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MINERALOGIA Studio delle proprietà chimiche, fisiche e strutturali dei minerali. Petrologia/Petrografia Composizione, tessitura, struttura, condizioni.

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1 MINERALOGIA Studio delle proprietà chimiche, fisiche e strutturali dei minerali. Petrologia/Petrografia Composizione, tessitura, struttura, condizioni genetiche delle rocce. Giacimenti minerari Ricerca di depositi minerari e relativo sfruttamento. Geochimica Studio delle abbondanze e della distribuzione degli elementi chimici nei materiali terrestri. Geofisica Studio della configurazione interna della Terra da un punto di vista fisico (calore interno della Terra, campo magnetico, propagazione delle onde sismiche…) Geologia ambientale Studio dellinterazione tra minerali e sistemi biologici. Studio dei problemi delluso del territorio Studi planetari Indagine del sistema solare e potenzialmente delluniverso Geologia Strutturale Studio della deformazione delle rocce a piccola e grande scala Scienze della Terra

2 Minerali e rocce Minerali sono solidi naturali, inorganici con una definita composizione chimica: - struttura cristallina/reticolo cristallino. Un cristallo è un corpo solido con forma esterna poliedrica; - struttura amorfa/disordinata: i vetri. Concetto di polimorfismo (ex. Sìlice-fig. 2 p179, C e CaCO 3 ) Rocce sono aggregati naturali di minerali legati tra loro da forze di coesione a carattere permanente e formati tramite uno o più processi geologici.

3 Struttura cristallina I cristalli possono essere delimitati da superfici piane ed assumere forme geometriche regolari. La forma geometrica di un cristallo, la sua forma cristallina, non solo è piacevole alla vista ma è anche una proprietà fisica diagnostica. La forma esterna dei cristalli è lespressione della loro disposizione atomica interna ordinata. Cella elementare: la più piccola unità della struttura che, se ripetuta indefinitamente nelle tre dimensioni, formerà lintera struttura.

4 Proprietà dei minerali La combinazione di osservazioni dirette, seguite dalla verifica di alcune proprietà fisiche, possono bastare a riconoscere e classificare un minerale. 1 Forma cristallina poliedrica 2 Colore, lucentezza, fluorescenza, trasparenza (proprietà ottiche) 3 Sfaldatura e frattura 4 Colore 5 Elasticità e plasticità Durezza (scala di Mohs-1824) 6 Durezza (scala di Mohs-1824) 7 Peso Specifico 8 Malleabilità e duttilità 10 Proprietà organolettiche Minerali di riferimento della scala di Mohs Teneri (si scalfiscono con l'unghia) 1. TalcoTalco 2. GessoGesso Semi duri (si rigano con una punta di acciaio) 3. CalciteCalcite 4. FluoriteFluorite 5. ApatiteApatite Duri (non si rigano con una punta di acciaio) 6. OrtoclasioOrtoclasio 7. QuarzoQuarzo 8. TopazioTopazio 9. CorindoneCorindone 10. DiamanteDiamante

5 Talco: silicato di magnesio Ortoclasio: silicato di Al e K Gesso: solfato bi-idrato di Ca Topazio:silicato di Al e F Calcite: carbonato di Ca Corindone: ossido di Al Fluorite: fluoruro di calcio Apatite: fosfato di calcio contenente P, F e Cl

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7 Abito cubico - cloruro di sodio NaCl Abito ottaedrico Abito tetraedrico Abito prismatico

8 Classificazione dei minerali Le moderne classificazioni dei minerali prendono in considerazione la composizione chimica e la struttura cristallina e suddividono le specie minerali in 8 classi/famiglie: - classe I elementi nativi (oro, rame, argento); - classe II solfuri (pirite, galena e cinabro) - classe III alogenuri (salgemma e fluorite: CaF 2 ); - classe IV ossidi (ematite Fe 2 O e magnetite FeO ·Fe 2 O 3 ); - classe V carbonati (calcite e dolomite); - classe VI solfati (gesso e anidrite) - classe VII fosfati (apatite); - classe VIII silicati, formano il 90% della crosta terrestre.

9 Genesi minerali Raffreddamento massa fusa; precipitazione da una soluzione sovrassatura; precipitazione da una soluzione per evaporazione solvente; sublimazione di un gas; trasformazione di un altro minerale a causa di agenti atmosferici o per effetto T o P.

10 I silicati I silicati sono i minerali più diffusi sulla Terra. Sono composti da Si ed O e contengono elementi metallici. Di base hanno un gruppo tetraedrico (SiO 4 ) 4- che è l'unità fondamentale di tutti i silicati. Ogni tetraedro può formare 4 legami, ottenendo architetture varie. Negli alluminosilicati il Si è sostituito da Al. Silicati femici: bassa % di tetraedri, alta % metalli (olivina, pirosseni, anfiboli e mica). Silicati sialici: il contrario (feldspati e quarzo).

11 I nesosilicati sono formati da gruppi tetraedrici isolati (olivina). I sorosilicati sono costituiti da due tetraedri aventi in comune un atomo di ossigeno (emimorfite, epidoto, vesuviana). I ciclosilicati derivano dall'unione di 3, 4 o 6 tetraedri che formano anelli (berillo, tormalina, dioptasio). Gli inosilicati sono formati da catene aperte (pirosseni) o chiuse (anfiboli) di tetraedri uniti tra loro. I fillosilicati sono costituiti da strati sovrapposti di anelli esagonali di tetraedri saldati tra loro (talco, miche, cloriti). I tettosilicati sono costituiti da tetraedri collegati tra loro per i vertici cosi che ogni atomo ossigeno ha in comune due tetraedri. Per esempio, il prefisso "neso-" deriva dal greco nesos = isola, e indica una disposizione ad isole dell'edificio cristallino; il prefisso "soro-" deriva dal greco soros = gruppo, e indica gruppi di tetraedri

12 Le rocce Le rocce sono aggregati naturali formati da più minerali (raramente da uno solo) e anche da sostanze non cristalline. Le rocce che affiorano sulla superficie terrestre derivano da tre processi chimico-fisici fondamentali: solidificazione di magma o di lava (rocce magmatiche); modificazioni ad opera di T e P di rocce già esistenti (rocce metamorfiche); accumulo di detriti derivanti dallerosine di rocce preesistenti, accumulo di resti o materiali prodotti da organismi e precipitazione di sali da una soluzione (rocce sedimentarie).

13 Rocce magmatiche 75% Le rocce magmatiche sono quelle che si formano dal consolidamento (raffreddamento e solidificazione) di un magma. Il magma è una miscela fusa di silicati, associati a vapore acqueo, e gas ( H2, HCl, Cl, SO2 e H2SO3) Se il magma viene emesso in superficie attraverso un apparato vulcanico, la roccia che si forma per raffreddamento della lava viene detta vulcanica effusiva (es. basalti). Se invece una massa di magma raffredda in profondità, cioè non raggiunge la superficie terrestre e non dà luogo a fenomeni vulcanici, allora la roccia che si forma viene chiamata intrusiva o plutonica (es. graniti). Se il magma solidifica allinterno della crosta, ma in prossimità della superficie, si formano le rocce ipoabissali o filoniane.

14 Magma (silicati fusi, vapor acqueo e gas) Raffreddamento lento Solidificazione in profondità allinterno litosfera - rocce intrusive con struttura olocristallina. I minerali solidificano a T differenti Raffreddamento rapido Solidificazione in superficie - rocce effusive con struttura vetrosa (ossidiana e pomice) o porfirica (fenocristalli in una pasta microcristallina o amorfa) Lava (silicati fusi) Ossidiana Pomice Silicati essenziali delle rocce magmatiche: vedi tabella 1 p197

15 Classificazione rocce magmatiche Si basa su tre criteri distinti ed importanti: - lanalisi della struttura, dipende dalla v di raffreddamento; - la determinazione del tenore di silice (sialiche >66%, intermedie 66%-52%, femiche 52%-45%, ultrafemiche <45%); - la determinazione della composizione mineralogica. Vengono classificate in famiglie. Ogni famiglia comprende rocce effusive ed intrusive che hanno la stessa composizione mineralogica ma differente struttura.

16 Sialiche alta % sìlice GranitoRiolite Intermedie Dioriteandesite Femiche gabbrobasalto Ultrafemiche peridotitepicrite

17 Graniti: rocce intrusive di quarzo ed ortoclasio (feldspato potassico) di colore bianco o grigiastro e le miche bianche o nere. I graniti sono molto compatti ed hanno resistenza alla compressione di kg/cm2. Rioliti : rocce effusive con struttura porfirica (porfido ed ossidiana è costituita da vari minerali e da ossidi di ferro (magnetite) dispersi nella massa vetrosa, alla quale impartiscono una colorazione nerastra. Buona resistenza meccanica. Commercialmente sono detti porfidi. Dioriti: rocce intrusive di colore grigio chiaro tuttavia più scure dei graniti, con quarzo assente od in quantità inferiore ai graniti. Andesiti: corrispondenti effusive delle dioriti. Comprendono il porfido rosso e il porfido verde antico. Basalti: rocce effusive formate da olivine (silicati di Mg e Fe). Colore scuro verde o nero. Utilizzati principalmente per pavimentazioni. La maggior parte dei fondali marini è costituita da basalti e costituiscono il 40 % circa delle rocce della crosta terrestre. Pensa ai sanpietrini di Roma!!!Basalti: rocce effusive formate da olivine (silicati di Mg e Fe). Colore scuro verde o nero. Utilizzati principalmente per pavimentazioni. La maggior parte dei fondali marini è costituita da basalti e costituiscono il 40 % circa delle rocce della crosta terrestre. Pensa ai sanpietrini di Roma!!!

18 A grana fine (effusiva) = riolite A grana grossa (intrusiva) = granito

19 1 cm Rocce Ignee Intermedie andesite Esempio di roccia a grana fine (estrusiva) = andesite note: molti anfiboli e feldspati, Non cè quarzo visibile

20 Diversità Ignea Tutti questi sono graniti. Loro soddisfano la definizione: Rocce a grana grossa con abbondante quarzo e feldspati.

21 Le rocce sedimentarie (8% crosta) sono costituite da materiali (detti sedimenti) provenienti dallalterazione e dalla disgregazione, attraverso processi di varia natura, di rocce preesistenti. Sono spesso strartificate e contengono fossili! Eventi del processo sedimentario: - degradazione (a causa di agenti fisici, chimici e biologici) erosione; - Trasporto (attraverso corsi dacqua e vento); - Sedimetazione (ovvero accumulo dei detriti); - Diagenesi (trasformazione di frammenti incoerenti in roccia coerente, cioè compatta).

22 Classificazione rocce sedimentarie (si basa sulla genesi) Si distinguono due gruppi: - le rocce detritiche o clastiche derivano dal materiale trasportato in forma solida; - le rocce di precipitazione chimica e biochimica (organogene) derivano dal materiale trasportato in soluzione. La differenza è basata sui diversi modi di trasporto e di sedimentazione dei materiali. La suddivisione non è naturalmente netta e sussistono termini intermedi o di origine non univoca.

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24 - I conglomerati rappresentano il termine più grossolano; le dimensioni dei singoli elementi detritici (clasti) con d > ai 2 mm. Corrispondono alle attuali ghiaie. Con il termine breccia si fa riferimento a quei conglomerati i cui clasti non hanno subito trasporto ed hanno mantenuto quindi gli spigoli vivi; esse hanno origine da crolli e frane.I conglomerati sono diffusi in tutto l'Appennino. - Le arenarie rappresentano il termine intermedio. Corrispondono alle attuali sabbie.

25 -Le argille rappresentano il termine più fine; le dimensioni dei clasti sono al di sotto di 0,062 mm. Corrispondono agli attuali fanghi detritici. Le argille sono costituite quasi esclusivamente da fillosilicati (minerali argillosi o minerali delle argille) prodotti dall'alterazione di altri minerali silicati. -I tufi rappresentano un gruppo a parte rispetto alle appena descritte rocce detritiche. Essi sono considerati rocce sedimentarie poiché subiscono il processo di messa in posto e successivamente tutti i processi diagenetici che portano alla litificazione; ciò che li differenzia è la loro origine legata alle eruzioni vulcaniche esplosive (rocce piroclastiche).

26 Il tufo nel Lazio Il tufo, abbondantissimo nei distretti vulcanici del Lazio, cominciò ad essere usato come materiale da costruzione sin dal VII secolo a.C., dai Romani, dagli altri Latini e dagli Etruschi, perché è una roccia piuttosto resistente ma leggera e lavorabile. In epoca romana veniva usato anche come base per ottenere malte idrauliche. È stato usato pure per costruzioni più recenti come le città di fondazione nel Pontino. I tufi del Lazio sono principalmente il frutto dell'azione del Vulcano Sabatino nel periodo che va all'incirca fra e anni fa. A secondo della zona ove si sono depositati i piroclasti si classificano vari tipi di tufo. Tufo stratificato di La Storta lapilloso ed a tratti pomiceo; Tufi stratificato varicolore di Sacrofano più o meno semilitoide (peperino); Tufo di Castelnuovo scoriaceo e con elementi pomicei, di colore grigio; Trachite di Morlupo deposito lavico bolloso grigio, di limitata ampiezza e spessore; Tufo giallo della via Tiberina coriaceo e con leucite, ricco in zeoliti derivate dalla trasformazione del vetro; Tufo di Riano grigio chiaro, compatto. Tufo di Civita Castellana tufo etrusco Tufo di Gallese rosso, a scorie nere.

27 (Rocce organogene) Rocce di deposito chimico - I calcari inorganici comprendono quelle rocce sedimentarie costituite quasi esclusivamente da calcite (carbonato di calcio) depositata per precipitazione. Tra queste si considerano anche le stalattiti e le stalagmiti. Un tipico esempio è il travertino; - le rocce silicee che si formano per precipitazione di silice (es. la selce); - le rocce residuali (bauxite o laterite).

28 Le evaporiti Sono rocce formatesi in seguito alla precipitazione chimica del solfato di calcio, del cloruro di sodio e di altri sali di minore importanza, in bacini lagunari con climi caldi e aridi. Salgemma, anidrite e gesso.

29 Rocce organogene - I calcari organogeni: derivano dallaccumulo di gusci e conghiglie di carbonato di calcio; - le rocce combustibili: formate da materia organica vegetale e/o animale che nel corso della diagenesi può essere trasformata in carboni, petroli e gas naturale - scheda p 214; -le dolomie contengono invece, in quantità preponderante, il minerale dolomite (carbonato di Ca e Mg). Si formano dai calcari marini. -le marne contengono una percentuale preponderante di argilla. Si tratta di rocce di colore variabile (grigio, rosso, verde, bianco o variegato) sottilmente stratificate e spesso addirittura scagliose.

30 Rocce metamorfiche Rocce che hanno subito un cambiamento della struttura e della composizione mineralogica ad opera di intense variazioni di T e P, senza modificarne lo stato solido. Tipi di metamorfismo: di contatto, dinamico e regionale. Per azione della T e P e coinvolge ampie zone della litosfera Con un magma che risale in superficie. Per azione T Per azione di P orientate, ovvero per lungo t e in una sola direzione

31 Il nome della roccia si basa su quello che la roccia era prima di essere metamorfosata (ossia sul protolito). I cambiamenti della struttura sono essenzialmente tre: - ricristallizzazione ed aumento di grana. Es. il marmo deriva dal calcare e dalla dolomia, assume un aspetto che ricorda lo zucchero (marmi saccaroidi); - orientazione preferenziale dei minerali: lineazione (tendenza dei minerali con cristalli allungati ad allinearsi in una direzione), foliazione (bande o piani di cristalli della stessa specie alternati, spesso ondulati e di colorazioni chiaro-scure), scistosità (tipo di foliazione caratterizzata dalla facilità di sfaldarsi in lastre). Es. micascisti; - frantumazione in granuli. Es. gneiss

32 Il grado del metamorfismo corrisponde a precise condizioni termodinamiche e consente di definire fasce metamorfiche diverse chiamate facies. Ogni facies è formata da associazioni di minerali che si formano in quel determinato intervallo di pressione e di temperatura. In genere le facies metamorfiche prendono il nome di una sola delle rocce che si possono formare in quelle condizioni termodinamiche, ma comprendono più specie facies: Insieme di rocce metamorfiche cristallizate nelle stesse condizioni di pressione e temperatura GRADI DEL METAMORFISMO Basso: Prevale la Pressione Medio: Azione combinata T e P Alto: Prevale la Temperatura

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34 granito gneiss

35 calcare marmo

36 argillite scisto fillade Ardesia

37 Ciclo litogenetico: anche litogenesi o ciclo delle rocce è il modello che rappresenta le relazioni genetiche delle rocce tra loro e col magma nell'ambito della crosta terrestre.

38 Credits C. Pignocchini Feyes e I. Neviani. Geografia generale, la Terra nellUniverso. SEI. Varie fonti sitografiche (immagini e schemi)


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