Le rocce

LE ROCCE

La superficie solida del pianeta ci appare invece costituita da ammassi di sostanze diverse tra loro per aspetto esterno, consistenza ecc. che si rivelano costituite da minerali: sono le rocce. Una roccia è un aggregato naturale di minerali diversi che forma una massa ben individuabile. In genere le rocce sono eterogenee, costituite cioè da più specie di minerali; ma non di rado ci imbattiamo in masse rocciose omogenee, formate da un solo minerale, come un ammasso di calcite, o di gesso o di salgemma. Su grande scala, però, anche le rocce omogenee contengono, diffuse, masserelle o tracce di altri minerali. Le rocce non possiedono una composizione chimica definita (cioè esprimibile con una formula chimica) poiché i minerali che le compongono possono mescolarsi fra loro in qualsiasi rapporto quantitativo.

La scienza che studia le rocce e le loro caratteristiche si chiama petrologia  

Le rocce si formano secondo tre processi litogenetici (cioè generatori di rocce) che prendono i nomi di magmatico (o igneo), sedimentario e metamorfico e gli stessi nomi caratterizzano anche i tre gruppi di rocce che ne derivano.

Processo magmatico: consiste nella solidificazione di una massa fusa chiamata genericamente magma che si trova ad alta temperatura (da parecchie centinaia al migliaio di °C) e in condizioni di pressione molto varie. La progressiva cristallizzazione della massa fusa per diminuzione della temperatura può avvenire in profondità o in superficie e porta alla formazione delle rocce magmatiche.

Processo sedimentario: produce rocce sedimentarie attraverso tre diversi meccanismi: 1) alterazione ed erosione di materiali rocciosi che affiorano in superficie e il successivo loro trasporto e  accumulo, che portano alla formazione di rocce sedimentarie detritiche; 2) deposito e accumulo di prodotti dell'attività di organismi viventi (come gusci o scheletri) che formano rocce sedimentarie organogene; 3) fenomeni chimici di precipitazione che avvengono in acque dolci o marine che formano rocce sedimentarie di origine chimica. Il processo sedimentario si svolge sulla superficie terrestre o a modesta profondità, per cui è caratterizzato da basse temperature (all'incirca tra 0°C e 150°C) e da basse pressioni.

Processo metamorfico: è la trasformazione, più o meno accentuata, che avviene allo stato solido di rocce preesistenti (magmatiche, sedimentarie o metamorfiche) che vengono a trovarsi in condizioni ambientali diverse da quelle di origine: i minerali preesistenti, non più stabili, vengono distrutti e se ne formano altri in equilibrio con le nuove condizioni; si originano così le rocce metamorfiche. Avviene in profondità e a temperature comprese tra 300 e 800°C, mentre le pressione sono quasi sempre elevate.

Le rocce affiorano in superficie (sono cioè direttamente osservabili) solo su aree limitate, mentre spesso sono coperte dal suolo e dalla copertura vegetale. Teoricamente la superficie delle terre emerse, "ripulita" dal suolo e dalla copertura vegetale risulterebbe formata dal 75% di rocce sedimentarie, ma la loro estensione in profondità raggiunge massimo qualche chilometro. Se consideriamo l'intero volume della Terra esso è costituito per il 65% da rocce magmatiche, per il 27% da rocce metamorfiche e per l'8% da rocce sedimentarie.

ROCCE MAGMATICHE O IGNEE

Le rocce ignee o magmatiche derivano dalla solidificazione di un magma. Un magma è  una massa fusa di dimensioni grandi o enormi costituita da una miscela di silicati in cui sono disciolti gas e vapore d'acqua. Si forma all'interno della litosfera ad una profondità variabile, in genere tra 15 e 100 Km.

Classificazione delle rocce magmatiche. Le rocce magmatiche si classificano in base a tre criteri generali:

le condizioni di solidificazione,

il contenuto di silice (SiO₂);

la composizione mineralogica e chimica

Classificazione in base alle condizioni di solidificazione. Se dopo la sua formazione, il magma subisce un raffreddamento, inizia un processo di cristallizzazione: dal fuso si separano via via, secondo il punto di fusione, vari tipi di minerali, dalla cui aggregazione risulterà formata la roccia. La presenza dei gas e del vapor d'acqua favorisce il movimento di ioni e molecole presenti nel magma, facilitando la formazione dei reticoli cristallini dei diversi minerali. Il processo di cristallizzazione ha caratteristiche diverse a seconda che la massa fusa si solidifichi in profondità o in superficie. Le rocce in base alle condizioni di solidificazione si suddividono in tre gruppi:

rocce intrusive che derivano da magmi che solidificano in profondità per l'impossibilità della massa fusa di giungere in superficie;

rocce effusive che derivano da magmi che solidificano in superficie

rocce ipoabissali o filoniane che derivano da magmi che solidificano in condizioni intermedie, a  profondità non molto elevate.

Rocce intrusive. Se per la massa fusa vi è l'impossibilità di raggiungere la superficie, il suo raffreddamento si verifica all'interno della crosta terrestre e avviene in un tempo molto lungo, anche in milioni di anni, in quanto le rocce solide che circondano la massa fusa fungono da isolante termico. Durante il lungo processo di raffreddamento le particelle avranno tutto il tempo per ordinarsi in reticoli cristallini per cui tutto il fuso arriva a cristallizzare e la roccia ignea intrusiva che ne deriva è tutta formata da cristalli già visibili ad occhio nudo, o più grandi: presenta cioè una struttura granulare olocristallina. Una volta solide le masse rocciose di questo tipo fanno parte stabilmente della crosta terrestre o possono anche venir spinte verso l'alto dai movimenti della crosta stessa e in tal caso la loro parte superiore viene messa a nudo dalla lenta demolizione delle rocce sovrastanti, asportate dagli agenti esogeni.

Rocce effusive. Quando la massa magmatica, spinta dalla pressione dei gas in essa disciolti, trova una via di risalita sfruttando fratture della crosta o contribuendo a crearne di nuove, giunge a traboccare in superficie come lava. La lava è il magma che ha perduto totalmente o in gran parte i suoi componenti gassosi. In tal caso solo una piccola parte della massa magmatica, finché è ancora in profondità o mentre sta risalendo, si trasforma in cristalli di dimensioni apprezzabili (almeno qualche mm) detti fenocristalli, il resto consolida, quando arriva in superficie e lo fa così rapidamente i cristalli non hanno il tempo di accrescersi. Si forma così un ammasso di cristalli minuscoli, visibili solo al microscopio o, addirittura, una sostanza almeno in parte vetrosa, poiché le particelle non hanno avuto il tempo di organizzarsi in reticoli cristallini (il vetro, infatti, è una sostanza amorfa, cioè non cristallizzata che si forma per rapido raffreddamento di un fuso silicatico). Si realizza così una struttura porfirica cui in una pasta di fondo microcristallina o in parte amorfa (vetrosa), vi possono essere sparsi un certo numero di fenocristalli. Quando il raffreddamento è troppo brusco, la cristallizzazione non avviene e tutta la massa è vetrosa; in tal caso si parla di struttura vetrosa. Hanno una struttura vetrosa, per esempio, i frammenti di lava prodotti durante l'attività esplosiva di molti vulcani o gli strati superficiali di una colata lavica esposta a un brusco sbalzo di temperatura. Un tipo molto comune di vetro vulcanico è l'ossidiana che ha una caratteristica frattura concoide e può formare frammenti molto taglienti. Anche la pomice è un vetro vulcanico ma, a differenza dell'ossidiana, è molto leggera ed ha un aspetto spugnoso, dovuta alla rapida fuga dei gas durante il raffreddamento.

Rocce ipoabissali o filoniane. Solidificano in prossimità della superficie e quindi la velocità di raffreddamento è intermedia. In tali condizioni si formano rocce che hanno una struttura porfirica molto ricca di fenocristalli. Il nome della struttura deriva proprio dal nome delle rocce ipoabissali più rappresentative: i porfidi. Quando il magma è in gran parte solidificato il residuo fuso, ricco di componenti volatili, viene trascinato, con l'aiuto di questi gas, verso l'alto a riempire fratture e spaccature e formano corpi intrusivi affusolati di limitata estensione chiamati filoni.

Classificazione in base al contenuto di silice. I magmi e le lave che ne derivano possono avere un diverso contenuto in silice (SiO₂) libera, presente sotto forma di quarzo o presente nella struttura dei silicati per cui una roccia può contenere silice ma non necessariamente il minerale quarzo. I magmi ad alto contenuto in silice si dicono acidi, mentre quelli con basso contenuto in silice vengono detti basici (i termini "acido" e "basico" non hanno significato chimico). A seconda della percentuale in peso di silice presente nella roccia vengono riconosciute i quattro tipi di rocce ignee.

Rocce acide. Derivano dalla solidificazione di magmi acidi, con una percentuale di silice maggiore del 65% in peso, ricchi in Si e Al e per questo motivo vengono chiamate anche sialiche (dalle iniziali di questi elementi). Sono rocce in genere chiare e leggere con una densità piuttosto bassa, intorno ai 2,7 g/cm³. I minerali presenti sono pochi silicati, molti alluminosilicati e una certa quantità di silice libera (SiO₂), che solidifica in granuli di quarzo. Vi appartiene la famiglia dei graniti, che sono di gran lunga le rocce magmatiche intrusive più diffuse nella crosta terrestre delle aree continentali, ma totalmente assenti nella crosta oceanica. Esse contengono molti granuli di quarzo, traslucido e incolore, molti cristalli di feldspati (ortoclasio bianco o rosa e plagioclasio sodico detto albite), e varie laminette di mica nera (biotite), spesso associata a mica bianca (muscovite). Le rocce ricche di quarzo sono i tipici graniti; quelle più povere sono le granodioriti.

Le masse fuse di tipo granitico vengono generate a grande profondità (qualche decina di chilometri), e solidificano lentamente - in alcuni milioni di anni - dando origine ad ammassi di rocce durissime, lunghi da qualche decina ad alcune centinaia di chilometri. Questo corpi prendono il nome di batoliti ("rocce profonde") se movimenti successivi della crosta spingono i batoliti abbastanza in alto, i fenomeni erosivi smantellano lentamente le rocce sovrastanti emettono a nudo la sommità del batolite.

I corrispondenti effusivi dei graniti sono le rioliti (o lipariti) dette comunemente porfidi, rossicce, brune o grigie, con struttura porfirica. Anche le ossidiane, di colore scuro e le pomici hanno la medesima composizione, ma struttura vetrosa.

Rocce neutre. Derivano dalla solidificazione di magmi neutri con una percentuale di silice compresa tra il 65% e il 52% in peso. Hanno un rapporto equilibrato tra silicati e alluminosilicati ed una densità intermedia. Vi appartiene la famiglia delle dioriti, rocce intrusive grigie, nelle quali il quarzo è assente o presente in minima quantità. Hanno un rapporto tra minerali salici (plagioclasi di Na e di Ca) e minerali femici (miche, anfiboli e pirosseni) prossimo a 1. Le corrispondenti rocce effusive sono le andesiti che devono il nome alla catena delle Ande, dove sono molto abbondanti.

Rocce basiche. Derivano dalla solidificazione di magmi basici, con una percentuale di silice compresa tra il 52% e il 45% in peso, ricchi in Mg e Fe e per questo motivo vengono chiamate anche femiche (dalle iniziali di questi elementi). Sono rocce in genere scure, dal verde al grigio scuro, al nero con densità prossima a 3 g/cm³. Sono formate da molti silicati, pochi alluminosilicati e prive di silice libera (SiO₂), Vi appartiene la famiglia dei gabbri, rocce intrusive scure, con alto contenuto di minerali femici (pirosseni, anfiboli, olivina) e plagioclasi soprattutto di Ca. Il quarzo è assente. I corrispondenti effusivi sono i basalti, il tipo più diffuso delle rocce effusive che formano il pavimento di tutti gli oceani.

Rocce ultrabasiche. Derivano dalla solidificazione di magmi ultrabasici, con una percentuale di silice inferiore del 45% in peso. Sono tutte di colore molto scuro, formate essenzialmente da Mg e Fe con densità elevata (3 o superiore). Vi appartiene la famiglia delle peridotiti, rocce intrusive formate essenzialmente da olivina (nota anche con il nome di peridoto). Le più note sono le peridotiti, nere, pesanti. Hanno una distribuzione limitata sui continenti mentre sono il costituente fondamentale della parte superiore del mantello. Le corrispondenti effusive sono le picriti, rarissime.