Le rocce della Terra

Classificazione di tipo genetico: Rocce Ignee Plutoniche Vulcaniche (65%) Rocce Metamorfiche (27%) Rocce Sedimentarie (8%)

Rocce ignee --> derivano dalla solidificazione di materiale fuso Rocce metamorfiche --> derivano da rocce preesistenti attraverso vari tipi di trasformazioni chimico-fisiche Rocce sedimentarie --> si originano dalla deposizione di materiali dall’acqua o dall’aria I processi igneo e metamorfico avvengono per lo più all’interno della Terra e quindi non sono direttamente osservabili (ad eccezione delle eruzioni vulcaniche) Il processo sedimentario avviene in gran parte sulla superficie terrestre e l’osservazione degli attuali ambienti deposizionali fornisce informazioni sull’origine delle rocce sedimentarie

L’insieme di minerali che costituiscono le rocce si definisce: PARAGENESI Le rocce possono essere: MONOMINERALICHE (molto rare) = rocce sedimentarie POLIMINERALICHE (molto frequenti)= rocce ignee e metamorfiche I minerali delle rocce ignee si possono definire anche chimicamente: FEMICI (ricchi di Fe e Mg) = olivina, pirosseno, anfibolo SIALICI (ricchi di Si e Al) = quarzo, plagioclasio, K-feldspato

Ciclo delle rocce

Ciclo delle rocce diagenesi morte sedimentazione trasporto mantello crosta sup crosta inf magma depositi organici sedimenti clastici rocce vulcaniche sedimentarie plutoniche metamorfiche fusione parziale atmosfera idrosfera biosfera solidificazione eruzione diagenesi sedimentazione trasporto alterazione morte vita metamorfismo metamorf. met.

Ciclo Crosta - Mantello

Struttura della Terra

Crosta Mantello Nucleo esterno Nucleo interno Quattro strati principali: Crosta Mantello Nucleo Esterno Crosta Nucleo Interno Mantello Nucleo esterno Nucleo interno

2 tipi principali di crosta: CROSTA OCEANICA CROSTA CONTINENTALE

Crosta Oceanica – Dorsale Oceanica Sottile: 2-10 km (in media circa 7 km)

Dorsali Medio-Oceaniche ~ 21 km3/anno di lava ~60% della superficie della Terra è fatta di crosta oceanica

SERIE OFIOLITICA Lave pillow– prodotto di solidificazione di una massa fusa (magma). Dicchi - Particolare giacitura (ossia disposizione nello spazio) di una roccia. Basalti - Rocce ignee molto abbondanti caratterizzate da un alto contenuto in MgO. Gabbri - Rocce simili al basalto ma con cristalli più grandi. Duniti - Rocce composte quasi esclusivamente dal minerale olivina Peridotiti - Gruppo di rocce molto rare sulla superficie terrestre ma estremamente abbondanti nel mantello.

Lave pillow (cuscino) - prodotto di solidificazione di una massa fusa (magma).

Lave di superfice- prodotto di solidificazione di una massa fusa (magma).

Dicchi - Particolare giacitura (ossia disposizione nello spazio) di una roccia.

Basalti - Rocce vulcaniche molto abbondanti caratterizzate da un alto contenuto in MgO. Gabbri - Rocce plutoniche simili al basalto ma con cristalli più grandi.

Duniti - Rocce composte quasi esclusivamente dal minerale olivina

Peridotiti - Gruppo di rocce molto rare sulla superficie terrestre ma estremamente abbondanti nel mantello (la dunite è un tipo di peridotite).

Fast Spreading Ridge (East Pacific Ridge) -Litosfera termicamente calda -Vulcanismo frequente -Alti gradi di fusione parziale del mantello -Magmi composizionalmente omogenei

Slow Spreading Ridge (Mid-Atlantic Ridge) -Litosfera termicamente fredda -Vulcanismo raro -Bassi gradi di fusione parziale del mantello -Magmi composizionalmente eterogenei

Rispetto alla Crosta Oceanica, la Crosta Continentale è completamente differente per: - Composizione chimica - Composizione mineralogica - Età - Densità e rigidità

Crosta Continentale: spessore 20-70 km; spessore medio ~35 km; composizione MOLTO variabile (in media diorite) Diorite è una roccia plutonica con grossi cristalli costituita da quarzo, feldspati alcalini e minerali femici (pirosseno, anfibolo). - Crosta Superiore (più leggera, più ricca in SiO2 e relativamente povera in MgO, a composizione granodioritica) - Crosta Inferiore più pesante (meno ricca in SiO2 e più ricca in MgO, a composizione gabbrica)

Estrema eterogeneità delle rocce che la costituiscono. E’ suddivisa su base geofisica (velocità delle onde sismiche) in: CROSTA SUPERIORE: arriva a circa 10-20 km di profondità e ha una densità media di 2.5-2.7 g/cm3. E' costituita da rocce intrusive e metamorfiche con sottili coperture di rocce sedimentarie. CROSTA INFERIORE: ha una densità media di 2.8 g/cm3 ed è composta da rocce di tipo gabbrico. Tra la crosta continentale superiore e quella inferiore si ha la discontinuità di Conrad. A testimonianza del carattere eterogeneo della crosta continentale, la discontinuità di Conrad non è uniformemente distribuita.

Granodiorite: roccia plutonica con grossi cristalli simile ad un granito (la trovate sui banconi di molti bar o utilizzata come pavimentazione di stazioni, androni, etc.). Gabbro: roccia plutonica di colore generalmente scuro con abbondanti plagioclasi e vari tipi di minerali (es. clinopirosseni e/o olivina e/o quarzo, e/o magnetite, etc. etc.).

BASALTO/GABBRO ANDESITE/DIORITE

CROSTA CONTINENTALE SUPERIORE (parte affiorante) Rocce magmatiche 65 % Rocce metamorfiche 27 % Rocce sedimentarie 8 %

Rocce magmatiche (65%): graniti, granodioriti e tonaliti (acide sialiche) 77 % gabbri e basalti (basiche femiche) 13 % dioriti ed andesiti (chimismo intermedio) 8 % Le litologie magmatiche e metamorfiche formano un substrato roccioso, spesso identificato come “basamento cristallino” che è, per circa i 4/5, ricoperto da rocce sedimentarie con spessori mediamente valutabili attorno ai 5 km. Rocce sedimentarie (8 %) Rocce argillose 60 % Rocce carbonatiche 20 % Rocce arenacee 15 % Rocce evaporitiche 5 %

GRANODIORITE La recente stima di riferimento della composizione chimica della crosta continentale superiore è ottenuta utilizzando i dati analitici di rocce in affioramento. Composizione acido-sialica, contraddistinta da dominati contenuti di silicio ed alluminio.

Anche la crosta continentale è oggetto di carotaggio. Attualmente la profondità massima raggiunta è di oltre 12262 metri (Penisola di Kola – Nord Russia). (Hanno impiegato 24 anni dal 1970 al 1994)

C. Oceanica C. Continentale Spessore 2-10 km 20-70 km Struttura Piuttosto semplice Piuttosto complessa Composizione Relativamente uniforme Molto variabile Rocce tipiche Basalti/Gabbri Graniti Chimismo Ricca in Mg, povera in Si Ricca in Si, povera in Mg Densità Piuttosto densa (2,8-3,2 g/cm3) Piuttosto leggera (2,5-3,0 g/cm3) Età <250 Ma Fino a 4 Ga

Crosta Mantello Nucleo esterno Nucleo interno Quattro strati principali: Crosta Mantello Nucleo esterno Nucleo interno Crosta Mantello Nucleo esterno Nucleo interno

Circa metà della Terra (in peso) è costituita da ossigeno. Abbondanze relative atomiche dei sette elementi più comuni che costituiscono il 97% della massa della Terra. O 50.7% Mg 15.3% Fe 15.2% Si 14.4% S 3.0% Al 1.4% Ca 1.0% Circa metà della Terra (in peso) è costituita da ossigeno.

Olivina (forsterite) Ortopirosseno (enstatite) Si 1.4% 1.0% 3.0% 14.4% O Fe 50.7% 15.2% Mg Circa il 95% in peso della Terra è composto da Si, Mg, Fe ed O. 15.3% I principali minerali del mantello sono silicati di Mg e Fe (a basse P): Olivina (forsterite) Ortopirosseno (enstatite) (Mg,Fe)2SiO4 (Mg,Fe)2Si2O6

Interno della Terra Mantello: Mantello Superiore fino a 410 km Crosta 80 Interno della Terra Mantello Superiore 220 Discontinuità di Mohorovicic Zona di transizione 410 660 Mantello: Composizione stratificata sia in termini di composizione chimica che mineralogica. Mantello Mantello Inferiore Profondità (km) Mantello Superiore fino a 410 km Zona di Transizione (410-660 km) Mantello Inferiore fino a 2900 km Mantello Superiore 2900 Nucleo Esterno (liquido) Discontinuità di Gutenberg Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido) 6370

Dal contatto con la crosta fino a 410 km. 80 Mantello Superiore 220 Discontinuità di Mohorovicic Zona di transizione 410 Mantello Superiore Dal contatto con la crosta fino a 410 km. Il contatto con la crosta è marcato dalla Discontinuità di Mohorovicic (MOHO) Discontinuità di tipo: - chimico - mineralogico - reologico. 660 Mantello Mantello Inferiore Profondità (km) 2900 Nucleo Esterno (liquido) Discontinuità di Gutenberg Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido)

Crosta Mantello Superiore Questo volume viene comunemente diviso in: Mantello Litosferico (solido) spessore variabile (in genere ~50 km ma può arrivare fino a ~200 km). Mantello Astenosferico (parzialmente fuso) (con spessore variabile da ~80 a ~220 km). 80 Mantello Superiore 220 Discontinuità di Mohorovicic Zona di transizione 410 660 Mantello Mantello Inferiore Profondità (km) 2900 Nucleo Esterno (liquido) Discontinuità di Gutenberg Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido)

PERIDOTITI - Plagioclasio (<25-30 km) CaAl2Si2O8 Crosta 80 Le rocce che costituiscono il mantello superiore sono chiamate: PERIDOTITI Si tratta di rocce composte da Olivina, Ortopirosseno, Clinopirosseno ed un minerale di Al. A seconda delle profondità questo minerale di Al è: - Plagioclasio (<25-30 km) CaAl2Si2O8 - Spinello (~30-80 km) MgAl2O4 - Granato (>80-90 km) Mg3Al2Si3O12 Mantello Superiore 220 Discontinuità di Mohorovicic Zona di transizione 410 660 Mantello Mantello Inferiore Profondità (km) 2900 Nucleo Esterno (liquido) Discontinuità di Gutenberg Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido)

Spinello Granato Plagioclasio PRESSIONE

IMPACCHETTAMENTO DEGLI ATOMI

Tra i tre tipi (facies) di peridotiti, la Facies a Granato è quella di gran lunga più abbondante. Olivina Enstatite Diopside

Tuttavia i campioni di xenoliti di mantello sono quasi esclusivamente nella Facies a Spinello. Olivina Diopside Enstatite Spinello

La LERZOLITE è una PERIDOTITE con Ol > Opx + Cpx Le peridotiti sono una grande famiglia di rocce che includono la LERZOLITE. Olivine La LERZOLITE è una PERIDOTITE con Ol > Opx + Cpx Dunite 90 Peridotites Wehrlite Harzburgite Lherzolite 40 Olivine Websterite Pyroxenites Orthopyroxenite 10 Websterite 10 Clinopyroxenite Orthopyroxene Clinopyroxene

La LERZOLITE è considerata “mantello inalterato” la cui fusione parziale può generare alcuni tipi di magma.

Crosta 80 Zona di Transizione A partire da 410 km la velocità delle onde sismiche aumenta rapidamente. Mantello Superiore 220 Discontinuità di Mohorovicic Zona di transizione 410 660 Mantello Mantello Inferiore Profondità (km) Questa variazione è dovuta alla trasformazione dell’olivina [(Mg,Fe)2SiO4] (alfa-phase) a struttura ortorombica in wadsleyite [(Mg,Fe)2SiO4] (beta-phase) a struttura monoclina. A ~520 km l’olivina (ora wadsleyite) cambia di nuovo struttura e diventa ringwoodite [(Mg,Fe)2SiO4] (gamma-phase) a struttura cubica 2900 Nucleo Esterno (liquido) Discontinuità di Gutenberg Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido)

La perovskite s.s. è un ossido doppio di Ca e Ti (CaTiO3). Crosta 80 Mantello Superiore 220 Discontinuità di Mohorovicic A 660 km la ringwoodite si scinde in perovskite e magnesiowustite (fasi ancora più dense e rigide). Zona di transizione 410 660 Mantello Mantello Inferiore Profondità (km) La perovskite s.s. è un ossido doppio di Ca e Ti (CaTiO3). Con l’aumento della P anche l’ortopirosseno (enstatite) si trasforma in un nuovo tipo di minerale: la Majorite (una specie di granato con Mg-Si al posto dell’Al): 2900 Nucleo Esterno (liquido) Discontinuità di Gutenberg Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido)

Con l’aumento della pressione si formano minerali ricchi di Mg, Fe e Si e poveri di Al e Ca Magnesio wustite

Interno della Terra Nel Mantello Superiore: Crosta Interno della Terra 80 Mantello Superiore 220 Discontinuità di Mohorovicic Nel Mantello Superiore: Olivina e Pirosseni (orto- e clino-) + plagioclasio/spinello/granato (uno dei tre). Nella Zona di Transizione: Wadsleyite e Ringwoodite. Il diopside (clinopirosseno) e l’enstatite (ortopirosseno) diventano instabili e formano un nuovo minerale insieme al granato (majorite). Zona di transizione 410 660 Mantello Mantello Inferiore Profondità (km) 2900 Nucleo Esterno (liquido) Discontinuità di Gutenberg Nel Mantello Inferiore: Perovskite e Magnesiowustite. Il Ca nella majorite diventa instabile e si trasferisce nella struttura della Ca-perovskite. Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido)

Interno della Terra Crosta Mantello Nucleo esterno Nucleo interno Quattro strati principali: Crosta Mantello Nucleo esterno Nucleo interno Mantello Nucleo esterno interno Crosta

Nucleo Esterno è liquido (fuso) Crosta Lega metallica composta essenzialmente da Fe (>90%). Presenti anche piccole percentuali in S,Ni, C e, forse, Si (ma non ci sono silicati). Non conosciamo praticamente nulla. Solo supposizioni e considerazioni indirette. 80 Mantello Superiore 220 Discontinuità di Mohorovicic Zona di transizione 410 660 Mantello Mantello Inferiore Profondità (km) Mantello Superiore 2900 Nucleo Esterno (liquido) Discontinuità di Gutenberg Nucleo Esterno è liquido (fuso) Nucleo Nucleo Interno è solido (a causa delle alte pressioni) 5145 Nucleo Interno (solido)