Le rocce

ROCCIA SEDIMENTARIA

Una roccia è un aggregato solido e compatto di uno o più minerali che si trova in natura. 

Le rocce si possono dividere in tre categorie:

-magmatiche;

-sedimentarie;

-metamorfiche.

Le rocce magmatiche sono le più abbondanti nella crosta terrestre e derivano dalla fusione di rocce nella crosta profonda o nel mantello superiore. Si formano per solidificazione e cristallizzazione di magmi.

# Le rocce magmatiche che si formano nel sottosuolo, in profondità, sono chiamate rocce intrusive.

 # Le rocce magmatiche che si formano in superficie sono chiamate effusive. 

Le rocce sedimentarie derivano dalla demolizione e rideposizione di rocce presenti in superfici. 
Si formano per deposizione, seppellimento e litificazione di sedimenti. 
I sedimenti sciolti vanno incontro a un lento processo di compattazione e cementazione, noto come DIAGENESI, che per riduzione degli spazi vuoti occupati da aria o acqua conclude il processo sedimentario e così li trasforma in rocce sedimentarie.

Le rocce metamorfiche derivano dalla rocce preesistenti sottoposte a temperature e pressioni elevate nella crosta profonda o nel mantello superiore. Si formano per ricristallizzazione allo stato solido di nuovi minerali.

"Metamorfismo" --> consiste nella trasformazione della struttura cristallina. 

[[Il MAGMA è una massa di minerali allo stato fuso, spesso contenente in soluzione anche sostanze allo stato aeriforme.]]

Come riconoscere una roccia!?

Per riconoscere una roccia bisogna far riferimento alla loro composizione e alla loro tessitura. 
La composizione, chimica o mineralogica, si determina soprattutto riconoscendo i minerali presenti.
Mentre per tessitura si intende la disposizione spaziale dei minerali, la loro dimensione e la loro forma. 
Poi vi è anche la struttura, importante soprattutto nelle rocce sedimentarie; la più importante è la stratificazione --> l'alternanza di letti rocciosi ben definiti, che testimoniano la successione di diversi eventi deposizionali. 

CICLO LITOGENETICO

Il ciclo litogenetico, o ciclo delle rocce, è l'insieme dei lenti e continui processi attraverso cui rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche si trasformano le une nelle altre. 

Le rocce non sono immutabili, ma rappresentano una fase momentanea di una sequenza che si sviluppa molto lentamente nel tempo. 

Il ciclo viene definito di tipo aperto, e comporta scambi di materiale con l'atmosfera, l'idrosfera e il mantello.

FONTI: LIBRO DI TESTO "Le Scienze della Terra"

Silicati e non silicati

CLASSIFICAZIONE DEI SILICATI

Il 75% della crosta terrestre è costituito da ossigeno e silicio, normalmente esse si trovano combinati con altri cationi metallici a costituire i silicati. 

NESOSILICATI: i tetraedri sono isolati e indipendenti l’uno dall'altro, tenuti assieme da elementi come il magnesio e il ferro.

ZIRCONE

SOROSILICATI: silicati a coppie di tetraedri che condividono un vertice.

EPIDOTO

CICLOSILICATI: tre o più tetraedri formano una struttura anulare grazie alla condivisione di due vertici ciascuno. 

BERILLO

INOSILICATI: in questo caso i tetraedri si uniscono formando catene che possono essere singole, come nel caso dei pirosseni, oppure catene doppie come negli anfiboli.

AUGITE e ORNEBLENDA

FILLOSILICATI: sono caratterizzati da una struttura a strati formata dai tetraedri. Ogni tetraedro si lega ad altri tre attraverso l’ossigeno. 

SERPENTINO

TETTOSILICATI: in cui i tetraedri legandosi formano strutture tridimensionali. 

QUARZO

I silicati in base alle loro caratteristiche chimiche e fisiche si possono suddividere in due gruppi;

• silicati felsici: abbondanti di silice e di alluminio, sono acidi e non sono molto densi.
• silicati mafici: sono ricchi di ferro e magnesio, ma poveri di silicio a causa della loro natura basica, e con elevato peso specifico.

L'abbondanza di silicio , alluminio e ossigeno, dona ai minerali una colorazione chiara, ad esempio i feldspati.
Il ferro e il cromo impartiscono una caratteristica colorazione verde scuro ai minerali in cui sono presenti. 

MINERALI NON SILICATI

I minerali non silicati costituiscono circa l'8% della crosta terrestre.
Si possono suddividere in questi sei gruppi:

* CARBONATI: contengono carbonio e ossigeno legati a un elemento metallico. 
Sono molto frequenti nelle rocce sedimentarie.
I due più famosi sono la calcite, costituito da carbonato di calcio neutro CaCO3 e la dolomite, carbonato di calcio e di magnesio CaMg(CO3); che formano rispettivamente rocce calcaree e dolomitiche.

* SOLFATI: formati da zolfo e ossigeno legati a un elemento metallico. Si tratta di minerali che precipitano per evaporazione di soluzioni acquose concentrata. 
Esempi: l’anidrite formata dal gruppo zolfo, ossigeno e calcio CaSO4, e il gesso CaSO4 2H2O.

* ALOGENURI: formati da ioni di un alogeno combinato con un altro elemento. Un esempio è il salgemma costituito da cloro e sodio Na+Cl-, anche fluorite CaF2. Generalmente sono abbastanza teneri, incolori e solubili in acqua. 

* SOLFURI: importanti giacimenti minerari sono composti dallo zolfo e da elementi metallici, come la pirite formata da zolfo e ferro FeS2 e la galena PbS.

* OSSIDI E IDROSSIDI:  si tratta di minerali in cui un elemento è combinato con l'ossigeno e a volte anche con molecole d'acqua. Più comuni: magnetite Fe3O4, ematite Fe2O3 --> spesso colorati di giallo o rosso.

* ELEMENTI NATIVI: minerali costituiti da un metallo o semimetallo, che si trovano in natura allo stato elementare. Come l’oro Au, l’argento Ag e il rame Cu. Anche la grafite e il diamante, entrambi costituiti da carbonio. 

FONTI: LIBRO DI TESTO "Le scienze della terra" e QUESTO SITO 

Poli/iso-morfismo

POLIMORFISMO 

Il polimorfismo si ha quando due o più minerali con identica composizione chimica, e quindi stessa formula chimica, hanno una diversa struttura cristallina. 
Il polimorfismo dipende dal fatto che la stessa sostanza può cristallizzare in ambienti diversi, con diverse condizioni di temperatura e pressione. 

ISOMORFISMO 

L'isomorfismo riguarda minerali che presentano composizione chimica differente, ma analoga struttura cristallina. Isomorfismo si ha quando all'interno dello stesso reticolo, ioni di elementi chimici diversi possono sostituirsi a vicenda, avendo raggio ionico e cariche simili. 
Gli elementi vengono chiamati VICARIANTI e il fenomeno dello scambio viene chiamato VICARIANZA. 
I minerali isomorfi danno due soluzioni allo stato solido di due minerali distinti, dette miscele isomorfe, essi si possono miscelare  in tutte o solo in determinate proporzioni. In natura le forme miste sono le più diffuse, mentre i termini puri sono più rari.  

SOLIDI AMORFI 

Alcuni minerali possono avere una struttura disordinata simile alla disposizione che assumono le particelle di un gas o di un liquido; questi minerali vengono chiamati AMORFI O VETROSI.
Se frantumiamo un cristallo cubico otterremo frammenti che presentano ancora forme cubiche con facce piane, per esempio la salgemma; viceversa se spezziamo un vetro, i frammenti si presenteranno irregolari, incurvati e smussati.

I passaggi di stato-solido permettono di distinguere una sostanza amorfa da una cristallina --> la fase cristallizzata ha un punto di fusione netto, mentre la fase amorfa non ha un punto di fusione definito: per cui all'aumentare della temperatura diventa prima pastosa e molle, poi sempre più fluida e infine liquida.
Se la fase liquida di certe sostanze non è raffreddata con molta lentezza, il movimento delle particelle diminuisce bruscamente, e queste rimangono imprigionate in uno stato solido disordinato.

Le sostanza cristallizzate sono in genere anisotrope: in esse grandezze fisiche, come la dilatazione termica, o certe proprietà ottiche, assumono valori diversi a seconda della direzione considerata.
Le sostanze amorfe sono invece isotrope: presentano le stesse caratteristiche fisiche in tutte le direzioni.

Formazione e proprietà fisiche dei minerali

FORMAZIONE DEI MINERALI

I minerali sono i risultati di processi fisici e chimici, esogeni ed endogeni che si sono sviluppati e che continueranno a svilupparsi sul nostro pianeta.

ESOGENI= processi che agiscono lentamente sulla superficie terrestre che tendono a uniformare il livello del suolo (acqua, aria, gelo).
ENDOGENI= processi che hanno origine all'interno della litosfera o del globo terrestre.

I minerali si formano attraverso processi di cristallizzazione in cui le particelle costituenti si organizzano in un reticolo tridimensionale ordinato.
La genesi dei minerali e dei loro aggregati (le rocce), dipende dalle condizioni ambientali di formazione --> presenza di determinati elementi chimici, temperatura, pressione, ph delle soluzioni.

PH= valore numerico che esprime l'acidità o la basicità di una soluzione, in base alla quantità di H+ presenti in soluzione.

Il processo di formazione può avvenire in più modi.

# Cristallizzazione da soluzioni magmatiche solidificatesi per raffreddamento in superficie o a una determinata profondità nell'interno terrestre. Con il procedere del raffreddamento inizialmente si formano i minerali a più alto punto di fusione e secondariamente quelli con un punto di fusione più basso.
# Cristallizzazione da soluzioni acquose per evaporazione del solvente, solitamente acqua marina, o per raffreddamento della soluzione stessa (precipitazione).
# Cristallizzazione per raffreddamento di vapori o per reazioni tra gas, con formazione di cristalli ben formati, in corrispondenza di bocche vulcaniche o nelle cavità delle rocce quando la pressione è molto bassa.
# Cristallizzazione da fasi solide cristalline o amorfe, con trasformazione allo stato solido di materiali già presenti e non più in equilibrio con l'ambiente a causa di cambiamenti di temperatura e pressione o della presenza di soluzioni. Le particelle si diffondono lentamente attraverso un solido formando un nuovo reticolo cristallino.
# Attività degli organismi viventi, con produzione di biominerali, come per esempio apparati scheletrici e gusci. 

PROPRIETA' FISICHE 

Le dimensioni dei cristalli possono variare enormemente, alcuni si sono molto grandi, mentre altri si vedono a malapena al microscopio.
I minerali possono essere identificati ricorrendo alle loro proprietà fisiche, ma in alcuni casi è necessario ricorrere ad analisi più approfondite come l'analisi chimica e la diffrazione ai raggi X.

Proprietà fisiche: 
colore --> proprietà che si nota per prima, spesso utile per l'identificazione del minerale;




colore della polvere --> strofinando in minerale su una superficie abrasiva si può vedere il colore della polvere;





densità --> rapporto tra la massa del corpo e la massa di un uguale volume di acqua distillata alla temperatura di 4°C;
sfaldatura --> capacità di ridurre in lamine ;

durezza --> capacità di incidere;




lucentezza --> capacità di riflettere la luce;
temperatura di fusione --> temperatura alla quale il solido cristallino viene demolito;

birifrangenza --> sdoppiamento dell'immagine posta dietro al minerale, caratteristica della calcite;




fluorescenza --> quando l’emissione di luce ha la durata dell'irradiazione, tipica della fluorite.

Minerali e la loro struttura

Chiariamo alcuni termini- 
Definizione di ELEMENTO: è una sostanza che non può essere divisa in altre sostanze più semplici attraverso trasformazioni chimiche.

Definizione di ELEMENTI NATIVI:  sono gli elementi che si trovano in natura, non combinati con altri elementi. Come l'oro, l'argento, il rame, il carbonio (grafite e diamante), anche l'ossigeno, l'azoto, lo zolfo, il mercurio. Gli elementi nativi hanno gli atomi tutti uguali

Definizione di COMPOSTO: quando si hanno due o più elementi combinati chimicamente. Ogni composto ha la propria formula chimica; come la salgemma (il comune sale da cucina) NaCl. 
I composti sono formati da ioni o molecole.

Alcuni minerali

LA MINERALOGIA 

La mineralogia è la materia che studia le origini e la natura dei minerali: sono dei corpi solidi che possono essere nativi o composti.

Il minerale deve avere delle determinate condizioni per essere definito tale!

-Allo stato naturale si deve essere formata attraverso un processo generalmente inorganico.

-Deve avere una propria formula chimica.

-La sostanza deve essere un solido cristallino (particelle regolari nello spazio).

-Deve essere caratterizzato da specifiche proprietà fisiche, come la durezza, la densità.

Ogni minerale è dotato di una particolare forma geometrica, cioè ha un determinato abito cristallino = la forma in cui di aggregano i singoli cristalli o gli aggregati dei cristalli. La struttura del reticolo cristallino è la particolare disposizione interna delle specie chimiche, e determina la forma dei cristalli. 

I cristalli possono essere ionici, covalenti, metallici e molecolari.

I CRISTALLI IONICI sono costituiti da cationi e anioni, che si alternano nel reticolo. (Nella salgemma gli ioni sono tenuti insieme la una forza elettrostatica)

I CRISTALLI COVALENTI sono costituiti da atomi legati covalentemente fra loro a formare una rete che si estende in tutte le direzioni del cristallo. (Atomi di carbonio legati da legami covalenti omopolari li troviamo nel diamante C, mentre i legami covalenti eteropolari si trovano in minerali come il quarzo SiO2).

I CRISTALLI METALLICI sono costituti da cationi circondati da elettroni di valenza in movimento e diffusi in tutto il solido. Possiamo trovarli nei metalli nativi come l'oro (Au) e il rame (Cu).

I CRISTALLI MOLECOLARI sono costituiti da atomi e da molecole neutre tenute insieme da forze deboli. Come nello zolfo S8 e il realgar As4S4. 

FATTORI CHE INFLUENZANO LA STRUTTURA DEI CRISTALLI 

La possibilità che un minerale ha di formarsi in natura è determinata da due parametri, fisici e chimici.

Parametri fisici: le dimensioni delle specie chimiche che si combinano devono far in modo di costituire una struttura cristallina stabile.

Le dimensioni relative degli ioni determinano la loro posizione nel reticolo cristallino; a causa della reciproca attrazione, gli ioni tendono a disporsi in modo che la loro distanza sia minima. 

Se ioni positivi e negative hanno dimensioni diverse, intorno allo ione quello piccolo positivo possono posizionarsi solo tre ioni negativi, di dimensione maggiore.

Disposizione definita coordinazione a tre.

Man mano che la differenza di dimensione degli ioni positivi e negativi diminuisce, la coordinazione diventa a quattro, a sei, a otto, infine a dodici, quando le dimensioni degli ioni sono quasi uguali.

Parametri chimici: le cariche positive e negative devono bilanciarsi perfettamente, affinché la cella elementare sia elettricamente neutra.

Prendiamo ad esempio la salgemma, che per ogni ione Na+ c'è uno ione Cl-. Se gli ioni di segno opposto non hanno lo stesso numero di cariche, gli ioni con numero di cariche minore, sono presenti in quantità maggiore, in modo da tale da bilanciare le cariche di segno opposto.

FONTI: LIBRO DI TESTO "Le scienze della terra"