ROCCIA

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ROCCIA

• Aggregato naturale di uno o più minerali

Minerali di tipo diverso (es. granito, basalto)
? roccia polimineralica Un solo tipo di minerale
(es. travertino, dunite) ? roccia monomineralica
Feldspati
Quarzo
Biotite
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Ma quali caratteristiche ha un minerale?

• Materiale naturale
• Composto inorganico
• Specifica composizione chimica
• Struttura cristallina definita
• Proprietà fisiche ben definite

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Struttura cristallina

• Un cristallo è una formazione minerale solida che
  ha una disposizione periodica e ordinata di atomi
  ai vertici di una che si chiama reticolo
  cristallino la presenza del reticolo conferisce
  al cristallo una forma geometrica definita.

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Quando e perchè si formano i minerali?

• Cristallizzazione per raffreddamento
• Precipitazione a basse temperature
• Ricristallizzazione (allo stato solido)

• Una caratteristica essenziale dei minerali è la
  loro struttura cristallina.
• Il termine Cristallo non indica qualcosa di
  grande o necessariamente bello esteticamente.
• Il vetro non è un minerale perchè non ha nè
  strutture cristalline nè specifiche composizioni
  chimiche.

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Definizione di roccia. Problemi
1) Nella definizione di roccia si prescinde dalle
caratteristiche meccaniche della sostanza (ossia
se il materiale che stiamo considerando è
coerente o incoerente meccanicamente) ?Sabbia
aggregato di più minerali (quindi roccia) ?
Arenaria aggregato di più minerali (quindi
roccia)
2) Ci sono rocce composte interamente da vetro
(ossidiane). Ma allora non sono rocce! (aggregato
di più minerali). Per questo paradosso si parla
anche di mineraloidi.
3) Ci sono rocce composte anche da materiale
organico (carboni opp. rocce sedimentarie con
fossili). Ma allora non sono rocce! (minerale
sostanza non organica). Per questo paradosso si
parla anche di mineraloidi.
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Silicati che costituiscono le rocce
I minerali che costituiscono più del 95 della
crosta sono silicati. Per questo motivo, i
silicati sono i minerali più importanti. I più
diffusi di questi sono

• quarzo
• feldspati
• mica (e argille)
• anfiboli
• pirosseni
• olivine
• granati

Tra i non-silicati, i minerali più abbondanti
sulla superficie terrestre sono i carbonati
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Silicati

• sono una classe di minerali composti
  prevalentemente da ossigeno e silicio in
  particolare, la formula chimica di base comune a
  tutti è SiO4.

A livello geometrico, questi atomi sono disposti
in modo da formare un tetraedro (al centro vi è
l'atomo di silicio, ai quattro vertici gli atomi
di ossigeno)
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Silicati

• Il numero di ossidazione del silicio pari a 4, e
  quello dell'ossigeno a -2, ne risulta che
  complessivamente ogni tetraedro presenterà un
  eccesso di carica negativa (precisamente una
  carica di -4) che tende a distribuirsi sui
  quattro atomi di ossigeno da ciò la presenza
  (più o meno elevata a seconda del tipo di
  silicato) di cationi metallici, attratti
  dall'anione tetraedrico.
• Questi metalli sono solitamente ferro, magnesio,
  potassio, sodio e calcio, ed hanno una funzione
  fondamentale nel legare tra loro le diverse
  strutture silicatiche complesse formate dai
  tetraedri.

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Nesosilicati

• I gruppi SiO4 sono isolati gli ossigeni ai
  vertici dei tetraedri sono legati esclusivamente
  a metalli diversi dal silicio. Ogni tetraedro è
  collegato agli altri non direttamente, ma da
  atomi (prevalentemente Fe ed Al) che fanno da
  ponte fra i vertici dei tetraedri stessi.
• Sono minerali nel cui reticolo cristallino vi è
  molto spazio per i metalli (il più basso rapporto
  SiO4/metalli) per i quali, non essendovi atomi di
  ossigeno in comune fra i tetraedri, vale il
  rapporto
• numerico SiO 14.

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Nesosilicati

• I tetraedri isolati sono collegati da cationi
  come Mg2, Fe2 o Al3)
• Un esempio è lolivina (Mg,Fe)2SiO4

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Inososilicati

• Gli inosilicati (dal greco INOS, fibra) sono
  silicati in cui i tetraedri si uniscono per
  formare catene singole o doppie,(rarissime sono
  le catene triple) la cui rispettiva formula
  chimica è Si2O6 e Si4O11.
• Agli inosilicati appartengono due importanti
  costituenti delle rocce i pirosseni (a catena
  singola) e gli anfiboli (a catena doppia).

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Pirosseni

• formula chimica schematizzabile in XYZ2O6 , dove
• X e Y rappresentano cationi metallici come Na,
  Ca2, Fe2, Mg2 e Li
• Z rappresenta Si4 e Al3 nei siti tetraedrici
  delle catene.

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Anfiboli

• si presentano sotto forma di fibre più o meno
  lineari, relativamente flessibili, avvolte in
  masserelle
• La composizione può essere espressa dalla formula
  generale W0-1X2Y5Z8O22(OH,F)2,
• dove
• W indica Na e K,
• X indica Ca, Na, Mn, Fe, Mg, Li,
• Y indica Mn, Fe, Mg, Al, Ti,
• Z indica Si e Al.
• La struttura degli anfiboli si basa su di una
  catena doppia Si4O12

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Fillosilicati

• I fillosilicati (dal greco phyllon, foglia) sono
  silicati caratterizzati da una struttura a strati
  a simmetria tetraedrica e ogni tetraedro tende a
  legarsi con altri tre tramite degli ossigeni
  ponte. La formula chimica è Si2O5.
• Generalmente sono teneri, con basso peso
  specifico e le lamelle di sfaldatura possono
  essere flessibili o elastiche. La maggior parte
  dei fillosilicati contengono ossidrili (OH),
  posizionati all'interno degli anelli esagonali di
  tetraedri. Esempi di fillosilicati sono muscovite
  e biotite che appartengono ai minerali denominati
  miche

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Fillosilicati
le argille sono principalmente composte da
fillosilicati silicati, la loro formula chimica
generale èAl2.2SiO2.2H2O
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Tectosilicati

• I tectosilicati (o tettosilicati, dal greco
  tecton, costruttore) sono silicati caratterizzati
  da una struttura di tetraedri uniti in gruppi di
  quattro ove due tetraedri sono orientati verso il
  basso e due verso l'alto, formando la
  caratteristica struttura definita a doppio collo
  d'oca, ogni tetraedro condivide 3 dei 4 ossigeni
  presenti nel monomero base dei silicati
• . La formula chimica è SiO2. I tectosilicati
  costituiscono circa il 64 della crosta
  terrestre.

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Tectosilicati

• I tectosilicati più diffusi sono il quarzo, i
  feldspati e le zeoliti

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(No Transcript)
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I processi petrogenetici

• Le rocce si formano attraverso processi definiti
  petrogenetici.
• I parametri che controllano tali processi sono
• - Temperatura (T)
• - Pressione (P)
• - Composizione chimica (X)

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Nonostante il fatto che i parametri T, P e X
possano variare con una certa continuità, i
processi petrogenetici sono stati distinti in
tre grandi gruppi

• - Magmatico o igneo
• - Sedimentario
• - Metamorfico

Ovviamente queste sono semplificazioni
classificative ed esistono casi in natura di
rocce che possono essere classificate a cavallo
di due gruppi (es. rocce piroclastiche,
migmatiti, etc.)
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Il processo magmatico

• comprende la formazione di tutte le rocce la cui
  genesi è correlata alla consolidazione di masse
  fuse definite magmi.
• Questi possono provenire dal sottostante Mantello
  o formarsi direttamente nella Crosta terrestre
  per fenomeni di anatessi ( fusione parziale).

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Il processo sedimentario

• implica la formazione di rocce in ambienti in cui
  la temperatura e la pressione sono quelle che si
  realizzano nella superficie del pianeta o nelle
  sue immediate vicinanze, fondali marini compresi.
  
• I sedimenti si formano per degradazione,
  eventuale trasporto e successiva sedimentazione
  di rocce sia magmatiche che metamorfiche o già
  sedimentarie. In alcuni casi si possono formare
  per accumulo di materiale organogeno o materiale
  di precipitazione chimica.

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Il processo metamorfico

• trasforma rocce preesistenti in altre che
  posseggono connotati pressoché totalmente diversi
  da quelli originari. Ciò si verifica sotto
  leffetto di variazioni termiche e bariche di
  pressione di una certa importanza durante
  questo processo, le trasformazioni si realizzano
  nella crosta continentale in assenza di materiali
  litoidi fusi. Questo vuol dire che è un processo
  che avviene sostanzialmente allo stato solido.

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(No Transcript)
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Ambienti P-T
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ABBONDANZE RELATIVE DELLE ROCCE SULLA SUPERFICIE
TERRESTRE
- La superficie terrestre è composta per circa il
66 da rocce sedimentarie. La restante parte
(34) è costituita da rocce magmatiche (la grande
maggioranza) e rocce metamorfiche
- La crosta è lo strato più esterno della Terra
- La crosta rappresenta solo lo 0,74 del volume
della Terra. Tuttavia questa è lunica parte
della terra che è direttamente esposta per lo
studio delle rocce
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Caratteristiche generali delle rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche Caratteristiche generali delle rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche Caratteristiche generali delle rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche
R. MAGMATICHE R. SEDIMENTARIE R. METAMORFICHE
Minerali caratteristici Minerali caratteristici Minerali caratteristici
feldspati, pirosseni, quarzo, olivine, miche, anfiboli, etc. quarzo, carbonati (specialmente calcite e dolomite), argille, anidrite, selce (quarzo microcristallino), gesso, etc. quarzo, miche, anfiboli, feldspati, granati, grafite, etc.
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I MAGMI
- DEFINIZIONE - CARATTERI CHIMICI e FISICI
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I MAGMI
I magmi sono materiali naturali allo stato fuso
che possono contenere anche una certa quantità di
cristalli. Nella quasi totalità, i fusi sono
silicatici e raggiungono temperature massime di
circa 1200 ºC solo alcuni, volumetricamente
insignificanti, sono composti in prevalenza da
carbonati e raggiungono temperature massime molto
inferiori (intorno a 700 C).
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Colata di lava basaltica (Kilauea, Hawaii)
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Natura dei magmi
Nei magmi sono presenti pressoché tutti gli
elementi esistenti nella Terra alcuni di questi
rappresentano la cosiddetta componente volatile
vale a dire i gas disciolti nella fase fusa. Si
distinguono magmi Basici ( es. basalto)
SiO2 lt 52 Intermedi ( es. andesite) 52 lt
SiO2 lt 66 Acidi ( es. riolite) SiO2 gt 66
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Composizione del magma
Magma basaltico
Magma andesitico
Magma riolitico

• Il magma ha composizione variabile
• O è l'anione più abbondante
• SiO2 è il componente più abbondante
• Dal punto di vista composizionale, tre tipi di
  magma sono i più abbondanti
• Basaltico (80)
• Andesitico (10)
• Riolitico (10)
• Gas disciolti

FeOFe2O3
Al2O3
Al2O3
Al2O3
MgOCaO
FeOFe2O3
FeOFe2O3
Na2OK2O
MgOCaO
altri
MgOCaO
Na2OK2O
altri
Na2OK2O
altri
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La COMPONENTE VOLATILE
La componente volatile o, più semplicemente, i
volatili, come mostrano le emanazioni vulcaniche,
sono costituiti, per la massima parte, da H2O,
CO2 ,CO, SO2, H2S, H2,
Anak Krakatua
cui si aggiungono altri costituenti presenti in
quantità minori quali N2, Ar, HCl, HF e B Le
abbondanze relative di questi gas sono correlate
al tipo di magma la quantità dei restanti
componenti è sempre di gran lunga inferiore a
quella dellH2O e della CO2 presenti in tenori
variabili, rispettivamente, dal 30 all80 e dal
10 al 40 delle moli della fase vapore.
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Come si sciolgono i volatili
Per sciogliere i volatili nei magmi sono
necessarie elevate pressioni se queste
diminuiscono, come avviene quando il magma si
avvicina alla superficie, i volatili essolvono
dal fuso si liberano formando una fase
separata generando i boli di vapore tipici di
quasi tutti i vulcani attivi.
Qualcosa di simile avviene anche quando si
stappano le bottiglie di birra.
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0,1 GPa (GigaPascal) 1 kbar 1000 bar 10000
m di H2O ? 3 km di roccia
La solubilità dellH2O nei fusi silicatici
aumenta proporzionalmente alla pressione. Fuso
basaltico (B), andesitico (A), albitico (Ab), e
di una pegmatite granitica (P)
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I silicati sono minerali costruiti dallunione di
unità tetraedriche SiO44- che rappresentano i
mattoni delle strutture.
I magmi si formano dalla fusione dei silicati
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Modelli di struttura atomica di fusi silicatici
confrontati con quello della silice cristallina.
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SIGNIFICATO FISICO dei TETRAEDRI che formano
CATENE
In un fuso che possiede unità tetraedriche tra
loro collegate dagli ossigeni ponte fuso
polimerizzato le singole unità non si muovono
liberamente perché soggette ad un notevole
attrito interno. In altre parole, il magma è
molto viscoso. Lelevata viscosità riduce anche
lo spostamento degli ioni al suo interno
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I VOLATILI riducono la viscosità dei magmi
H2O (vapore) O (fuso) 2 OH- (fuso) questa è
una reazione di idrolisi che spiega la
dissoluzione dellacqua nei fusi. Poiché OH- ha
una sola valenza negativa e non due come
lossigeno ponte, quando lo sostituisce
depolimerizza linsieme perché permette il
distacco di due tetraedri adiacenti
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Pressione anidra e idrata
La presenza dei volatili favorisce la diminuzione
della viscosità se esiste una pressione che
permetta la loro solubilizzazione nel fuso
magmatico. Poiché i volatili sono rappresentati
essenzialmente dallH2O, la pressione che agisce
sul sistema è definita pressione idrata o, più
brevemente, PH2O. Se la pressione è esercitata in
mancanza di volatili, si chiama pressione anidra
e gli effetti sono diametralmente opposti la
viscosità, almeno inizialmente, tende ad
aumentare sino a quando, per pressioni molto
elevate (decine di GPa), gli atomi di Si cambiano
tipo di coordinazione che da tetraedrica diventa
ottaedrica.
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Parametri Viscosità (h) Note
Temperatura Inversamente proporzionale Lenergia termica facilita la depolimerizzazione e, quindi, abbassa la viscosità.
Pressione secca Direttamente proporzionale h aumenta sino a quando il silicio non cambia tipo di coordinazione tetraedrica ? ottaedrica.
Pressione idrata Inversamente proporzionale h diminuisce sino a quando i volatili (ammesso che ce ne siano a sufficienza) rimpiazzano tutti gli ossigeni ponte. Ulteriori aumenti di P, provocano effetti analoghi a quelli della pressione secca.
SiO2 in elevata (magmi acidi) Alta La differenza di viscosità tra magmi basici ed acidi può essere compensata dal fatto che questi ultimi tendono ad avere quantità maggiori di volatili rispetto a quelli basici.
SiO2 in bassa (magmi basici) Bassa Le differenze più vistose si notano quando i magmi perdono pressoché completamente i loro volatili. Questo avviene nel momento in cui debordano dai condotti di alimentazione dei vulcani.