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22.11.04 1
FondamentiFondamentididi
Scienze della Terra 1Scienze della Terra 1
Modulo I Modulo I
Sergio RocchiSergio RocchiDipartimento di Scienze della TerraDipartimento di Scienze della Terra
Via S. Maria, 53Via S. Maria, 53
Mail: Mail: [email protected]@dst.unipi.it
Lezioni: Lezioni: http://www.dst.unipi.it/download.htmhttp://www.dst.unipi.it/download.htm
Registro delle lezioni: Registro delle lezioni: http://virmap.unipi.it/cgi-bin/virmap/vmibo?docenti:8135160;mainhttp://virmap.unipi.it/cgi-bin/virmap/vmibo?docenti:8135160;main
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Fondamenti di Scienze della Terra 1 – Modulo IFondamenti di Scienze della Terra 1 – Modulo IProgrammaProgramma
Modulo I (4 cfu)Modulo I (4 cfu) Unità A (10 ore)
– Strumenti Unità B (8 ore)
– Processi– Verifica in itinere Unità A+B (19.11.04)Verifica in itinere Unità A+B (19.11.04)
Unità C (16 ore)– Materiali
Unità D (6 ore)– Applicazioni– Verifica finale C+D (gennaio 2004)Verifica finale C+D (gennaio 2004)
Laboratorio Modulo I (1 cfu)
Le rocce: attività pratica (16 ore)– a partire da 28.10.04
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Unità C - MaterialiUnità C - Materiali
• MineraliMinerali1.1. I legami.I legami.
2.2. Classificazione dei minerali.Classificazione dei minerali.
3.3. Strutture dei minerali silicatici. Minerali argillosi.Strutture dei minerali silicatici. Minerali argillosi.
4.4. Minerali in natura. Chimismo.Minerali in natura. Chimismo.
5.5. Proprietà fisiche dei mineraliProprietà fisiche dei minerali
• RocceRocce6.6. Rocce igneeRocce ignee
7.7. Rocce metamorficheRocce metamorfiche
8.8. Rocce sedimentarieRocce sedimentarie
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C1- Legami tra atomiC1- Legami tra atomi
Legame covalente vs. legame ionicoLegame covalente vs. legame ionico Raggio ionicoRaggio ionico Coordinazione, poliedri di coordinazioneCoordinazione, poliedri di coordinazione Legami nei mineraliLegami nei minerali
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I legamiI legami
I materiali geologici e le loro proprietà sono largamente variabiliI materiali geologici e le loro proprietà sono largamente variabili– Lava che fuoriesce da un vulcanoLava che fuoriesce da un vulcano– Nube esplosiva vulcanicaNube esplosiva vulcanica– Granito fresco (non alterato) da usare come materiale lapideoGranito fresco (non alterato) da usare come materiale lapideo– Granito alterato in caolino etcGranito alterato in caolino etc– Caolino cotto (mattonella, bidet)Caolino cotto (mattonella, bidet)– Argilla in via di deposizione (fango)Argilla in via di deposizione (fango)– Argilla cotta (mattone)Argilla cotta (mattone)– Grafite, diamante, gemmeGrafite, diamante, gemme– Oro, metalli preziosiOro, metalli preziosi
Le enormi differenze fisiche tra i materiali geologici derivano in gran parte dai diversi Le enormi differenze fisiche tra i materiali geologici derivano in gran parte dai diversi modi in cui sono legati tra loro gli atomi costituentimodi in cui sono legati tra loro gli atomi costituenti
I meccanismi di legame chimico sono molti, ma due atomi sono spesso legati tramite I meccanismi di legame chimico sono molti, ma due atomi sono spesso legati tramite una interazione che è una mistura di due o più legamiuna interazione che è una mistura di due o più legami
Il contributo relativo dei vari tipi di legame dipende dalla differenza di elettronegatività Il contributo relativo dei vari tipi di legame dipende dalla differenza di elettronegatività tra gli atomi in causatra gli atomi in causa
Per capire come sono fatti i legami, si possono descrivere i modelli estremi di legamePer capire come sono fatti i legami, si possono descrivere i modelli estremi di legame
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1
2
s p s p s p
H HO
Legame covalenteLegame covalente
Atomi con elettronegatività simile o Atomi con elettronegatività simile o uguale possono formare composti in uguale possono formare composti in cui gli atomi sono tenuti insieme da cui gli atomi sono tenuti insieme da legami fortissimi (diamante, carburo di legami fortissimi (diamante, carburo di tungsteno…) o composti come Otungsteno…) o composti come O22, , CHCH44, CO, CO22, H, H22OO
Il legame di questi composti è detto Il legame di questi composti è detto covalentecovalente
Il legame covalente consiste nella Il legame covalente consiste nella condivisione di elettroni “spaiati” tra condivisione di elettroni “spaiati” tra atomi viciniatomi vicini
legame covalente puro: soltanto tra legame covalente puro: soltanto tra atomi ugualiatomi uguali
Il legame covalente può formarsi tra Il legame covalente può formarsi tra orbitali ibridiorbitali ibridi
I composti a legame covalente sono I composti a legame covalente sono elettrostaticamente asimmetrici, sono elettrostaticamente asimmetrici, sono cioè dei dipolicioè dei dipoli
Altri legami importantiAltri legami importanti– Legame metallicoLegame metallico– Interazioni di van der WaalsInterazioni di van der Waals
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Legame ionicoLegame ionico
Quando il contrasto di elettronegatività tra due atomi è forte, questi si Quando il contrasto di elettronegatività tra due atomi è forte, questi si legano tramite legame ionicolegano tramite legame ionico– Na e Cl hanno una differenza di elettrogatività elevatissimaNa e Cl hanno una differenza di elettrogatività elevatissima
– quando due atomi si incontrano, Na cede prontamente un elettrone a Clquando due atomi si incontrano, Na cede prontamente un elettrone a Cl
– ne risultano uno ione positivo di Na (catione) e uno ione negativo di Cl (anione)ne risultano uno ione positivo di Na (catione) e uno ione negativo di Cl (anione)
– Questi due ioni di carica opposta sono mutualmente attratti e formano unQuesti due ioni di carica opposta sono mutualmente attratti e formano un legame ionicolegame ionico
I composti ionici esistono comeI composti ionici esistono come– solidi che ottimizzano la loro stabilità tramite impacchettamento tridimensionale solidi che ottimizzano la loro stabilità tramite impacchettamento tridimensionale
di ioni a carica oppostadi ioni a carica opposta
– Liquidi che sono soluzioni ioniche che si stabilizzano per interazione con Liquidi che sono soluzioni ioniche che si stabilizzano per interazione con molecole polari di solventemolecole polari di solvente
– Non esistono composti ionici gasssosiNon esistono composti ionici gasssosi
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% legame ionico% legame ionico
Esiste una progressione continua tra legame ionico e legame covalenteEsiste una progressione continua tra legame ionico e legame covalente Questa progressione nella percentuale di carattere ionico di un legame è Questa progressione nella percentuale di carattere ionico di un legame è
funzione (non esatta) della differenza di elettronegatività tra gli atomi partecipantifunzione (non esatta) della differenza di elettronegatività tra gli atomi partecipanti
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Legame ionicoLegame ionico
Un composto solido ionico può essere pensato come un impacchettamento di Un composto solido ionico può essere pensato come un impacchettamento di sfere di divere dimensioni (ogni elemento un raggio diverso)sfere di divere dimensioni (ogni elemento un raggio diverso)
Un composto ionico sarà più stabile seUn composto ionico sarà più stabile se– Gli ioni sono combinati in modo da dar luogo a un cristallo elettrostaticamente Gli ioni sono combinati in modo da dar luogo a un cristallo elettrostaticamente
neutro: nel salgemma Na e Cl hanno la stessa carica (opposta) e devono esserci lo neutro: nel salgemma Na e Cl hanno la stessa carica (opposta) e devono esserci lo stesso numero di atomi di Nastesso numero di atomi di Na++ e di Cl e di Cl –– (–> NaCl); nella fluorite Ca (–> NaCl); nella fluorite Ca2+2+ ha carica ha carica doppia rispetto a Fdoppia rispetto a F–– e deve quindi esserci un numero di ioni F doppio rispetto agli e deve quindi esserci un numero di ioni F doppio rispetto agli ioni Ca (–> CaFioni Ca (–> CaF22))
– La distanza tra ioni a carica opposta deve approssimare la distanza di equilibrio, in La distanza tra ioni a carica opposta deve approssimare la distanza di equilibrio, in modo che le forze attrattive siono massimizzatemodo che le forze attrattive siono massimizzate
– Ogni catione deve essere circondato dal massimo numero di anioni possibile Ogni catione deve essere circondato dal massimo numero di anioni possibile secondo le loro dimensioni relative, in modo da raggiungere il massimo grado di secondo le loro dimensioni relative, in modo da raggiungere il massimo grado di interazione attrattiva tra a nione e catione; il numero di di anioni che interazione attrattiva tra a nione e catione; il numero di di anioni che immediatamente circondano un catione nelle tre dimensioni è detto numero di immediatamente circondano un catione nelle tre dimensioni è detto numero di coordinazione, e la disposizione di questi anioni intorno al catione è detta poliedro coordinazione, e la disposizione di questi anioni intorno al catione è detta poliedro di coordinazionedi coordinazione
La disposizione di atomi in un composto (cristallo) dipende daLa disposizione di atomi in un composto (cristallo) dipende da– CaricaCarica– DimensioniDimensioni
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Dimensioni atomiche:Dimensioni atomiche:Raggio ionicoRaggio ionico
rr00 è la distanza tra i nuclei è la distanza tra i nuclei dei due ioni per la quale dei due ioni per la quale l'energia del sistema è l'energia del sistema è minima (distanza di minima (distanza di legame)legame)
rr00 può essere visto anche può essere visto anche come la somma dei raggi come la somma dei raggi dei due ionidei due ioni
RepulsioneRepulsionetra nubi elettronichetra nubi elettroniche
AttrazioneAttrazioneAnione–CationeAnione–Catione
Energia potenziale nettaEnergia potenziale netta
DistanzaDistanzaCriticaCritica
rr00
EnergiaEnergiaminimaminima
Le nubi elettroniche degli ioni non Le nubi elettroniche degli ioni non hanno limiti netti: cos'è il raggio hanno limiti netti: cos'è il raggio ionico?ionico?
rr00 = r = rAA + r + rBB
Diffrazione raggi X di cristalli a Diffrazione raggi X di cristalli a legame ionico forniscono misure di legame ionico forniscono misure di rr00
En
erg
ia p
ote
nzi
ale
En
erg
ia p
ote
nzi
ale
0
Distanza internucleare Distanza internucleare rr
Distanza internucleare di equilibrioDistanza internucleare di equilibrio
rr00
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Il premio nobel Linus Pauling (1927) ha suggerito una Il premio nobel Linus Pauling (1927) ha suggerito una relazione tra raggio ionico e carica nucleare: nota la relazione tra raggio ionico e carica nucleare: nota la distanza internucleare, si calcolano i raggi dei due ioni distanza internucleare, si calcolano i raggi dei due ioni coinvolti nel legamecoinvolti nel legame
In seguito sono state effettuate stime più elaborate In seguito sono state effettuate stime più elaborate dei raggi ionici; un accordo totale su valori definitivi dei raggi ionici; un accordo totale su valori definitivi non esistenon esiste
Dimensioni atomiche:Dimensioni atomiche:Raggio ionicoRaggio ionico
rrAA rrBB
rr00
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Raggio ionicoRaggio ionico
Variazione (min-max) : SiVariazione (min-max) : Si4+ 4+
= 0.34 Å – Rb= 0.34 Å – Rb++=1.7 Å=1.7 Å Il raggio ionico diminuisce da Il raggio ionico diminuisce da
sinistra verso destra nei sinistra verso destra nei periodi della Tavola Periodica, periodi della Tavola Periodica, a causa dell'aumento di carica a causa dell'aumento di carica nel nucleo:nel nucleo:– a parità di elettroni (es.: Naa parità di elettroni (es.: Na++, ,
MgMg2+2+, Al, Al3+3+ e Si e Si4+4+ hanno tutti 10 hanno tutti 10 elettroni)elettroni)
– più protoni ci sono nel nucleo più protoni ci sono nel nucleo (es.: Na(es.: Na++: Z=11, Mg: Z=11, Mg2+2+: Z=12, : Z=12, AlAl3+3+: Z=13 e Si: Z=13 e Si4+4+: Z=14): Z=14)
– più fortemente attraggono gli più fortemente attraggono gli elettronielettroni
– più piccolo è lo ione (es.: più piccolo è lo ione (es.: NaNa++: r=1.24 Å, Mg: r=1.24 Å, Mg2+2+: r=0.80 Å, : r=0.80 Å, AlAl3+3+: r=0.47-61 Å, Si: r=0.47-61 Å, Si4+4+: r=0.34 : r=0.34 Å)Å)
Gli anioni sono più grandi dei Gli anioni sono più grandi dei cationicationi
N.B. Il raggio ionico varia anche con la coordinazione
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Impacchettamento di sfereImpacchettamento di sfere
Molte strutture cristalline Molte strutture cristalline possono quindi essere possono quindi essere descritte come descritte come impacchettamento compatto impacchettamento compatto di grandi anioni, con gli di grandi anioni, con gli spazi tra questi occupati dai spazi tra questi occupati dai cationi (più piccoli degli cationi (più piccoli degli anioni)anioni)
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CoordinazioneCoordinazione
Sitoottaedrico
Sitotetraedrico
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CoordinazioneCoordinazione
0.2250.414
1.51/2-121/2 -1
numero dicoordinazione
poliedro dicoordinazione
4
0.4140.732
21/2 -131/2 -1
6
0.7321.000
31/2 -141/2 -1
8
> 1.0 > 41/2 -1 ≥ 12 variabile
tetraedrotetraedro
ottaedroottaedro
cubocubo
rapportoraggiocatione / raggioanione
daa
daa
daa
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Coordinazione nei minerali silicaticiCoordinazione nei minerali silicatici
cationecatione rrcationecatione
(Å)(Å)
rrcat cat / r/ rOO Coordinaz.Coordinaz. previstaprevista
SiSi4+4+ 0.340.34 .26.26 44
AlAl3+3+ 0.470.47 .36.36 44
AlAl3+3+ 0.610.61 .46.46 66
TiTi4+4+ 0.690.69 .52.52 66
FeFe3+3+ 0.730.73 .55.55 66
MnMn2+2+ 0.750.75 .56.56 66
MgMg2+2+ 0.800.80 .61.61 66
FeFe2+2+ 0.860.86 .65.65 66
CaCa2+2+ 1.201.20 .91.91 88
NaNa++ 1.241.24 .94.94 88
KK++ 1.591.59 1.271.27 ≥≥1212
oliv
ina
gra
na
ti
piro
sse
ni
anf
ibo
li
mic
he
feld
spa
ti
qua
rzo
Minerali silicatici naturali
0.414
0.732
0.225
1.0
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I legami nei mineraliI legami nei minerali
Potenziale ionico=raggio/carica
Il legame ionico ideale non esiste in Il legame ionico ideale non esiste in naturanatura
Il catione (+) continua ad attrarre Il catione (+) continua ad attrarre l'elettrone donato all'anione (–), che l'elettrone donato all'anione (–), che quindi ha una densità elettronica un po' quindi ha una densità elettronica un po' sbilanciata verso il catione: l'anione è sbilanciata verso il catione: l'anione è quindi polarizzatoquindi polarizzato
La capacità di polarizzazione di un La capacità di polarizzazione di un catione (potenziale ionico) è catione (potenziale ionico) è proporzionale alla sua carica e proporzionale alla sua carica e inversamente proporzionale alle sue inversamente proporzionale alle sue dimensionidimensioni
D'altra parte, in un legame covalente tra D'altra parte, in un legame covalente tra due atomi non uguali, la densità due atomi non uguali, la densità elettronica è sbilanciata verso l'atomo elettronica è sbilanciata verso l'atomo più elettronegativo, dandogli una più elettronegativo, dandogli una leggera carica negativa: il legame leggera carica negativa: il legame diventa quindi in minima parte ionicodiventa quindi in minima parte ionico
Gill R. (1996) Chemical fundamentals of Geology, 2nd ed.
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Gli elementi nei mineraliGli elementi nei minerali
Gill R. (1996) Chemical fundamentals of Geology, 2nd ed.
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IdrolisiIdrolisi
Gill R. (1996) Chemical fundamentals of Geology, 2nd ed.
Idrolisi di SOIdrolisi di SO22, NO, NO22, CO, CO22 SOSO2 2 + H+ H22O O H H22SOSO33 H H+ + + SO+ SO33–– soluzione acidasoluzione acida
Idrolisi di NaIdrolisi di Na22O O NaNa22O + HO + H22O O 2 NaOH 2 NaOH soluzione basicasoluzione basica
IdrolisiIdrolisi = reazione con = reazione con rottura del legame O–Hrottura del legame O–H
AlAl3+ 3+ + 3H+ 3H22OO Al(OH)Al(OH)3 3 + 3 H+ 3 H++
Idrolisi di Fe, AlIdrolisi di Fe, Al
– Ossidazione FeOssidazione Fe2+2+ Fe Fe3+3+
– Dissoluzione di FeDissoluzione di Fe2+ 2+ in acque in acque leggermente acideleggermente acide
– Precipitazione di idrossidi fdi Fe, AlPrecipitazione di idrossidi fdi Fe, Al
FeFe3+ 3+ + 2H+ 2H22OO FeO(OH)FeO(OH) + 3 H+ 3 H++
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C2 - I mineraliC2 - I minerali
Strutture dei minerali (Virtual Crystals 1)Strutture dei minerali (Virtual Crystals 1)– Legame metallicoLegame metallico– Legame ionicoLegame ionico– Legame covalenteLegame covalente
definizionidefinizioni gruppi di mineraligruppi di minerali i silicati: classificazione strutturale dei silicatii silicati: classificazione strutturale dei silicati polimorfismo e isomorfismopolimorfismo e isomorfismo
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I minerali:I minerali:struttura, composizione e classificazionestruttura, composizione e classificazione
Cos'è un mineraleCos'è un minerale– elemento o composto inorganico naturale conelemento o composto inorganico naturale con
struttura interna ordinatastruttura interna ordinata composizione chimica caratteristicacomposizione chimica caratteristica forma cristallina propriaforma cristallina propria proprietà fisiche proprieproprietà fisiche proprie
Rock-forming mineralsRock-forming minerals I minerali sono migliaiaI minerali sono migliaia Quelli che sono i fondamentali costituenti delle rocce sono soltanto alcune Quelli che sono i fondamentali costituenti delle rocce sono soltanto alcune
decinedecine Circa 80% della superficie terrestre è costituta da Circa 80% della superficie terrestre è costituta da minerali silicaticiminerali silicatici, cioè , cioè
composti in cui i metalli sono legati a silicio (S) e ossigeno (O)composti in cui i metalli sono legati a silicio (S) e ossigeno (O) I minerali rari possono avere valore economico, se concentrati e/o preziosi, I minerali rari possono avere valore economico, se concentrati e/o preziosi,
oppure valore scientificooppure valore scientifico minerali silicaticiminerali silicatici non-silicatinon-silicati
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Gruppi di mineraliGruppi di minerali
– ElementiElementi– SolfuriSolfuri– AlogenuriAlogenuri– Ossidi e idrossidiOssidi e idrossidi– NitratiNitrati– CarbonatiCarbonati– BoratiBorati– SolfatiSolfati– FosfatiFosfati– SilicatiSilicati– Sostanze organicheSostanze organiche
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Minerali Silicatici:Minerali Silicatici:Elementi, legami e strutturaElementi, legami e struttura
Elementi costruttori di strutturaElementi costruttori di struttura– L'elevata percentuale di covalenza del legame Si–O, fa di questa unità il L'elevata percentuale di covalenza del legame Si–O, fa di questa unità il
principale principale costruttorecostruttore di impalcature nei minerali e nei fusi silicatici di impalcature nei minerali e nei fusi silicatici
– Anche P e in misura minore Al, e ancora minore Ti, possono comportarsi da Anche P e in misura minore Al, e ancora minore Ti, possono comportarsi da costruttoricostruttori
Elementi modificatori di strutturaElementi modificatori di struttura– Gli elementi che formano con O un legame prevalentemente ionico sono detti Gli elementi che formano con O un legame prevalentemente ionico sono detti
modificatorimodificatori di impalcature strutturali di impalcature strutturali Polimeri silicaticiPolimeri silicatici
– Sono costruiti dal mattone fondamentale, il tetraedro SiOSono costruiti dal mattone fondamentale, il tetraedro SiO44
– Si può soddisfare soltanto metà della capacità di legame di 4 O, quindi ci devono Si può soddisfare soltanto metà della capacità di legame di 4 O, quindi ci devono essere altri legami di O con altri atomi: questo può essere un atomo di Si di un essere altri legami di O con altri atomi: questo può essere un atomo di Si di un altro tetraedro, oppure un atomo diversoaltro tetraedro, oppure un atomo diverso
– Si può descrivere la struttura di un minerale silicatico in base al numero di O Si può descrivere la struttura di un minerale silicatico in base al numero di O legati soltanto a un atomo di silicio (non-bridging oxygens):legati soltanto a un atomo di silicio (non-bridging oxygens): p p
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Classificazione strutturaleClassificazione strutturaledei silicatidei silicati
Tipo strutturaleTipo strutturale pp Z : OZ : O
Nesosilicati (monomeri)Nesosilicati (monomeri) 44 1 1 : : 44
Sorosilicati (dimeri)Sorosilicati (dimeri) 33 1 1 : : 3.53.5
Ciclosilicati (silicati ad anelli)Ciclosilicati (silicati ad anelli) 22 1 1 : : 33
Inosilicati - catena singolaInosilicati - catena singola 22 1 1 : : 33
Inosilicati - catena doppiaInosilicati - catena doppia 1.51.5 1 1 : : 2.752.75
FillosilicatiFillosilicati 11 1 1 : : 2.52.5
TettosilicatiTettosilicati 00 1 1 : : 22
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Classificazione strutturale dei silicatiClassificazione strutturale dei silicati
Ciclosilicati
Inosilicati a catena singola (pirosseni)
Inosilicati a catena doppia (anfiboli)
Fillosilicati (miche)
Nesosilicati Sorosilicati
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C3 - I mineraliC3 - I minerali
Strutture dei Minerali silicatici (Virtual Crystals 2)Strutture dei Minerali silicatici (Virtual Crystals 2)
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C4 - I mineraliC4 - I minerali
PolimorfismoPolimorfismo
IsomorfismoIsomorfismo
Minerali argillosiMinerali argillosi
Minerali non silicaticiMinerali non silicatici
25.11.2004 28
PolimorfismoPolimorfismo
PolimorfismoPolimorfismo: uno stesso composto chimico può formare specie cristalline (minerali) con : uno stesso composto chimico può formare specie cristalline (minerali) con strutture diversestrutture diverse
Queste diverse fasi minerali sono dette polimorfi, Queste diverse fasi minerali sono dette polimorfi, fasifasi polimorfe: sono fasi distinte polimorfe: sono fasi distinte Stesse proprietà chimicheStesse proprietà chimiche Diverse proprietà fisicheDiverse proprietà fisiche
La formazione di una fase polimorfa è condizionata dalla Temperatura e Pressione di La formazione di una fase polimorfa è condizionata dalla Temperatura e Pressione di cristallizzazione: campo di stabilità P-Tcristallizzazione: campo di stabilità P-T
La formazione o trasformazione di polimorfi può essere accelerata da fattori o composti La formazione o trasformazione di polimorfi può essere accelerata da fattori o composti catalizzanticatalizzanti
Le fasi polimorfe possono esistere anche al di fuori del loro campo di stabilità P-T: a causa Le fasi polimorfe possono esistere anche al di fuori del loro campo di stabilità P-T: a causa della lentezza della trasformazione: fasi della lentezza della trasformazione: fasi metastabilimetastabili
– Esempio: diamante (fase di alta P di C) persiste a P ambienteEsempio: diamante (fase di alta P di C) persiste a P ambiente In casi particolari (fenomeni di disequilibrio) fasi polimorfe possono ache formarsi al di fuori In casi particolari (fenomeni di disequilibrio) fasi polimorfe possono ache formarsi al di fuori
del loro campo di stabilità P-Tdel loro campo di stabilità P-T– Esempio: aragonite (fase di alta P di CaCOEsempio: aragonite (fase di alta P di CaCO33) si può formare in ambiente sediementario) si può formare in ambiente sediementario
25.11.2004 29
Limiti tra gli "involucri" della TerraLimiti tra gli "involucri" della Terracr
ost
acr
ost
a superioresuperiore
inferioreinferiore
superioresuperiore
man
tell
om
ante
llo
inferioreinferiore
nu
cleo
nu
cleo esternoesterno
internointerno
ConradConrad
670
MohoMoho10
oceani33
mediacontinenti
65catene
montuose
Profondità (km)Profondità (km) Natura dei limitiNatura dei limiti
2900GutenbergGutenberg
5100LehmannLehmann
gabbrogabbro(oceani)(oceani)
granulite/dioritegranulite/diorite(continenti)(continenti)
peridotiteperidotite
liquidoliquido
solidosolido
minerali silicatici - solidominerali silicatici - solido
lega metallica - liquidolega metallica - liquido
Poliedri a coordinaz. altaPoliedri a coordinaz. alta
Poliedri a coordinaz. bassaPoliedri a coordinaz. bassa
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Isomorfismo - VicarianzaIsomorfismo - Vicarianza
IsomorfismoIsomorfismo: miscibilità allo stato solido di due sostanze: miscibilità allo stato solido di due sostanzetermine deriva dagli studi dell’inizio del XX secolo: si riteneva che forme cristalline simili potessero dare soluzioni allo stato solidotermine deriva dagli studi dell’inizio del XX secolo: si riteneva che forme cristalline simili potessero dare soluzioni allo stato solido
termine in parte improprio, in quanto possono essere miscibili anche sostanze con struttura e forma diversetermine in parte improprio, in quanto possono essere miscibili anche sostanze con struttura e forma diverse
la natura del fenomeno sta nellala natura del fenomeno sta nella
VicarianzaVicarianza: sostituzione di un atomo (catione) da parte di un altro: sostituzione di un atomo (catione) da parte di un altro Gli ioni mutualmente vicarianti devono avere raggio ionico simileGli ioni mutualmente vicarianti devono avere raggio ionico simile
Isomorfismo di prima specieIsomorfismo di prima specie– tra composti con formula chimica molto simile, uguale numero di atomi e stessa valenza per atomi vicariantitra composti con formula chimica molto simile, uguale numero di atomi e stessa valenza per atomi vicarianti
– Esempio: olivina (Mg,Fe)Esempio: olivina (Mg,Fe)22SiOSiO44= miscela allo stato solido di Forsterite (Mg= miscela allo stato solido di Forsterite (Mg22SiOSiO44) e Fayalite (Fe) e Fayalite (Fe22SiOSiO44))
Isomorfismo di seconda specieIsomorfismo di seconda specie– tra composti in cui gli atomi vicarianti hanno raggio ionico simile e carica diversa per una unitàtra composti in cui gli atomi vicarianti hanno raggio ionico simile e carica diversa per una unità
Isomorfismo di terza specieIsomorfismo di terza specie– tra composti con doppia sostituzione: due ioni dello stesso segno (uno a carica maggiore e uno a carica tra composti con doppia sostituzione: due ioni dello stesso segno (uno a carica maggiore e uno a carica
minore) oppure due ioni di segno opposto (entrambi a carica maggiore o minore)minore) oppure due ioni di segno opposto (entrambi a carica maggiore o minore) Isomorfismo interstizialeIsomorfismo interstiziale
– tra due composti in uno dei quali una posizione reticolare è occupata, mentre nell'altro è vuota (con tra due composti in uno dei quali una posizione reticolare è occupata, mentre nell'altro è vuota (con contemporanea sostituzione di altro ione per mantenere la neutralità)contemporanea sostituzione di altro ione per mantenere la neutralità)
25.11.2004 31
Isomorfismo - VicarianzaIsomorfismo - Vicarianza
Isomorfismo/vicarianza è favorito dalla vicinanza dei Isomorfismo/vicarianza è favorito dalla vicinanza dei raggi ioniciraggi ionici
Isomorfismo/vicarianza è favorito da Isomorfismo/vicarianza è favorito da TemperaturaTemperatura elevata elevata– Ad alta T le oscillazioni degli atomi sono più ampie e le cavità delle strutture sono di conseguenza più “tolleranti” Ad alta T le oscillazioni degli atomi sono più ampie e le cavità delle strutture sono di conseguenza più “tolleranti”
rispetto alle dimensioni degli ionio che possono ospitarerispetto alle dimensioni degli ionio che possono ospitare– Esempio: K non può sostituire Na in salgemma (NaCl) precipitato da soluzioni acquose (T<100°C), mentre lo fa Esempio: K non può sostituire Na in salgemma (NaCl) precipitato da soluzioni acquose (T<100°C), mentre lo fa
in salgemma cristallizzato da un fuso (T=801°C)in salgemma cristallizzato da un fuso (T=801°C) Isomorfismo/vicarianza è favorito dalla Isomorfismo/vicarianza è favorito dalla complessità della strutturacomplessità della struttura del minerale del minerale
– Più semplice è la struttura, più simile dovrà essere il raggio ionico tra elementi vicariantiPiù semplice è la struttura, più simile dovrà essere il raggio ionico tra elementi vicarianti– Esempio: K non può sostituire Na in salgemma (NaCl), mentre lo fa agevolmente in albite (NaAlSiEsempio: K non può sostituire Na in salgemma (NaCl), mentre lo fa agevolmente in albite (NaAlSi 33OO88))
La vicarianza deve comunque portare alla La vicarianza deve comunque portare alla neutralità elettrostaticaneutralità elettrostatica del minerale del minerale
Gruppi di elementi vicarianti:Gruppi di elementi vicarianti:– r = 0.42 - 0.53 Å:r = 0.42 - 0.53 Å: AlAl3+3+ – Si – Si4+ 4+ – Ge– Ge4+4+ – r = 0.66 - 0.80 Å:r = 0.66 - 0.80 Å: MgMg2+2+ –Fe –Fe2+2+ – Mn – Mn2+ 2+ – Co– Co2+ 2+ – Ni– Ni2+ 2+ – Cu– Cu2+ 2+ – Zn– Zn2+2+
– r = 0.97 - 0.99 Å:r = 0.97 - 0.99 Å: NaNa++ – Ca – Ca2+ 2+ – (REE– (REE3+3+))– r = 1.12 - 1.34 Å:r = 1.12 - 1.34 Å: (Ca(Ca2+2+) – Sr) – Sr2+ 2+ – Ba– Ba2+ 2+ – Pb– Pb2+ 2+
– r = 0.51 - 0.64 Å:r = 0.51 - 0.64 Å: AlAl3+3+ – Fe – Fe3+3+ – Cr – Cr3+3+
– r = 1.33 - 1.67 Å:r = 1.33 - 1.67 Å: KK++ – Rb – Rb++ – Cs – Cs+ + – Tl– Tl++ – r = 0.79 - 0.97 Å:r = 0.79 - 0.97 Å: ZrZr4+4+ – Hf – Hf4+4+ – (Ce – (Ce4+)4+) – Th – Th4+4+ – U – U4+4+ – (REE – (REE3+3+))
25.11.2004 32
Minerali ArgillosiMinerali Argillosi I I minerali argillosi (clay minerals) sono fillosilicati (sheet silicates)
– fillosilicati 1:1 = T-O (1 foglio tetraedrico + 1 foglio ottaedrico) caolinite
– fillosilicati 2:1 = T-O-T (2 fogli tetraedrici+ 1 foglio ottaedrico) smectite, vermiculite, illite
– fillosilicati 2:2 = T-O-T-O (2 fogli tetraedrici + 2 fogli ottaedrici) clorite
Sostituzioni isomorfe di– Al3+ al posto d Si4+ in siti tetraedrici– Mg2+ al posto di Al3+ in siti ottaedricideterminano presenza di cariche negative nei singoli fogliper mantenere la neutralità elettrostatica, le cariche negative vengono compensate da– cationi (interscambiabili) associati alla superficie del minerale o alle regioni tra i fogliQuando i grandi cationi interstrato sono numerosi, hanno l'effetto di– aumentare l'area superficiale della fase minerale, fino a 800 m2g-1!– trattenere molecole d'acqua tra gli strati– aumentare la capacità di adsorbimento e scambio ionico
25.11.2004 33
Minerali Argillosi = Clay MineralsMinerali Argillosi = Clay Minerals
fillosilicati 1:1 = T-O– 1 foglio tetraedrico– 1 foglio ottaedrico– NO sostituzioni isomorfe
NO cationi interstrato– caolinite
fillosilicati 2:1 = T-O-T– 2 fogli tetraedrici– 1 foglio ottaedrico– sostituz. Al3+–> Si4+
K+ interstrato– illite– smectiti– vermiculite
fillosilicati 2:2 = T-O-T-O– 2 fogli tetraedrici – 2 fogli ottaedrici– clorite
25.11.2004 34
Minerali Argillosi = Clay MineralsMinerali Argillosi = Clay Minerals
fillosilicati 1:1 = T-O– 1 foglio tetraedrico + 1 foglio ottaedrico– NO sostituzioni isomorfe
NO cationi interstrato
fillosilicati 2:1 = T-O-T– 2 fogli tetraedrici + 1 foglio ottaedrico– sostituz. Al3+–> Si4+ (deficienza di carica = 2)
K+ interstrato– sostituz. Al3+–> Si4+ + X2+–> Al3+
(deficienza di carica = 0.5-1) Na+, K+, Rb+, Cs+ + Ca2+, Mg2+ interstrato
– sostituz. Al3+–> Si4+ + Mg2+–> Al3+
(deficienza di carica = 1-1.5) Mg2+ interstrato
fillosilicati 2:2 = T-O-T-O– 2 fogli tetraedrici + 2 fogli ottaedrici– sostituz. Mg2+–> Al3+
Mg2+ in strato ottaedrico non legato
caolinite
Al4 [Si4O10(OH)8]
illite
KAl4 [AlSi7O20(OH)4]
smectiti
vermiculite
(Mg0.75)Mg6 [Al1.5Si6.5O20(OH)4]•nH2O
clorite
(Mg,Fe)12-p Al2p/3[Si8O20(OH)16]
25.11.2004 35
Caratteristiche dei minerali argillosiCaratteristiche dei minerali argillosi caolinite
– NO sostituzioni isomorfe NO cationi interstrato– prodotto della alterazione (pH acido) dei feldspati, suoli acidi, fortemente lisciviati
illite– minerali micacei di dimensioni argillose (< 2µm)– soltanto K+ interstrato area superficiale = area esterna– prodotto della alterazione (pH basico) dei feldspati
smectiti– minerali micacei di dimensioni argillose (< 1µm)– grandi cationi interstrato area superficiale include superficie esterna e superfici interne– grande capacità di espansione (distanza interstrato = 10-28 Å) instabilità dei suoli– alta capacità di scambio cationico– si formano in zone di basso morfologico dove si accumulano cationi e acido silicico
vermiculite– grandi cationi interstrato area superficiale include superficie esterna e superfici interne– grande capacità di espansione (distanza interstrato = 10-14 Å)– moderata fino ad alta capacità di scambio cationico– prodotto iniziale dell'alterazione delle miche
clorite– livello ottaedrico interstrato distanza interstrato fissa NO scambi cationici
29.11.2004 36
C5 - I mineraliC5 - I minerali
I minerali non silicaticiI minerali non silicatici
Studio dei mineraliStudio dei minerali
Composizione chimica dei mineraliComposizione chimica dei minerali
Proprietà fisicheProprietà fisiche
Riconoscimento macroscopicoRiconoscimento macroscopico
29.11.2004 37
Minerali non silicatici:Minerali non silicatici:composizione e classificazionecomposizione e classificazione
ElementiElementi SolfuriSolfuri AlogenidiAlogenidi Ossidi e idrossidiOssidi e idrossidi NitratiNitrati CarbonatiCarbonati BoratiBorati SolfatiSolfati FosfatiFosfati Sostanze organicheSostanze organiche
29.11.2004 38
Principali minerali non silicaticiPrincipali minerali non silicatici
ElementiElementiGrafiteGrafite CCDiamanteDiamante CC
diamantediamante
SolfuriSolfuriCalcopiriteCalcopirite CuFeSCuFeS22
SfaleriteSfalerite ZnSZnSGalenaGalena PbSPbS
PiritePirite FeSFeS22
AlogenidiAlogenidiSalgemmaSalgemma NaClNaCl
FluoriteFluorite CaFCaF22
Ossidi e idrossidiOssidi e idrossidiSpinello (nobile)Spinello (nobile) MgAlMgAl22OO44
MagnetiteMagnetite FeFeFeFe22OO44
EmatiteEmatite FeFe22OO33
IlmeniteIlmenite FeTiOFeTiO33
CorindoneCorindone AlAl22OO33 rubinorubino
CorindoneCorindone AlAl22OO33 zaffirozaffiro
QuarzoQuarzo SiOSiO22
BauxiteBauxite AlAl22OO33..nHnH22OO
alluminioalluminio
CarbonatiCarbonatiCalciteCalcite CaCOCaCO33
AragoniteAragonite CaCOCaCO33
conchiglieconchiglie
DolomiteDolomite CaMg[COCaMg[CO33]]22
BoratiBoratiSolfatiSolfati
AnidriteAnidrite CaSOCaSO44
GessoGesso Ca[SOCa[SO44]]. . 2H2H22OO
FosfatiFosfatiMonaziteMonazite CePOCePO44
ApatiteApatite CaCa55[(F,Cl,OH)(PO[(F,Cl,OH)(PO44))33]]
29.11.2004 39
I minerali non silicaticiI minerali non silicatici
Strutture di alcuni Minerali non silicatici Strutture di alcuni Minerali non silicatici (Virtual Crystals 2)(Virtual Crystals 2)– calcitecalcite– piritepirite
29.11.2004 40
Studio dei mineraliStudio dei minerali Identificazione macroscopicaIdentificazione macroscopica
–Proprietà fisiche e chimica dei mineraliProprietà fisiche e chimica dei minerali Identificazione microscopicaIdentificazione microscopica
–Interazione tra luce polarizzata e mineraliInterazione tra luce polarizzata e minerali Microscopio da Mineralogia/PetrografiaMicroscopio da Mineralogia/Petrografia
–Interazione elettroni-mineraliInterazione elettroni-minerali SEM (Microscopio Elettronico a Scansione, fino 10SEM (Microscopio Elettronico a Scansione, fino 1066 ingrandimenti) ingrandimenti)
Identificazione chimicaIdentificazione chimica–Analisi Analisi bulkbulk
XRF (Fluorescenza raggi X)XRF (Fluorescenza raggi X) ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)
–Analisi Analisi in situ (puntuali)in situ (puntuali) SEM-EDS (Microscopio Elettronico a Scansione e microanalisi a Sistema Dispersivo di Energia)SEM-EDS (Microscopio Elettronico a Scansione e microanalisi a Sistema Dispersivo di Energia) EPMA-WDS (Microsonda Elettronica e microanalisi a Sistema Dispersivo di Lunghezze d'onda)EPMA-WDS (Microsonda Elettronica e microanalisi a Sistema Dispersivo di Lunghezze d'onda) LA-ICP-MS (Laser Ablation ICP-MS)LA-ICP-MS (Laser Ablation ICP-MS) SIMS (Microsonda ionica) e SHRIMPSIMS (Microsonda ionica) e SHRIMP
Identificazione strutturaleIdentificazione strutturale XRD (Diffrattometria raggi X)XRD (Diffrattometria raggi X) TEM (Microscopio Elettronico a Trasmissione)TEM (Microscopio Elettronico a Trasmissione)
29.11.2004 41
Composizione chimica dei mineraliComposizione chimica dei minerali
Ossido (wt%)Ossido (wt%) olivinaolivina anfiboloanfibolo
SiOSiO22 39.4139.41 57.7357.73
TiOTiO22
AlAl22OO33 12.0412.04
FeFe22OO33 1.161.16
FeOFeO 16.4616.46 5.415.41
MnOMnO 0.210.21 0.100.10
MgOMgO 43.2743.27 13.0213.02
CaOCaO 0.230.23 1.041.04
NaNa22OO 6.986.98
KK22OO 0.680.68
PP22OO55
HH22OO 2.272.27
COCO2 2 e altri volatilie altri volatili
Elem tracciaElem traccia
29.11.2004 42
Formula atomica dei mineraliFormula atomica dei minerali
Esempio di calcolo della formula atomica di una olivinaEsempio di calcolo della formula atomica di una olivina
1 2 3 4 5
analisi (wt% ossidi)
masse molecol
moli di ossidi
moli di O (come (O2+)
cationi per 4 ossigeni
cationi per sito
sito
Col 1 / Col 2 Col 2 x n. O per molecola
Col 2 x 4 / 2.6210
SiO2 39.41 60.09 0.6558 1.3117 1.0009 1.0009 Z
FeO 16.46 71.85 0.2291 0.2291 0.3496
MnO 0.21 70.94 0.0030 0.0030 0.0045 1.9982 Y
MgO 43.27 40.32 1.0732 1.0732 1.6378
CaO 0.23 56.08 0.0041 0.0041 0.0063
tottot 99.5899.58 2.6210 2.9991
29.11.2004 43
formule chimiche dei silicatiformule chimiche dei silicati
olivinaolivina (Mg,Fe)2SiO(Mg,Fe)2SiO44
pirossenipirosseni– ortopirosseniortopirosseni (Mg,Fe)Si(Mg,Fe)Si22OO66
– clinopirosseni ricchi in Caclinopirosseni ricchi in Ca Ca(Mg,Fe) SiCa(Mg,Fe) Si22OO
anfibolianfiboli– orneblendaorneblenda (Ca,Na)(Ca,Na)2-32-3(Mg,Fe(Mg,Fe2+2+,Fe,Fe3+3+,Al),Al)55[Si[Si66(SiAl)(SiAl)22OO2222(OH,F)(OH,F)22]]
fillosilicatifillosilicati– biotitebiotite KK22(Mg,Fe)(Mg,Fe)66(Si(Si66AlAl22OO2020))
– muscovitemuscovite KK22AlAl44(Si(Si66AlAl22OO2020))
– caolinocaolino AlAl44(Si(Si44OO1010)(OH))(OH)88
– serpentinoserpentino MgMg66(Si(Si44OO1010)(OH))(OH)88
– montmorillonti (smectiti)montmorillonti (smectiti) ((1/21/2Ca,Na)Ca,Na)0.5-10.5-1(Al,Mg,Fe)(Al,Mg,Fe)4-64-6(Si,Al)(Si,Al)88OO2020(OH)(OH)44 · nH · nH22OO
– vermiculitevermiculite MgMg0.5-10.5-1(Mg(Mg3.5-53.5-5,Al,Al2.5-12.5-1)) (Si(Si5.5-65.5-6,Al Al,Al Al2.5-22.5-2)O)O2020(OH)(OH)44 · 7-8H · 7-8H22OO
feldspatifeldspati– plagioclasiplagioclasi NaAlSiNaAlSi33OO88 – CaAl – CaAl22SiSi22OO88
– feldspati alcalinifeldspati alcalini (K, Na)AlSi(K, Na)AlSi33OO88
quarzoquarzo SiOSiO22
29.11.2004 44
Proprietà fisiche dei mineraliProprietà fisiche dei minerali Un minerale si può ritrovare sotto forma diUn minerale si può ritrovare sotto forma di
– solido naturale delimitato da superfici pianesolido naturale delimitato da superfici piane– porzione di reticolo cristallino delimitato da superfici qualsiasiporzione di reticolo cristallino delimitato da superfici qualsiasi
Le proprietà fisiche macroscopiche dei minerali possono essere determinate a occhio Le proprietà fisiche macroscopiche dei minerali possono essere determinate a occhio nudo o con una lente a basso ingrandimento (8–10x) e/o con l'ausilio di semplici nudo o con una lente a basso ingrandimento (8–10x) e/o con l'ausilio di semplici strumenti quali una punta d'acciaio e HCl diluitostrumenti quali una punta d'acciaio e HCl diluito
Splendore/LucentezzaSplendore/Lucentezza ColoreColore Colore dello striscioColore dello striscio DurezzaDurezza Frattura Frattura SfaldaturaSfaldatura DensitàDensità Abito cristallino / Forma-sistema cristalllino Abito cristallino / Forma-sistema cristalllino Trasparenza, Translucidità, OpacitàTrasparenza, Translucidità, Opacità TenacitàTenacità TattoTatto altre caratteristiche fisiche altre caratteristiche fisiche
29.11.2004 45
Proprietà fisiche dei mineraliProprietà fisiche dei minerali
Abito cristallino – forma-sistema cristalllinoAbito cristallino – forma-sistema cristalllino– Determinabile su cristalli ben formatiDeterminabile su cristalli ben formati– Fondamentali sono gli angoli tra le facce e non la dimensione relativa delle facceFondamentali sono gli angoli tra le facce e non la dimensione relativa delle facce
Sette sistemi cristalliniSette sistemi cristallini– CubicoCubico– TetragonaleTetragonale– EsagonaleEsagonale– TrigonaleTrigonale– RombicoRombico– MonoclinoMonoclino– TriclinoTriclino
29.11.2004 46
Proprietà fisiche dei mineraliProprietà fisiche dei minerali Splendore o LucentezzaSplendore o Lucentezza
– Riemissione (riflessione e rifrazione) di luce incidente sulla superficieRiemissione (riflessione e rifrazione) di luce incidente sulla superficie– MetallicoMetallico
Elementi metallici nativi, solfuri, etcElementi metallici nativi, solfuri, etc– VitreoVitreo
Vetro, silicati, quarzo su facce, carbonati, etcVetro, silicati, quarzo su facce, carbonati, etc– AdamantinoAdamantino
Diamante, zircone, etcDiamante, zircone, etc– SubmetallicoSubmetallico
biotitebiotite– Grasso o untuosoGrasso o untuoso
Salgemma esposto all'aria, Quarzo su fratturaSalgemma esposto all'aria, Quarzo su frattura– SericeoSericeo
Calcedonio, asbestoCalcedonio, asbesto– PerlaceoPerlaceo
muscovitemuscovite– TerrosoTerroso
masse finissime di gesso, calcite, etcmasse finissime di gesso, calcite, etc ColoreColore
– Riemissione di lunghezze d'onda della luce non assorbiteRiemissione di lunghezze d'onda della luce non assorbite– Dipende da: tipo di legame (diamante vs. grafite), composizione, impurità, difettiDipende da: tipo di legame (diamante vs. grafite), composizione, impurità, difetti– Idiocromatici (minerali con colore caratteristico)Idiocromatici (minerali con colore caratteristico)– Allocromatici (minerali con colore variabile)Allocromatici (minerali con colore variabile)
Colore dello striscioColore dello striscio– Colore della polvere generata sfregando il minerale (su porcellana ruvida)Colore della polvere generata sfregando il minerale (su porcellana ruvida)
29.11.2004 47
Proprietà fisiche dei mineraliProprietà fisiche dei minerali
DurezzaDurezza– Resistenza alla incisioneResistenza alla incisione– Scala relativa a 10 minerali comuniScala relativa a 10 minerali comuni: : scala Mohsscala Mohs (1822) (1822)– < 2-2.5 = tenero (rigato dall’unghia)< 2-2.5 = tenero (rigato dall’unghia)– < 5-5.5 = semiduro (rigato dal coltello)< 5-5.5 = semiduro (rigato dal coltello)– > 5 = duro (riga il vetro)> 5 = duro (riga il vetro)– > 7 = durissimo (riga la porcellana)> 7 = durissimo (riga la porcellana)
FratturaFrattura– Rottura su superficie irregolare in seguito a sollecitazione Rottura su superficie irregolare in seguito a sollecitazione
meccanicameccanica– concoide, irregolare, scheggiosa, ruvida, terrosa, pianaconcoide, irregolare, scheggiosa, ruvida, terrosa, piana
SfaldaturaSfaldatura– Rottura su superficie regolare in seguito a sollecitazione Rottura su superficie regolare in seguito a sollecitazione
meccanicameccanica– perfetta/facile, buona/evidente, difficileperfetta/facile, buona/evidente, difficile
1.1. TalcoTalco 2.2. GessoGesso 3.3. CalciteCalcite 4.4. FluoriteFluorite 5.5. ApatiteApatite 6.6. OrtoclasioOrtoclasio 7.7. QuarzoQuarzo 8.8. TopazioTopazio 9.9. CorindoneCorindone 10.10. DiamanteDiamante
29.11.2004 48
Proprietà fisiche dei mineraliProprietà fisiche dei minerali
DensitàDensità– Massa/volumeMassa/volume– Determinata daDeterminata da
Composizione e strutturaComposizione e struttura Per lo stesso minerale, isomorfismo può influenzare la densitàPer lo stesso minerale, isomorfismo può influenzare la densità A parità di composizione, diversi polimorfi hanno densità diversaA parità di composizione, diversi polimorfi hanno densità diversa
Trasparenza, Translucidità, OpacitàTrasparenza, Translucidità, Opacità
TenacitàTenacità– Resistenza alla fratturaResistenza alla frattura– Fragile, fissile,malleabile, duttile, scissile, flessibile, resistenteFragile, fissile,malleabile, duttile, scissile, flessibile, resistente
TattoTatto– Freddo = Freddo = sensazione legata a elevata conducibilità termica sensazione legata a elevata conducibilità termica (rame, argento)(rame, argento)– Saponaceo o grasso (tipo talco)Saponaceo o grasso (tipo talco)– Ruvido, liscioRuvido, liscio
altre caratteristiche chimiche e fisichealtre caratteristiche chimiche e fisiche– reazione all’HCl diluito, etcreazione all’HCl diluito, etc
2.12.04 49
C6 - Le rocceC6 - Le rocce
rocce igneerocce ignee– Si formano per solidificazione di materiale fuso ad alta temperatura (Si formano per solidificazione di materiale fuso ad alta temperatura (magmamagma))– Magma includeMagma include
materiale fluido che, una volta solidificato, forma la rocciamateriale fluido che, una volta solidificato, forma la roccia i componenti volatili sono disciolti nel liquido; durante l'eruzione possono sfuggire i componenti volatili sono disciolti nel liquido; durante l'eruzione possono sfuggire
formando una fase gassosa separataformando una fase gassosa separata
rocce sedimentarierocce sedimentarie– Si formano sulla Si formano sulla superficiesuperficie della terra solida della terra solida
All'ariaAll'aria Sott'acquaSott'acqua Sotto il ghiaccioSotto il ghiaccio
– Il materiale usato può essere qualsiasi roccia della superficie terrestre o Il materiale usato può essere qualsiasi roccia della superficie terrestre o materiale disciolto nelle acquemateriale disciolto nelle acque
rocce metamorficherocce metamorfiche– Si formano per Si formano per modificazionemodificazione tessiturale e mineralogica di rocce pre-esistenti tessiturale e mineralogica di rocce pre-esistenti
(ignee, sedimentarie, metamorfiche) in risposta a cambiamenti di temperatura (ignee, sedimentarie, metamorfiche) in risposta a cambiamenti di temperatura e/o pressione (importanti i volatili)e/o pressione (importanti i volatili)
– Tutto il processo avviene allo stato solidoTutto il processo avviene allo stato solido
2.12.04 50
Le rocceLe rocceCondizioni di formazioneCondizioni di formazione
la classificazione di primo la classificazione di primo rango è di tipo genetico:rango è di tipo genetico:
– Rocce IgneeRocce Ignee PlutonichePlutoniche VulcanicheVulcaniche
– Rocce MetamorficheRocce Metamorfiche
– Rocce SedimentarieRocce Sedimentarie
2.12.04 51
TessitureTessiture
RocceRocceIgneeIgneeliquidoliquido
solidosolido
Sottrazione caloreSottrazione caloreDiminuzione TDiminuzione T
solidificazionesolidificazione(cristallizzazione etc)(cristallizzazione etc)
ProcessiProcessitardo-magmaticitardo-magmatici
Processi secondariProcessi secondari
RocceRocceMetamorficheMetamorfiche
solidosolido
solidosolido
variazionivariazioniP,T, sforzi orientatiP,T, sforzi orientati
RiequilibraturaRiequilibraturatotale o parzialetotale o parziale
Processi secondariProcessi secondari
RocceRocceSedimentarieSedimentarieSolido (+ liquido)Solido (+ liquido)
solidosolido
Erosione Preci-Erosione Preci-Trasporto pita-Trasporto pita-Deposizione zioneDeposizione zione
DiagenesiDiagenesi
Processi secondariProcessi secondari
Tessiture sequenziali
Tessiture cristalloblastiche
Tessiture clastiche
2.12.04 52
Le rocceLe roccedistinzione sul terrenodistinzione sul terreno
rocce sedimentarierocce sedimentarie tipicamente stratificate, con strati tipicamente stratificate, con strati
sovrapposti (principio di sovrapposti (principio di sovrapposizione)sovrapposizione)
diagnostica la presenza di fossilidiagnostica la presenza di fossili
rocce igneerocce ignee– plutonicheplutoniche
non stratificate, massivenon stratificate, massive senza fossilisenza fossili
– vulcanichevulcaniche stratificate (strati poco estesi stratificate (strati poco estesi
lateralmente)lateralmente) fossili assentifossili assenti morfologia vulcanicamorfologia vulcanica
rocce metamorficherocce metamorfiche– paraderivatiparaderivati
relitti di stratificazionerelitti di stratificazione scomparsa dei fossiliscomparsa dei fossili fissilitàfissilità
– ortoderivatiortoderivati relitti di struttura massiva o porfiricarelitti di struttura massiva o porfirica chimismo igneochimismo igneo
2.12.04 53
Rocce SedimentarieRocce Sedimentarie
rocce silicoclasticherocce silicoclastiche– rocce sedimentarie più diffuserocce sedimentarie più diffuse
rocce carbonaticherocce carbonatiche– rocce sedimentarie più diffuse dopo le silicoclasticherocce sedimentarie più diffuse dopo le silicoclastiche
rocce evaporiticherocce evaporitiche rocce silicee, ferrifere/manganesifere, fosfaticherocce silicee, ferrifere/manganesifere, fosfatiche idrocarburi e carboniidrocarburi e carboni rocce residualirocce residuali rocce piroclastiche e vulcanoclasticherocce piroclastiche e vulcanoclastiche
2.12.04 54
rocce silicoclastiche - costituentirocce silicoclastiche - costituenti
frazione detritica frazione detritica (materiale sindeposizionale)(materiale sindeposizionale)– granuligranuli– matricematrice
minerali formatisi in situ minerali formatisi in situ (materiale post-deposizionale)(materiale post-deposizionale)– cementocemento
11 cmcm
2.12.04 55
rocce silicoclastiche - costituentirocce silicoclastiche - costituenti frazione detriticafrazione detritica
– granuli (ossatura)granuli (ossatura) minerali stabiliminerali stabili
– quarzo, selce (silice colloidale)quarzo, selce (silice colloidale) minerali relativamente meno stabiliminerali relativamente meno stabili
– feldspatifeldspati minerali accessori (< 1%)minerali accessori (< 1%) frammenti di roccia (frammenti litici)frammenti di roccia (frammenti litici)
– matricematrice minerali argillosi e frazione micacea fineminerali argillosi e frazione micacea fine
– caolinite, illite, smectiti, cloriticaolinite, illite, smectiti, cloriti
minerali formatisi in situminerali formatisi in situ– cementocemento
silicati (silicati (quarzoquarzo, selce, opale, feldspati, zeoliti), selce, opale, feldspati, zeoliti) carbonati (carbonati (calcitecalcite, aragonite, dolomite, siderite), aragonite, dolomite, siderite) ossidi di Fe (ematite, limonite)ossidi di Fe (ematite, limonite) solfati (anidrite, gesso, barite)solfati (anidrite, gesso, barite)
2.12.04 56
rocce silicoclastiche - maturitàrocce silicoclastiche - maturità frazione detriticafrazione detritica
– granuli (ossatura)granuli (ossatura) minerali stabiliminerali stabili
– quarzo, selce (silice colloidale)quarzo, selce (silice colloidale) minerali relativamente meno stabiliminerali relativamente meno stabili
– feldspatifeldspati minerali accessori (< 1%)minerali accessori (< 1%) frammenti di roccia (frammenti litici)frammenti di roccia (frammenti litici)
– matricematrice minerali argillosi e frazione micacea fineminerali argillosi e frazione micacea fine
– caolinite, illite, smectiti (montmorillonite), cloriticaolinite, illite, smectiti (montmorillonite), cloriti
maturità mineralogica,maturità mineralogica,relativa alle abbondanze relativa alle abbondanze relative dei granuli relative dei granuli (quarzo, feldspati, litici)(quarzo, feldspati, litici)
maturità tessiturale,maturità tessiturale,inversamente inversamente proporzionale alla proporzionale alla percentuale di matricepercentuale di matrice
2.12.04 57
descrizione dei clastidescrizione dei clasti
dimensionidimensioni
formaforma– grado di arrotondamentogrado di arrotondamento
– grado di sfericitàgrado di sfericità
sorting (classazione)sorting (classazione)– variazioni dimensionali dei granulivariazioni dimensionali dei granuli
– ben classato: intervallo ben classato: intervallo dimensionale ristrettodimensionale ristretto
– scarsamente classato: intervallo scarsamente classato: intervallo dimens. ampiodimens. ampio
sorting (classazione)sorting (classazione)
arrotondamentoarrotondamento
sfe
ric
its
feri
cit
àà
2.12.04 58
porositàporosità
porositàporosità– spazi VUOTI tra l'impalcatura di granuli (clasti)spazi VUOTI tra l'impalcatura di granuli (clasti)– porosità totale = (volume totale – volume solido) / volume totale x 100porosità totale = (volume totale – volume solido) / volume totale x 100
permeabilitàpermeabilità– dipende dagli spazi VUOTI comunicanti tra loro, dalle proprietà del fluido, dipende dagli spazi VUOTI comunicanti tra loro, dalle proprietà del fluido,
dal gradiente idrostatico nella rocciadal gradiente idrostatico nella roccia– porosità effettiva = volume pori intercomunicanti / volume totale x 100porosità effettiva = volume pori intercomunicanti / volume totale x 100
2.12.04 59
classificazione granulometricaclassificazione granulometricadi sedimenti e rocce sedimentariedi sedimenti e rocce sedimentarie
ruditi
mm
256
64
4
2
1
1/2
1/4
1/8
1/16
1/256
boulders (blocchi)
cobbles (ciottoli)
pebbles (ciottoletti)
granuli
sabbia molto grossolana
sabbia grossolana
sabbia media
sabbia fine
sabbia molto fine
silt (limo)
argilla
areniti
lutiti (peliti)
conglomeratobreccia
arenaria
argillite
ghiaia
sabbia
fango
22.11.04 60
2.12.04 61
Rocce carbonaticheRocce carbonatiche
essenzialmente monomineralicheessenzialmente monomineraliche origine legata all'azione della biosferaorigine legata all'azione della biosfera componenticomponenti
– granuligranuli materiale organogeno: (frammenti di) esoscheletri e endoscheletrimateriale organogeno: (frammenti di) esoscheletri e endoscheletri ooliti: granuli subsferici (taglia 0.2-2 mm) a strati concentrici ooliti: granuli subsferici (taglia 0.2-2 mm) a strati concentrici frammenti di rocce carbonatiche preesistentiframmenti di rocce carbonatiche preesistenti
– matricematrice stessa natura dei granuli ma di dimensioni minori; riempie gli interstizi tra i granulistessa natura dei granuli ma di dimensioni minori; riempie gli interstizi tra i granuli
– cementocemento cristalli spatici formatisi durante la diagenesicristalli spatici formatisi durante la diagenesi
2.12.04 62
Rocce carbonatiche - ClassificazioneRocce carbonatiche - Classificazione
mudstonemudstone wackestonewackestone packstonepackstone grainstonegrainstone floatstonefloatstone rudstonerudstone bafflestonebafflestone bindstonebindstone framestoneframestone CarbonatiCarbonaticristallinicristallini
GranuliGranuli< 10% >10%< 10% >10%
sostenutisostenutidalla matricedalla matrice sostenutisostenuti
dai granulidai granuli
con fango calcareocon fango calcareo senzasenzafangofango
sostenutisostenutidalladalla
matricematrice
sostenutisostenutidaidai
granuligranuli
componenti > 2mm componenti > 2mm < 10 %< 10 %
componenti > 2mm componenti > 2mm > 10 %> 10 %
costituenti originari non saldati da organismicostituenti originari non saldati da organismidurante la deposizionedurante la deposizione
costituenti originari saldaticostituenti originari saldatida organismida organismi
durante la deposizionedurante la deposizione
organismiorganismicheche
costruisconocostruisconostrutturestrutture
tipo grigliatipo griglia
organismiorganismiincrostantiincrostanti
(stromatoliti)(stromatoliti)
organismiorganismicheche
costruisconocostruisconounauna
impalcaturaimpalcaturarigidarigida
(coralli)(coralli)
rocciarocciacostituitacostituita
da unda unmosaicomosaicocristallinocristallinodi calcitedi calcite
o dolomiteo dolomite
costituenticostituentioriginarioriginari
nonnonriconoscibiliriconoscibili
2.12.04 63
carbonicarboni
in alcuni sedimenti di ambiente palustre/lagunare/deltizio i materiali organici in alcuni sedimenti di ambiente palustre/lagunare/deltizio i materiali organici (piante) raggiungono abbondanze molto elevate(piante) raggiungono abbondanze molto elevate
le parti solide di queste piante subiscono un tipo di diagenesi detto le parti solide di queste piante subiscono un tipo di diagenesi detto carbonizzazionecarbonizzazione: processo biochimico (prima ossidante, poi riducente) e : processo biochimico (prima ossidante, poi riducente) e successivamente fisico (costipazione, perdita di acqua e arricchimento in successivamente fisico (costipazione, perdita di acqua e arricchimento in carbonio)carbonio)
i carboni fossili si dividono in:i carboni fossili si dividono in: torba, torba, C ≈ 60%C ≈ 60% lignite, lignite, C ≈ 70-75%C ≈ 70-75% litantrace, litantrace, C ≈ 90%C ≈ 90% antracite, antracite, C ≈ 1000%C ≈ 1000%
2.12.04 64
gradientigeotermici
naturali
idrocarburiidrocarburi
in alcuni sedimenti in alcuni sedimenti marinimarini grandi quantità di grandi quantità di materia organica (fitoplancton, batteri) possono materia organica (fitoplancton, batteri) possono rimanere intrappolati in sedimenti fini (argillosi)rimanere intrappolati in sedimenti fini (argillosi)
durante la diagenesi della argillite durante la diagenesi della argillite (roccia (roccia madremadre) la materia organica può trasformarsi in ) la materia organica può trasformarsi in petroliopetrolio (liquido, gassoso, semisolido) (liquido, gassoso, semisolido)
– a T≈50°C P=0.03 GPa: si genera metano e la a T≈50°C P=0.03 GPa: si genera metano e la sostanza organica si trasforma in sostanza organica si trasforma in kerogenekerogene
– T=50-100°C, P=0.03-0.15 GPa: espulsione T=50-100°C, P=0.03-0.15 GPa: espulsione acqua, generazione olio e gasacqua, generazione olio e gas
– T>200°C, P>0.15 GPa: l’olio si trasforma in gasT>200°C, P>0.15 GPa: l’olio si trasforma in gas il petrolio si sposta e migra in rocce porose e il petrolio si sposta e migra in rocce porose e
permeabili (permeabili (rocce serbatoiorocce serbatoio), accumulandosi ), accumulandosi dove le condizioni stratigrafiche e/o tettoniche dove le condizioni stratigrafiche e/o tettoniche lo consentano (lo consentano (trappoletrappole))
i giacimenti di petrolio si trovano in zone di i giacimenti di petrolio si trovano in zone di prolungato accumulo di sedimentiprolungato accumulo di sedimenti
gradiente termico (°C/100m)
pro
fon
dit
à (k
m)
1 2 3 4 5
1
2
3
4
5
6
7
8
intervallo di T per
generaz. di olio
65°C
150°
C
gasbiogenico
gastermico
oiloilwindowwindow
6-12-2004 65
C7 - Rocce IgneeC7 - Rocce Ignee
la classificazione si basa sulla combinazione di due tipi di dati:la classificazione si basa sulla combinazione di due tipi di dati:
tessitura + costituentitessitura + costituenti struttura (o tessitura)
– cristallinità – dimensioni, forma e rapporti spaziali delle sue fasi costituenti
struttura si forma durante il passaggio del sistema dallo stato liquido allo stato solido
fattore esterni che influenzano il tipo di struttura: Velocità della diminuzione di temperatura
– meccanismo di risalita del magma (intrusione, effusione, esplosione)– interazione termica con superficie terrestre, aria, acqua, ghiaccio
Fasi PRIMARIE (segregate direttamente dal magma)
– Fasi minerali (reticolo cristallino ordinato)
– Vetro: materiale solido amorfo con struttura simile a quella del liquido
struttura e costituenti possono subire modificazioni secondarie = processi di alterazione = formazioni di fasi SECONDARIE
l'evoluzione del sistema è controllata da velocità di raffreddamento, viscosità e caratteristiche chimico-fisiche del magma
6-12-2004 66
Descrizione tessiturale rocce igneeDescrizione tessiturale rocce ignee
cristallinità (grado di cristallizzazione) olocristallina (tutta la roccia formata da cristalli) ipocristallina (roccia formata in parte cristalli, in parte da vetro; specificare le %) oloialina, vetrosa (tutta la roccia formata da vetro)
granularità faneritica (tutti cristalli sono visibili a occhio nudo)
– tipica di rocce plutoniche afanitica (nessun cristallo sono visibili a occhio nudo)
– tipica di rocce vulcaniche porfirica (cristalli visibili a occhio nudo in pasta di fondo afanitica)
– tipica di rocce vulcaniche
grana– grossa (>5 mm)– media (1-5 mm)– grana fine (< 1 mm)
equigranulare (tutti cristalli approssimativamente delle stesse dimensioni) disequigranulare (non necessario se si usa il termine "porfirica")
6-12-2004 67
indice di porfiricitàindice di porfiricità = somma delle abbondanze modali (% vol.) di fenocristalli = somma delle abbondanze modali (% vol.) di fenocristalliindice di coloreindice di colore = somma delle abbondanze modali (% vol.) di minerali femici (colorati) = somma delle abbondanze modali (% vol.) di minerali femici (colorati)
20% 30%
50%40%
1% 5%
15%10%
6-12-2004 68
I minerali PRIMARI delle rocce igneeI minerali PRIMARI delle rocce ignee
FondamentaliFondamentali ((comunemente costituiscono parte rilevante (>5%) e caratterizzante della roccia)
Sialici Sialici (r(ricchi in Si e Al)
– QuarzoQuarzo SiOSiO22
– Feldspati Feldspati Feldspati alcaliniFeldspati alcalini KAlSiKAlSi33OO8 8 - NaAlSi- NaAlSi33OO88
PlagioclasiPlagioclasi NaAlSiNaAlSi33OO8 8 - CaAlSi- CaAlSi22OO88
– Feldspatoidi Feldspatoidi NefelinaNefelina NaAlSiONaAlSiO44
LeuciteLeucite KAlSiKAlSi22OO66
– Mica biancaMica bianca muscovitemuscovite KAlKAl22AlSiAlSi33OO1010(OH)(OH)22
Femici Femici (r(ricchi in Fe e Mg)
– OlivinaOlivina MgMg22SiOSiO44 - Fe - Fe22SiOSiO44
– Pirosseni Pirosseni OrtopirosseniOrtopirosseni MgMg22SiSi22OO66 - Fe - Fe22SiSi22OO66
ClinopirosseniClinopirosseni CaCaMgSiMgSi22OO66 - CaFeSi - CaFeSi22OO66
– Anfiboli Anfiboli OrneblendaOrneblenda NaNa0-10-1CaCa22[(Mg, Fe’’[(Mg, Fe’’22))44(Fe’’’,Al,Ti)][Si(Fe’’’,Al,Ti)][Si66(Si,Al)(Si,Al)22]O]O2222(OH,F)(OH,F)22
– Mica nera Mica nera BiotiteBiotite K(Mg, Fe’’)K(Mg, Fe’’)33[AlSi[AlSi33OO1010(OH,F)(OH,F)22]]
AccessoriAccessori ((quasi mai costituiscono parte rilevante della roccia)
diffusi diffusi (si ritrovano comunemente in moltissime rocce)
– magnetitemagnetite– ilmeniteilmenite– apatiteapatite– zirconezircone– monazitemonazite
Specifici Specifici ((si ritrovano soltanto in rocce di composizione particolare)
– cromitecromite– spinellispinelli– tormalinatormalina– titanitetitanite– xenotimoxenotimo– fluoritefluorite– perovskiteperovskite– epidotiepidoti– scapolitescapolite– granatigranati– cordieritecordierite– andalusiteandalusite– sillimanitesillimanite– corindonecorindone
6-12-2004 69
classificazione modaleclassificazione modale(moda = % in volume dei minerali costituenti)(moda = % in volume dei minerali costituenti)
una roccia è costituta da 5 fasi minerali A = 20 vol% B = 40 vol% C = 10 vol% D = 10 vol% E = 20 vol% qual è il punto rappresentativo della sua
moda nel diagramma ternario A-B-C?
AA
BB CC
si ricalcolano a 100 i valori di A, B, C:– AABC = A/(A+B+C)*100 = 20/70*100=29
– BABC = B/(A+B+C) *100 = 40/70*100=57
– CABC = C/(A+B+C) *100 = 10/70*100=14
si riportano nel diagramma ternario A-B-C i valori di AABC , BABC , CABC
6-12-2004 70
PERIDOTITIPERIDOTITI
PIROSSENITIPIROSSENITI
OlOl
CpxCpxOpxOpx
Diagramma Ol-Opx-CpxDiagramma Ol-Opx-Cpxclassificazione rocce ultrafemiche (M≥90)classificazione rocce ultrafemiche (M≥90)
tipiche del mantello terrestretipiche del mantello terrestre
Classificazione IUGS delle rocce igneeClassificazione IUGS delle rocce ignee
se M ≥ 90 se M ≥ 90 roccia roccia ultrafemica, classificazione ultrafemica, classificazione con diagramma Ol-Opx-Cpxcon diagramma Ol-Opx-Cpx
se M < 90 se M < 90 roccia da roccia da classificare con diagramma classificare con diagramma doppio triangolare QAPFdoppio triangolare QAPF
M = minerali femiciM = minerali femici– olivinaolivina– pirossenipirosseni– anfibolianfiboli– biotitebiotite
dunitedunite
websteritewebsteriteolivinicaolivinica
lherzolitelherzolite wehrlitewehrliteharzburgiteharzburgite
websteritewebsteriteortopirosseniteortopirossenite
clinopirossenite clinopirossenite olivinicaolivinica
ortopirosseniteortopirossenite olivinica olivinica
clinopirosseniteclinopirossenite
6-12-2004 71
Classificazione IUGSClassificazione IUGSdelle rocce plutonichedelle rocce plutoniche
QQ = quarzo = quarzo
AA = feldspatI alcalini = feldspatI alcalini
P = P = plagioclasiplagioclasi
FF = feldspatoidi = feldspatoidi
PPAA
FF
sienogranito
monzogranito
granodiorite
tonalitetonalite
granitogranitoa feldspatoa feldspato alcalinoalcalino
quarzosienite
quarzomonzonite
qmdqmg
monzonite md/mgsienitefoid-sienite foid-monz. fmd/fmg
gabbrodioriteanortosite
quarzosienite a felds. alc.
foid-monzo sienite
foid-monzo diorite
foid-monzo gabbro
foid-sienite foid-dioritefoid-gabbro
foidolite
granitoidiricchi in quarzo
silexite
quarzodioritequarzogabbroquarzoanortosite
foid-dioritefoid-gabbrofoid-anortosite
rocce intrusiverocce intrusiveM < 90M < 90
foidsienite a felds. alc.
sienitea felds. alc.
6-12-2004 72
Classificazione IUGSClassificazione IUGSdelle rocce vulcanichedelle rocce vulcaniche
PPAA
riolite dacite rioliteriolitea feldspatoa feldspato alcalinoalcalino
quarzotrachite
quarzolatitelatitetrachite
foid-trachite foid-latite
foid-trachitefoid-trachite a felds. alc.a felds. alc.
basalto
fonolitefonolitetefriticatefritica
basanitebasanitefonoliticafonolitica(ol>10%)(ol>10%)
tefritetefritefonoliticafonolitica(ol<10%)(ol<10%)
fonolitefonolite
foiditefoiditefonoliticafonolitica
foiditefoiditetefriticatefritica
foiditefoidite
andesite
quarzoquarzotrachite a f.a. trachite a f.a.
rocce vulcanicherocce vulcanicheM < 90M < 90
tefritetefrite
trachitetrachite a felds. alc.a felds. alc.
QQ = quarzo = quarzo
AA = feldspatI alcalini = feldspatI alcalini
P = P = plagioclasiplagioclasi
FF = feldspatoidi = feldspatoidi
FF
6-12-2004 73
Schema classificativo delle rooce igneeSchema classificativo delle rooce igneeutilizzabile sul terreno e per campioni macroutilizzabile sul terreno e per campioni macro
feldspatifeldspati
rocceroccevulcanichevulcaniche
roccerocceplutonicheplutoniche
basalto
≈ ≈ nono plagioclasio >>plagioclasio >>feldspato alcalinofeldspato alcalino
plag. ≈plag. ≈felds.alc.felds.alc.
plagioclasio <plagioclasio <feldspato alcalinofeldspato alcalino
quarzoquarzo nono relativam.relativam.abbondanteabbondante abbondanteabbondante
indice diindice dicolorecolore > 90> 90 90 - 4090 - 40 40 - 2040 - 20 < 20< 20
scarsoscarso scarsoscarso
plag. >plag. >felds.alc.felds.alc.
andesite dacite latite trachite riolite
gabbro diorite granodiorite monzonite sienite granitoperidotite
pirossenitedunite
6-12-2004 74
distribuzione dei minerali nelle rocce igneedistribuzione dei minerali nelle rocce ignee
6-12-2004 75
Composizione delle rocce igneeComposizione delle rocce ignee
vulcanicavulcanica basaltobasalto andesiteandesite rioliteriolite trachitetrachite leucititeleucitite
plutonicaplutonica peridotiteperidotite gabbrogabbro dioritediorite granitogranito sienitesienite (raro)(raro)
SiOSiO22 42.342.3 49.249.2 58.058.0 72.872.8 61.261.2 40.640.6
TiOTiO22 0.60.6 1.81.8 0.90.9 0.30.3 0.70.7 2.662.66
AlAl22OO33 4.24.2 15.715.7 17.017.0 13.313.3 17.017.0 14.314.3
FeFe22OO33 3.63.6 3.83.8 3.33.3 1.51.5 3.03.0 5.55.5
FeOFeO 6.66.6 7.17.1 4.04.0 1.11.1 2.32.3 6.26.2
MnOMnO 0.40.4 0.20.2 0.10.1 0.10.1 0.20.2 0.30.3
MgOMgO 31.231.2 6.76.7 3.33.3 0.40.4 0.90.9 6.46.4
CaOCaO 5.05.0 9.59.5 6.86.8 1.11.1 2.32.3 11.911.9
NaNa22OO 0.50.5 2.92.9 3.53.5 3.63.6 5.55.5 3.53.5
KK22OO 0.30.3 1.11.1 1.61.6 4.34.3 5.05.0 4.84.8
PP22OO55 0.10.1 0.40.4 0.20.2 0.10.1 0.20.2 1.11.1
HH22OO 3.93.9 1.01.0 0.80.8 1.11.1 1.21.2 1.61.6
6-12-2004 76
Classificazione IUGS delle rocce vulcanicheClassificazione IUGS delle rocce vulcanichediagramma TAS (Total Alkali - Silica)diagramma TAS (Total Alkali - Silica)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76
foiditefoidite
andesiteandesite
basaltobasaltopicriticopicritico
basaltobasalto
fonolitefonolitetefriticatefritica trachitetrachite
trachidacitetrachidacite
rioliteriolite
trachibasaltotrachibasalto
trachiandesitetrachiandesite basalticabasaltica
trachiandesitetrachiandesite
dacitedaciteandesiteandesitebasalticabasaltica
tefritetefritefonoliticafonolitica
fonolitefonolite
basanitebasanite
tefritetefrite
0
2
4
6
8
10
12
14
16
36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76
SiO2 wt%
Na 2
O +
K2O
wt%
ultrabasico basico intermedio acido
6-12-2004 77
Ambiente geodinamico e genesi dei magmiAmbiente geodinamico e genesi dei magmi
basalti tholeiiticipoveri in Kricchi in Si
MORB
basalti calcoalcaliniricchi in AlCAB / VAB
andesitibasalti alcaliniricchi in Na (K)
poveri in SiOIB
trachiti - rioliti
basalti alcaliniricchi in Napoveri in Si
OIB
6-12-2004 78
C8 - Rocce MetamorficheC8 - Rocce Metamorfiche
50
40
30
20
10
0
faciesfaciesscisti bluscisti blu
facies cornubianiticafacies cornubianitica
faciesfacieszeoliticazeolitica
faciesfaciespu-acpu-acpr-pupr-pupr-acpr-ac
faciesfaciesscistiscistiverdiverdi
faciesfaciesanfiboliticaanfibolitica
faciesfaciesgranuliticagranulitica
faciesfacieseclogiticaeclogitica
ab-epab-ep hblhbl pxpx sansan
Pre
ssio
ne
(GP
a) profondità (km
)
Temperatura (°C)0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Facies metamorfiche = ambientazione fisica del metamorfismoFacies metamorfiche = ambientazione fisica del metamorfismo
6-12-2004 79
Tipi di rocce metamorficheTipi di rocce metamorficheNomenclatura delle rocce metamorficheNomenclatura delle rocce metamorfiche
La nomenclatura delle rocce metamorfiche si basa sui seguenti criteri, che possono essere usati singolarmente o in combinazione tra loro:
– tessitura (struttura) della roccia grana (dimensioni dei cristalli) grado di sviluppo di anisotropia (foliazione)
– natura del materiale originario (composizione del protolite)
– mineralogia metamorfica (sviluppata durante il processo metamorfico)
– nomi speciali
6-12-2004 80
Tipi di rocce metamorficheTipi di rocce metamorfiche
Nomenclatura TessituraleNomenclatura Tessiturale
tessituratessituragranagrana
finefine mediamedia grossagrossa
poco foliatapoco foliatacornubianitecornubianite
(hornfels)(hornfels)
granofelsgranofels
marmomarmo
quarzitequarzite
anfiboliteanfibolite
granofelsgranofels
marmomarmo
quarzitequarzite
anfiboliteanfibolite
molto foliatamolto foliataardesiaardesia
filladefilladescistoscisto gneissgneiss
molto foliata molto foliata e deformata e deformata per taglioper taglio
milonitemilonite scisto scisto miloniticomilonitico
gneiss gneiss occhiadinoocchiadino
6-12-2004 81
Tipi di rocce metamorficheTipi di rocce metamorfiche
Nomenclatura in base alla natura delNomenclatura in base alla natura del PROTOLITE
PROTOLITEPROTOLITE ROCCE METAMORFICHEROCCE METAMORFICHE
argilliti (peliti)argilliti (peliti) argillite, marnaargillite, marna ardesia, fillade, scisto, ardesia, fillade, scisto, micascisto, gneiss, migmatitemicascisto, gneiss, migmatite
rocce basicherocce basiche basalto, gabbro, (andesite, basalto, gabbro, (andesite, diorite)diorite)
metabasalto, spilite, scisto verde, metabasalto, spilite, scisto verde, anfibolite, scisto blu, eclogiteanfibolite, scisto blu, eclogite
rocce ultrafemicherocce ultrafemiche peridotiteperidotite serpentiniteserpentinite
rocce carbonaticherocce carbonatiche calcare, dolomiacalcare, dolomia marmomarmo
rocce quarzo-rocce quarzo-feldspatichefeldspatiche
granito, riolite, granodiorite,granito, riolite, granodiorite,
arcose, grovaccaarcose, grovacca
metagranito, metariolite, metagranito, metariolite, scisto, gneissscisto, gneiss
rocce siliceerocce silicee arenaria quarzosa, selcearenaria quarzosa, selce quarzitequarzite
6-12-2004 82
I minerali nelle rocce metamorficheI minerali nelle rocce metamorfiche regola delle fasi regola delle fasi
regola delle fasi di Gibbs : regola delle fasi di Gibbs : V = C - F + 2V = C - F + 2– VV = gradi di libertà del sistema = numero di parametri = gradi di libertà del sistema = numero di parametri
intensivi che possono variare indipendentemente (es.: intensivi che possono variare indipendentemente (es.: temperatura, pressione, composizione di ogni fase)temperatura, pressione, composizione di ogni fase)
– CC = n. di componenti del sistema = n. MINIMO di specie = n. di componenti del sistema = n. MINIMO di specie chimiche necessarie per descrivere tutte le fasi del sistemachimiche necessarie per descrivere tutte le fasi del sistema
– FF = n. di fasi del sistema = n. di fasi del sistema regola mineralogica delle fasi di Goldschmidtregola mineralogica delle fasi di Goldschmidt
– poiché generalmente V ≥ 2, F ≤ C : in un sistema all'equilibrio poiché generalmente V ≥ 2, F ≤ C : in un sistema all'equilibrio il numero massimo delle fasi è uguale al numero dei il numero massimo delle fasi è uguale al numero dei componenticomponenti
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Tipi di rocce metamorficheTipi di rocce metamorfiche
metamorfismo di Argilliti e Basaltimetamorfismo di Argilliti e Basalti
nome della roccia
foliazione
dimens. cristalli(di mica
associazionemineralogica
BASALTO
assente
visibile con lente
olivina, pirosseno,plagioclasio
scisto verde
distinta
visibile con lente
clorite, epidoto,plagiocl., (calcite)
anfibolite
poco distinta(anfibolo)
visibile a occhio
anfibolo, epidoto,plagiocl., (calcite)
granulite
indistinta(no miche)
medio-grossa
pirosseno,plagioclasio
granato
nome della roccia
foliazione
dimens. cristalli(di mica)
associazionemineralogica
ARGILLITE
assente
microscopica
minerali argillosi,quarzo, calcite
ardesia fillade
sottile distinta
microscopica visibile con lentequarzo, clorite,
muscovite,plagioclasio
scisto
scistosità
ben visible
quarzo, muscovite,biotite, plagiocl.,
granato, staurolite
gneiss
layeringcomposizionale
medio-grossa
quarzo, biotite,plagiocl., granato
sillimanite
grado metamorficogrado metamorfico basso medio alto basso medio alto
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Tipi di rocce metamorficheTipi di rocce metamorfiche
Nomi specialiNomi speciali scisto verdescisto verde
– metabasite verde, foliata; clorite, epidoto, actinolitemetabasite verde, foliata; clorite, epidoto, actinolite scisto bluscisto blu
– metabasite foliata scura (verde-violetto-blu); anfibolo sodico blumetabasite foliata scura (verde-violetto-blu); anfibolo sodico blu anfiboliteanfibolite
– metabasite o metasedimento verde scuro (foliata); orneblenda e plagioclasiometabasite o metasedimento verde scuro (foliata); orneblenda e plagioclasio serpentiniteserpentinite
– metaperidotite massiva verde, nera (rossastra); serpentinometaperidotite massiva verde, nera (rossastra); serpentino eclogiteeclogite
– metabasite massiva rossa e verde; granato e pirosseno omfaciticometabasite massiva rossa e verde; granato e pirosseno omfacitico granulitegranulite
– roccia massiva; plagioclasio, pirosseno, granatoroccia massiva; plagioclasio, pirosseno, granato migmatitemigmatite
– roccia mista con porzioni scure ricche in biotite e porzioni chiare quarzofeldspaticheroccia mista con porzioni scure ricche in biotite e porzioni chiare quarzofeldspatiche skarnskarn
– prodotto di metasomatismo su calcari al contatto di intrusioni igneeprodotto di metasomatismo su calcari al contatto di intrusioni ignee
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Rocce MetamorficheRocce Metamorfiche
50
40
30
20
10
0
scisto bluscisto blu
scisto verdescisto verde
anfiboliteanfibolitegranulitegranulitemaficamafica
eclogiteeclogite
Pre
ssio
ne
(Gpa
)profon
dità (km)
Temperatura (°C)0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Rocce con protolite basico (basalto, gabbro, andesite)Rocce con protolite basico (basalto, gabbro, andesite)
spilitespilite(fondo oceanico)(fondo oceanico)
c o r n u b i a n i t ec o r n u b i a n i t e
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Rocce MetamorficheRocce Metamorfiche
50
40
30
20
10
0 c o r n u b i a n i t ec o r n u b i a n i t e
ardesiaardesia
filladefillade
scistoscistogneissgneiss
eclogiticaeclogiticafelsicafelsica
Pre
ssio
ne
(Gpa
)profon
dità (km)
Temperatura (°C)0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Rocce con protolite pelitico (argillite)Rocce con protolite pelitico (argillite)
granulitegranulitefelsicafelsica
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Reazioni metamorficheReazioni metamorfiche
reazioni polimorfereazioni polimorfe– AlAl22SiOSiO55
– CaCOCaCO33
reazioni discontinuereazioni discontinue– Ab=Jd+QtzAb=Jd+Qtz
– Ms+Qtz=Kfs+Sil+HMs+Qtz=Kfs+Sil+H22OO
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variazioni P-Tvariazioni P-T
lo studio delle lo studio delle associazioni associazioni mineralogiche mineralogiche delle rocce delle rocce metamorfiche metamorfiche permette di permette di ricostruire in che ricostruire in che modo è variata P modo è variata P rispetto a T rispetto a T (gradiente termo-(gradiente termo-barico del barico del metamorfismo)metamorfismo)
22.11.04 89
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