesi; degradazione meteorica: la prima tappa del processo di formazione delle rocce sedimentarie è la degradazione meteorica, cioè l alterazione e la disgregazione delle rocce affioranti; i processi di degradazione meteorica delle rocce possono essere fisici o chimici: si parla di degradazione fisica (o meccanica) quando le rocce vengono disgregate e si producono frammenti con lo stessa composizione della roccia madre (le più comuni cause della degradazione fisica sono il fenomeno del gelo e disgelo e gli sbalzi di temperatura); si parla di degradazione chimica (o disfacimento) quando alcuni o tutti i minerali della roccia vengono trasformati in minerali differenti, prevalentemente per azione dell acqua, del diossido di carbonio o dell ossigeno; erosione: la degradazione meteorica ha come risultato l erosione delle rocce affioranti, cioè la distruzione parziale o totale delle rocce con la formazione di detriti, sostanze solubili e nuovi minerali insolubili; trasporto: i detriti e i minerali insolubili restano in parte sul luogo di formazione e in parte vengono rimossi ad opera della forza di gravità, del vento, delle acque continentali oppure marine e dei ghiacciai; le sostanze solubili vengono portate via dalle acque superficiali: inizia così la fase del trasporto in cui l acqua svolge un ruolo fondamentale sia per i detriti, che per le sostanze solubili; sedimentazione: il processo di sedimentazione corrisponde alla fase di accumulo dei detriti, dei sali minerali e dei resti degli organismi morti; il processo di sedimentazione può essere meccanico (nel caso in cui si verifichi quando la forza degli agenti di trasporto diminuisce), chimico (nel caso in cui le sostanze minerali disciolte nell acqua precipitano per effetto di variazioni di temperatura o concentrazione) e biochimica (nel caso in cui i sali trasportati in soluzione vengano utilizzati da organismi per costruire i loro scheletri che si depositeranno dopo la loro morte); ambienti di sedimentazione: gli ambienti di sedimentazione sono i luoghi in cui si accumulano i sedimenti dopo la fase di trasporto; gli ambienti di sedimentazione possono essere continentali (come i fiumi, i laghi, le paludi, i deserti e i ghiacciai), marini (tra questi vanno incluse le scogliere) e di transizione (come spiagge, lagune e foci fluviali); 9

10 diagenesi: la fase terminale del processo sedimentario è la diagenesi, cioè l insieme dei fenomeni chimici e fisici che trasformano i sedimenti incoerenti in una roccia coerente; la diagenesi comporta cambiamenti profondi nella struttura e anche nella composizione chimica dei sedimenti: in genere si riconoscono una fase di compattazione, una fase di cementazione ed una fase di ricristallizzazione; durante la fase di compattazione i sedimenti depositati vengono nel tempo sepolti da nuovi strati di materiale, i granuli si fanno molto più vicini gli uni agli altri, l acqua circolante negli interstizi viene espulsa e si riduce notevolmente la porosità; durante la fase di cementazione si verifica la precipitazione di sostanze poco solubili negli spazi tra i granuli, riducendo ulteriormente la porosità e svolgendo un azione cementante: le sostanze cementanti più comuni sono il calcare (carbonato di calcio, CaCO3) e la silice (SiO2) che possono trovarsi facilmente disciolti nelle acque circolanti; durante la fase di ricristallizzazione si verificano delle trasformazioni dei sedimenti a causa delle reazioni chimiche tra i minerali presenti oppure a causa di variazioni di temperatura e pressione associate alla fase di seppellimento; 10

11 STRUTTURA delle ROCCE SEDIMENTARIE caratteristiche delle rocce sedimentarie: come nel caso delle rocce magmatiche, anche la storia di una roccia sedimentaria si riflette sulle sue caratteristiche di composizione e di struttura; tuttavia, tra le rocce sedimentarie si osserva una maggiore varietà di situazioni, perché i fattori che intervengono nella loro genesi sono molteplici e gli stessi agenti possono provocare effetti diversi a seconda della composizione della roccia originaria, delle condizioni ambientali e del clima della regione; nonostante le difficoltà, è quasi sempre possibile ricostruire le tappe del processo sedimentario e identificare i fattori di degradazione e l ambiente di sedimentazione che hanno prodotto una particolare roccia, studiandone la composizione e le caratteristiche della formazione rocciosa a cui appartiene (con il termine formazione rocciosa si intende indicare un corpo roccioso omogeneo, distinguibile dalle rocce adiacenti e formatosi in un ambiente ed in un periodo definiti); struttura delle rocce sedimentarie: poiché le caratteristiche dei sedimenti sono più facilmente rilevabili nello strato nel suo insieme che nel singolo campione, quando si parla delle rocce sedimentarie il termine struttura viene solitamente utilizzato per indicare aspetto ed orientamento degli strati o delle masse rocciose nel loro insieme; stratificazione: nel caso delle rocce sedimentarie è particolarmente importante il fenomeno della stratificazione, ovvero della successione di strati rocciosi paralleli, con spessori anche molto diversi tra loro; la stratificazione è dovuta a variazioni che intervengono nelle modalità della sedimentazione e nella natura dei materiali che si depositano: ogni strato, infatti, corrisponde a un preciso evento sedimentario, un intervallo di tempo durante il quale le condizioni si sono mantenute costanti (o sono variate in modo definito e continuo); ogni cambiamento delle condizioni di sedimentazione porta alla formazione di uno strato diverso, che si sovrappone al precedente, ma dal quale si distingue per composizione o dimensione dei detriti; rocce sedimentarie con struttura compatta: alcune rocce sedimentarie hanno una struttura compatta, perché non sono formate da detriti incoerenti, ma da sali che si formano per precipitazione o da materiali prodotti da organismi biocostruttori; 11

12 presenza di fossili: molto spesso negli strati sedimentati sono inclusi i resti o le tracce fossili di organismi animali e vegetali, vissuti in epoche remote nell ambiente in cui è avvenuta la sedimentazione; quando sono presenti, i fossili consentono di ricostruire la storia passata degli organismi e i mutamenti dell ambiente che si sono verificati nel tempo; CLASSIFICAZIONE delle ROCCE SEDIMENTARIE criterio di classificazione: la classificazione delle rocce sedimentarie comunemente adottata si basa sulla loro genesi e non sulla loro composizione mineralogica; in base a tale criterio le rocce sedimentarie possono essere classificate in rocce detritiche (o clastiche), rocce di deposito chimico e rocce organogene; 12

13 Le ROCCE METAMORFICHE definizione di metamorfismo: con il termine metamorfismo si indica l insieme dei processi attraverso i quali, rimanendo allo stato solido, un tipo di roccia si può trasformare in un altro tipo di roccia in seguito a variazioni di temperatura e pressione; una roccia si definisce metamorfica se ha subito, allo stato solido, una variazione nella struttura oppure nella composizione mineralogica; agenti del processo metamorfico: gli agenti responsabili del processo metamorfico sono la temperatura e la pressione; sede del metamorfismo: il metamorfismo si verifica generalmente all interno della litosfera, a profondità variabili ma comunque superiori a 6-7 chilometri ed inferiori a 35 chilometri; raramente il metamorfismo si verifica in superficie, anche se fenomeni particolari, come l impatto di un meteorite, possono causare eventi metamorfici all esterno della crosta; condizioni di temperatura: il metamorfismo può avvenire in un intervallo termico abbastanza ampio, compreso tra i 200 C (al di sotto dei quali si può ancora parlare di diagenesi) e gli 800 C (al di sopra dei quali inizia la fusione dei silicati); condizioni di pressione: i valori di pressione associati ai processi di metamorfismo possono variare in un intervallo molto ampio, raggiungendo in alcuni casi i Kbar; quando si fa riferimento alle condizioni di pressione associate al processo metamorfico è tuttavia necessario fare una distinzione tra pressione litostatica e pressione orientata: - la pressione litostatica è la pressione esercitata dalle rocce sovrastanti sulla massa rocciosa presa in esame: essa aumenta all aumentare della profondità ed ha come principale effetto quello di ridurre gli spazi tra i cristalli dei minerali, aumentando quindi la densità della roccia; - la pressione orientata è la pressione che agisce, ad esempio, lungo i margini delle placche convergenti e che assume valori diversi in corrispondenza di direzioni diverse: pur assumendo valori inferiori alla pressione litostatica, la pressione orientata può avere un ruolo fondamentale nel processo metamorfico; 13

14 negli ambienti di superficie, dove le temperature sono relativamente basse, le rocce risultano fragili e tendono a frantumarsi sotto l azione di pressioni orientate: negli ambienti caratterizzati da temperature elevate le rocce sono invece duttili e, sotto l azione di pressioni orientate, i minerali tendono ad appiattirsi e ad allungarsi; EFFETTI della PRESSIONE nel PROCESSO METAMORFICO effetto della pressione litostatica: la pressione litostatica determina in genere dei processi di ricristallizzazione, per effetto dei quali si possono ottenere nuove specie mineralogiche caratterizzate da una densità maggiore; effetto della pressione orientata: la pressione orientata provoca una ridistribuzione spaziale dei minerali con importanti conseguenze sulla struttura delle rocce; nella maggior parte delle rocce magmatiche e delle rocce sedimentarie, i singoli cristalli sono disposti in modo casuale: per effetto della pressione orientata i minerali appiattiti (le miche) oppure allungati (gli anfiboli) tendono invece a disporsi nella direzione perpendicolare rispetto a quella della pressione esercitata; scistosità: la scistosità è una caratteristica tipica della maggior parte delle rocce metamorfiche per effetto della quale le rocce tendono a sfaldarsi facilmente lungo piani paralleli detti piani di scistosità; la scistosità può essere causata dalla azione della pressione orientata (che determina una orientazione dei minerali in piano perpendicolari alla direzione in cui agisce la pressione) oppure dalla formazione di minerali con abito lamellare (essenzialmente miche e clorite); 14

15 EFFETTI della TEMPERATURA nel PROCESSO METAMORFICO effetto della temperatura: l incremento della temperatura associato al processo metamorfico può determinare una variazione nella composizione mineralogica di una roccia ed un aumento della grana di quest ultima (ovvero delle dimensioni dei cristalli in essa presenti); variazione della composizione mineralogica: l aumento della temperatura determina un aumento dell energia cinetica media degli atomi e degli ioni che possono pertanto rompere i propri legami chimici dando luogo a nuovi reticoli cristallini, associati a nuove specie mineralogiche; aumento della grana: per effetto di un aumento della temperatura, gli ioni e le molecole presenti all interno di una roccia possono riorganizzarsi formando reticoli cristallini più estesi; l aumento della grana è tipico dei marmi, rocce metamorfiche ottenute a partire da rocce carbonatiche sedimentarie come il calcare: quando i piccoli cristalli di carbonato di calcio presenti nella calcite subiscono un processo metamorfico si formano dei grossi cristalli con un aspetto che viene definito saccaroide per la somiglianza con i cristalli di saccarosio (lo zucchero da cucina); la trasformazione delle rocce carbonatiche sedimentarie in marmo coinvolge l iniziale perdita di anidride carbonica da parte dei cristalli di calcite per effetto delle elevate temperature: CaCO3 (s) CaO(s) + CO2(g) l anidride carbonica gassosa non può tuttavia sfuggire e, quando la temperatura diminuisce, essa reagisce nuovamente con l ossido di calcio portando alla formazione di cristalli di dimensioni maggiori: CaO(s) + CO2(g) CaCO3 (s) TIPI di METAMORFISMO classificazione del metamorfismo: in funzione degli ambienti in cui si verificano i processi metamorfici è possibile parlare di metamorfismo di contatto e metamorfismo regionale (nonostante questa schematizza zione, tra i due tipi di processi esiste un elevato grado di sovrapposizione); metamorfismo di contatto: il metamorfismo di contatto coinvolge volumi rocciosi ridotti e avviene in corrispondenza delle superfici di contatto delle masse rocciose con un magma; il fenomeno si verifica a profondità ridotte e quindi nel metamorfismo di contatto sono importanti solo le variazioni di temperatura, mentre la pressione gioca un ruolo secondario; nel metamorfismo di contatto i cristalli dei minerali non si sviluppano in direzioni preferenziali: il principale effetto di questo tipo di metamorfismo è l aumento della grana, con un incremento delle dimensioni dei cristalli che porta a strutture granulari o saccaroidi; 15

16 tipiche rocce ottenute mediante metamorfismo di contatto sono il marmo, che deriva dalle rocce carbonatiche sedimentarie, e le quarziti, che derivano dalle arenarie; metamorfismo regionale: il metamorfismo regionale è generalmente associato ai processi di formazione di catene montuose, durante i quali ampie zone della litosfera subiscono delle profonde deformazioni, con notevoli variazioni sia della temperatura che della pressione; a differenza del metamorfismo di contatto, nel metamorfismo regionale sono di fondamentale importanza sia la temperatura che la pressione: in questo tipo di metamorfismo, inoltre, le masse rocciose coinvolte sono particolarmente estese; per effetto del metamorfismo regionale i cristalli dei diversi minerali subiscono una ridistribuzione spaziale che porta alla formazione di rocce scistose; 16