Il pianeta Terra Minerali e Rocce presentazione del prof. Ciro Formica Immagini e testi tratti dai website di: unipv.it, unimi.it, wikipedia.it, unibs.it, unina.it, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it

L’interno della Terra

Crosta : forma circa l’1 % della massa totale della Terra E’ divisa in oceanica (spessore 5-7 km) e continentale (30-35 km). La densità varia da 2,7 g/cm3 (graniti) a 3 (basalti). Composizione crosta: O 46,6% Mg 2,1% altri 1,5% Si 27,7% Ca 3,6% Al 8,1% Na 2,8 Fe 5 % K 2,6%

Isostasia : le catene montuose e le aree pianeggianti “galleggiano” sul mantello. Se avviene l’erosione le cime si abbassano e le radici si sollevano. Se si sedimenta materiale in superficie, anche le radici si ispessiscono.

Mantello: 82% della massa totale della Terra Diviso in mantello superiore dove si trova l’astenosfera, più plastica e modellabile (fino a 350-400 km), zona di transizione (da 400 a 1000 km), mantello inferiore (da 1000 a 2900 km). Densità da 3,3 a 5,6, è costituito da roccia una roccia ultrabasica il cui minerale fondamentale è l'olivina (Mg2SiO4). Crosta + mantello = litosfera Nucleo, 16% del volume, raggio 3500 km Densità da 9,7 a 13 (centro della Terra). Diviso in un nucleo esterno liquido e nucleo interno solido. Costituzione: Fe e Si (90% ), Ni (10%) Gli strati sono separati da superfici di discontinuità: 1- Moho (crosta-mantello) 2- Gutenberg (mantello-nucleo) 3- Lehmann (nucleo esterno-nucleo interno)

Processo di subduzione delle placche

Rocce: aggregati naturali di minerali legati tra loro da forze di coesione a carattere permanente e formati tramite uno o più processi geologici.

Forma e abito cristallino dei minerali Abito cubico ottaedrico prismatico

Lucentezza: proprietà che indica la capacità di un minerale di riflettere la luce. Dipende dal rapporto tra la quantità di luce che viene riflessa e quella rifratta e assorbita da un mezzo ottico. Maggiore indice di rifrazione maggiori quantità di luce riflessa e quindi maggiore lucentezza; scala di lucentezza: dalla più elevata alla più bassa i termini principali che la caratterizzano sono: Metallica (Pirite) - Adamantina (Diamante, titanite) - Subadamantina (Topazio) - Vitrea (Acquamarina) - Resinosa (Sfalerite) - Sericea (Ulexite)-Perlacea (zincite) – Cerea (Nefrite) Colore: proprietà di alcuni minerali tra le più mutevoli e meno affidabili, si intende sempre il colore che si osserva in luce naturale ed è determinato dal tipo di interazione tra luce e minerale che ne risulta colpito, in particolare è funzione dell' assorbimento delle lunghezze d'onda che attraversano il cristallo.

Sfaldatura: tendenza a dei minerali a rompersi parallelamente a piani di atomi. Nel descrivere la sfaldatura si devono indicare, la sua qualità (perfetta buona discreta) e la sua direzione rispetto agli assi cristallografici. Frattura: modo di rompersi dei minerali quando non avviene secondo piani di sfaldatura specifici. Durezza La resistenza che una superficie oppone all’abrasione è la sua durezza e si indica con la sigla H. Il grado di durezza si determina osservando per confronto la facilità o difficoltà con cui un minerale viene graffiato. Il mineralogista F.Mohs nel 1824 scelse una serie di 10 minerali ordinati per durezza crescente che costituiscono la scala di durezza di Mohs 1 Talco - 2 Gesso - 3 Calcite - 4 Fluorite - 5 Apatite -6 Ortoclasio 7 Quarzo - 8 Topazio - 9 Corindone - 10 Diamante Tenacità: resistenza che un minerale offre alla frantumazione, piegatura o abrasione. Scala: fragile, malleabile, settile, duttile duttile, elastico

Reticolo cristallino. Ai solidi amorfi non spetta alcuna forma geometrica esterna o struttura interna ordinata. Un cristallo è composto da unità semplici dette celle elementari che ripetute nello spazio formano l’intero reticolo. elementi chimici: Ti, V, Fe, Cr, Cu, Co, Mn, Ni detti cromofori. Colore omogeneo (pirite e azzurrite), colori differenti (vesuvianite). La colorazione dipende spesso dalle inclusioni di altre specie di minerali Cu2[(OH)2CO3] SiO2 Al2Be3(Si6O18)

Classificazione dei minerali Silicati Nesolicati, inosilicati, fillosilicati, tettosilicati Non silicati Elementi nativi Solfuri Alogenuri Ossidi e Idrossidi Carbonati, Nitrati, Borati Solfati, Cromati, Molibdati, Fosfati, Arseniati

Silicati Strutture cristalline dei principali silicati, rappresentate attraverso i diversi modi in cui i tetraedri [SiO4]4– possono legarsi tra loro per mezzo di ossigeni-ponte.

Amianto (asbesto) L’amianto è un particolare inosilicato (serpentino e anfiboli). Viene classificato come: Crisotilo – amianto bianco Crocidolite – blu Amosite - bruno Inoltre tremolite ecc. Esso forma delle fibre molto pericolose per l’organismo

LE ROCCE Una roccia può essere definita come un aggregato naturale formato da più minerali (raramente da uno solo) e a volte da sostanze non cristalline. Una roccia si forma tramite uno o più processi geologici. Le rocce che affiorano sulla superficie terrestre derivano da tre processi chimico-fisici fondamentali: cristallizzazione da un fuso magmatico (rocce magmatiche) precipitazione da una soluzione (rocce sedimentarie) ricristallizzazione di rocce già esistenti (rocce metamorfiche)

Rocce magmatiche (ignee) si formano dalla cristallizzazione di un magma. Queste rocce sono generalmente classificate in base a: composizione mineralogica (classificazione di Streckeisen) composizione chimica (classificazione TAS- Total Alkali vs Silica) La classificazione di Streckeisen è basata sulla composizione mineralogica (percentuali in volume). In essa si individua un doppio diagramma triangolare con Q=quarzo; A=feldspati alcalini (ortoclasio); P=plagioclasi (labradorite, anortite); F=feldspatoidi. Non vengono presi in considerazione i minerali femici=M (biotite, anfiboli, pirosseni, olivina).

Q, A, P, F sono minerali sialici, cioè in prevalenza silico-alluminiferi, per lo più di colore chiaro. M contraddistingue i minerali femici, cioè in prevalenza ferro-magnesiaci, per lo più di colore scuro. Il diagramma viene suddiviso, in base alle percentuali relative dei componenti, in quindici campi, ciascuno dei quali corrisponde ad una roccia plutonica e ad una roccia vulcanica. Vi sono termini di passaggio fra un campo e l'altro. Il sedicesimo campo, comprendente le rocce composte da minerali femici.

http://www.ingv.it/it/ granito: tipica roccia magmatica intrusiva Basalto: tipica roccia magmatica effusiva http://www.ingv.it/it/

Classificazione mineralogica di Streckeisen (1967)

Classificazione chimica TAS (Total Alkali vs Silica)

Rocce sedimentarie Si formano in seguito al deposito di materiale proveniente dalla degradazione di altre rocce. Sono costituite da materiali (detti sedimenti) provenienti dalla disgregazione, attraverso processi di varia natura, di rocce preesistenti. Sono soggette a modificazioni chimiche e fisiche e biologiche, che ne alterano la conformazione e la struttura. Come conseguenza si formano: i detriti, costituiti da minerali primari residui (cioè i costituenti originali della roccia) e da minerali secondari (minerali argillosi a granulometria molto fine) derivati dai primari in seguito a processi chimici, ed il materiale in soluzione (ioni alcalini, alcalino-terrosi, ecc.).

La formazione di una roccia sedimentaria può essere suddivisa in fasi, che rappresentano il “ciclo sedimentario”. - I degradazione-erosione delle rocce preesistenti sulla superficie terrestre con formazione di detriti solidi e di sostanze in soluzione. - II trasporto del materiale detritico e di quello in soluzione ad opera dei fiumi, dei venti, dei ghiacciai, ecc. - III deposizione-sedimentazione del materiale in ambienti diversi (continentale, marino, ecc.). La sedimentazione avviene per strati successivi. -IV compattazione cementazione (diagenesi): processo diagenetico principale che porta alla formazione della roccia compatta attraverso la precipitazione dei cristalli nelle cavità del sedimento; - V litificazione-diagenesi dei sedimenti dovuta alla pressione esercitata da altri sedimenti che si accumulano via via sopra di essi.

Classificazione rocce sedimentarie le rocce detritiche o clastiche derivano dal materiale trasportato in forma solida le rocce di precipitazione chimica e biochimica derivano dal materiale trasportato in soluzione. le rocce organogene 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.

ROCCE DETRITICHE O CLASTICHE Si suddividono in quattro gruppi: conglomerati, arenarie, argille, tufi - I conglomerati rappresentano il termine più grossolano; le dimensioni dei singoli elementi detritici (clasti) vanno da un minimo di 2 mm ad un massimo di 256 mm (scala di Wentworth). Corrispondono alle attuali ghiaie. Con il termine breccia si fa riferimento a quei conglomerati i cui clasti non hanno subìto 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; le dimensioni dei clasti sono comprese fra 2 e 0,062 mm. Corrispondono alle attuali sabbie. I principali componenti delle arenarie sono: quarzo, ortoclasio, fillosilicati. -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. Altri componenti sono quarzo, ortoclasio e miche, presenti però solo nella frazione più grossolana. -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 DI SEDIMENTAZIONE CHIMICA E BIOCHIMICA calcari, costituite quasi esclusivamente da calcite (carbonato di calcio). Possono essere presenti, in percentuali molto basse, altri minerali quali: quarzo, ortoclasio, ecc. Sono presenti anche termini di passaggio verso le argille (calcari marnosi, marne calcaree, marne propriamente dette) e le dolomie (calcari dolomitici, dolomie calcaree). Originano da: un processo chimico  precipitazione diretta di carbonato di calcio (fenomeno più sensibile in zone con acque calde), un processo biochimico  rimozione degli ioni calcio e degli ioni carbonato dalle acque marine da parte di organismi, come i molluschi, che li utilizzano per formare il proprio guscio dolomie, contengono in quantità preponderante, il minerale dolomite. Sono presenti tutti i termini di passaggio con i calcari. evaporiti 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. La classificazione è granulometrica: dimensione granuli da 0,06 a 2 mm

Rocce metamorfiche Il metamorfismo comporta la trasformazione mineralogica di rocce preesistenti. Una roccia metamorfica si può infatti formare da una roccia ignea, sedimentaria, o da una stessa roccia metamorfica. Il nome di questo genere di rocce risulta molto appropriato in quanto significa "cambiamento di forma" e questi cambiamenti sono innescati da alcuni fattori tra cui i più importanti sono la temperatura e la pressione (assume una importanza rilevante anche la presenza di fluidi poichè questa facilita la migrazione degli ioni nelle strutture mineralogiche. gradiente geotermico  aumento di temperatura variabile tra i 10°C e i 30°C per ogni chilometro Il gradiente di pressione aumento della pressione con la profondità, in genere si valuta intorno ai 250-300 bar ogni Km di profondità

tipi di metamorfismo regionale  su grandi superfici di contatto  localizzato vicino a rocce magmatiche cataclastico  vicino a fratture o faglie anatessi: Processo di fusione su grande scala che porta alla formazione di rocce a composizione granitica partendo da rocce di varia natura

Grado del metamorfismo Basso: Prevale la Pressione Medio: Azione combinata T e P Alto: Prevale la Temperatura corrisponde a precise condizioni termodinamiche e consente di definire fasce metamorfiche diverse chiamate facies  insieme di rocce metamorfiche cristallizate nelle stesse condizioni di pressione e temperatura 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 Il metamorfismo determina: Aumento della graba cristallina, formazione di piani paralleli, orientazione preferenziale

FACIES METAMORFICHE PH2O in kbar

Feldspati (metamorfismo regionale) – roccia originale: scisto, graniti - granulazione fine: ardesia e fillite - granulazione grossolana: scisti e gneiss Non feldspati (m. da contatto) – roccia originale: scisto, quarzo, arenaria, calcare, dolomite granulazione fine: cornubianiti - granulazione grossolana: quarzite e marmi

granito  gneiss

argillite  scisto argillite  fillade

calcare  marmo arenaria  quarzite

Esperienze di laboratorio materiale: pietre, piccole rocce, sassolini, sabbia, ghiaia lente d’ingrandimento aceto, acido cloridrico, sale da cucina, solfato di rame becker, provette, beuta, spruzzetta, bacchetta di vetro imbuto, filtro, sostegni, spago, cotone pipetta pasteur, coloranti microscopio ottico

Analisi delle rocce calcaree materiale: sassolini aceto, acido cloridrico becker http://www.eniscuola.net/it/mediateca/terra/esperimenti/lanalisi-delle-rocce/

Creare le stalattiti materiale: sale da cucina acqua becker, corda (30-40 cm) http://www.eniscuola.net/it/mediateca/terra/esperimenti/realizziamo-una-stalattite/

Creare un mini vulcano materiale: Tavoletta bottiglia plastica con dentro il bicarbonato e Ink rosso/succo pomodoro. Incollare alla tavoletta col vinavil ricoprire il tutto di sabbia lasciando scoperto il foro aceto da versare nel foro http://www.torinoscienza.it/esperimenti/un_vulcano_in_casa_nostra_4999

Raccolta e osservazione dei micrometeoriti materiale: Una o più vaschette di plastica per una superficie totale di circa 1 mq - aghi da cucito, calamita, sacchetto di plastica trasparente - microscopio - Acqua distillata - becker e fornello Fasi: 1) Per cercare queste microscopiche palline, particelle quasi perfettamente tonde che possono essere “ferrose” o “vetrose”, si può prelevare il materiale raccolto nei pozzetti di scarico delle acque piovane delle grondaie, oppure mettere sul terrazzo un’apposita “trappola” cioè una bacinella di plastica (circa 1 m2)

2) si lascia evaporare l’acqua dai recipienti e se ne raschia pareti e fondo con un ago disteso. Poi si poggia l’ago su un vetrino e lo si esamina al microscopio. micrometeoriti ferrose: piccole sferette metalliche lucide, alcune con piccole depressioni sulla superficie, altre a forma di goccia, vicino alle grondaie micrometeoriti vetrose (più leggere) sferule prtrasparente, al verdastro, al nero, isolabili nelle aticamente perfette di colore dal giallo al vaschette di raccolta