Geologia delle Rocce: Processi di Formazione, Tipi e Caratteristiche Minerali

Introduzione alla Petrologia

Una roccia è un aggregato minerale con specifiche proprietà fisiche e chimiche, di origine naturale, che presenta un certo grado di coesione.

Classificazione e Formazione delle Rocce

Le rocce si classificano in base al loro processo di formazione:

• Rocce Magmatiche (Ignee): (dal latino ignis = fuoco) si formano quando la roccia fusa, chiamata magma, si raffredda e si solidifica.
• Rocce Sedimentarie: derivano dal consolidamento di detriti (ghiaia, ecc.), dalla precipitazione di minerali da una soluzione, o dalla compattazione di resti vegetali o animali.
• Rocce Metamorfiche: sono il risultato della trasformazione di altre rocce preesistenti, di solito sotto la superficie terrestre, a causa dell'attività chimica, della temperatura, della pressione e dei fluidi.

Il Magma e la Cristallizzazione

Composizione e Proprietà del Magma

Il Magma è roccia fusa che si forma a grande profondità, costituito da diversi minerali, prevalentemente silicati, ossidi e solfuri.

Caratteristiche Chimiche del Magma

La porzione liquida è composta da ioni di ossigeno e silicio che, combinandosi, formano la silice (SiO₂). Contiene anche piccole quantità di alluminio, potassio e sodio. I gas più comuni disciolti nel magma sono il vapore acqueo, l'anidride carbonica e il biossido di zolfo.

Caratteristiche Fisiche del Magma

Gli ingredienti solidi sono silicati e materiale cristallizzato. La viscosità del magma, che è materiale roccioso fuso, diminuisce alle alte temperature, facilitandone il flusso.

Serie di Reazione di Bowen

La Serie di Reazione di Bowen indica la sequenza di cristallizzazione dei silicati man mano che il magma si raffredda lentamente, partendo da una composizione ideale. I minerali cristallizzano in un intervallo di temperatura in cui il plagioclasio cristallizza in una serie continua. I primi minerali a cristallizzare sono spesso le Olivine.

Fattori che Influenzano la Dimensione dei Cristalli

• La velocità con cui il magma si raffredda.
• La quantità di silice presente.
• La quantità di gas disciolti nel magma.

Intrusione Magmatica (Plutoni)

Le intrusioni magmatiche, o plutoni, sono corpi ignei che si formano quando il magma si raffredda e cristallizza all'interno della crosta terrestre.

Tipi di Intrusione Magmatica

Batolite

Sono i corpi intrusivi più grandi, considerati coerenti e allungati, con lunghezze di centinaia o migliaia di chilometri. Sono composti da rocce acide e la loro profondità è sconosciuta.

Laccolite

Si forma quando la viscosità del magma è considerevole, causando un rigonfiamento degli strati sovrastanti.

Faccole (Placolito)

Sono sottili e tabulari; il materiale magmatico è penetrato lungo gli strati orizzontali.

Dique (Filone)

Sono intrusioni tabulari inclinate, formate da rocce plutoniche che tagliano gli strati esistenti.

Lopolite

Intrusioni magmatiche voluminose con base concava, che assumono una forma lenticolare.

Rocce Ignee (Magmatiche)

Le rocce ignee si formano direttamente dalla solidificazione a causa del raffreddamento del magma. La loro classificazione principale è:

• Intrusive (Plutoniche): Si formano quando il magma si raffredda lentamente all'interno della crosta terrestre (es. Batoliti, Laccoliti, Lopoliti).
• Effusive (Vulcaniche): Si formano per solidificazione della lava espulsa da un vulcano o che risale attraverso profonde crepe vicino alla superficie (es. Basalti, Trachiti e Fonoliti).

Materiale Espulso Durante un'Eruzione Vulcanica

Il materiale espulso include lava incandescente, gas e un grande volume di piroclastiti.

Tessitura e Struttura delle Rocce Ignee

La tessitura è la conseguenza principale della velocità di cristallizzazione.

Tipi di Tessitura

• Afanitica: I cristalli sono troppo piccoli per distinguere i singoli minerali a occhio nudo.
• Vitrea (Semplice): Si forma a causa di eruzioni vulcaniche che scaricano materiale nell'atmosfera, dove si raffredda rapidamente, conferendo una consistenza vetrosa.

Caratteristiche delle Rocce Acide

Le rocce plutoniche acide (Graniti e Granodioriti) formano la maggior parte dei batoliti e si trovano nei nuclei delle catene montuose.

Caratteristiche delle Rocce Basiche

Alcune sono economicamente importanti come pietre da costruzione e aggregati stradali. Hanno un alto contenuto di minerali ferromagnesiaci che conferiscono alla roccia il suo colore scuro.

Rocce Piroclastiche

Le rocce piroclastiche sono di carattere frammentario, formate da materiali solidi espulsi dal vulcano.

Tufo e Tipi

Il Tufo comprende frammenti minuscoli di cenere che sono stati cementati dopo la loro caduta. Nel tufo saldato, le particelle di cenere si mantengono abbastanza calde da sciogliersi parzialmente e fondersi insieme.

Le rocce piroclastiche composte da particelle più grandi della cenere sono chiamate Breccia Vulcanica.

Interperismo (Weathering) e Formazione del Suolo

Interperismo Fisico e Chimico

L'Interperismo Fisico si verifica quando le forze fisiche rompono o sbriciolano il materiale roccioso in pezzi più piccoli che conservano la composizione chimica del materiale originale.

Il Suolo (Regolite)

Il suolo è costituito da frammenti di roccia e minerali non consolidati. Il regolite può essere composto da cenere vulcanica o sedimenti depositati dal vento.

Fattori Coinvolti nella Formazione del Suolo

1. Clima
2. Materiale organico e attività biologica
3. Materiale originale (roccia madre)
4. Rilievo e pendenza
5. Tempo (durata del processo)

Rocce Sedimentarie

Le rocce sedimentarie sono le più comuni in superficie, costituendo circa il 75% delle esposizioni superficiali sui continenti e coprendo la maggior parte dei fondali marini.

Sedimento e Litificazione

Il Sedimento è costituito da particelle solide meccanicamente alterate (interperizzate) e sostanze minerali estratte dalla soluzione tramite processi chimici o attività biologica.

La Litificazione è il processo di compattazione e cementazione attraverso il quale il sedimento si trasforma in roccia sedimentaria. I cementi chimici più comuni sono il carbonato di calcio e la silice.

Cementi Comuni

Calcite e Dolomite, disciolti nell'acqua, occupano gli interstizi del deposito, trasformando la maggior parte dei sedimenti in rocce.

Strutture Sedimentarie

Le strutture sedimentarie si formano a causa di processi fisici e biologici che influenzano l'ambiente di deposito.

• Strati (Strata): La struttura sedimentaria più conosciuta. Hanno spessore variabile, da meno di un millimetro a molti metri.
• Stratificazione Graduata: La dimensione delle particelle diminuisce verso l'alto all'interno di un singolo strato, spesso causata da flussi di torbida.
• Ripple Marks (Onde di Sabbia): Piccole creste sulla superficie di stratificazione, dovute al movimento del fluido in una direzione.
• Crepe di Disseccamento: Si trovano in sedimenti ricchi di argilla che si sono completamente asciugati.
• Fossili: Resti di organismi antichi, come parti scheletriche (conchiglie, ossa, denti).

L'Argilla

L'Argilla è costituita da silicato di alluminio idratato, talvolta con quantità minime derivanti dalla decomposizione di minerali di alluminio. Presenta colori diversi, ma è bianca quando pura.

Classificazione delle Rocce Sedimentarie

Rocce Sedimentarie Detritiche (Clastiche)

Sono costituite da detriti, particelle solide di rocce preesistenti. Hanno una consistenza clastica, ovvero sono composte da frammenti o particelle chiamate clasti. Esempi: Conglomerato, Breccia, Arcose, Siltite.

Rocce Sedimentarie Chimiche

Derivano da materiali in soluzione durante l'interperismo chimico. Questi materiali disciolti vengono trasportati in laghi e oceani, dove si concentrano e precipitano.

Rocce Sedimentarie Biochimiche

Rocce formate dalla litificazione di minerali prodotti da processi biologici. La tessitura può essere cristallina (mosaico di cristalli intrecciati) o clastica.

Esempi Specifici di Rocce Sedimentarie

• Conglomerato: I clasti possono variare in dimensione, da massi a frammenti piccoli come un pisello, circondati da una matrice più fine.
• Arenaria: Rocce in cui predominano i clasti di sabbia.
• Scisto (Argillite): Una roccia sedimentaria composta principalmente da particelle di argilla e limo.
• Marna: Deposito amorfo di carbonato di calcio, argilla e sabbia in proporzioni diverse, caratterizzato dall'ingrediente predominante.
• Calcare: Composto da calcite e minerali, formato sia per mezzi inorganici che per processi biochimici.
• Gesso: Minerale comune costituito da solfato di calcio idrato, ampiamente distribuito nelle rocce sedimentarie.
• Carbone: Materia organica composta da carbonio, prodotto finale derivato dalla sepoltura di grandi quantità di materiale vegetale nel corso di milioni di anni.
• Breccia: Roccia a grana grossa, composta da frammenti rocciosi derivati da clasti superiori a 2 mm, incorporati in una matrice più fine.

Importanza delle Rocce Sedimentarie

Sono fondamentali per l'interpretazione della storia della Terra, poiché la comprensione delle condizioni in cui si sono formate permette di ricostruire gli ambienti geologici passati.

Rocce Metamorfiche

Una roccia metamorfica è una roccia formata a partire da rocce preesistenti (siano esse ignee, sedimentarie o altre metamorfiche) che sono state alterate dagli agenti del metamorfismo, tra cui calore, pressione e fluidi chimicamente attivi.

Il Metamorfismo e le sue Tipologie

Il termine metamorfismo significa "cambiare forma" ed è un processo che provoca cambiamenti nella mineralogia, nella tessitura e spesso nella composizione chimica delle rocce.

1. Metamorfismo di Contatto (o Termico)
2. Metamorfismo Idrotermale
3. Metamorfismo Regionale
4. Metamorfismo da Impatto
5. Metamorfismo di Seppellimento
6. Metamorfismo Dinamico

Classificazione delle Rocce Metamorfiche

Tessitura Foliata (Lamellare)

Rocce sottoposte a calore e pressione differenziale durante il metamorfismo, caratterizzate da minerali organizzati in una forma parallela (foliazione).

Tessitura Non Foliata

In alcune rocce metamorfiche, i grani minerali non mostrano alcun orientamento preferenziale distinguibile. Sono composte da un mosaico di minerali piuttosto equidimensionali e sono caratterizzate da tessiture non foliate.