Genesi delle rocce lapidee

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1 1 Genesi delle rocce lapidee Fenomeno Ambiente Rocce prodotte Esempi Eruzioni superficie esterna Ignee Effusive Piroclastiche Solidificazione magma profondità Intrusive Graniti Variazioni termomeccaniche crosta terrestre Metamorfiche Gneiss Lave Deposizione aria o acqua Sedimentarie Calcari Tufi

2 2 Meccanismi di formazione naturali I terreni naturali, o rocce sciolte, derivano da: formazione incompleta o trasformazioni delle rocce lapidee Formazione Processo Agenti Prodotti disgregazione meccanici (erosione) fisici ( T, w) terreni granulari alterazione chimici (reazioni con acque acide) terreni fini Trasporto acqua, vento, ghiaccio terreni sciolti (non addensati) Sedimentazione gravità, correnti Diagenesi sovraccarichi litostatici, precipitazioni saline terreni addensati terreni cementati

3 3 Classificazione dei depositi sedimentari

4 4 Alcune definizioni fondamentali Distinzione schematica tra rocce e terre: Rocce Terre Origine varia prevalentemente sedimentaria Struttura Legami interparticellari continua monofase forti, stabili discontinua multifase deboli o assenti, non resistenti all'acqua Granuli: particelle solide elementari in cui viene suddivisa una terra a seguito di prolungato contatto con acqua Dimensioni e visibilità dei singoli granuli: scopio elettronico scopio ottico occhio nudo mm 10 Å 1 m 10 m 10 cm Terre(ni) a grana fine Terre(ni) a grana grossa forma meno regolare (appiattita) forma più regolare (pseudo-sferica)

5 5 Terre a grana grossa e a grana fine Scheletro solido: aggregato particellare costituito dall'insieme dei granuli di una terra La dimensione delle particelle condiziona la natura delle interazioni meccaniche solido-solido e solido-fluido Terre a grana grossa (sabbie) Terre a grana fine (argille) Terre Dimensioni Materiale Granuli Interazione Solido-solido e solido-fluido Granulari 10mm 10 cm Framm. roccia (> 1mm) Framm. minerali (< 1mm) Inerti Solo meccaniche (forze di massa) Fini 10 Å 10 mm Fillosilicati Attivi Meccaniche + elettrochimiche (forze superficiali)

6 6 Influenza delle dimensioni dei grani Il rapporto forze superficiali/forze di massa è proporzionale alla superficie specifica (Σ) (superficie/massa) dei granuli Per una particella sferica con densità S V 2 4 r 4 r D D Le forze superficiali (e quindi l interazione solido fluido) sono inversamente proporzionali alle dimensioni delle particelle Terreno Dimensioni medie Σ (m 2 /g) 1 g equivalente a: Sabbie 2 mm unghia caolinite mm stanza Argille illite mm appartamento montmorillonite 10 Å Fino a 800 edificio

7 7 Struttura delle Terre a grana grossa Forze superficiali << Forze di massa Interazione meccanica dipendente da: 1. Dimensioni e distribuzione granulometrica particelle distribuzione uniforme distribuzione assortita La permeabilità è proporzionale alla dimensione dei vuoti Le proprietà meccaniche migliorano per un terreno più assortito

8 8 Struttura delle Terre a grana grossa subsferica 2. Forma dei grani appiattita allungata 1 1 > > 0 0 (sfericità s superficie sfera di pari volume ) S superficie granulo 3. Mineralogia: importante se i granuli sono di materia fragile (p.es. terreni piroclastici, micacei, etc.) Dimensioni + Forma + Mineralogia addensamento (assetto interparticellare) Proprietà fisico-meccaniche dello scheletro solido

9 9 Struttura delle Terre a grana fine Unità elementari Combinazioni in reticoli Tetraedro SiO 4 Silice Ottaedro Al(OH)6 Gibbsite

10 10 Struttura delle Terre a grana fine Silice + Gibbsite = Caolinite deboli Al(OH) 6 forti SiO 4 Reticoli, o pacchetti (spessore 10 Å) Legami ionici Granuli = Strati di pacchetti connessi tramite legami ionici deboli o tipo idrogeno

11 11 Interazione elettro-chimica Il pacchetto (quindi il granulo) ha un eccesso di carica negativa superficiale in acqua viene idratato dal dipolo H 2 O a costituire i complessi di adsorbimento granulo doppio strato H H acqua adsorbita O acqua libera (interstiziale) con ioni diffusi

12 12 Interazione elettro-chimica I complessi granuli + acqua adsorbita si scambiano: Azioni repulsive: decrescenti con la distanza e la concentrazione elettrolitica Azioni attrattive (forze di van der Waals): campo magnetico indotto dal moto degli elettroni, decrescente con la distanza, indipendente dalla concentrazione - repulsione C 2 C 1 concentrazione C 1 < C 2 distanza attrazione C 1 C 2 + Azione risultante: con segno dipendente da distanza e concentrazione

13 13 Struttura delle terre fini Flocculazione azioni attrattive concentrazione salina Acqua dolce Acqua salmastra Struttura dispersa Struttura flocculata concentrazione forze repulsive concentrazione forze repulsive

14 14 Orientamento delle terre fini Orientamento: dipendente da attività superficiale Struttura casuale (minerali meno attivi) In acqua dolce (argille fluvio-lacustri): Struttura orientata (minerali più attivi) Struttura flocculato-dispersa (minerali meno attivi) In acqua salmastra (argille marine): Struttura flocculato-orientata (minerali più attivi)

15 15 I granuli delle Terre