I materiali del territorio: minerali e rocce

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1 I materiali del territorio: minerali e rocce Le rocce sono aggregati di minerali Definizione di roccia: - Materiale solido - naturale - formato dall aggregazione di uno o più - minerali o - materiali minerali

2 MINERALI Definizione di minerale: - Materiale solido, naturale, inorganico - formato da un elemento o da un composto di elementi - con una composizione chimica definita (formula chimica) - con una struttura interna cristallina regolare (reticolo cristallino) Quarzo Biotite Feldspato

3 MATERIALI MINERALI Sono solidi naturali non cristallini Vetro vulcanico Opale Ambra

4 MINERALI Uno stesso minerale (stessa formula chimica) può essere presente come forma cristallina e come materiale minerale non cristallizzato Silice SiO 2 Reticolo cristallino del Quarzo Struttura caotica dell Agata

5 MINERALI Silicati (Si + O ± altri elementi) Tutti costituiti da tetraedri di Silicio 4 O atomi, 1 Si atomo, 4 - carica Quarzo, feldspato Olivina (Fe, Mg) Asbesti Miche Argille

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7 MINERALI Non-Silicati Carbonati (CO 3 ): calcite Solfati (SO 4 ): gesso Solfuri (metallo + S): pirite Ossidi (metallo + O): ematite Idrossidi (metallo + OH): gibbsite Sali (metallo + alogenuro): salgemma Elementi nativi Au, Ag, Pt, Cu, C

8 MINERALI Sezioni sottili Per studiare la petrografia delle rocce, i geologi tagliano sottili fette diroccafinoa che siano translucenti Le sezioni sottili sono studiate con un microscopio petrografico Taglio con una sega circolare e assottigliamento Campione a mano di granito Sezione sottile di granito

9 MINERALI quarzo alcali-feldspato plagioclasio Silicati più comuni nelle rocce magmatiche In sezione sottile Luce polarizzata anfibolo clinopirosseno olivina biotite

10 LE ROCCE Le rocce sono raggruppate in tre categorie fondamentali, in base alla loro genesi: rocce ignee rocce sedimentarie rocce metamorfiche.

11 LE ROCCE

12 Il Ciclo delle Rocce LE ROCCE

13 Le rocce magmatiche Le rocce magmatiche o ignee (dal latino ignis = fuoco) si formano per il raffreddamento di una massa fusa con temperature di C che si origina all interno della Terra e che è denominata magma. Le rocce ignee sono costituite da minerali che cristallizzano dal magma durante il suo raffreddamento. MAGMA Materiale fuso o parzialmente fuso all interno della Terra composto da una miscela di: fase liquida di composizione silicatica (o carbonatica) gas dissolto solido = minerali cristallizzati direttamente dal fuso solido = frammenti di rocce dalle pareti del condotto e della camera magmatica

14 Rocce vulcaniche Se il magma raggiunge la superficie terrestre forma le rocce vulcaniche (da Vulcano, dio romano del fuoco) con colate di lava o esplosioni vulcaniche. ROCCE MAGMATICHE INTRUSIONE Rocce vulcaniche Raffreddamento rapido LAVA PIROCLASTI Rocce intrusive o plutoniche Se il magma si ferma all interno della Terra e si consolida con un raffreddamento lento, produce le rocce intrusive o plutoniche (da Plutone, dio romano degli Inferi). Rocce intrusive Raffreddamento lento Camera magmatica

15 ROCCE MAGMATICHE Magmatiche sono le due rocce più abbondanti sulla Terra. BASALTO GRANITO

16 CLASSIFICAZIONI DELLE ROCCE MAGMATICHE Classificazione e descrizione di base generale: Petrografia e Geochimica: Contenuto in % di minerali mafici e felsici Riflette il chimismo del magma minerali mafici = >FeO, MgO, colore scuro minerali felsici = >SiO2, Na2O, K2O, colore chiaro Granulometria e Tessitura: Riflette il tasso di raffreddamento granulometria fine o vetrosa = raffreddamento rapido granulometria grossolana o olocristallina = raffreddamento lento

17 COMPOSIZIONE PETROGRAFICA IN BASE AI MINERALI PRESENTI I minerali più comuni nelle rocce magmatiche sono: Quarzo SiO 2 Feldspati (K,Na)AlSi 3 O 8 Plagioclasi (Ca,Na)Al 2 Si 2 O 8 Feldspatoidi (K,Na)AlSi 2 O 6 Olivina (Fe,Mg) 2 SiO 4 Pirosseni (Ca,Fe,Mg) 2 SiAl 2 O 6 Anfiboli (Ca,Na,K) 2 (Fe,Mg) SiAl 2 O 6 Biotite K(Mg,Fe) 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2

18 COMPOSIZIONE PETROGRAFICA CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI Un liquido puro cristallizza ad una singola temperatura t fusione = t cristallizzazione Es. acqua - ghiaccio a 0 C SiO 2 liquido - cristobalite a 1740 C I liquidi complessi come il magma cristallizzano in un intervallo di temperatura. I cristalli hanno una composizione differente dal liquido. Minerali diversi cristallizzano a temperature differenti nel magma in raffreddamento.

19 CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI La sequenza di cristallizzazione dei minerali e la temperatura a cui i differenti minerali cominciano a cristallizzare dipendono da: Composizione del magma Pressione litostatica Pressione dell acqua Tasso di raffreddamento Altri fattori

20 CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI Sequenza di cristallizzazione SERIE DI REAZIONE DI BOWEN

21 COMPOSIZIONE PETROGRAFICA I minerali nelle rocce intrusive sono sufficientemente grandi da poter essere visti e identificati Il contenuto in minerali è espresso come Moda= % di ogni minerale presente La Moda è plottata sul diagramma di Streckeisen (IUGS) Q = quarzo A = alcali-feldspati P = plagioclasi F = feldspatoidi I minerali mafici sono ignorati se <90%

22 Diagramma di Streckeisen COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

23 Diagramma di Streckeisen COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

24 COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

25 COMPOSIZIONE PETROGRAFICA Magma sovrassaturo = sufficiente SiO 2 per la cristallizzazione del quarzo Magma sottosaturo = insufficiente SiO 2, cristallizzano minerali incompatibili con il quarzo (felspatoidi) Sul diagramma di Streckeisen: Calcolare e plottare Q/(Q+A+P)x100, contando sopra la linea A-P Calcolare e plottare F/(F+A+P)x100, contando sotto la linea A-P Calcolare e plottare P/(A+P)x100, contando da A a sinistra verso P a destra, connettendo la linea diagonale dallo spigolo Q

26 COMPOSIZIONE PETROGRAFICA

27 COMPOSIZIONE GEOCHIMICA Classificazione delle rocce vulcaniche sulla base della composizione geochimica I minerali sono troppo piccoli per essere identificati o sono assenti La composizione geochimica ha un intervallo limitato

28 COMPOSIZIONE GEOCHIMICA Elementi maggiori (generalmente > 1.0 wt%) SiO % Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO CaO Na 2 O 0-10% K 2 O 0-15%

29 COMPOSIZIONE GEOCHIMICA Elementi minori (generalmente wt%) H 2 O + acqua strutturale, nel reticolo cristallino dei minerali H 2 O - acqua adsorbita, eliminata a 110 C TiO 2 P 2 O 5 MnO CO 2 Cl F S

30 COMPOSIZIONE GEOCHIMICA Elementi in tracce < 0.1 wt % o <1000 ppm (parti per milione) Terre Rare (REE Rare Earth Elements, o lantanidi) Elementi radioattivi Elementi pesanti

31 COMPOSIZIONE GEOCHIMICA La classificazione geochimica si basa su due pilastri: i) Contenuto di SiO 2 Acide Intermedie Basiche Ultrabasiche se contengono oltre il 63% di SiO2 se contengono tra il 52 e il 63 % di SiO2 se contengono tra il 52 e il 45% di SiO2 se contengono meno del 45% di SiO2 ii) Contenuto di alcali Na 2 O e K 2 O Alcaline Sub-alcaline La classificazione geochimica è rappresentata graficamente dal TAS = total alkali-silica diagram (IUGS)

32 COMPOSIZIONE GEOCHIMICA

33 CLASSIFICAZIONE GEOCHIMICA

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35 TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE TESSITURA = granulometria, forma, e architettura dei componenti (minerali o clasti) Nelle rocce magmatiche la granulometria è controllata dal tasso di raffreddamento Tessitura Coerente LAVA - INTRUSIONE Tessitura Frammentaria PIROCLASTITI BRECCE AUTOCLASTICHE HYALOCLASTITI

36 TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE LAVE - INTRUSIONI Cristalli : visibili a occhio nudo = fenocristalli microscopici = microliti Massa di fondo : vetrosa cristallina PORFIRICA = presenza di fenocristalli, massa di fondo cristallina AFIRICA = assenza di fenocristalli, massa di fondo cristallina VETROSA = assenza di fenocristalli, massa di fondo vetrosa VITROFIRICA = presenza di fenocristalli, massa di fondo vetrosa

37 TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE Effetti della velocità di raffreddamento sulla tessitura: Magma raffreddato molto rapidamente congela in vetro la tessitura è vetrosa Magma raffreddato rapidamente ha molti piccoli cristalli (microscopici o sub-microscopici) la tessitura è afanitica Magma raffreddato molto lentamente ha molti grandi cristalli la tessitura è faneritica Magma raffreddato in modo intermedio ha pochi grandi cristalli e molti piccoli cristalli (massa di fondo) la tessitura è porfirica

38 Tessitura Afanitica I cristalli sono uniformemente molto piccoli e intrecciati I singoli cristalli sono invisibili a occhio nudo e difficilente identificabili con una lente. La granulometria fine è il risultato di un raffreddamento rapido che ostacola la crescita di grossi cristalli

39 Tessitura Porfirica Grandi ed evidenti cristalli detti fenocristalli (frecce rosse) sono circondati da una massa di fondo afanitica (frecce blu). Questa tessitura rappresenta un raffreddamento in due fasi. Un primo raffreddamento lento del magma nella Crosta (camera magmatica) favorisce la crescita dei fenocristalli. Quando il magma erutta (lava) il liquido residuo cristallizza come massa di fondo afanitica.

40 Tessitura Faneritica I cristalli sono evidenti (dal greco phaneros=visibile) e sono distinguibili ad occhio nudo, Grigio vitreo quarzo Nero biotite e anfibolo Crema K-feldspato

41 Tessitura Vetrosa e Vitrofirica

42 TESSITURA DELLE LAVE MASSIVA = priva di orientazioni preferenziali dei cristalli o di altre caratteristiche tessiturali BANDATA o FOLIATA = con orientazione dei cristalli o di altre caratteristiche tessiturali secondo piani ± paralleli = struttura di flusso VESCICOLATA NON VESCICOLATA Dipende dalla quantità di gas e dalle modalità di degassamento Bollosa Scoriacea Pomicea

43 Tessitura Vescicolata Bollosa Le vescicole sono bolle semplici prodotte dal gas che fuoriesce dalla lava che si sta solidificando. Le bolle (frecce rosse) sono di dimensioni molto variabili, circondate da massa di fondo afanitica (frecce blu). I pochi fenoscristalli presenti sono di olivina (frecce verdi) Basalto, Hawaii

44 Tessitura Vescicolata amigdaloide Le bolle sono rienpite da minerali secondari: calcite, zeoliti, barite.

45 Tessitura Vescicolata scoriacea Le vescicole sono abbondanti (>30%), più grandi di quelle della tessitura pomicea, di dimensioni regolari. Colore grigio, nero, rosso.

46 Tessitura Vescicolata Pomicea La vescicolazione è prodotta da tantissime vescicole di piccole dimensioni, separate da sottili pareti di vetro, che formano una schiuma magmatica. Tipica di magmi acidi, quindi molto viscosi, da cui I gas fanno fatica a fuoriuscire.

47 quarzo feldspato ROCCE INTRUSIVE GRANITO biotite Roccia intrusiva, con granulometria da grossolana a media, composta da quantità variabili di: quarzo, ortoclasio (K-feldspato), muscovite e biotite (miche), e orneblenda (anfibolo). Il nome deriva dal latino granum = granulo, per la sua tessitura olocristallina faneritica grossolana.

48 ROCCE INTRUSIVE DIORITE Roccia intrusiva molto simile al granito, si distingue per l assenza di quarzo visibile nel campione a mano. feldspato biotite

49 ROCCE INTRUSIVE GABBRO Roccia intrusiva, a granulometria grossolana, formata da minerali di Fe e Mg (pirosseni, anfiboli, plagioclasi, olivine) e priva di quarzo. E di colore scuro, con peso specifico elevato. feldspato orneblenda

50 ROCCE INTRUSIVE PERIDOTITE Roccia intrusiva composta per il % da olivina. Questa roccia è tipica del Mantello superiore.

51 ROCCE VULCANICHE RIOLITE Roccia vulcanica con la stessa composizione del granito: quarzo, feldspato, biotite e orneblenda. E molto viscosa. Le lave sono spesso bandate a causa dell allineamento dei minerali durante il flusso. Caratterizza vulcani molto esplosivi.

52 ROCCE VULCANICHE ANDESITE Roccia vulcanica equivalente alla diorite. E sempre porfirica con plagioclasio e orneblenda orneblenda

53 ROCCE VULCANICHE BASALTO Roccia vulcanica, a granulometria fine, spesso bollosa o scoriacea,

54 TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE ROCCE MAGMATICHE FRAMMENTARIE Rocce piroclastiche derivano da eruzioni vulcaniche esplosive che frammentano il magma. Brecce e bombe vulcaniche Lapilli Ceneri e Tufi Brecce autoclastiche derivano dalla frammentazione meccanica della lava in superficie (attrito, solidificazione parziale). Hyaloclastiti derivano dalla frammentazione della lava per brusco raffreddamento, ad esempio al contatto con acqua.

55 CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE PIROCLASTICHE IN BASE ALLA GRANULOMETRIA Cenere - Tufo Lapilli Bomba Agglomerato Blocco Breccia piroclastica

56 BLOCCO JUVENILE (Vulcano) BOMBA A FUSO (Etna) BOMBA A CROSTA DI PANE (Vulcano) BOMBA CONVOLUTA (Etna)

57 CENERE ROCCE PIROCLASTICHE Cenere vulcanica - frammenti di vetro vulcanico più piccoli di 2 mm in diametro. E dura, non si dissolve in acqua, è estremamente abrasiva, un po corrosiva.

58 ROCCE PIROCLASTICHE Componenti delle rocce piroclastiche JUVENILI Sono frammenti del magma in eruzione. In base alla cristallinità possono essere da vetrosi (afanitici) a olocristallini (porfirici). In base al grado di vescicolazione possono essere da molto vescicolati a non vescicolati. Tipi: pomici scorie ossidiane vitrofiri shards juvenili densi o litici cognati

59 ROCCE PIROCLASTICHE POMICI Sono frammenti molto vescicolati, con densità minore dell acqua (galleggiano). La composizione è da riolite ad andesite. Il colore da bianco e grigio scuro.

60 ROCCE PIROCLASTICHE OSSIDIANA Vetro vulcanico compatto con frattura concoide, da raffreddamento molto rapido di porzioni liquide di magma. Composizione da riolite ad andesite. Colori: nero, rosso, grigio, verde.

61 ROCCE PIROCLASTICHE XENOLITI Sono frammenti di rocce ignee, sedimentarie o metamorfiche, completamente estranee al magma in eruzione, che compongono le parti solidificate della camera magmatica, le pareti della camera magmatica e del condotto, frantumate dall energia dell esplosione (litici accessori). In alcuni depositi piroclastici sono presenti frammenti litici presi in carico dalla superficie topografica durante la deposizione (litici accidentali). CRISTALLI Cristalli idiomorfi sia juvenili che accidentali (xenocristalli). Cristalloclasti

62 ROCCE PIROCLASTICHE TUFO Il Tufo vulcanico deriva dall accumulo di cenere e piccoli frammenti piroclastici (<4mm).

63 ROCCE PIROCLASTICHE BRECCIA PIROCLASTICA Mistura di frammenti grossolani e cenere.