Richiamo sulle proprietà fisiche e mineralogiche dei sedimenti silicoclastici Granulometria, forma dei clasti, colore, tessitura delle rocce sedimentarie: implicazioni per classificazione delle rocce, porosità e permeabilità, processi di trasporto ed ambienti deposizionali; Caratteri mineralogici: implicazioni per classificazione delle rocce, provenienze dei sedimenti, relazioni tra tettonica e clima

Dimensioni dei clasti e tipo di roccia madre

Suddivisione granulometrica dei sedimenti silicoclastici E’ intuitivo descrivere i sedimenti e le rocce silicoclastiche in termini della distribuzione dimensionale delle particelle costituenti; Nella descrizione dimensionale dei sedimenti si adotta la classificazione standard di Udden-Wentworth; Si tratta di una progressione logaritmica di range dimensionali compresi tra 1/256 e 256 mm ; Questa progressione è in base logaritmica 2 (come se una roccia si rompesse successivamente in 2, 4, 6,….clasti) ed è definita dal parametro = -log2 diametro (mm) Il segno negativo è una convenzione per la rappresentazione grafica

argilla limo sabbia m. fine sabbia fine sabbia media sabbia grossol. sabbia m. gros. granuli ghiaia ciottoli blocchi -log2 256= -8 ovvero 28=256

Stima visuale della granulometria di un sedimento  -1 -2  0-1  1-0  2-1  8-4  4-3  3-2

Come si determina la distribuzione granulometrica? setacciatura a secco o con acqua: metodo più usato per popolazioni granulometriche tra  4 (sabbie fini) e -6 (ciottoli)

Le analisi granulometriche dei sedimenti tra  4 (sabbie fini) e 8 (argille) si effettuano con altri metodi Pipetta di sedimentazione: legge di Stokes metodi densimetrici (assorbimento raggi X, conduttività elettrica…) Sedigraph Coulter Counter

Analisi dei dati granulometrici

Rappresentazione grafica della distribuzione granulometrica

Porosità e permeabilità: proprietà petro-fisiche delle rocce in funzione dei caratteri tessiturali, forma e dimensione Porosità totale: Volume totale dei vuoti (pori)/volume del campione di roccia Porosità efficace: si riferisce alla quantità di pori interconnessi. E’ importante per la permeabilità delle rocce

Porosità primaria e secondaria Porosità primaria: deriva principalmente dalle modalità di deposizione o da caratteri intrinseci dei granuli nel sedimento: Porosità secondaria: deriva da processi post-deposizionali come la fratturazione delle rocce

Porosità primaria: forma dei pori Porosità intragranulare: es. un calcare conchigliare Porosità intergranulare: es. un’areanaria

Porosità secondaria fenestrale intercristallina dissoluzione fratturazione

Granulometria ed assortimento controllano il grado di porosità primaria Sedimenti più fini=porosità > Sedimenti meglio cerniti=porosità >

Impacchettamento cubico impacchettamento romboedrico Porosità = 47% Porosità = 26%

Permeabilità: una proprietà che indica la conduttività idraulica dei mezzi porosi

L’esperimento di Darcy del 1856 sulla conduttività idraulica dei mezzi porosi Il flusso di acqua (Q) in una colonna porosa è: QQ h1 - h2 (carico idraulico) Q Q 1/L (lunghezza) Q Q A (sezione) Queste grandezze sono legate in una espressione del tipo: Q = -KA (h2-h1)/L Dove K è la permeabilità: la capacità di un fluido o un gas di attraversare un mezzo poroso; ha le dimensioni di una velocità!

Rocce, porosità e permeabilità Modificazioni post-deposizionali della porosità primaria: l’effetto del costipamento

Forma dei clasti Caratteristica dei clasti dipendente da: Fattori intrinseci dei minerali costituenti Trasporto dei clasti Implicazioni per meccanismi di deposizione e per ricostruzioni paleoambientali

Fattori intrinseci: Il clivaggio delle varie specie mineralogiche può determinare tipi di forma diversi Minerale Clivaggio Forma Muscovite 1 piano di clivaggio lamellare Feldspato 2 piani di clivaggio discoidale Quarzo nessun clivaggio sferica La stratificazione e la fissilità possono impartire una forma lamellare ai clasti

Forma e trasporto: arrotondamento Spigoli dei clasti attenuati durante il trasporto attraverso collisioni ed abrasione L’arrotondamento aumenta con la durata del trasporto Forma trasporto Angolare corto (conoide alluvionale) Sub-angolare/sub-arrotondato medio (fiume) Ben arrotondato lungo (spiaggia)

I parametri morfologici vengono in gran parte riferiti ai tre assi principali della particella: a: asse maggiore; b: asse intermedio; c: asse minore a b c

La morfologia delle particelle clastiche Viene definita dai parametri di forma (funzione delle proporzioni tra gli assi), arrotondamento (rispetto agli spigoli) e rugosità (morfologia superficiale) che sono indipendenti tra loro

Sfericità e Arrotondamento Sfericità: approssimazione alla forma sferica di una particella clastica Wadell (1932): rapporto tra il diametro di una sfera di ugual volume della particella ed il diametro della più piccola circonferenza che include la particella; Krumbein (1941): = (volume della particella/volume della sfera che include la particella)1/3....approssimando la forma della particella ad un ellisse con assi a, b, c si definisce la sfericità operativa come (/6 abc/ /6 a3)1/3 ovvero (bc/a2)1/3 Folk (1968): p= (c2/ab)1/3 relazione che tiene conto della modalità di sedimentazione delle particelle in acqua, funzione della superficie ab….tanto > clasto tanto più piatto..tanto più lenta la caduta

Sfericità e Arrotondamento Arrotondamento: caratteristica morfologica relativa al grado di smussamento degli spigoli di una particella clastica Wadell (1932): arrotondamento= media aritmetica del grado di arrotondamento dei singoli spigoli nel piano di misurazione il grado di arrotondamento dei singoli spigoli è determinato dal rapporto tra raggio di curvatura dei singoli spigoli (r) ed il raggio di curvatura della massima circonferenza che include il clasto (R) Rw=  (r/R)/N ovvero (r)/RN dove N è il numero di spigoli

Stima visuale della sfericità ed arrotondamento

Il diagramma di Zing per definire le 4 principali morfologie dei clasti in funzione dei rapporti tra assi a, b e c Sferica o Equiassiale Discoidale aRb>c aRbRc Triassiale a>b>c Allungata a>bRc

Rugosità (morfologia superficiale): funzione di processi meccanici e chimici di degradazione dei clasti Ciottoli “verniciati” in ambienti aridi Ciottolo striato da abrasione glaciale Ciottoli con impronte di pressione

Il colore delle rocce sedimentarie: pigmenti naturali e condizioni deposizionali

Il colore delle rocce sedimentarie: pigmenti naturali ed ambienti deposizionali

Perché gli Scisti Policromi (Scaglia Toscana) sono spesso rossastri? Il colore di una roccia clastica può essere ereditato da sedimenti già colorati Perché gli Scisti Policromi (Scaglia Toscana) sono spesso rossastri?

tessitura delle rocce silicoclastiche (impalcatura nello spazio delle varie popolazioni granulometriche presenti) Matrice Granuli Cemento costituenti la tessitura: granuli, matrice, cemento se granuli a contatto tra loro la tessitura sarà grano-sostenuta se granuli isolati nella matrice la tessitura sarà matrice-sostenuta

Tessitura matrice-sostenuta: molta matrice, clasti isolati

Tessitura clasto-sostenuta: i clasti sono prevalentemente a contatto

Tessitura openwork: in alcuni casi gli interstizi possono essere vuoti

Maturità tessiturale Cernita, forma e rapporto clasti/matrice determinano la maturità tessiturale Rocce mature tessituralmente Clasti ben assortiti, ben arrotondati, clasto-sostenuta Rocce immature tessituralmente Clasti poco assortiti, angolari, matrice-sostenuta

Maturità tessiturale e classificazione delle rocce silicoclastiche Conglomerato=clasti da mediamente a ben arrotondati Breccia: clasti angolosi e sub-angolosi

La presenza o meno di matrice nell’impalcatura dei clasti definisce tessiture di tipo matrice-sostenuta (paraconglomerati) o clasto-sostenuta (ortoconglomerati)

Classificazione delle Areniti su base tessiturale

Classificazione di Dunham: caratteri tessiturali per classificare anche le rocce carbonatiche Grainstone: tessitura clasto-sostenuta senza fango micritico Packstone: tessitura clasto-sostenuta con presenza di fango micritico Wakestone: tessitura matrice-sostenuta con grani>10% Mudstone: tessitura matrice-sostenuta con grani<10%

Caratteri mineralogici delle rocce silicoclastiche: implicazioni per la classificazione

Sabbia grossolana immatura

Sabbia grossolana matura

Come sarà la maturità composizionale dei sedimenti prodotti in questo ambiente desertico freddo?

Come sarà la maturità composizionale dei sedimenti prodotti in questo ambiente tropicale caldo-umido?

Conglomerato poligenico o polimittico Conglomerato monogenico o monomittico

Classificazione delle areniti in funzione della maturità composizionale

Quarzoareniti: denotano un alta maturità composizionale che esprime materiali clastici derivati da rocce molto alterate o elaborati in più cicli sedimentari

Litoareniti: denotano un moderata maturità composizionale Litoareniti: denotano un moderata maturità composizionale. Esprimono materiali clastici in origine moderatamente alterati (tali da non aver perso i feldspati ad es.).

“Grovacche”: denotano un bassa maturità sia composizionale che tessiturale. Esprimono materiali clastici in origine poco alterati (minerali e frammenti litici) e processi di trasporto poco selettivi (che consentono la presenza di abbondante matrice)

Maturità tessiturale e composizionale: un importante carattere delle rocce silicoclastiche identificabile dai caratteri fisici e mineralogici

Che tipo di roccia deriverà dai sedimenti di questo ambiente deposizionale?

Che tipo di roccia deriverà dai sedimenti di questo ambiente deposizionale?

Che tipo di roccia deriverà dai sedimenti di questo ambiente deposizionale?

Che tipo di roccia deriverà dai sedimenti di questo ambiente deposizionale?