Processi Geologici Fondamentali: Orogenesi, Deformazione e Rocce Terrestri

Orogenesi: La Formazione delle Catene Montuose

L'orogenesi è il processo attraverso il quale si formano le catene montuose (creste). Questo avviene principalmente in contesti di subduzione, dove la litosfera oceanica scivola sotto la litosfera continentale.

Orogeni di Tipo Andino

Si verificano dove la placca oceanica subdotta trascina con sé sedimenti che creano un prisma di accrezione. Il calore generato dall'attrito, unito all'acqua presente nella litosfera oceanica subdotta, provoca una fusione parziale. Il magma risale a causa della sua minore densità, solidificandosi in profondità e contribuendo all'ispessimento della crosta.

Orogeni ad Arco Insulare

Situati ai margini dove la litosfera oceanica subduce spontaneamente sotto un'altra litosfera oceanica. Si caratterizzano per fosse oceaniche molto profonde e un intenso vulcanismo ad arco insulare.

Orogeni di Tipo Alpino

Originati dalla convergenza di più masse continentali. La subduzione continentale porta alla chiusura del bacino oceanico. A seguito della collisione si verifica l'accollamento (embedding) e la spinta di un continente sull'altro. L'altezza delle creste dipende dalla densità dei materiali e dagli aggiustamenti isostatici che portano ad elevate quote e tassi di deformazione.

Deformazione delle Rocce

La deformazione è la risposta delle rocce agli sforzi applicati. Si distinguono tre tipi principali:

• Elastica: Il materiale si deforma sotto sforzo, ma recupera la forma e il volume originali alla cessazione dello sforzo.
• Plastica: La deformazione permane anche dopo la cessazione dello sforzo.
• Frattura (o Rottura): Si verifica quando lo sforzo supera la capacità del materiale di deformarsi plasticamente, portando alla perdita di coesione interna e alla frattura. Esiste un limite di plasticità per ogni materiale.

I fattori che influenzano la deformazione includono: temperatura, pressione litostatica e la presenza di liquidi o acqua.

Pieghe

Le pieghe sono flessioni delle masse rocciose che implicano un comportamento plastico delle rocce sottoposte a stress. Le pieghe variano in base alla direzione e al loro immergimento (dip).

Tipi di Pieghe

• Anticlinale: La parte centrale è la più antica.
• Sinclinale: La parte centrale contiene i materiali più recenti.

Giunti e Faglie

Giunti (Fratture)

Sono fratture in cui i blocchi rocciosi non si muovono l'uno rispetto all'altro, o se lo fanno, l'apertura della frattura si amplia.

Faglie

Sono fratture in cui si verifica uno spostamento di un blocco rispetto all'altro.

• Faglia Normale o Diretta: Il piano di faglia scende verso il labbro inferiore (undido). Nasce in risposta a sollecitazioni di trazione.
• Faglia Inversa: Il piano di faglia si immerge verso il labbro sollevato. Nasce in risposta agli sforzi di compressione.
• Faglia Trascorrente (o di Dislocazione Orizzontale): Lo spostamento dei blocchi è orizzontale.

Strutture Associate

• Horst: Blocco sollevato delimitato da faglie su entrambi i lati.
• Graben (Rift Valley): Blocco ribassato delimitato da faglie su entrambi i lati.

Minerali e Cristalli

Cristalli

I cristalli di silicio e ossigeno (silicati) possiedono un modo perfettamente ordinato in cui gli atomi costituiscono le loro reti, conferendo al minerale una forma geometrica definita.

Si formano per:

1. Solidificazione di materiale fuso.
2. Sublimazione di gas disciolti.
3. Precipitazione chimica da una soluzione acquosa.

Affinché si sviluppi la forma cristallina ordinata, il processo deve essere sufficientemente lento, permettendo agli atomi di organizzarsi nello spazio cristallino.

Metamorfismo

Il metamorfismo è l'insieme delle modifiche di composizione o struttura che le rocce subiscono a causa dell'azione di temperatura, pressione o liquidi chimicamente attivi. Avviene allo stato solido.

Tipi di Metamorfismo

• Metasomatico: La composizione chimica della roccia cambia a causa della presenza di fluidi.
• Isocimico: La composizione chimica della roccia non cambia.
• Di Contatto: Causato da un aumento di temperatura dovuto a intrusioni magmatiche.
• Dinamico: Si verifica modificando la pressione.
• Regionale: Causato dall'aumento contemporaneo di pressione e temperatura, producendo cambiamenti fisici e formazione di rocce a densità maggiore.

Magmi e Rocce Ignee

Magma

È un fuso silicatico che contiene vapore acqueo e altri gas. Solitamente presenta una frazione solida costituita da minerali non ancora cristallizzati.

Origine del Magma

L'origine è dovuta a:

• Aumento di temperatura dovuto all'attrito tra le placche.
• Decompressione: La riduzione della pressione permette alla roccia di fondere anche se la temperatura rimane costante.
• Incorporazione di acqua: L'acqua abbassa il punto di fusione.

Tipi di Magma e Rocce Corrispondenti

• Basalto: Nasce dalla fusione parziale delle peridotiti del mantello; caratteristico delle dorsali oceaniche.
• Andesite: Proviene dalla fusione parziale della crosta oceanica subdotta, prodotta dall'attrito delle placche e dalla presenza di acqua.
• Granito: Originario delle zone di subduzione dalla fusione di materiali a minore consistenza della crosta continentale.

Classificazione delle Rocce Ignee

Le rocce ignee dipendono dalla dimensione dei cristalli, che è correlata alla velocità di raffreddamento del magma.

Rocce Plutoniche (Intrusive)

Hanno origine negli interni della Terra; il magma si raffredda lentamente, permettendo una buona cristallizzazione.

• Granito: Colore grigio o rosa; i costituenti chiave sono quarzo, feldspato potassico e mica.
• Sienite: Colore rosa; componente principale è il feldspato potassico, contiene anche plagioclasio e biotite. Si differenzia dal granito per l'assenza di quarzo.
• Diorite: Costituita da feldspato grigio, biotite e anfibolo.
• Gabbro: Roccia scura, costituita da plagioclasio e pirosseno; può contenere biotite e olivina.
• Peridotite: Roccia molto scura, costituita da pirosseno e olivina; è la più abbondante del pianeta.

Rocce Vulcaniche (Effusive)

Si formano dove il magma raggiunge la superficie e il raffreddamento è molto veloce, cristallizzando male.

• Basalto: Copre tutti i fondali oceanici; colore molto scuro, solitamente a tessitura microcristallina.
• Andesitico: Colore grigio, simile alla diorite.
• Riolite: Colore chiaro, simile al granito.
• Trachite: Colore chiaro, composizione simile alla sienite.
• Ossidiana: Struttura vetrosa, colore nero, composizione molto variabile.
• Pomice: Colore chiaro, bassa densità.
• Tufo Vulcanico (Vulcanic Gap): Formato da spessi frammenti vulcanici uniti da cenere.
• Toba: Formata dall'unione di materiali piroclastici espulsi ad alte temperature dal vulcano.

Rocce Filoniane (Dicchi e Sills)

Il magma non raggiunge la superficie ma si raffredda in prossimità.

• Apliti: Roccia olocristallina, omometrica a grana fine, colore grigio; composizione simile al granito.
• Porfido Granitico: Roccia olocristallina con cristalli molto grandi.
• Diabasi: Roccia olocristallina con cristalli grandi e fini; colore verde.

Tettonica e Cicli Geologici

Divisione Continentale

Modello Termico

Il magma risale, aumentando la temperatura della litosfera e dell'astenosfera. Dopo una fase di riscaldamento, si verifica la separazione dei margini continentali, formando la litosfera oceanica. Segue un'estensione secondo il modello di tettonica oceanica: la litosfera si allunga, si assottiglia e si rompe, portando alla separazione della litosfera continentale.

Ciclo di Wilson

Il calore sotto un supercontinente provoca l'assottigliamento e la frammentazione della litosfera. Questo crea una zona di rift che porta alla formazione di un oceano interno. La frammentazione e il raggruppamento dei continenti sono le fasi principali del ciclo.

Alterazione Meteorica

Alterazione Fisica (Meteorizzazione)

Si tratta della scissione o disgregazione delle rocce in frammenti senza che cambi la loro composizione chimica o mineralogica.

• Gelifrazione: Rottura delle rocce prodotta dal ghiaccio. Avviene quando l'acqua liquida passa allo stato solido, aumentando di volume.
• Aloclastia: Rottura delle rocce prodotta dalla crescita dei cristalli di sale. Quando l'acqua evapora nei pori delle rocce, i sali disciolti cristallizzano, favorendo la disintegrazione.
• Espansione Termica: La variazione di temperatura provoca dilatazione o contrazione delle rocce, portando alla rottura.
• Decompressione: Rimozione o separazione di rocce sovrastanti che provoca una liberazione della carica litostatica.

Alterazione Chimica

Alterazione della composizione chimica e mineralogica della roccia prodotta da acqua, aria e organismi viventi.

• Idrolisi: Risultato della dissoluzione dell'acqua in ioni H+ e OH-, che sono molto reattivi e decompongono molti minerali.
• Ossidazione: Presenza o perdita di elettroni che porta all'ossidazione.
• Carbonazione: Prodotta dall'acido carbonico (acqua acidificata), che scioglie il calcare.
• Dissoluzione.

Agenti di Trasporto

L'alterazione meteorica è il risultato di un insieme di processi superficiali che alterano e sciolgono i frammenti, spesso spostati verso zone più basse (agenti di trasporto: acqua, vento, ghiaccio e gravità).

• Acqua di Superficie: Il materiale trasportato da un fiume è chiamato carico. Può essere in soluzione (sostanze solubili), in sospensione (materiale di piccole dimensioni) o di fondo (materiale più grande).
• Ghiacciai: Il ghiaccio agisce come agente di erosione e trasporto. I ghiacciai trasportano materiale dalle pendici che essi stessi erodono.
• Vento: L'intervento è limitato alle aree prive di vegetazione e con materiali sciolti. I materiali fini sono trasportati in sospensione, quelli di medie dimensioni tramite saltazione.
• Gravità: Trasporta materiali prodotti dall'azione diretta della gravità.

Diagenesi e Rocce Sedimentarie

La diagenesi è l'insieme dei processi attraverso i quali un sedimento diventa roccia sedimentaria. Durante questo processo, la chimica o la mineralogia della roccia possono alterarsi.

• Compattazione: Riduzione del volume della roccia. Avviene quando nuovi strati di sedimento depositati esercitano una pressione sul materiale sottostante. Il volume diminuisce, riducendosi i pori e l'acqua contenuta.
• Cementazione: Precipitazione di minerali disciolti in acqua. Il minerale precipitato agisce da cemento tra i granuli del sedimento, riempiendo i vuoti e riducendo la porosità della roccia (es. calcare e silice).

Rocce Sedimentarie

Rocce Clastiche (Dendritiche)

Formate da frammenti di altre rocce trasportati allo stato solido, classificate in base alle dimensioni dei clasti:

• Ruditi: Rocce con grani spessi (clasti). Se i clasti sono angolari si chiamano brecce; se sono arrotondati si chiamano conglomerati.
• Arenarie: Sedimentarie a grana media, formate da sabbia diagenizzata.
• Argilliti (o Scisti): A grana fine, sono le più abbondanti. Si suddividono in: Argilliti (da limi e argille) e Argilliti (da argille).

Rocce Carbonatiche

Formate da carbonato di calcio e magnesio.

• Calcare: Costituito da $\text{CaCO}_3$. Può avere origine chimica (precipitazione del $\text{CaCO}_3$ disciolto in acqua senza coinvolgere organismi), biochimica (intervengono agenzie di precipitazione) o detritica (accumulo di detriti organici).
• Dolomia: Rappresenta $\text{CaCO}_3$ e $\text{MgCO}_3$.

Marghe

Rocce composte da una miscela di scisto e calcare.

Rocce Evaporitiche

Formatesi per precipitazione di sali minerali disciolti in acqua che ha subito un'intensa evaporazione. Si formano in mari interni aridi con forte evaporazione (es. salgemma, gesso, silvite).

Rocce Silicee-Alimuo-Ferruginose

Derivano dall'alterazione dei suoli in climi tropicali. La diatomite è formata dall'accumulo di detriti di diatomee.

Rocce Organogene

Provengono dall'accumulo di resti di organismi, dopo che questi sono stati alterati. Non si conservano le parti molli; hanno fornito la materia prima organica o il carbonio.

• Torba e Carbone: Formati da residui vegetali accumulati in paludi, lagune e delta. Questi ambienti poveri di azione batterica portano a una decomposizione parziale del materiale vegetale, con conseguente arricchimento relativo in carbonio.
• Petrolio: Costituito dai resti di plancton accumulati sul fondo marino. È necessario che i depositi di limo organico e argilla li coprano per evitare l'ossidazione. I processi di fermentazione rimuovono O e N, lasciando un residuo organicamente arricchito in C e H, che forma una miscela di idrocarburi. La roccia madre del petrolio è la roccia da cui proviene il petrolio, che presenta pori e cavità occupate dal petrolio stesso.