CAPITOLO 2 FORMAZIONE DELLE ROCCE
LE ROCCE SI SONO ORIGINATE IN TRE MODI : Per solidificazione dei magmi Per deposizione sedimentaria Per metamorfismo di rocce preesistenti Il "Ciclo delle Rocce", proposto per la prima volta da James Hutton quasi 200 anni or sono, costituisce ancora oggi il fondamento della Geodinamica. Nella versione di Hutton le rocce vengono alterate dagli agenti atmosferici in modo da formare sedimenti, che successivamente si stratificano. Dopo essere rimaste a lungo in profondità le rocce subiscono una metamorfosi e/o una fusione. In seguito si deformano e si sollevano in catene montuose per essere di nuovo alterate dagli agenti atmosferici e riciclate. La moderna teoria della tettonica a zolle è, in un certo senso, un elaborazione del ciclo delle rocce formulato da Hutton.
LE ROCCE E LA LORO FORMAZIONE Quando parliamo di roccia possiamo intendere diverse cose, ma se consultiamo un qualsiasi vocabolario, la definizione che troveremo sarà pressappoco questa: Massa di aggregati di uno o più minerali che costituiscono la parte più dura della crosta terrestre; grosso blocco di pietra viva, scoscesa, affiorante alla superficie terrestre. Se ci concentriamo in particolare sulla prima parte, quella che recita massa di aggregati di uno o più minerali [ ], ci renderemo conto che questa non è nient altro che un aggregazione di vari elementi mantenuti assieme in modo più o meno stabile proprio come una piccola costruzione realizzata utilizzando i mattoncini della Lego. Ma quali sono i mattoncini che la natura ha a disposizione per formare le rocce? Difficilmente da quanto ci si aspetterebbe, anche in questo caso la risposta non è eccessivamente complessa, infatti i componenti principali che partecipano alla formazione delle rocce possono essere vetri (si pensi all ossidiana), fossili, sostanze amorfe (letteralmente: senza una forma ben definita; chimicamente: che non ha atomi disposti in modo preciso, ordinato e regolare), detriti inorganici ed i minerali. Ognuno di questi elementi si ritrova in ambienti di formazione differente ed è essenzialmente questa la ragione per la quale non troviamo tutti i tipi di rocce all interno di una stessa località, ciò dipende in primo luogo dalle condizioni di formazione della roccia, ma anche da come l ambiente ed i fenomeni atmosferici hanno permesso il suo mantenimento fino ai giorni nostri; una roccia infatti può avere un età pari a quella dell intero ciclo del nostro pianeta!!!
Tutte le rocce si formano attraverso dei processi che vengono definiti petrogenetici che si svolgono nella litosfera e all interno del mantello terrestre, questi sono influenzati principalmente da tre fattori (temperatura, pressione e composizione chimica) e sono stati distinti in tre grandi gruppi: magmatici, sedimentari e metamorfici.
Quando parliamo di litosfera intendiamo la parte più esterna e consistente della Terra, comprendente la crosta (la porzione più esterna, quella dove camminiamo) e una parte del mantello superiore fino alla profondità di 100 km, mentre il mantello si estende fino a circa 2900 km di profondità. Inoltre, più si scende verso il basso più la temperatura aumenta fino a raggiungere i 6300 C nel suo nucleo più interno, e lo stesso fa la pressione superando i 330 GPa (giga Pascal), come se 1 kg di piombo sulla crosta pesasse oltre 3 milioni di chili al nucleo!!!
Un altro fattore interessante da analizzare è il comportamento dei componenti che troveremo scendendo verso il centro della Terra: dalla superficie fino al limite tra mantello inferiore e nucleo esterno troveremo materiale allo status solido, tra nucleo esterno e il limite con quello interno (a circa 5100 km di profondità) allo status liquido per poi ritrovarlo solido nella porzione più interna del pianeta. Un ultimo fattore da considerare è la presenza di ossigeno all interno della crosta e del mantello dove si originano minerali detti silicati (quarzo, feldspati, mica, argille, anfiboli, pirosseni, olivine e granati), a differenza di quanto avviene nel nucleo dove non è presente e si formano leghe di ferro e nichel. In tutto questo è anche molto importante la composizione chimica che ritroveremo nella formazione dapprima dei diversi tipi di minerali e, di conseguenza, delle rocce che origineranno aggregandosi.
ROCCIA MONOMINERALICA: TRAVERTINO A livello più generale potremo anche parlare di rocce monomineraliche (costituite da un solo tipo di minerale) come ad esempio i travertini, le duniti, etc...
..o di rocce polimineraliche (costituita da minerali di diverso tipo) ad esempio i graniti. ROCCIE POLIMINERALICHE: GRANITO ROSA DI BAVENO
I tre processi petrogenetici originano tre diverse tipologie di rocce che identificheremo come magmatiche, sedimentarie e metamorfiche le quali, mediante la modificazione di temperatura, pressione e composizione chimica, potranno trasformarsi l una nell altra.
IL PROCESSO MAGMATICO Comprende la formazione di tutte le rocce la cui genesi (formazione ed origine) è correlata alla consolidazione di masse fuse definite magmi. Questi possono provenire dal sottostante mantello o formarsi direttamente nella crosta per fenomeni di anatessi (fusione) crostale. Da questo tipo di processo derivano le rocce magmatiche le quali, a loro volta, si suddividono in tre diverse tipologie di rocce con caratteristiche ed origine differenti in base alla velocità ed al luogo di raffreddamento del magma:
Rocce magmatiche ignee (o plutoniche): si formano all interno della crosta terrestre o nel mantello superiore a seguito di un lento raffreddamento del magma accompagnato da una lenta cessione di calore (si immagini di lasciar lentamente estinguere un forno a legna per la pizza, il tutto si raffredderà molto lentamente). In questo modo i cristalli che andranno a costituire la roccia si formeranno gradualmente l uno dopo l altro in una struttura sequenziale, riconoscibile direttamente sulla roccia: i minerali che cristallizzano per primi avranno una forma ben definita a differenza degli ultimi che avranno una forma qualunque (il completo raffreddamento di un magma all interno della crosta terrestre può realizzarsi anche in 1 milione di anni!!!). Queste rocce sono dette olocristalline in quanto la loro struttura è composta interamente da minerali. Alcune rocce rappresentative di questo tipo sono i graniti, le sieniti, le monzoniti, etc
Struttura sequenziale in granito alcali- feldspatico: si noti come la biotite (cristallizzata per prima) mantenga la sua classica forma mentre il feldspato alcalino (che cristallizza per secondo) e poi il quarzo (ultimo a cristallizzarsi) debbano adattare la loro forma agli spazi rimasti vuoti.
Rocce magmatiche effusive (o vulcaniche): che si formano a seguito di un eruzione o di una colata lavica subendo, pertanto, un raffreddamento rapidissimo (si pensi durante un eruzione il ciottolo vulcanico che viene proiettato in aria passando in pochi istanti da temperature di qualche migliaia di gradi a quelle atmosferiche). Questa è la ragione per la quale, in queste rocce, non si riconosce una struttura sequenziale, ma una sorta di massa di fondo amorfa che ingloba i pochi minerali che si erano già formati all interno della crosta o del mantello. In questa tipologia di rocce sono anche comprese le ossidiane formatesi a seguito di un rapidissimo raffreddamento del magma proiettato in atmosfera: questo processo non permette la formazione di nessun cristallo, ma solamente di una massa amorfa (vetrosa). Alcune rocce che ben rappresentano questa categoria sono: il basalto, il porfido, la pomice, l ossidiana.
Porfido quarzifero: sono riconoscibili cristalli biancastri di quarzo immersi in una massa di fondo amorfa (non cristallina). Ossidiana: si noti l intera struttura vetrosa.
Ovviamente le eruzioni possono anche avvenire in ambiente sottomarino, in questo caso il magma fuoriuscente non entrerà in contatto con l aria, ma con l acqua, originando particolari rocce come le lave a pillow (cuscino). Queste sono le rocce vulcaniche più abbondanti eruttate sulla Terra e si ritrovano, in gran parte, lungo le dorsali oceaniche sottomarine. Diversi esempi di eruzioni sottomarine con formazione di pillows lava.
Esempio di eruzionie sottomarina con formazione di pillows lava.
Rocce magmatiche filoniane (o ipoabissali): solidificano sotto la superficie terrestre a metà tra la superficie ed il camino vulcanico. Durante la risalita, il magma incontra una spaccatura e vi penetra; qui si arresterà e comincerà a solidificarsi assieme alle rocce circostanti. Sono tipologie di rocce considerate intermedie tra quelle plutoniche e vulcaniche e possono originare strutture molto curiose come ad esempio i dicchi vulcanici.
Pinnacolo roccioso testimone dell'intensa erosione operata a spese di un dicco vulcanico. Il vasto sito di Alto Mira (Isola di Santo Antão) espone sciami di dicchi di spettacolare risalto scenico e cromatico.
IL PROCESSO SEDIMENTARIO Implica la formazione di rocce in ambienti in cui temperatura e pressione sono quelle che si realizzano nella parte superficiale del pianeta o nelle sue immediate vicinanze, fondali marini compresi. I sedimenti si formano per degradazione, eventuale trasporto e successiva deposizione di rocce sia magmatiche che metamorfiche o già sedimentarie; in alcuni casi si possono formare per accumulo di materiale organogeno o materiale di precipitazione chimica. Una volta compattati i sedimenti, avremo la formazione delle vere rocce sedimentarie. Sono le rocce più diffuse sulla superficie terrestre in quanto coprono oltre l'80% delle terre emerse. Alcuni esempi sono l arenaria, il calcale, la dolomia e i carboni fossili come il petrolio (originatosi da depositi animali e vegetali), sono infatti una tipologia di rocce molto importanti per quanto riguarda l economia e la ricostruzione della vita sulla Terra nelle diverse Ere geologiche in quanto, numerosi fossili, sono conservati all interno di alcune di queste rocce.
ARENARIA ROSSA ARENARIA ROSA
Fossile di Asteracea rinvenuto nella Patagonia argentina. Pitch Lake il maggiore deposito naturale di asfalto Trinidad - Tobago
La loro caratteristica più visibile è quella di essere stratificate. Questo permette loro di essere riconosciute dalle rocce vulcaniche e metamorfiche (in quest ultimo caso parleremo di foliazione e di scistosità). Strato di argille statificate Verduno (Cuneo).
Queste tipologie di rocce sono il risultato del processo sedimentario, il quale si articola in 4 tappe: 1 degradazione di rocce preesistenti: di qualsiasi natura siano le rocce (magmatica, sedimentaria o metamorfica), non sono completamente stabili quando sono esposte agli agenti atmosferici sulla superficie terrestre, e questo può provocare disgregazione meccanica (ad opera di fenomeni di gelo/disgelo, variazioni di temperature, azione delle radici delle piante, etc ) o alterazione chimica (cambiamento del chimismo della roccia); 2 trasporto: il sedimento prodotto dalla degradazione viene trasportato attraverso flussi trattivi (ad esempio quello che potrebbe esercitare un fiume con l azione di trazione delle particelle di sedimento sul fondale a formare ripple ) o flussi gravitativi (frane). Entrambi questi fenomeni hanno lo scopo di arrotondare il margine dei sedimenti (parleremo allora di clasti), di ridurli di dimensione e di modellare il fondale;
Ripple: effetto del trasporto di clasti lungo il percorso di un vecchio corso d acqua e ora rimasto impresso nel terreno.
3 deposizione: quando gli agenti di trasporto cessano di esistere e si ha un bacino di sedimentazione in cui si possono accumulare e preservare spessori notevoli di sedimento in modo da formare le tipiche strutture a strati; 4 diagenesi: l insieme dei processi che trasforma i sedimenti incoerenti (clasti) in una roccia sedimentaria, attraverso processi chimici (cementazione, ricristallizzazione, sostituzione, dissoluzione, etc..) o fisici (compattazione).
IL PROCESSO METAMORFICO Avviene essenzialmente allo stato solido e riguarda la trasformazione di rocce magmatiche e sedimentarie preesistenti che sono state portate in condizioni di temperatura e pressione diverse da quelle presenti al momento della loro formazione; anche l infiltrazione di fluidi costituisce un fattore importante. Tutti questi fattori comportano un cambiamento nel chimismo, nella struttura e nella composizione mineralogica della roccia di partenza (protolite). L aumento di temperatura ha il ruolo principale di permettere la ricristallizzazione ed aumentare la grana dei cristalli che si formeranno; l aumento di pressione favorirà una diminuzione del volume e una deformazione della roccia preesistente, che sarà visibile attraverso la formazione di una foliazione (a differenza della stratificazione delle rocce sedimentarie); la fase fluida, invece, favorisce le trasformazioni metamorfiche.
Rocce metamorfosate nelle Alpi Auane. Esempio di uno scisto metamorfosato.
Le rocce metamorfiche, originando da diverse tipologie di rocce, contengono al loro intero la totalità di minerali che si ritrovano normalmente all interno delle rocce magmatiche e sedimentarie, seppur con caratteristiche diverse e, a differenza delle rocce magmatiche, non presentano una struttura sequenziale. Alcune tipologie di queste rocce sono: i marmi, gli gneiss,gli scisti, le ardesie, etc Marmo rosa: protolite carbonatico. Gneiss occhialino: protolite magmatico (granitoide),è ancora ben visibile un cristallo di plagioclasio non ancora completamente metamorfosato.