LE ROCCE SEDIMENTARIE Dispense delle esercitazioni di Geologia per Scienze Naturali, UNIMI, versione 2005 Giovanni Muttoni Dipartimento di Scienze della Terra, Via Mangiagalli 34, I-20133 Milano DISPENSE DISPONIBILI IN RETE ALL INDIRIZZO: http://users.unimi.it/paleomag/rocce/rocceesercitazioni.html PER OGNI INFORMAZIONE RIVOLGERSI A: giovanni.muttoni1@unimi.it Milano, Primavera 2005 1. 1
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE Le rocce sedimentarie si formano per accumulo di materiali di tipo diverso, ad opera di agenti esogeni, in ambiente subaereo o subacqueo. Alcune rocce sedimentarie derivano dall'accumulo di fossili di organismi marini, altre sono il risultato di precipitazione chimica diretta di sostanze disciolte nell'acqua marina, altre sono il risultato dell'accumulo di frammenti erosi da rocce pre-esistenti. Nella foto qui sotto alcuni esempi di rocce sedimentarie, contenenti fossili (in alto a sinistra), derivanti da precipitazione di veli di carbonato di calcio (in alto a destra) e date dall'accumulo di particelle anteriormente erose (in basso). Il CICLO delle ROCCE - THE ROCK CYCLE Le rocce sedimentarie si formano in conseguenza di processi geologici complessi all'interno del CICLO DELLE ROCCE, illustrato qui sotto: 1. 2
LE ROCCE SEDIMENTARIE vs. 2005 James Hutton (1727 1797), the eminent 18th century gentleman farmer and founder of modern geoscience, authored the concept of the rock cycle, which depicts the interrelationships between igneous, sedimentary, and metamorphic rocks. The upper part of the earth (mantle, crust and surface) can be envisioned as a giant recycling machine; matter that makes up rocks is neither created nor destroyed, but is redistributed and transformed from one rock type to another. Nella figura qui sopra, una sezione verticale di un segmento di litosfera ove avvengono i vari processi che portano alla formazione delle rocce, in particolare delle rocce sedimentary. Figure Explanation: Magma is molten silicate material generated by melting deep within the Earth. High temperatures are generated by radioactive decay and pressure is provided by the overlying pile of rock. Crystallization forms bodies of crystalline intrusive igneous rock as the magma! rises through the crust. Igneous extrusive rocks (volcanic rocks) are formed if the!magma reaches the surface. Weathering is the process of breakdown of rocks at the Earth's surface by the action of wind, rain and ice. Water, wind and ice are also the agents of transportation for rock particles both in suspension and solution. Deposition is the process of particles falling from suspension or being precipitated from solution to form layers of sediments. As the sediments are buried they are compacted and cemented. This process of lithification creates sedimentary rocks. Metamorphism is the deep subsurface process by which sedimentary (and igneous) rocks are changed by the action of temperature, pressure and fluids. New minerals grow and a metamorphic rock is the product of the change. Melting of 1. 3
deeply buried rocks generates new magma and the cycle is complete. Hot material rising in the Earth generates uplift which in turn promotes erosion so the cycle, driven by radioactive heating, is self-sustaining for thousands of millions of years. Per quanto visto sul ciclo delle rocce, risulta ovvio che la geologia delle rocce sedimentarie è una disciplina complessa che presenta legami con altre discipline delle Scienze della Terra quali la paleontologia, la petrologia e la tettonica. ROCCE SEDIMENTARIE: PROCESSI E CLASSIFICAZIONE Vediamo ora in maggior dettario il CICLO DELLE ROCCE SEDIMENTARIE. Un deposito sedimentario è il risultato della disgregazione ad opera dei processi di alterazione meteorica, fisici e chimici di rocce preesistenti di vario tipo (ignee, metamorfiche o sedimentarie). I prodotti che derivano dai processi di alterazione meteorica, trasportati come particelle solide o in soluzione, vengono ridistribuiti da correnti e onde. I frammenti detritici vanno a costituire i sedimenti terrigeni. Parte sel materiale in soluzione, estratto dall'acqua marina da organismi che lo utilizzano per le proprie parti scheletriche è all'origine dei depositi organogeni. La precipitazione diretta di materiali in soluzione dà, infine, origine ai depositi di precipitazione chimica. I materiali sono continuamente rimossi dall'erosione e dagli agenti di trasporto da porzioni di crosta in sollevamento verso porzioni in subsidenza. Qui il materiale si accumula, viene seppellito e tramutato in roccia dalla diagenesi. Il seguente diagramma riassume i processi di formazione delle rocce sedimentarie: 1. 4
Il primo passo per formare una roccia terrigena (vedere parte sinistra del diagramma qui sopra) è la disgregazione (erosione) della roccia madre. Le forze fisiche di disgregazione possono essere: * Il ghiaccio, in ambienti artici e subartici e a latitudini temperate ad alta quota. * Le variazioni diurne di temperatura, che creano fenomeni di espansione e contrazione delle rocce. Ad esempio nelle aree desertiche in cui l'escursione termica diurna è molto ampia. * L'aumento in volume della roccia per il rilascio di pressione che accompagna l'erosione degli strati sovrastanti. * I fattori biologici, ad esempio licheni e vermi scavatori la cui azione puo' contribuire a disgregare la roccia Tali forze fisiche aumentano la superficie dei minerali contenuti nelle rocce ignee e metamorfiche esposta agli agenti chimici (meteorici), accellerando il processo di alterazione della roccia. Una volta disgregati, i frammenti di roccia vengono trasportati. Gli agenti di trasporto possono avere differente densità, velocità e durata. Questi parametri influenzano la composizione mineralogica e la selezione del sedimento finale, e la forma e arrotondamento delle particelle costituenti. Gli agenti di trasporto sono (1) l'acqua, (2) le correnti di densità, (3) il ghiaccio e (4) il vento. Quantità e dimensioni delle particelle trasportate dall'acqua dipendono dalla portata e velocità della corrente. Le particelle sono trasportate per soluzione, sospensione, trascinamento, saltazione e 1. 5
rotolamento. Il vento trasporta sedimenti fini e ben selezionati, ad esempio sabbie di dune. Ogni mezzo di trasporto imprime sulla superficie delle particelle trasportate un suo marchio caratteristico (visibile al microscopio SEM) per il diverso modo di cozzare tra loro delle particelle stesse. Dopo il trasporto, le particelle vengono accumulate; avvienecioé la sedimentazione, causata dal superamento da parte della forza di gravità delle forze tangenziali agenti durante i processi di trasporto. Per le rocce sedimentarie di precipitazione chimica diretta, ad esempio gesso e sale, le fasi di erosione e trasporto NON si verificano - cosi' pure per certi calcari biogenici. In seguito alla sedimentazione, avviene la diagenesi, che comprende quell'insieme di processi chimici e fisici che portano alla litificazione del sedimento dopo il seppellimento. Esistono diversi tipi di diagenesi. * Sindiagenesi: avviene quasi contemporaneamente alla deposizione. * Anadiagenesi: diagenesi propriamente detta in cui avvengono vari processi, tra cui compattazione (riduzione di porosità), cementazione, autigenesi (formazione in posto di nuovi minerali), differenziazione, ricristallizzazione, soluzione intrastratale (stiloliti), metasomatosi (scambio di ioni). * Epidiagenesi: alterazione a contatto con l'aria in seguito ad emersione. * Anchimetamorfismo: precede il metamorfismo vero e proprio. Comprende i cambiamenti che si verificano a temperature tra 150 e 400 C. I processi diagenetici possono cambiare la composizione e la tessitura del sedimento. Inotre hanno un impatto fondamentale sulla porosità e la permeabilità di un sedimento, tanté che lo studio della diagenesi è molto importante per l'industria petrolifera. ---FINE INTRO--- 1. 6