ROCCIA
Aggregato naturale di uno o più
minerali
Minerali di tipo diverso (es. granito,
basalto)

roccia polimineralica
Un solo tipo di minerale (es. travertino,
dunite)

roccia monomineralica
Granito = roccia
ignea intrusiva
composta
essenzialmente da:
Feldspati
Quarzo
Biotite
•
•
•
•
•
Ma quali caratteristiche ha
un minerale?
Materiale naturale
Composto inorganico
Specifica composizione chimica
Struttura cristallina definita
Proprietà fisiche ben definite
Struttura cristallina

Un cristallo è una formazione minerale solida che ha una
disposizione periodica e ordinata di atomi ai vertici di una
che si chiama reticolo cristallino; la presenza del reticolo
conferisce al cristallo una forma geometrica definita.
Quando e perchè si formano i minerali?
• Cristallizzazione per raffreddamento
• Precipitazione a basse temperature
• Ricristallizzazione (allo stato solido)
• Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro
struttura cristallina.
• Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o
necessariamente bello esteticamente.
• Il vetro non è un minerale perchè: non ha nè strutture
cristalline nè specifiche composizioni chimiche.
Definizione di roccia. Problemi
1) Nella definizione di roccia si prescinde dalle caratteristiche
meccaniche della sostanza (ossia se il materiale che stiamo
considerando è coerente o incoerente meccanicamente):
Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia)
 Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia)
2) Ci sono rocce composte interamente da vetro (ossidiane).
Ma allora non sono rocce! (aggregato di più minerali). Per
questo paradosso si parla anche di mineraloidi.
3) Ci sono rocce composte anche da materiale organico
(carboni opp. rocce sedimentarie con fossili). Ma allora non
sono rocce! (minerale = sostanza non organica). Per questo
paradosso si parla anche di mineraloidi.
Silicati che costituiscono
le rocce
I minerali che costituiscono più del 95% della crosta
sono silicati.
Per questo motivo, i silicati sono i minerali più
importanti. I più diffusi di questi sono: • quarzo
• feldspati
Tra i non-silicati, i minerali più
abbondanti sulla superficie
terrestre sono i carbonati
• mica (e argille)
• anfiboli
• pirosseni
• olivine
• granati
Silicati
sono una classe di minerali composti
prevalentemente da ossigeno e
silicio; in particolare, la formula
chimica di base comune a tutti è
SiO4.
A livello geometrico, questi atomi
sono disposti in modo da formare un
tetraedro (al centro vi è l'atomo di
silicio, ai quattro vertici gli atomi di
ossigeno)
Silicati
Il numero di ossidazione del silicio pari
a +4, e quello dell'ossigeno a -2, ne
risulta che complessivamente ogni
tetraedro presenterà un eccesso di
carica negativa (precisamente una
carica di -4) che tende a distribuirsi
sui quattro atomi di ossigeno: da ciò
la presenza (più o meno elevata a
seconda del tipo di silicato) di cationi
metallici, attratti dall'anione
tetraedrico.
Questi metalli sono solitamente ferro,
magnesio, potassio, sodio e calcio,
ed hanno una funzione fondamentale
nel legare tra loro le diverse strutture
silicatiche complesse formate dai
tetraedri.
Nesosilicati



I gruppi SiO4 sono isolati; gli ossigeni ai vertici dei tetraedri
sono legati esclusivamente a metalli diversi dal silicio. Ogni
tetraedro è collegato agli altri non direttamente, ma da
atomi (prevalentemente Fe ed Al) che fanno da ponte fra i
vertici dei tetraedri stessi.
Sono minerali nel cui reticolo cristallino vi è molto spazio
per i metalli (il più basso rapporto SiO4/metalli) per i
quali, non essendovi atomi di ossigeno in comune fra
i tetraedri, vale il rapporto
numerico Si:O = 1:4.
Nesosilicati


I tetraedri isolati sono collegati da
cationi come Mg2+, Fe2+ o Al3+)
Un esempio è l’olivina (Mg,Fe)2SiO4
Inososilicati


Gli inosilicati (dal greco
INOS, fibra) sono silicati in
cui i tetraedri si uniscono
per formare catene singole
o doppie,(rarissime sono le
catene triple) la cui
rispettiva formula chimica è
Si2O6 e Si4O11.
Agli inosilicati appartengono
due importanti costituenti
delle rocce i pirosseni (a
catena singola) e gli
anfiboli (a catena doppia).
Pirosseni



formula chimica
schematizzabile in
XYZ2O6 , dove:
X e Y rappresentano
cationi metallici come
Na+, Ca2+, Fe2+, Mg2+ e
Li+
Z rappresenta Si4+ e
Al3+ nei siti tetraedrici
delle catene.
Anfiboli







si presentano sotto forma di
fibre più o meno lineari,
relativamente flessibili, avvolte
in masserelle
La composizione può essere
espressa dalla formula generale
W0-1X2Y5Z8O22(OH,F)2,
dove
W indica Na e K,
X indica Ca, Na, Mn, Fe, Mg, Li,
Y indica Mn, Fe, Mg, Al, Ti,
Z indica Si e Al.

La struttura degli anfiboli si
basa su di una catena doppia
Si4O12
Fillosilicati


I fillosilicati (dal greco phyllon, foglia) sono
silicati caratterizzati da una struttura a strati a
simmetria tetraedrica e ogni tetraedro tende a
legarsi con altri tre tramite degli ossigeni ponte.
La formula chimica è Si2O5.
Generalmente sono teneri, con basso peso
specifico e le lamelle di sfaldatura possono essere
flessibili o elastiche. La maggior parte dei
fillosilicati contengono ossidrili (OH), posizionati
all'interno degli anelli esagonali di tetraedri.
Esempi di fillosilicati sono muscovite e biotite
che appartengono ai minerali denominati miche
Fillosilicati
le argille sono principalmente
composte da fillosilicati silicati, : la
loro formula chimica generale è:
Al2.2SiO2.2H2O
Tectosilicati


I tectosilicati (o tettosilicati, dal greco tecton,
costruttore) sono silicati caratterizzati da una
struttura di tetraedri uniti in gruppi di quattro ove
due tetraedri sono orientati verso il basso e due
verso l'alto, formando la caratteristica struttura
definita a doppio collo d'oca, ogni tetraedro
condivide 3 dei 4 ossigeni presenti nel monomero
base dei silicati
. La formula chimica è SiO2. I tectosilicati
costituiscono circa il 64% della crosta terrestre.
Tectosilicati

I tectosilicati più diffusi sono il
quarzo, i feldspati e le zeoliti
a
S truttura del l ’ani one S i O
4
4-
b
N ES O S ILICA T I(tetraedri i sol ati )
m i neral i :O LIVIN A
c
IN O S ILICA T I(catene di tetraedri )
m i neral i :PIRO S S EN I (si ngol a),
A N FIBO LI (doppi a)
d
FILLO S ILICA T I (pi ani di tetraedri )
m i neral i :MICH E
e
T ECT O S ILICA T I(strutture 3D )
m i neral i :QU A RZ O ,FELD S PA T I
I processi petrogenetici
Le rocce si formano attraverso processi definiti
petrogenetici.
I parametri che controllano tali processi sono :
- Temperatura (T)
- Pressione (P)
- Composizione chimica (X)
Nonostante il fatto che i parametri T, P e
X possano variare con una certa continuità,
i processi petrogenetici sono stati distinti in
tre grandi gruppi:
- Magmatico o igneo
- Sedimentario
- Metamorfico
Ovviamente queste sono semplificazioni classificative ed
esistono casi in natura di rocce che possono essere
classificate a cavallo di due gruppi (es. rocce piroclastiche,
migmatiti, etc.)
Il processo magmatico
comprende la formazione di tutte le rocce la cui
genesi è correlata alla consolidazione di masse
fuse definite magmi.
Questi possono provenire dal sottostante
Mantello o formarsi direttamente nella Crosta
terrestre per fenomeni di anatessi (= fusione
parziale).
Il processo sedimentario
implica la formazione di rocce in ambienti in cui la
temperatura e la pressione sono quelle che si
realizzano nella superficie del pianeta o nelle sue
immediate vicinanze, fondali marini compresi.
I sedimenti si formano per degradazione,
eventuale trasporto e successiva sedimentazione
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.
Il processo metamorfico
trasforma rocce preesistenti in altre che
posseggono connotati pressoché totalmente
diversi da quelli originari. Ciò si verifica sotto
l’effetto di variazioni termiche e bariche [= di
pressione] di una certa importanza; durante
questo processo, le trasformazioni si realizzano
nella crosta continentale in assenza di materiali
litoidi fusi. Questo vuol dire che è un processo
che avviene sostanzialmente allo stato solido.
Alterazione ed erosione
Aumento di temperatura e pressione
Il ciclo delle rocce
Deposizione negli oceani
e sui continenti
Sedimenti
Risalita
Seppellimento e
litificazione
Risalita
Rocce Ignee
Rocce
Sedimentarie
Calore e
Pressione
Calore e
Pressione
Raffreddamento
Rocce
Metamorfiche
Fusione
MAGMA
Ambienti P-T
ABBONDANZE RELATIVE DELLE ROCCE
SULLA SUPERFICIE TERRESTRE
- La superficie terrestre è composta per circa il 66%
da rocce sedimentarie. La restante parte (34%) è
costituita da rocce magmatiche (la grande maggioranza)
e rocce metamorfiche
- La crosta è lo strato più esterno della Terra
- La crosta rappresenta solo lo 0,74% del volume della
Terra. Tuttavia questa è l’unica parte della terra che è
direttamente esposta per lo studio delle rocce
Caratteristiche generali delle rocce
ignee, sedimentarie e metamorfiche
R. MAGMATICHE
R. SEDIMENTARIE
R. METAMORFICHE
Minerali caratteristici
feldspati, pirosseni,
quarzo, olivine, miche,
anfiboli, etc.
quarzo, carbonati
(specialmente calcite e
dolomite), argille,
anidrite, selce (quarzo
microcristallino), gesso,
etc.
quarzo, miche, anfiboli,
feldspati, granati,
grafite, etc.
I MAGMI
- DEFINIZIONE
- CARATTERI CHIMICI e FISICI
I MAGMI
I magmi sono materiali naturali allo stato fuso che possono
contenere anche una certa quantità di cristalli. Nella quasi totalità, i
fusi sono silicatici e raggiungono temperature massime di circa 1200
ºC; solo alcuni, volumetricamente insignificanti, sono composti in
prevalenza da carbonati e raggiungono temperature massime molto
inferiori (intorno a 700 °C).
Colata di lava basaltica (Kilauea, Hawaii)
Natura dei magmi
Nei magmi sono presenti pressoché tutti gli elementi
esistenti nella Terra; alcuni di questi rappresentano la
cosiddetta componente volatile vale a dire i gas
disciolti nella fase fusa.
Si distinguono magmi:
Basici ( es. basalto)
SiO2 < 52%
Intermedi ( es. andesite) 52% < SiO2 < 66%
Acidi ( es. riolite)
SiO2 > 66%
Composizione del magma




Il magma ha
composizione
variabile
O è l'anione più
abbondante
SiO2 è il
componente più
abbondante
Dal punto di vista
composizionale, tre
tipi di magma sono
i più abbondanti
•
•
•

Basaltico (80%)
Andesitico (10%)
Riolitico (10%)
Gas disciolti
Magma basaltico
Al2O3
Magma andesitico
Al2O3
FeO+Fe2O3
FeO+Fe2O3
MgO+CaO
MgO+CaO
Na2O+K2O
altri
Na2O+K2O
altri
Magma riolitico
FeO+Fe2O3
MgO+CaO
Al2O3
Na2O+K2O
altri
La COMPONENTE
VOLATILE
La componente volatile o, più
semplicemente, i volatili, come
mostrano le emanazioni
vulcaniche, sono costituiti, per la
massima parte, da
H2O, CO2 ,CO, SO2, H2S, H2,
Anak Krakatua
cui si aggiungono altri costituenti presenti in quantità minori
quali
N2, Ar, HCl, HF e B
Le abbondanze relative di questi gas sono correlate al tipo di
magma; la quantità dei restanti componenti è sempre di gran
lunga inferiore a quella dell’H2O e della CO2 presenti in tenori
variabili, rispettivamente, dal 30 all’80% e dal 10 al 40% delle
moli della fase vapore.
Come si sciolgono i volatili
Per sciogliere i volatili nei magmi
sono necessarie elevate pressioni;
se queste diminuiscono, come
avviene quando il magma si
avvicina alla superficie, i volatili
essolvono dal fuso [= si liberano
formando una fase separata]
generando i boli di vapore tipici di
quasi tutti i vulcani attivi.
Qualcosa di simile avviene anche
quando si stappano le bottiglie di
birra.
0,1 GPa (GigaPascal)
= 1 kbar
= 1000 bar
= 10000 m di H2O
=  3 km di roccia
La solubilità dell’H2O nei fusi silicatici
aumenta proporzionalmente alla pressione.
Fuso basaltico (B), andesitico (A), albitico (Ab), e di una
pegmatite granitica (P)
I silicati sono minerali costruiti
dall’unione di unità tetraedriche
[SiO4]4- che rappresentano
Silicio
Ossigeno
i mattoni delle strutture.
Tali tetraedri formano catene
nello spazio
nel
piano
I magmi si formano dalla fusione dei silicati
Modelli di struttura atomica di fusi silicatici
confrontati con quello della silice cristallina.
SIGNIFICATO FISICO dei
TETRAEDRI che formano CATENE
In un fuso che possiede unità tetraedriche tra loro
collegate dagli ossigeni ponte [= fuso polimerizzato]
le singole unità non si muovono liberamente perché
soggette ad un notevole attrito interno. In altre
parole, il magma è molto viscoso.
L’elevata viscosità riduce anche lo
spostamento degli ioni al suo interno
I VOLATILI
riducono la viscosità dei magmi
H2O (vapore) + O (fuso) = 2 OH- (fuso)
questa è una reazione di idrolisi che spiega la
dissoluzione dell’acqua nei fusi. Poiché OH- ha una
sola valenza negativa e non due come l’ossigeno ponte,
quando lo sostituisce depolimerizza l’insieme perché
permette il distacco di due tetraedri adiacenti
Ossigeno
ponte
Pressione anidra e idrata
La presenza dei volatili favorisce la diminuzione della
viscosità se esiste una pressione che permetta la loro
solubilizzazione nel fuso magmatico. Poiché i volatili sono
rappresentati essenzialmente dall’H2O, la pressione che
agisce sul sistema è definita pressione idrata o, più
brevemente, PH2O. Se la pressione è esercitata in mancanza
di volatili, si chiama pressione anidra e gli effetti sono
diametralmente opposti; la viscosità, almeno inizialmente,
tende ad aumentare sino a quando, per pressioni molto
elevate (decine di GPa), gli atomi di Si cambiano tipo di
coordinazione che da tetraedrica
diventa ottaedrica.
Si
O
Parametri
Viscosità (h)
Temperatura
Inversamente
proporzionale
L’energia termica facilita la
depolimerizzazione e, quindi, abbassa la
viscosità.
Pressione secca
Direttamente
proporzionale
h aumenta sino a quando il silicio non cambia
tipo di coordinazione tetraedrica 
ottaedrica.
Pressione idrata
Inversamente
proporzionale
h diminuisce sino a quando i volatili (ammesso
che ce ne siano a sufficienza) rimpiazzano
tutti gli ossigeni ponte. Ulteriori aumenti di P,
provocano effetti analoghi a quelli della
pressione secca.
SiO2 in % elevata
(magmi acidi)
SiO2 in % bassa
(magmi basici)
Alta
Bassa
Note
La differenza di viscosità tra magmi basici ed
acidi può essere compensata dal fatto che
questi ultimi tendono ad avere quantità
maggiori di volatili rispetto a quelli basici.
Le differenze più vistose si notano quando i
magmi perdono pressoché completamente i
loro volatili. Questo avviene nel momento in
cui debordano dai condotti di alimentazione
dei vulcani.