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MINERALI E ROCCE

 

Elementi di chimica:

Sostanza: campione di materia con composizione chimica definita (unità più -> molecola)

·         Elemento: sostanza formata da atomi uguali;

·         Composto: sostanza formata da due o più atomi diversi che reagiscono aggregandosi.

Miscela: materia di composizione variabile formata da due o più sostanze che conserva le proprie caratteristiche.

·         Miscuglio: miscela eterogenea in cui le sostanze rimangono separate;

·         Soluzione: miscela omogenea.

_____________________________________________________________________________________

 

I MINERALI

 

Minerali: sostanza naturale solida caratterizzata da una composizione chimica definita e una disposizione regolare e ordinata degli atomi che la costituiscono; sono generalmente di natura inorganica.

 

Struttura cristallina: impalcatura interna a livello atomico, regolare e ordinata, dalla quale si origina la forma esterna del minerale (abito cristallino). Un cristallo è un solido geometrico le cui facce si originano per la crescita progressiva del reticolo cristallino, struttura tridimensionale elementare. Gli abiti cristallini si dividono in 32 classi, ognuna caratterizzata da forme cristalline semplici, che possono combinarsi in forme composte.

 

Proprietà fisiche:

 

proprietà

descrizione

causa

misura

durezza

proprietà di resistere all’abrasione o alla scalfitura

dipende dalla forza dei legami reticolari

scala di Mohs

sfaldatura

tendenza a rompersi per urto secondo superfici piane, parallele ad una faccia dell’abito cristallino

dipende dalla diversa forza dei legami tra gli atomi, nelle diverse direzioni

 

lucentezza

il grado in cui la luce viene riflessa (metallica o non-metallica)

 

 

colore

proprietà non costante in tutti i minerali, che si dividono in: idiocromatici e allocromatici

l’allocromatismo deriva da impurità chimiche <<incastonate>> nel reticolo

 

densità o massa volumica

 

dipende dall’addensamento di atomi nel reticolo

Kg/m3

 

Classificazione: i minerali si classificano in base alla struttura del reticolo e alla composizione chimica, secondo unità di base chiamate specie minerali; semplificando, i minerali si suddividono in otto classi più una (quella dei cristalli organici).  La prima classe comprende elementi, le altre ossidi e sali.

Dal momento che ossigeno e silicio sono gli elementi più abbondanti nella crosta, i silicati (formati dalla combinazione dei due) sono il gruppo più diffuso dei minerali (80%).

·         Minerali silicati: il gruppo silicatico è costituito da uno ione silicio che coordina 4 ioni ossigeno e ha forma di un tetraedro; legandosi direttamente tra loro tramite la polimerizzazione, originano catene o reticoli di tetraedri; possono legarsi anche con cationi di atomi diversi (sodio, potassio, calcio, ferro, magnesio); a volte l’alluminio sostituisce in parte il silicio originando gli alluminosilicati. In base al diverso modo di legarsi dei te-traedri, i silicati si suddividono in quattro gruppi (1-catena singola, 2-doppia catena, 3-strato, 4-intelaiatura).

·         Minerali non silicatici: molto meno abbondanti dei silicati (es.: calcite e dolomite, nelle rocce sedimentarie e carbonatiche; salgemma e gesso).

 

Formazione: dipende dall’ambiente naturale in cui il minerale si forma (temperatura, pressione, concentrazione dei diversi elementi chimici); il processo di cristallizzazione è il risultato di una serie di reazioni chimico-fisiche:

·         Cristallizzazione: materiale fuso si raffredda

·         Precipitazione: soluzioni acquose calde si raffreddano

·         Sublimazione: vapori caldi (esalazioni vulcaniche) entrano in contatto con superfici fredde

·         Evaporazione: soluzioni acquose, sopratutto marine evaporano

·         Attività biologica: costruzione di apparati scheletrici o altro

·         Trasformazioni allo stato solido: a causa di variazioni di temperatura o pressione

 

 

LE ROCCE

 

Rocce: aggregati naturali di diversi minerali, talvolta anche di sostanze non cristalline, di solito compatti, che formano masse ben individuabili; possono essere eterogenee oppure omogenee (monomineral)i. Per definire con precisione una roccia è necessario conoscere il tipo e il numero di minerali in essa presenti.

 

Processi litogenetici: sono i processi tramite i quali si formano le rocce; sono principalmente tre:

 

 

Processo Magmatico

Processo Sedimentario

Processo Metamorfico

descrizione

il magma risale dall’interno della Terra e cristallizza progressivamente per diminu-zione della temperatura

materiali rocciosi in superfi-cie sono alterati dagli agenti esogeni, si spostano e si accumulano

rocce preesistenti, all’interno della Terra, trovandosi in condizioni diverse da quelle d’origine, si trasformano

temperatura e pressione

centinaia-migliaia di °C

pressioni varie

0-100 °C

basse pressioni

300-800 °C

 

rocce risultanti

·  presenza in superficie

·  presenza in profondità

rocce ignee/magmatiche

·    35-40 %

·    abbondante

rocce sedimentarie

·    5 %

·    assente

rocce metamorfiche

·    55-60 %

·    maggioritaria (in aumento)

 

 

Rocce magmatiche

 

Le rocce magmatiche si formano dal raffreddamento del magma: i vari tipi di minerali in esso presenti a seconda del loro punto di fusione cristallizzano, costituendo una nuova roccia. Possono essere:

·         intrusive (/plutoniche): se solidificano in profondità; il raffreddamento avviene in tempi lunghi e la roccia risultante presenta una struttura granulare olocristallina.

·         effusive: se solidificano in superficie; il raffreddamento avviene velocemente, solo una piccola parte si trasforma in cristalli (fenoscristalli), il resto assume una forma vetrosa amorfa (pasta di fondo); in certi casi tutta la massa è vetrosa (ossidiane). Il risultato è una struttura porfirica.

 

Magma: materiale fuso che si forma nella crosta o nel mantello alto, costituito da miscele di silicati e gas in soluzione.

 

Classificazione dei magmi: a seconda del contenuto in silicie (SiO2), libera (quarzi) o combinata (base dei silicati).

 

magmi

acidi

neutri

Basici

ultrabasici

silice (in peso)

65%

52-65%

meno del 52%

meno del 45%

rocce risultanti

acide o sialiche (Si+Al)

neutre

basiche/femiche (fe+Mg)

Ultrabasiche/ultrafemiche

composizione rocce

pochi silicati, molti alluminosilicati, silicie libera (in quarzi)

silicati e alluminosilicati in parti uguali

poca silicie, ricco di ferro, magnesio e calcio

poca silicie, silicati di ferro e magnesio

densità rocce

2,7

più del 2,7

3

più del 3

colore rocce

 

 

scuro

molto scuro

 

Classificazione delle rocce magmatiche:

 

Famiglia

graniti

dioriti

gabbri

peridotiti

rocce alcaline

tipo di magma

acido

neutro

basico

ultrabasico

ricco di sodio e potassio

neutro                basico

minerali presenti

quarzo

feldspati

pochi min. femici

plagioclasi (sialici) pirosseni (femici)

plagioclasi pirosseni anfiboli

olivina

olivina

Sieniti:

poco quarzo

ortoclasio

(feldspati e feldspatoidi)

Leuciti:

fenocristalli

(feldspati e feldspatoidi)

 

effusivo

rioliti e olipariti

andesiti

basalti

 

trachiti

 

note

-graniti ricchi di quar-zo, granodioriti poveri.

-si formano a grande profondità in ammassi di rocce lunghi centi-naia di Km (batoliti).

Fiancheggiano le fosse abissali.

Ipotesi: cro-sta terrestre primordiale omogenea di basalto (come quella lunare).

Costituente fondamentale della parte alta del mantello.

Si tratta di una famiglia di rocce parallela alle altre.

 

Origine dei magmi: i magmi provengono dalla fusione di porzioni di crosta o del mantello alto, a diverse profondità.

 

luogo

temperatura

magma

caratteristiche

processo litogenetico e rocce risultanti

mantello

1200-1400 °C

magma primario

basico, molto fluido

-risale dirett. dal mantello e solidifica in sup. per rapido raffreddamento

-differenziazione: risale lentamente frazionan-dosi (cambia composiz. chimica) -> magmi diversi

-rocce eff., tutti i basalti

-anche dioriti e graniti

crosta continentale

600-700 °C

magma anatettico

acido, molto viscoso (residui refrattari)

-anatessi: fusione di minerali sialici e successiva cristallizzazione in profondità -> batoliti

-più alta è la temperatura più è ricco il magma di componenti femici

-graniti, granidioriti

-anche rocce basiche

 

Cause: con la profondità aumentano temperatura (fino a 4000 °C) e pressione, a causa della quale i materiali in essa presenti rimangono sostanzialmente; il magma deriva dalla fusione di rocce solide, in condizioni particolari:

·         un locale aumento della temperatura;

·         l’arrivo di fluidi che idratano la roccia in questione (avvicinandola al punto di fusione);

·         la risalita di materiali da zone più profonde, quindi più caldi, verso zone dove la pressione è minore.

 

 

Rocce sedimentarie

 

Sedimentazione: accumulo di materiali di varia origine dopo il trasporto da parte di agenti esogeni.

 

Diagenesi: insieme di processi che porta alla formazione delle rocce sedimentarie a partire da sedimenti costituiti da frammenti distinti. La litificazione è uno di questi processi e si divide a sua volta in due parti:

1.        compattazione: riduzione degli spazi vuoti (pori) tra i frammenti, a causa del peso dei materiali soprastanti;

2.       cementazione: prodotta da acque che circolano tra i frammenti sfruttando i pori, e che portano in soluzione delle sostanze che col tempo possono precipitare chimicamente e riempire i pori, cementando così i granuli.

 

Classificazione: si basa sul tipo di formazione delle rocce; si distinguono tre grandi gruppi:

 

1-Rocce clastiche o detritiche: formate da frammenti (clasti) di altre rocce, che si accumulano quando il mezzo che li trasporta (acqua, vento, ghiaccio) perde energia; per risalire al mezzo si considera la dimensione dei clasti, per la durata del percorso il grado di arrotondamento. Si classificano a seconda della grandezza dei clasti e per natura:

 

tipo

conglomerati

arenarie

argille

marne

piroclastiti

dim. clasti

2 mm o più

1/16-2 mm

meno di 1/16 mm

 

 

derivazione

lenta cementazione delle ghiaie

cementazione di sabbie varie

sgretolamento di rocce varie

misto di calcare e argilla

ceneri e lapilli emessi da eruzioni vulcaniche

mezzo

Fiumi, ghiacciai

Vento, fiumi

Fiumi, vento

Fiumi

 

note

brecce: clasti spigolosi; puddinghe: clasti arrotondati

Loess: depositi gialla-stri di sabbia fine trasportata dal vento.

Argilliti: se i se-dimenti diventano più compatti.

Materia prima per cemento edilizio.

Si considerano sedi-mentarie anche se sono di origine ignea.

 

2-Rocce organogene o biogene: formate quasi esclusivamente dall’accumulo di sostanze legate all’attività biologica.

 

                         ___________________________Rocce zoogene_________   _________Rocce filogene______________

tipo

Rocce carbonatiche

Rocce silicee

Carbonfossile

Idrocarburi

derivazione

Calcari: accumulo di gusci formati da calcite CaCO3

Fosforiti: accumulo di ossa composte da fosfati

accumulo di gusci costituiti da silice.

Fossilizzazione di grandi masse vegetali.

Su fondali marini poco ossi-genati, sostanze org decom-poste da batteri anaerobi.

mezzo

Fiumi

Fiumi

Fiumi

Fiumi, in loco

Fiumi, in loco

note

Dolòmie: dolomitizzaz. delle rocce calcaree (soluz. acquose ricche di magnesio).

La selce è la più diffusa.

 

Miscele di composti del C e del H.

 

3-Rocce chimiche: deposte a causa di fenomeni chimici (precipitazione o alterazione per dissoluzione).

 

tipo

Evaporiti

Rocce residuali

formazione

Precipitazione, sul fondo di bacini acquei, di composti chimici disciolti nell’acqua, quando la loro quantità raggiunge il punto di saturazione.

Accumulo in posto (senza trasporto) di materiali che rimangono deposti dopo l’alterazione meteorica di una roccia affiorante.

esempi

-calcari e dolòmie (< calcite o dolomite);

-travertini e alabastri (< acque sorgive);

-stalattiti e stalagmiti.

-genericamente tutti i suoli;

-climi tropicali: depositi rossi di laterite (idrossidi e ossidi di Fe) e bianco di bauxite (idrossidi di Al).

Processo sedimentario:

1.        gli agenti atmosferici disgregano o alterano i minerali originali di ogni roccia che affiori alla superficie, con intensità differenti a seconda dei climi

2.       si forma un mantello detritico che può restare in un luogo (-> rocce residuali) o essere trasportato dagli agenti esogeni : a- la pioggia opera un dilavamento generale; b-i ghiacciai, i venti e i fiumi trasportano i materiali

3.       i materiali trasportati vanno a sovrapporsi in accumuli caratteristici

4.       il tutto è contrastato da processi endogeni (all’interno della Terra) che portano in superficie altre rocce.

 

 

Rocce metamorfiche

 

Cristallizzazione metamorfica: è il processo per cui rocce preesistenti si trasformano, al livello dei minerali in esso presenti (cambiandone il reticolo cristallino), e a livello della struttura della roccia (cambiando il modo in cui sono disposti i minerali al suo interno); la composizione chimica generale viene conservata. La trasformazione è operata da agenti chimici e fisici, ed avviene all’interno della crosta terrestre, in condizioni di elevate pressioni e temperature, senza che si arrivi alla fusione (si parla allora di anatessi).

 

Facies metamorfiche: condizioni ambientali, in particolare pressione e temperatura, in cui si verifica il processo:

1.        Metamorfismo di contatto: se un magma risale attraverso la crosta, riscalda le rocce con cui entra in contatto e queste subiscono modificazioni nella composizione mineralogica, in una zona di spessore vario (pochi cm-km), chiamata aureola di contatto; il grado di trasformazione dipende dalla distanza dalla fonte di calore.

2.       Metamorfismo regionale: quando movimenti della crosta fanno sprofondare masse di rocce sedimentarie o magmatiche, queste vengono sottoposte ad alte temperatura e pressione (a seconda di queste grandezze: metamorfismo di grado basso, medio e alto); se prevale l’azione della pressione, si formano rocce costituite da minerali appiattiti, caratterizzate dalla scistosità, proprietà di suddividesi per piani paralleli.

Da questi processi si formano rocce metamorfiche di vario tipo: parametamorfiche e orometamorfiche

Famiglia

saccaroidi

filladi

micascisti

gneiss

scisti a glaucofane

granuliti a granati

metamorfismo

di contatto

regionale di basso grado

regionale di gr. medio/alto

regionale di gr. medio/alto

regionale di grado basso

 

prevale...

temperatura

pressione

pressione

temperatura

pressione

temperatura

caratteri

cristalli di calcite (CaCO3)

cristalli di quazo e mica

cristalli di quarzo e mica

simili a quelle dei graniti

 

feldspati e pirosseni

rocce originali

calcari

argille

argille

 

lave basaltiche

 

scistosità

 

elevata

elevata

modesta

 

 

 

 

Ciclo litogenetico

 

All’interno del mantello si forma una massa di magma basico, estremamente fluido che A. in parte risale in superficie attraverso il vulcanismo, generando rocce magmatiche effusive, B. in parte risale lentamente verso la superficie, raffreddandosi progressivamente e formando rocce magmatiche intrusive di varia natura (per il fenomeno della differenziazione).

Nella crosta, a causa di un processo chiamato anatessi, si forma una massa di magma acido, estremamente plastico, che A. in minima parte risale in superficie tramite il vulcanismo, B. per il resto, si raffredda all’interno della crosta creando rocce intrusive di vario tipo.

Queste possono A. giungere in superficie per sollevamenti prodotti dai movimenti interni della terra, B. trasformarsi per metamorfismo per contatto se si trovano vicino a una massa magmatica, C. essere coinvolti nel metamorfismo regionale.

Una volta giunte in superficie, le rocce (magmatiche o metamorfiche) subiscono l’effetto di agenti atmosferici alterandosi e di agenti esogeni che li trasportano altrove. Qui finiscono per accumularsi in sedimenti; si compattano e cementificano divenendo così rocce sedimentarie.

Queste A. possono ritornare in superficie per sollevamenti, B. possono essere coinvolte in processi metamorfici per contatto o regionali.

A questo punto, le nuove rocce metamorfiche formatesi, possono A. tornare in superficie per sollevamento, B. essere coinvolte in un processo anatettico e tornare a fondersi, alimentando il ciclo.

di Alice

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