Genesi delle rocce lapidee

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1 1 Genesi delle rocce lapidee Fenomeno Ambiente Rocce prodotte Esempi Eruzioni Solidificazione magma Variazioni termomeccaniche superficie esterna profondità crosta terrestre Ignee 1 Effusive 4 Metamorfiche 2 Piroclastiche 3 Intrusive Lave Tufi Graniti Gneiss Deposizione aria o acqua 5 Sedimentarie Calcari

2 2 Meccanismi di formazione naturali I terreni naturali, o rocce sciolte, discendono da una formazione incompleta o da trasformazioni delle rocce lapidee Formazione Processo Agenti Prodotti disgregazione meccanici (erosione) fisici (variazione climatiche) terreni a grana grossa alterazione chimici (reazioni con acque acide) terreni a grana fine Trasporto acqua, vento, ghiaccio terreni sciolti Sedimentazione gravità, correnti Diagenesi sovraccarichi litostatici, precipitazioni saline terreni addensati terreni cementati

3 3 Meccanismi di formazione naturali

4 4 Classificazione dei depositi sedimentari

5 5 Alcune definizioni fondamentali Rocce Terre Distinzione schematica tra rocce e terre: Origine varia prevalentemente sedimentaria Struttura continua monofase discontinua multifase Legami interparticellari forti, stabili assenti o deboli, 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: µscopio elettronico µscopio ottico occhio nudo mm 10 Å 1 µm 10 µm 10 cm Terre(ni) a grana fine forma meno regolare (appiattita) Terre(ni) a grana grossa forma più regolare (pseudo-sferica)

6 6 Terre a grana grossa e Terre 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 s s e s-f grana grossa 10µm 10 cm Framm. roccia (> 1mm) Framm. minerali (< 1mm) Inerti grana fine 10 Å 10 µm Fillosilicati Attivi Solo meccaniche (forze di massa) Meccaniche + elettrochimiche (forze superficiali)

7 7 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 ρ Σ = S ρ V = 2 4 π r 4 ρ π r 3 3 = 6 ρ 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 µm stanza Argille illite µm appartamento montmorillonite 10 Å Fino a 800 edificio

8 8 Struttura delle Terre a grana grossa Forze superficiali << Forze di massa Interazione meccanica dipendente da: 1. Dimensioni, distribuzione granulometrica e addensamento particelle 2. Forma dei grani 3. Mineralogia

9 9 Struttura delle Terre a grana grossa Forze superficiali << Forze di massa Interazione meccanica dipendente da: 1. Dimensioni, distribuzione granulometrica e addensamento particelle distribuzione uniforme distribuzione assortita La permeabilità aumenta con la dimensione dei vuoti Le proprietà meccaniche migliorano col grado di addensamento

10 10 Struttura delle Terre a grana grossa subsferica 2. Forma dei grani appiattita allungata ψ 1 1 > ψ > 0 ψ 0 (sfericità s superficie sfera di pari volume ψ = = ) S superficie granulo 3. Mineralogia: importante se i granuli sono costituiti da minerali fragili (p.es. terreni piroclastici, micacei, etc.)

11 11 Struttura delle Terre a grana grossa Proprietà intrinseche Dimensioni + Forma + Mineralogia Grandezze di stato Addensamento (assetto interparticellare) Proprietà fisico-meccaniche dello scheletro solido

12 12 Struttura delle Terre a grana fine Unità elementari Combinazioni in reticoli 1 Tetraedro SiO 4 Silice 2 Ottaedro Al(OH)6 Gibbsite

13 13 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

14 14 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 (Na, K, Ca, ) diffusi

15 15 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 - repulsion ne C 2 C 1 concentrazione attrazione C 1 C 2 + distanza Azione risultante: con segno dipendente da distanza e concentrazione

16 16 Microstruttura delle terre a grana fine Flocculazione azioni attrattive concentrazione salina Acqua dolce Acqua salmastra Struttura dispersa Struttura flocculata

17 17 Microstruttura delle terre a grana fine Orientamento dipendente da attività superficiale In acqua dolce (argille fluvio-lacustri): Struttura semiorientata Struttura orientata (minerali meno attivi) (minerali più attivi) In acqua salmastra (argille marine): Struttura flocculato-dispersa Struttura flocculato-orientataorientata (minerali più attivi) (minerali meno attivi)

18 18 I granuli delle terre