le rocce

I MINERALI
Il minerale è un solido cristallino esistente in natura, con composizione chimica definita e costante.
Si distinguono l’uno dall’altro per le seguenti caratteristiche fisiche: abito cristallino, lucentezza e
la durezza.
Differenza tra solidi cristallini e amorfi
Solidi cristallini
La struttura intera dei cristallini si
chiama RETICOLO CRISTALLINO:
-distribuzione ordinata di punti la cui
unità
si
chiama
CELLA
ELEMENTARE la quale si ripete
infinite volte nello spazio. La forma
esterna (abito) rispecchia la forma della
cella elementare. I solidi cristallini
fondono a temperatura costante.
quarzo
Solidi amorfi
La struttura del solido amorfo è
costituita da particelle distribuiti a caso,
come nei liquidi, ma a differenza di
essi le particelle in questi solidi sono
ferme.
I solidi amorfi passano gradualmente
dallo stato solido al liquido.
Differenza tra calore e temperatura
Calore
È una forma di energia ; qualcosa che passa da
un corpo ad un altro
©laura Condorelli 2009
Temperatura
È una proprietà del sistema legata alla velocità
di movimento delle particelle.
E= 3/2KT
Passaggi di stato
Calore latente di fusione:
Calore assorbito a temperatura costante durante il processo di fusione. Quando il solido diventa
liquido assorbe il calore dall’ambiente per fondere. Il calore latente viene restituito quando si passa
da stato liquido a solido (quando nevica la temperatura si alza)
Calore latente di evaporazione:
Calore assorbito da parte del sistema a temperatura costante durante il processo di evaporazione nel
passaggio da liquido a gas. Anche in questo caso quando il gas diventa liquido il calore viene
restituito all’ambiente.
L'abito cristallino
L'abito cristallino è una descrizione delle forme e degli aggregati che un determinato minerale può
assumere in natura; può avere diverse forme classificate in sistemi sulla base degli assi di simmetria
•
Cubico
a=b=c=90°
a=b=c
©laura Condorelli 2009
ESACISOTTAEDRICA o della fluorite
ESACISTETRAEDRICA o della blenda
ICOSITETRAEDRICA PENTAGONALE
DIACISDODECAEDRICA o della pirite
PENTAGONODODECAEDRICA-TETRAEDRICA o della pirite
•
Tetragonale
a=b=c=90°
a=b=c
•
Trigonale
a=b=c=120°
a=b=c
•
Esagonale
a=b=c=120°
a=b=c
©laura Condorelli 2009
BIPIRAMIDALE DITETRAGONALE
TRAPEZOEDRICA TETRAGONALE
BIPIRAMIDALE TETRAGONALE
PIRAMIDALE DITETRAGONALE
PIRAMIDALE TETRAGONALE
SCALENOEDRICA TETRAGONALE
TETRAGONALE BISFENOIDALE
BIPIRAMIDALE DITRIGONALE
SCALENOEDRICA DITRIGONALE o della calcite
BIPIRAMIDALE TRIGONALE o del quarzo
TRAPEZOEDRICA TRIGONALE
ROMBOEDRICA o della dolomite
PIRAMIDALE DITRIGONALE
PIRAMIDALE TRIGONALE
BIPIRAMIDALE DIESAGONALE o del berillo
TRAPEZOEDRICA ESAGONALE
BIPIRAMIDALE ESAGONALE
PIRAMIDALE DIESAGONALE
PIRAMIDALE ESAGONALE
•
Ortorombico
a=b=c=90°
a=b=c
BIPIRAMIDALE ROMBICA
BISFENOIDALE ROMBICA
PIRAMIDALE ROMBICA
•
Monoclino
a=c=90°
a=b=c
PRISMATICA
DOMATICA
SFENOIDALE
•
Triclino
a=b=c=90°
a=b=c
PINACOIDALE o dell'albite
PEDIALE
©laura Condorelli 2009
La durezza
E' la resistenza che la superficie liscia
di un minerale offre all'abrasione; in
base a questa, si dividono i corpi in
duri (non scalfibili da punta di acciaio),
semiduri (scalfibili da punta di
acciaio),
teneri
(scalfibili
da
un'unghia). Si determina la durezza
osservando per confronto la facilità o la
difficoltà con cui un minerale viene
graffiato da un altro minerale, scelto
lungo la scala di durezza di Mohs, che
li classifica dal più tenero al più duro.
Lucentezza
La lucentezza dei minerali è una caratteristica che dipende da più fattori contemporanei quali
l'indice di rifrazione, la dispersione, la densità ottica e la tessitura della superficie (che può essere la
faccia di un cristallino od una superficie di frattura).
Non è quindi possibile misurare la lucentezza. Essa si può comunque distinguere in metallica
(riflette la luce), opaca (tipica delle sostanze che assorbono completamente la luce) e non metallica
(tipica dei corpi più o meno trasparenti).
Ad indici di rifrazione maggiori corrispondono maggiori quantità di luce riflessa e quindi maggiore
lucentezza; si può ottenere una scala di lucentezza, in funzione dell'indice di rifrazione, dove i
termini che la caratterizzano sono:
Metallica: riflette completamente la luce
Adamantina: assai brillante, simile a quella del
(alluminio)
diamante (diamante, sfalerite, cassiterite)
Subadamantina
Vitrea: simile al vetro
©laura Condorelli 2009
Resinosa: simula la lucentezza della resina
Perlacea: lucentezza simile
all'iridescenza della perla
Sericea: è giallognola, sembra seta ed è tipica dei
minerali di aspetto fibroso
Minerali caratteristici
Diamante (C ) abito ottaedrico, lucentezza adamantina
Zolfo (S) abito bi piramidale rombico, lucentezza sericea
Gesso (CaSO4) abito
geminato a coda di
rondine. Lucentezza
traslucida
©laura Condorelli 2009
Gesso geminato a ferro di
lancia
Salgemma (NaCl) abito cubico, lucentezza
traslucida
Quarzo (SiO2) abito piramidale trigonale (in
realtà sembra esagonale per essere un
geminato). Lucentezza traslucida
Bauxite (Al2O3) lucentezza opaca
Il colore
Il colore di un cristallo è una proprietà ottica molto evidente, ma non sempre è diagnostica. I
minerali sono generalmente colorati e ben pochi sono quelli incolori. I minerali colorati si
distinguono in:
•
Idiocromatici: dotati di colore proprio connesso alla loro natura chimica. Si riconoscono
perché la loro polvere ha lo stesso colore del minerale in massa anche se più chiaro.
•
Allocromatici: minerali che hanno colore improprio prodotto da sostanze accidentalmente
incluse. La loro polvere è biancastra e possono variare di colore per riscaldamento, irradiazione con
raggi x.
La classificazione dei minerali
La classificazione dei minerali si divide in 9 classi ed è fondata su criteri “cristallochimici” in
quanto tiene conto sia della composizione chimica dei minerali sia del loro abito cristallino.
1.
ELEMENTI NATIVI: il gruppo degli elementi nativi include metalli (Au, oro; Ag, argento;
Cu, rame), alcuni composti intermetallici, semi-metalli e non metalli (antimonio, bismuto, graffite,
zolfo). Questo gruppo comprende anche alcune leghe naturali come l'elettro (lega di oro ed
argento), fosfuri, siliciuri, nitriti e carburi ( i quali si trovano in natura solo in alcune rare meteoriti).
Generalmente sono elementi chimici reperibili in natura senza essere legati con altre sostanze.
2.
SOLFURI: i solfuri sono composti dello zolfo con elementi metallici fra cui rame, piombo,
zinco, mercurio,argento, ferro, molibdeno, cobalto, nichel. Alcuni esempi: pirite (FeS2, solfuro di
ferro), galena (PbS, solfuro di piombo), cinabro (HgS, solfuro di mercurio), blenda o sfalerite (ZnS,
solfuro di zinco), calcopirite (CuFeS2, solfuro di rame e ferro), pirrotina (FeS, solfuro di ferro) e
covellina (CuS, solfuro di rame).
3.
ALOGENURI: gli alogenuri sono il gruppo di minerali che formano i sali naturali e
comprendono la fluorite, il salgemma (NaCl) ed il sale di ammonio (cloruro di ammonio).
4.
OSSIDI: appartengono a questa classe i composti formati dai metalli con l'ossigeno o con lo
ione ossidrile. Sono in genere prodotti dall'alterazione di minerali preesistenti, tra cui i più
importanti: quarzo (ossido di silicio), magnetite (Fe3O4, ossido ferrico), corindone (Al2O3, ossido di
alluminio) di cui sono note le varietà di rubino e zaffiro, ematite (Fe2O3, ossido ferrico), ghiaccio
(ossido di idrogeno).
IDROSSIDI: hanno nella loro struttura un atomo di ossigeno legato ad un atomo di idrogeno (OH
ione ossidrile).
5.
NITRATI: formati da composti dove lo ione di nitrato (NO3-) si lega con quasi tutti gli ioni
metallici.
CARBONATI: sono quei minerali contenenti l'anione (CO3)2- ed includono calcite ed aragonite
(entrambi carbonato di calcio), dolomite (carbonato di magnesio e calcio) e siderite (carbonato di
ferro). I carbonati sono formati per lo più dalle conchiglie del plancton depositatesi sul fondo
marino, ovvero il calcare (CaCO3) ha la caratteristica di essere insolubile, solo l'acido lo può
sciogliere.
BORATI: formati da composti dove lo ione di borato (BO3) si lega con quasi tutti gli ioni metallici.
6.
SOLFATI E CROMATI: contengono l'anione solfato (SO4)2-. I solfati si formano negli
ambienti sottoposti a forte evaporazione dove acque molto saline evaporano lentamente
permettendo la formazione di solfati e alogenuri sulla superficie dei sedimenti. I solfati più comuni
sono l'anidrite (solfato di calcio), il gesso (solfato di calcio idrato) gesso e la barite.
7.
FOSFATI, ARSENIATI E VANADATI: Il gruppo dei fosfati include minerali con l'unità
tetraedrica AO4 dove A può essere fosforo (PO4), antimonio, arsenico o vanadio. Alcuni fosfati
comuni sono: l'apatite e la vanadinite.
©laura Condorelli 2009
8.
SILICATI: sono composti da silicio ed
ossigeno con l'aggiunta di ioni come magnesio,
ferro e calcio. Alcuni importanti silicati, che
entrano anche nella composizione di molte rocce,
sono: feldspati, quarzo, olivine, pirosseni, granati
e miche. L'unità fondamentale del reticolo
cristallino è il tetraedro (SiO4)4- in cui il silicio è
al centro e i quattro atomi di ossigeno ai vertici. I
vari tetraedri possono essere isolati o uniti fra
loro; la classificazione dei silicati si basa proprio
sui diversi modi in cui sono legate fra loro le varie
unità tetraedriche.
I silicati si suddividono in altre classi:
nesosilicati (olivina, staurolite); sorosilicati (vesuviana); ciclosilicati (berillo, tormalina); inosilicati
(augite, glaucofane); filosilicati (apofillite, muscovite, crisolito) e tettosilicati (leucite, ortoclasio,
albite).
Nei silicati il legame con determinati ioni positivi possono determinare una colorazione chiara o
scura del minerale:
•
colorazione chiara: minerali leucocrati Na+(plagioclasi, albite), K+(K-feldspato, quando è
bianco non si distinguere dagli altri plagioclasi), Ca++(anortite), Al+++;
•
colorazione scura: minerali leucocrati Fe++, Mg++: piroseni, anfiboli (sono lunghi e neri),
olivina (è verde), mica biotite;
Silicati che possono essere di diverso colore si riconoscono perché si sfaldano a lamelle.
9.
COMPOSTI ORGANICI: in questa classe sono compresi i pochi minerali organici reperibili
in natura, assimilabili a resine fossili come l'ambra che hanno perso gran parte dei componenti
volatili dopo milioni di anni di seppellimento. Oltre all'ambra (ricca di acido succinico), sono
compresi in questa classe alcuni minerali rinvenuti in giacimenti carboniferi e lignitiferi .
©laura Condorelli 2009
LE ROCCE
Le rocce sono aggregati di più minerali che
costituisco masse distinguibili geologicamente
della crosta terrestre.
I caratteri che contraddistinguono un
determinato tipo di roccia sono numerosi e
vanno dalla composizione chimica, alla struttura
mineralogica,
alla
genesi,
alla
storia
deformativa, al rapporto con altre rocce.
Tutte le rocce che si possono osservare sulla
Terra sono il risultato di diversi processi di
formazione che si possono riassumere in tre
grandi processi chimico fisici fondamentali:
•
Rocce magmatiche (processo magmatico o igneo) cristallizzazione da un fuso
magmatico:
esse derivano dal processo di consolidamento del magma: massa allo stato fuso composta da un
misto di composti chimici (principalmente silicati) ricca di elementi volatili (perdita dei gas). Il
magma può derivare dalla fusione del mantello o dalla fusione delle porzioni più profonde della
crosta terrestre (rocce preesistenti).
Nel movimento del magma verso la superficie si cristallizzano diversi tipi di minerali al variare
delle condizioni di pressione e temperatura seguendo delle serie chimiche ben note. A seconda del
momento in cui il processo di cristallizzazione viene interrotto si possono formare diversi tipi di
rocce magmatiche.
•
Rocce intrusive: (per esempio il
granito) si sono cristallizzate lentamente ed in
profondità quindi durante la solidificazione non
emergono mai, per cui i vari minerali
componenti sono cristalli ben evidenti, perché
con un raffreddamento più lento i singoli
minerali hanno il tempo di accrescersi. Le rocce
intrusive hanno una struttura olocristallina.
•
Rocce ipoabissali: (per esempio il porfido) si sono cristallizzate a profondità intermedie ma
più velocemente, in corpi di dimensioni limitate.
•
Rocce effusive: (per esempio il basalto e la pomice) si
sono cristallizzate in superficie con un raffreddamento
rapidissimo, in modo che i minerali cristallizzano in dimensioni
microscopiche o non cristallizzano affatto, perché non hanno il
tempo di accrescersi. Le rocce effusive hanno una struttura
microcristallina.
©laura Condorelli 2009
•
Quando il raffreddamento del
magma è molto rapido (la lava si
solidifica all'istante prima di toccare
terra) si può vedere nelle rocce una
struttura bollosa o vescicolare, cioè
con i buchi come la pomice o vetrosa,
cioè un solido amorfo come
l'ossidiana.
Le rocce magmatiche, inoltre, si classificano anche in base all’acidità. Nelle rocce acide (famiglia
dei graniti) prevalgono i colori chiari (minerali leucocrati come quarzo, plagioclasi, K felispato,
mentre come unico minerale scuro è resente la mica biotite), in quelle basaltiche, al contrario,
prevalgono i colori scuri (minerali melanocrati come anbiboli, pirosseni, olivina e come unici
minerali chiari sono in genere presenti i plagioclasi).
Rocce sedimentarie (processo sedimentario) precipitazione chimico-fisica da una soluzione:
si formano in seguito a un accumulo di sedimenti provenienti dal disfacimento di altre rocce in
seguito ai processi di erosione, trasporto, accumulo e litificazione; derivanti dall'azione di organismi
viventi o da processi chimici, all'interno di un ambiente fluido.
•
Quando l'azione di accumulo
avviene per processi essenzialmente
fisici si parla di processo sedimentario
clastico o detritiche: si formano in
seguito all'erosione per conto degli agenti
atmosferici e anche grazie al trasporto
attraverso essi, accumulo e litificazione
(soluzione cementante) di detriti.
Queste rocce (per esempio arenarie) sono
costituite da frammenti di differenti
dimensioni di rocce di ogni tipo;
vengono classificate in relazione alla
dimensione dei clasti e alla composizione
chimico mineralogica.
•
Clasti maggiori di 2 cm ->
conglomerati
•
Clasti compresi tra 2 mmm e 2
cm -> arenarie
•
Clasti minori di 2 mm-> argilliti
©laura Condorelli 2009
•
Quando in un bacino si ha una forte
evaporazione può verificarsi la precipitazione
diretta dei sali disciolti nell'acqua, questo
processo è detto chimico: (per esempio la
formazione dei gessi) il deposito di sedimenti
viene poi trasformato in roccia a seguito di
processi di compattazione e cementazione.
La maggior parte di queste rocce sono calcaree.
Quelle di origine marina sono calcari oolitici,
mentre il travertino è la tipica forma
continentale e si forma nei pressi delle cascate.
•
Se l'accumulo avviene grazie
all'azione di organismi che fissano i sali
nell'acqua, ad esempio nei loro gusci, il
processo è detto organogeno. Le rocce
organogene: (per esempio i calcari)
sono classificate in base alla
composizione chimica ma anche in
relazione a caratteri ambientali e fattori
legati al tipo di organismo costruttore.
Si tratta perlopiù di calcari, proprio
perché la maggior parte degli organismi
viventi si costruisce la conchiglia con Calcare a foramminiferi
materiale insolubile (calcare)
Ammonitico rosso
Carboni fossili. Sono usati come
materiale combustibile ( bruciando con
l’ossigeno producono energia), si
riconoscono 4 stadi di carboni fossili, in
cui si manifesta un progressivo
arricchimento in carbonio (le rocce più
ricche sono ovviamente quelle più
vecchie e hanno un maggior potere
calorifico).
Torba: si riconoscono i vegetali
(ghiacciai quaternari, pianura Padana, Torba. Si riconoscono ancora
i rami vegetali
torbiere dell’Europa settentrionale)
Lignite: maggior arricchimento
Litantrace: è già un buon combustibile
Antracite: lucida, dura e nera,
combustibile di pregio, produce 8000
cal/kg (rocce paleozoiche (monti
Appalachi, Europa centrale, Ruhr, in
©laura Condorelli 2009
Antracite: l’arricchimento in
carbonio è praticamente
completo
seguito a ciclotema).
•
Rocce metamorfiche (processo metamorfico) ricristallizzazione allo stato solido:
si formano dalla trasformazione di minerali preesistenti per effetto di un aumento della temperatura
o della pressione che ne modificano l'originaria composizione e struttura.
Ad esempio alcuni processi metamorfici portano alla formazione del diamante dalla grafite.
Da questo processo se ne distinguono egli altri:
•
Metamorfismo da contatto: con le
camere magmatiche (per esempio gli hornfless e
il marmo) dovute alla risalita di masse molto
calde dal profondo che causano aumenti di
temperatura. Nel marmo si riconoscono il colore
chiaro del calcare e la struttura saccaroide
•
Metamorfismo di carico o regionale: (per esempio
filladi, micacisti e gneiss) è dovuto all'alta pressione dovuta
allo sprofondamento o alla presenza di spinte tettoniche o ad
aumenti di temperatura. La fillade e i micascisti sono scistosi
(i minerali si orientano secondo piani preferenziali), ma i
micascisti si riconoscono perché in genere sono associati a
granati. Nello gneiss manca la scistosità, poiché l’elevato
grado di metamorfismo ha prodotto una parziale fusione della
roccia, portandola ad una struttura intermedia tra metamorfica
e magmatica. Filladi micascisti e gneiss derivano dal
metamorfismo di basso, medio, alto grado di rocce granitiche
o arenarie
Alcune curiosità sui minerali
Il diamante si forma ad altissime temperature ed elevate pressioni, quindi non si può che trovare
nel camino vulcanico, si possono trovare soprattutto in Africa e nel Golfo del Gabona.
La grafite viene usata come elettrodo a livello industriale nel campo dell'elettrochimica.
Il salgemma (sale da cucina) aveva nel medioevo lo stesso valore del diamante, perché ha una
lucentezza simile ad esso.
Lo zolfo lo possiamo trovare più comunemente nei cerini, negli esplosivi.
La calcite è più comunemente chiamata calcare e si può ritrovare nel marmo, ad esempio il
colosseo è fatto di marmo, come le case dei crostacei nel mare sono fatte di calcare.
©laura Condorelli 2009