I materiali del territorio: minerali e rocce Le rocce sono aggregati di minerali Definizione di roccia: - Materiale solido - naturale - formato dall’aggregazione di uno o più - minerali o - materiali minerali
MINERALI Definizione di minerale: - Materiale solido, naturale, inorganico - formato da un elemento o da un composto di elementi - con una composizione chimica definita (formula chimica) - con una struttura interna cristallina regolare (reticolo cristallino) Quarzo Biotite Feldspato
MATERIALI MINERALI Sono solidi naturali non cristallini
Vetro vulcanico
Opale
Ambra
MINERALI Uno stesso minerale (stessa formula chimica) può essere presente come forma cristallina e come materiale minerale non cristallizzato
Silice
Reticolo cristallino del Quarzo
SiO2
Struttura caotica dell’Agata
MINERALI
•Silicati (Si + O ± altri elementi) − – – – – – –
Tutti costituiti da tetraedri di Silicio 4 O atomi, 1 Si atomo, 4- carica Quarzo, feldspato Olivina (Fe, Mg) Asbesti Miche Argille
MINERALI
•Non-Silicati – – – – – – –
Carbonati (CO3): Solfati (SO4): Solfuri (metallo + S): Ossidi (metallo + O): Idrossidi (metallo + OH): Sali (metallo + alogenuro): Elementi nativi
calcite gesso pirite ematite gibbsite salgemma Au, Ag, Pt, Cu, C
MINERALI
Sezioni sottili •
Per studiare la petrografia delle rocce, i geologi tagliano sottili fette di rocca fino a che siano translucenti Taglio con una sega circolare e assottigliamento
•
Le sezioni sottili sono studiate con un microscopio petrografico
Campione a mano di granito Sezione sottile di granito
MINERALI
quarzo
alcali-feldspato
plagioclasio
Silicati più comuni nelle rocce magmatiche In sezione sottile Luce polarizzata anfibolo
clinopirosseno
olivina
biotite
LE ROCCE
Le rocce sono raggruppate in tre categorie fondamentali, in base alla loro genesi: rocce ignee rocce sedimentarie rocce metamorfiche.
LE ROCCE
LE ROCCE
Il Ciclo delle Rocce
Le rocce magmatiche Le rocce magmatiche o ignee (dal latino ignis = fuoco) si formano per il raffreddamento di una massa fusa con temperature di 1120900°C che si origina all’interno della Terra e che è denominata magma. Le rocce ignee sono costituite da minerali che cristallizzano dal magma durante il suo raffreddamento.
MAGMA Materiale fuso o parzialmente fuso all’interno della Terra composto da una miscela di: fase liquida di composizione silicatica (o carbonatica) gas dissolto solido = minerali cristallizzati direttamente dal fuso solido = frammenti di rocce dalle pareti del condotto e della camera magmatica
ROCCE MAGMATICHE Rocce vulcaniche Se il magma raggiunge la superficie terrestre forma le rocce vulcaniche (da Vulcano, dio romano del fuoco) con colate di lava o esplosioni vulcaniche.
Rocce intrusive o plutoniche Se il magma si ferma all’interno della Terra e si consolida con un raffreddamento lento, produce le rocce intrusive o plutoniche (da Plutone, dio romano degli Inferi).
Rocce vulcaniche Raffreddamento rapido
INTRUSIONE
Rocce intrusive Raffreddamento lento
Camera magmatica
LAVA PIROCLASTI
ROCCE MAGMATICHE Magmatiche sono le due rocce più abbondanti sulla Terra.
BASALTO
GRANITO
CLASSIFICAZIONI DELLE ROCCE MAGMATICHE
Classificazione e descrizione di base generale: Petrografia e Geochimica: Contenuto in % di minerali mafici e felsici Riflette il chimismo del magma minerali mafici = >FeO, MgO, colore scuro minerali felsici = >SiO2, Na2O, K2O, colore chiaro
Granulometria e Tessitura: Riflette il tasso di raffreddamento granulometria fine o vetrosa = raffreddamento rapido granulometria grossolana o olocristallina = raffreddamento lento
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
IN BASE AI MINERALI PRESENTI
I minerali più comuni nelle rocce magmatiche sono: Quarzo SiO2 Feldspati (K,Na)AlSi3O8 Plagioclasi (Ca,Na)Al2Si2O8 Feldspatoidi (K,Na)AlSi2O6 Olivina (Fe,Mg)2SiO4 Pirosseni (Ca,Fe,Mg)2SiAl2O6 Anfiboli (Ca,Na,K)2(Fe,Mg) SiAl2O6 Biotite K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI Un liquido “puro” cristallizza ad una singola temperatura t fusione = t cristallizzazione Es.
acqua - ghiaccio a 0°C SiO2 liquido - cristobalite a 1740 °C
I liquidi complessi come il magma cristallizzano in un intervallo di temperatura. I cristalli hanno una composizione differente dal liquido. Minerali diversi cristallizzano a temperature differenti nel magma in raffreddamento.
CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI La sequenza di cristallizzazione dei minerali e la temperatura a cui i differenti minerali cominciano a cristallizzare dipendono da: Composizione del magma Pressione litostatica Pressione dell’acqua Tasso di raffreddamento Altri fattori
CRISTALLIZZAZIONE DEI MAGMI Sequenza di cristallizzazione SERIE DI REAZIONE DI BOWEN
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
I minerali nelle rocce intrusive sono sufficientemente grandi da poter essere visti e identificati Il contenuto in minerali è espresso come Moda= % di ogni minerale presente La Moda è plottata sul diagramma di Streckeisen (IUGS) Q = quarzo A = alcali-feldspati P = plagioclasi F = feldspatoidi
I minerali mafici sono ignorati se <90%
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
Diagramma di Streckeisen
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
Diagramma di Streckeisen
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
Magma sovrassaturo = sufficiente SiO2 per la cristallizzazione del quarzo Magma sottosaturo = insufficiente SiO2, cristallizzano minerali incompatibili con il quarzo (felspatoidi) Sul diagramma di Streckeisen: Calcolare e plottare Q/(Q+A+P)x100, contando sopra la linea A-P Calcolare e plottare F/(F+A+P)x100, contando sotto la linea A-P Calcolare e plottare P/(A+P)x100, contando da A a sinistra verso P a destra, connettendo la linea diagonale dallo spigolo Q
COMPOSIZIONE PETROGRAFICA
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
Classificazione delle rocce vulcaniche sulla base della composizione geochimica I minerali sono troppo piccoli per essere identificati o sono assenti La composizione geochimica ha un intervallo limitato
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
Elementi maggiori (generalmente > 1.0 wt%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O
30-78%
0-10% 0-15%
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
Elementi minori (generalmente 0.1 -1.0 wt%) H2O+ acqua strutturale, nel reticolo cristallino dei minerali H2O- acqua adsorbita, eliminata a 110° C TiO2 P2O5 MnO CO2 Cl F S
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
Elementi in tracce < 0.1 wt % o <1000 ppm (parti per milione) Terre Rare (REE Rare Earth Elements, o lantanidi) Elementi radioattivi Elementi pesanti
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
La classificazione geochimica si basa su due pilastri:
i) Contenuto di SiO2 Acide Intermedie Basiche Ultrabasiche
se contengono oltre il 63% di SiO2 se contengono tra il 52 e il 63 % di SiO2 se contengono tra il 52 e il 45% di SiO2 se contengono meno del 45% di SiO2
ii) Contenuto di alcali Na2O e K2O Alcaline Sub-alcaline
La classificazione geochimica è rappresentata graficamente dal TAS = total alkali-silica diagram (IUGS)
COMPOSIZIONE GEOCHIMICA
CLASSIFICAZIONE GEOCHIMICA
TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE TESSITURA = granulometria, forma, e architettura dei componenti (minerali o clasti) Nelle rocce magmatiche la granulometria è controllata dal tasso di raffreddamento
Tessitura Coerente
LAVA - INTRUSIONE
Tessitura Frammentaria
PIROCLASTITI BRECCE AUTOCLASTICHE HYALOCLASTITI
TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE
LAVE - INTRUSIONI Cristalli : visibili a occhio nudo = fenocristalli microscopici = microliti Massa di fondo : vetrosa cristallina PORFIRICA = presenza di fenocristalli, massa di fondo cristallina AFIRICA = assenza di fenocristalli, massa di fondo cristallina VETROSA = assenza di fenocristalli, massa di fondo vetrosa VITROFIRICA = presenza di fenocristalli, massa di fondo vetrosa
TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE Effetti della velocità di raffreddamento sulla tessitura: Magma raffreddato molto rapidamente congela in vetro la tessitura è vetrosa Magma raffreddato rapidamente ha molti piccoli cristalli (microscopici o sub-microscopici) la tessitura è afanitica Magma raffreddato molto lentamente ha molti grandi cristalli la tessitura è faneritica Magma raffreddato in modo intermedio ha pochi grandi cristalli e molti piccoli cristalli (massa di fondo) la tessitura è porfirica
Tessitura Afanitica I cristalli sono uniformemente molto piccoli e intrecciati I singoli cristalli sono invisibili a occhio nudo e difficilente identificabili con una lente. La granulometria fine è il risultato di un raffreddamento rapido che ostacola la crescita di grossi cristalli
Tessitura Porfirica Grandi ed evidenti cristalli detti fenocristalli (frecce rosse) sono circondati da una massa di fondo afanitica (frecce blu). Questa tessitura rappresenta un raffreddamento in due fasi. Un primo raffreddamento lento del magma nella Crosta (camera magmatica) favorisce la crescita dei fenocristalli.
Quando il magma erutta (lava) il liquido residuo cristallizza come massa di fondo afanitica.
Tessitura Faneritica
I cristalli sono evidenti (dal greco phaneros=visibile) e sono distinguibili ad occhio nudo, Grigio vitreo – quarzo Nero – biotite e anfibolo Crema – K-feldspato
Tessitura Vetrosa e Vitrofirica
TESSITURA DELLE LAVE MASSIVA = priva di orientazioni preferenziali dei cristalli o di altre caratteristiche tessiturali BANDATA o FOLIATA = con orientazione dei cristalli o di altre caratteristiche tessiturali secondo piani ± paralleli = struttura di flusso
VESCICOLATA → NON VESCICOLATA Dipende dalla quantità di gas e dalle modalità di degassamento Bollosa Scoriacea Pomicea
Tessitura Vescicolata Bollosa Le vescicole sono bolle semplici prodotte dal gas che fuoriesce dalla lava che si sta solidificando.
Le bolle (frecce rosse) sono di dimensioni molto variabili, circondate da massa di fondo afanitica (frecce blu). I pochi fenoscristalli presenti sono di olivina (frecce verdi) Basalto, Hawaii
Tessitura Vescicolata amigdaloide
Le bolle sono rienpite da minerali secondari: calcite, zeoliti, barite.
Tessitura Vescicolata scoriacea
Le vescicole sono abbondanti (>30%), più grandi di quelle della tessitura pomicea, di dimensioni regolari. Colore grigio, nero, rosso.
Tessitura Vescicolata Pomicea La vescicolazione è prodotta da tantissime vescicole di piccole dimensioni, separate da sottili pareti di vetro, che formano una schiuma magmatica.
Tipica di magmi acidi, quindi molto viscosi, da cui I gas fanno fatica a fuoriuscire.
ROCCE INTRUSIVE Roccia intrusiva, con granulometria da grossolana GRANITO a media, composta da biotite quantità variabili di: quarzo, ortoclasio (K-feldspato), muscovite e biotite (miche), e orneblenda (anfibolo).
quarzo feldspato
Il nome deriva dal latino granum = granulo, per la sua tessitura olocristallina faneritica grossolana.
ROCCE INTRUSIVE
DIORITE Roccia intrusiva molto simile al granito, si distingue per l’assenza di quarzo visibile nel campione a mano.
feldspato
biotite
ROCCE INTRUSIVE GABBRO
Roccia intrusiva, a granulometria grossolana, formata da minerali di Fe e Mg (pirosseni, anfiboli, plagioclasi, olivine) e priva di quarzo. E’ di colore scuro, con peso specifico elevato.
feldspato
orneblenda
ROCCE INTRUSIVE
PERIDOTITE
Roccia intrusiva composta per il 90-100% da olivina. Questa roccia è tipica del Mantello superiore.
ROCCE VULCANICHE RIOLITE Roccia vulcanica con la stessa composizione del granito: quarzo, feldspato, biotite e orneblenda. E’ molto viscosa. Le lave sono spesso bandate a causa dell’allineamento dei minerali durante il flusso. Caratterizza vulcani molto esplosivi.
ROCCE VULCANICHE ANDESITE
Roccia vulcanica equivalente alla diorite. E’ sempre porfirica con plagioclasio e orneblenda
orneblenda
ROCCE VULCANICHE BASALTO Roccia vulcanica, a granulometria fine, spesso bollosa o scoriacea,
TESSITURA DELLE ROCCE MAGMATICHE ROCCE MAGMATICHE FRAMMENTARIE Rocce piroclastiche – derivano da eruzioni vulcaniche esplosive che frammentano il magma. Brecce e bombe vulcaniche Lapilli Ceneri e Tufi Brecce autoclastiche – derivano dalla frammentazione meccanica della lava in superficie (attrito, solidificazione parziale).
Hyaloclastiti – derivano dalla frammentazione della lava per brusco raffreddamento, ad esempio al contatto con acqua.
CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE PIROCLASTICHE IN BASE ALLA GRANULOMETRIA
Cenere - Tufo
Lapilli
Bomba – Agglomerato Blocco – Breccia piroclastica
BLOCCO JUVENILE (Vulcano)
BOMBA A CROSTA DI PANE (Vulcano)
BOMBA A FUSO (Etna)
BOMBA CONVOLUTA (Etna)
CENERE
ROCCE PIROCLASTICHE Cenere vulcanica - frammenti di vetro vulcanico più piccoli di 2 mm in diametro. E’ dura, non si dissolve in acqua, è estremamente abrasiva, un po’ corrosiva.
ROCCE PIROCLASTICHE
Componenti delle rocce piroclastiche JUVENILI Sono frammenti del magma in eruzione. In base alla cristallinità possono essere da vetrosi (afanitici) a olocristallini (porfirici). In base al grado di vescicolazione possono essere da molto vescicolati a non vescicolati. Tipi:
pomici scorie ossidiane vitrofiri shards juvenili densi o litici cognati
ROCCE PIROCLASTICHE POMICI Sono frammenti molto vescicolati, con densità minore dell’acqua (galleggiano). La composizione è da riolite ad andesite. Il colore da bianco e grigio scuro.
ROCCE PIROCLASTICHE OSSIDIANA Vetro vulcanico compatto con frattura concoide, da raffreddamento molto rapido di porzioni liquide di magma. Composizione da riolite ad andesite. Colori: nero, rosso, grigio, verde.
ROCCE PIROCLASTICHE
XENOLITI Sono frammenti di rocce ignee, sedimentarie o metamorfiche, completamente estranee al magma in eruzione, che compongono le parti solidificate della camera magmatica, le pareti della camera magmatica e del condotto, frantumate dall’energia dell’esplosione (litici accessori). In alcuni depositi piroclastici sono presenti frammenti litici presi in carico dalla superficie topografica durante la deposizione (litici accidentali). CRISTALLI Cristalli idiomorfi sia juvenili che accidentali (xenocristalli). Cristalloclasti
ROCCE PIROCLASTICHE TUFO Il Tufo vulcanico deriva dall’accumulo di cenere e piccoli frammenti piroclastici (<4mm).
ROCCE PIROCLASTICHE BRECCIA PIROCLASTICA Mistura di frammenti grossolani e cenere.
