Il principio dell’attualismo
I fenomeni geologici che si verificarono nel passato sono gli stessi che si
stanno verificando ancora oggi con le medesime modalità, velocità e
intensità.
I tempi in cui si svolgono i processi geologici sono enormemente lunghi.
Immagine
del 1871
Immagine
del 1968
Velocità dei processi geologici
ed eventi catastrofici
Durante la storia della Terra si sono verificati anche eventi catastrofici
occasionali.
Sono fenomeni rapidi, violenti ed eccezionali come: grandi eruzioni
vulcaniche, devastanti terremoti, enormi frane, collisioni di meteoriti e
asteroidi.
St. Helen - Washington
Meteor Crater - Arizona
Composizione chimica
della Terra solida
Circa il 90% della dell’intera Terra è costituito da 4 elementi, 2 di questi
formano il 70% della crosta.
Celle elementari
Sistema cristallino
Cubico
Tetragonale
Cella elementare
semplice, a corpo centrato, a
facce centrate
semplice, a corpo centrato
Rombico
semplice, a singola faccia
centrata, a corpo centrato, a facce
centrate
Monoclino
semplice, a singola faccia centrata
Triclino
semplice
Trigonale
semplice
Esagonale
semplice
I minerali
I materiali che costituiscono la Terra solida sono:
• minerali: solidi cristallini inorganici caratterizzati da una composizione
chimica ben definita.
• rocce: aggregati di minerali.
I minerali
Le particelle che costituiscono un minerale hanno la disposizione spaziale
ordinata tipica dei cristalli.
I cristalli si presentano in forme regolari, prismatiche, caratteristiche per ogni
minerale.
Salgemma (cubi)
Diamante (ottaedri)
Berillo (prismi esagonali)
I minerali
La più piccola unità che forma la struttura cristallina ordinata di un
minerale è detta cella elementare.
La disposizione spaziale delle celle elementari determina la forma del solido,
definita abito cristallino.
I minerali
Ogni minerale è identificato da una formula chimica, cioè dal tipo e dal
numero di atomi presenti nella sua più semplice unità strutturale.
I minerali
Tra gli elementi principali che formano i minerali, l’ossigeno tende a
formare anioni, mentre silicio, alluminio, calcio, sodio, potassio, ferro e
magnesio tendono a formare cationi.
Dimensioni relative e cariche
dei 10 ioni più comuni nella
composizione dei minerali.
I minerali
Gran parte delle strutture cristalline può essere descritta come il risultato
dell’impacchettamento di grandi anioni con cationi che, essendo di
dimensioni più ridotte, occupano gli spazi liberi tra i cationi.
I minerali sono neutri.
Il numero di anioni e cationi è
tale da bilanciare le cariche
negative e positive.
Proprietà dei minerali
Ogni minerale è caratterizzato da specifiche proprietà
fisiche:
• colore;
• lucentezza;
• peso specifico;
• sfaldatura;
• durezza;
• temperatura di fusione.
Proprietà dei minerali
Il colore di un minerale dipende dalla composizione chimica, cioè dalla
presenza di determinati ioni.
I minerali colorati
contengono ferro,
cromo, cobalto,
manganese, nichel,
titanio, rame.
Ematite
Colore nero
Polvere
rossa
Proprietà dei minerali
La lucentezza dipende dal comportamento della superficie del minerale
rispetto alla luce.
La lucentezza può
essere metallica, nei
minerali opachi, nonmetallica, nei minerali
più o meno trasparenti.
Pirite
Lucentezza metallica
Smeraldo
Lucentezza non-metallica
Proprietà dei minerali
Il peso specifico è il rapporto tra il peso del minerale e quello di un ugual
volume di acqua distillata a 4 °C.
Poiché peso specifico e
densità sono
direttamente
proporzionali, i minerali
più densi sono anche i
più pesanti.
Zolfo (2.0)
Oro (19,3)
Proprietà dei minerali
La sfaldatura è la proprietà dei minerali di rompersi lungo piani
preferenziali.
Mica
Questi piani
corrispondono a
superfici in cui i legami
chimici sono meno forti.
Proprietà dei minerali
La durezza di un minerale è la misura della sua resistenza ad essere
scalfito o abraso.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Talco
Gesso
Calcite
Fluorite
Apatite
Ortoclasio
Quarzo
Topazio
Corindone
Diamante
Si determina per
comparazione con una
scala standard detta
scala di Mohs.
Scala di Mohs
TENERI (si scalfiscono con l’unghia)
1Talco 2 Gesso
SEMI DURI (si rigano con una punta
d'acciaio)
3 Calcite 4 Fluorite 5 Apatite
DURI (non si rigano con la punta di
acciaio)
6 Ortoclasio 7 Quarzo 8 Topazio
Corindone 10 Diamante
9
Proprietà dei minerali
La temperatura di fusione è la temperatura alla quale l’architettura della
struttura cristallina viene demolita.
Alla temperatura di
fusione, tipica per ogni
minerale, si verifica il
passaggio allo stato
liquido.
Antimonite (525 °C)
Quarzo (1710 °C)
Proprietà dei minerali
Si ha polimorfismo quando due minerali con la stessa composizione
chimica hanno struttura cristallina diversa.
Classificazione dei minerali
In basse alla loro composizione chimica i minerali si classificano in classi.
Le più importanti sono:
• elementi nativi;
• solfuri;
• solfati e aloidi;
• ossidi e ossidi idrati;
• carbonati;
• silicati.
Classificazione dei minerali
CLASSIFICAZIONE DEI MINERALI
• Si dividono in Non silicati e Silicati
• Si classificano in base alla composizione chimica
ELEMENTI NATIVI
Oro
Argento
Rame
Zolfo
Carbonio
argento
zolfo
carbonio
oro
rame
NON SILICATI
OSSIDI
Magnetite:
Fe3O4
FeO*Fe2O3
Corindone: Al2O3
Ematite: Fe2O3
=
corindone
magnetite
ematite
NON SILICATI
ALOGENURI
Salgemma: NaCl
Silvite: KCl
Fluorite: CaF2
Carnallite: KCl*MgCl2*6H2O
salgemma
silvite
fluorite
carnallite
NON SILICATI
CARBONATI:
Calcite / Aragonite: CaCO3
Dolomite: CaMg(CO3)2
Siderite: FeCO3
Magnesite: MgCO3
Malachite: Cu2 (CO3) (OH)2
Azzurrite: Cu3 (CO3)2(OH)2
calcite
magnesite
dolomite
aragonite
siderite
azzurrite
malachite
NON SILICATI
SOLFATI:
Gesso:CaSO4*2H2O
Anidrite: CaSO4
anidrite
SOLFURI:
Blenda: ZnS
Galena: PbS
Cinabro: HgS
Pirite: FeS
blenda
galena
cinabro
pirite
SILICATI
I silicati sono i costituenti del più del 90% della
crosta terrestre.
Sono composti di Silicio e Ossigeno e tutti
tranne il Quarzo (SiO2) contengono uno o più
elementi in forma ionica (Al - Fe - Mg - K - Na Ca..).
Lo ione caratteristico di questi minerali è lo
ione silicato, SiO44- Questo ione ha forma
tetraedrica, con lo ione silicio al centro e
quattro ioni ossigeno ai vertici. Il silicio forma
quattro legami covalenti con l'ossigeno e
raggiunge così la sua stabilità elettronica. Ogni
atomo di ossigeno deve acquistare un
elettrone per completare il suo guscio
elettronico esterno.
SILICATI
I Silicati si dividono in:
NESOSILICATI:
Tetraedri isolati e vi appartengono
le Olivine, in cui gli ioni positivi
sono rappresentati da Magnesio e
Ferro. (olivina, granati, zircone,
olivina
topazio)
CICLOSILICATI:
Sono silicati ad anelli di tetraedri
berillo (smeraldo, acquamarina)
berillo
SOROSILICATI: due tetraedri accoppiati
(epidoti)
epidoto
SILICATI
INOSILICATI: Sono silicati a catene di
tetraedri.
Se le molecole sono costituite da catene
lineari semplici di tetraedri sono detti
PIrosseni, (silicati ferro-magnesiaci) scuri e
densi.
Se le molecole sono costituite da catene
lineari doppie sono dette Anfiboli, (silicati
calcio-ferro-magnesiaci) con composizione
variabile e una colorazione che va dal
Verde al Marrone al Blu.
catene lineari semplici
pirosseni
catene lineari doppie
anfiboli
SILICATI
FILLOSILICATI: Sono silicati a strati di tetraedri.
Si presentano in grossi cristalli esagonali, la cui
caratteristica è la facile sfaldatura in piani paralleli,
lungo i piani di tetraedri.
Mica: muscovite (silicato di Al e K) chiara
biotite (silicato di Fe e Mg) scura
Serpentino (silicato di Mg)
Minerali argillosi (silicoalluminati)
biotite
muscovite
SILICATI
TECTOSILICATI: Sono silicati a struttura
spaziale
I feldspati si possono distinguere in F.
potassici (ORTOCLASIO) e sono in genere
chiari ed incolori, e F. sodiocalcici
(PLAGIOCLASIO: albite e anortite)
albite
quarzo
feldspati
anortite
ortoclasio
Le rocce e la loro formazione
Sono le rocce, non i minerali, che ci forniscono una visione d’insieme per
una descrizione significativa della crosta terrestre.
Le rocce e la loro formazione
Le rocce si classificano in base al processo che ne ha determinato la
formazione.
I processi di formazione delle rocce sono:
• il processo magmatico;
• il processo sedimentario;
• il processo metamorfico.
Il processo magmatico
Il processo magmatico consiste nella formazione di rocce a seguito della
solidificazione di un magma.
Il magma è una massa di
materiali rocciosi allo stato fuso
contenente in soluzione anche
sostanze allo stato aeriforme.
Il processo magmatico
Dal processo magmatico hanno origine le
rocce magmatiche o ignee.
Il processo sedimentario
Le rocce in superficie subiscono un lento processo di disgregazione che
prende il nome di erosione.
Il processo sedimentario consiste nell’accumulo dei frammenti e nel
successivo processo di diagenesi che ne provoca la compattazione e la
cementazione.
Il processo sedimentario
Dal processo sedimentario hanno origine le
rocce sedimentarie.
Il processo metamorfico
Il processo metamorfico consiste nella trasformazione della struttura
cristallina dei minerali di rocce preesistenti a causa dell’aumento della
temperatura, della pressione o di entrambe.
Il fenomeno è detto anche metamorfismo.
Il processo metamorfico
Dal processo metamorfico hanno origine le
rocce metamorfiche.
Il ciclo litogenetico
I diversi gruppi di rocce possono trasformarsi gli uni negli altri attraverso i
processi magmatico, sedimentario e metamorfico.
Il ciclo litogenetico
L’insieme delle relazioni esistenti tra i vari processi è detto ciclo
litogenetico o ciclo delle rocce.
Il ciclo litogenetico
Il primo stadio del ciclo si può identificare con il processo magmatico,
seguono il processo sedimentario ed infine quello metamorfico.
La rifusione rinnova completamente il ciclo.
I materiali che formano le rocce odierne possono aver percorso il ciclo più
volte e aver posseduto in passato caratteristiche anche molto diverse da
quelle attuali.
Le rocce odierne testimoniano l’ultima delle trasformazioni operate dal
ciclo litogenetico.
Il ciclo litogenetico
Il primo stadio del ciclo si può identificare con il processo magmatico,
seguono il processo sedimentario ed infine quello metamorfico.
La rifusione rinnova completamente il ciclo.
I materiali che formano le rocce odierne possono aver percorso il ciclo più
volte e aver posseduto in passato caratteristiche anche molto diverse da
quelle attuali.
Le rocce ignee o magmatiche
Derivano dal raffreddamento e dunque dalla solidificazione di un materiale fuso di
composizione praticamente sempre silicatica, detto magma. I magmi possono
raffreddare in profondità, all'interno della crosta, o in profondità limitata o
addirittura fuoriuscire in superficie (lava).
Queste tre possibilità corrispondono a tre condizioni di pressione, e dunque a tre
modalità di raffreddamento con diversi risultati distinti per quanto riguarda l'aspetto
delle rocce, che chiameremo:
plutoniche (o intrusive) raffreddate in profondità, lentamente, in condizioni di alta
pressione, con possibilità di formazione di cristalli ben sviluppati. Altra condizione per
lo sviluppo è la presenza di gas e la fluidità del magma, cioè la possibilità degli ioni di
muoversi e dunque formazione di rocce a struttura olocristallina, granulare a grana
media o grossa e ipidiomorfa o autallotriomorfa (a seconda della composizione)
vulcaniche (o effusive), raffreddate rapidamente in condizioni di bassa pressione, con
cristalli dunque poco sviluppati, specialmente in rocce acide (cioè più ricche di SiO2,
più viscose), con strutture micro e criptocristalline, spesso porfiriche (cioè con alcuni
cristalli ben formati immersi in una pasta di fondo microcristallina) e a volte strutture
vetrose
ipoabissali (o subvulcaniche) o filoniane, cristallizzate a pressione intermedia, a
profondità limitata e raffreddatesi comunque rapidamente rispetto alle plutoniche, e
dunque a grana di solito fine e minuta e struttura quasi sempre porfirica.
Struttura:
struttura olocristallina: completamente composta di cristalli, a prescindere dalle dimensioni e dalla varietà delle dimensioni.
struttura granulare: (fine, media, grossolana), composta di cristalli tutti all'incirca della stessa grandezza.
struttura eterogranulare: composta di insiemi di cristalli a diversa grana.
struttura porfirica: struttura eterogranulare dove abbiamo cristalli ben formati (fenocristalli) immmersi in una pasta micro o
criptocristallina o addirittura vetrosa; indica uno stadio di raffreddamento lento che ha permesso la formazione di cristalli grossi
delle specie mineralogiche cristallizzanti a temperatura più alta seguito da un raffreddamento rapido del fuso rimanente con
conseguente congelamento in una struttura a grana minuta.
struttura ipidiomorfa: indica che c'è un chiaro ordine di cristallizzazione e si riconosce perché i minerali che solidificano a
temperatura più alta (olivine, pirosseni, femici in generale o comunque anche altri tipi in funzione della composizione del magma)
presentano svilippo regolare delle facce cristalline, mentre gli ultimi sono costretti ad occupare lo spazio rimanente e dunque
presentano un abito anedrale (i cristalli con facce ben sviluppate si dicono eudrali).
struttura autallotriomorfa: indica che non c'è un ordine di cristallizzazione. Ciò significa che i minerali hanno solidificato più o
meno contemporaneamente, e dunque nessuno ha avuto modo di sviluppare un abito cristallino compiuto rispetto agli altri; ciò
accade quando abbiamo un fuso con una composizione tale da dare minerali che solidificano nel medesimo intervallo di
temperatura.
struttura vetrosa: quando il raffreddamento è stato così rapido da congelare gli elementi (atomi o ioni) e non permetterne
l'organizzazione in cristalli.
struttura microcristallina: con cristalli pochissimo sviluppati, a prescindere da un loro ordine di cristallizzazione. Sta ad indicare che
la roccia quando si è messa in posto era completamente fusa.
In base al loro contenuto di silice, le rocce ignee possono essere suddivise in acide, intermedie e basiche.
Le rocce acide sono quelle che mostrano un contenuto di SiO2 maggiore del 65% in peso.
Le rocce intermedie hanno un contenuto in silice compreso tra il 52% e il 65% in peso.
Le rocce basiche mostrano un contenuto inferiore al 52% in peso di SiO2.
Le rocce acide, composte in genere da feldspati e silice vengono anche dette felsiche (o sialiche) e sono chiare; le rocce basiche,
dove c'è predominanza di minerali silicati ricchi di ferro e magnesio, vengono dette mafiche (o femiche) e sono scure.
Classificazione delle rocce
magmatiche
Viene fatta su base mineralogica, in relazione alla percentuale di ogni componente la roccia. A
seconda delle quantità la roccia può assumere colori che vanno dal grigio al nero, al verde
scuro.
Si possono identificare quattro famiglie di rocce, quindi, in base al contenuto di minerali mafici
o felsici.
Famiglia dei graniti, costituita da rocce di tipo acido; le rocce più rappresentative sono i graniti
e le rioliti. Il colore varia dal bianco al rosa: i minerali più diffusi sono il quarzo (trasparente), il
feldspato (chiaro) e la biotite (scura).
Famiglia delle andesiti, costituita da rocce di tipo intermedio; le rocce più rappresentative sono
le andesiti e le dioriti. Sono rocce più scure dei graniti. I minerali più rappresentati sono:
mafici, con colori dal verde al nero, che sono pirosseni, anfiboli, biotite
felsici, con un colore molto chiaro, anche bianco, come il plagioclasio.
Famiglia dei basalti, costituite da rocce basiche. Hanno un colore molto scuro, fino al nero. I
minerali più presenti sono l'olivina, i pirosseni ed il plagioclasio calcico.
Famiglia delle rocce ultrabasiche. Hanno un colore molto scuro, dato che sono formate quasi
del tutto da silicati mafici. I minerali più rappresentati sono l'olivina e il pirosseno.
Le rocce ignee nel dettaglio
Granito
Roccia magmatica intrusiva acida a tessitura olocristallina, granulare, ipidiomorfa, contenente
circa un 10% di minerali mafici (biotite) e un 90% tra alcalifeldspati, plagioclasi, quarzo. Il quarzo
ha un aspetto vitreo e colore grigiastro, i plagioclasi sono bianco-lattiginosi, gli alcalifeldspati
da bianchi a rosa.
Quando si parla di struttura di una roccia ignea ci si riferisce alla grandezza, alla
forma e alla disposizione dei cristalli dei vari minerali che la compongono.
Molte rocce ignee hanno cristalli così piccoli da non poter essere visti ad occhio
nudo. Altre invece sono costituite da cristalli molto grandi. Di solito le rocce
effusive sono a grana fine mentre le rocce intrusive sono a grana media o
grande.
Struttura delle rocce ignee basata sulla grandezza dei cristalli
Grandezza dei grani
Definizione della struttura
Non visibili (es.ossidiana)
Vetrosa
Troppo piccoli (non visibili ad
occhio nudo )
Grana molto fine
Fino ad 1mm
Grana fine
Da 1 a 5mm
Grana media
Più di 5mm
Grana grossa
Grani relativamente grandi
(fenocristalli) dispersi in una
matrice fine
Porfirica