Rocce magmatiche

Rocce magmatiche

Le rocce sono aggregati naturali di minerali. Esse sono solitamente eterogenee, in altre parole costituite da più minerali, ma possono anche essere omogenee, come nel caso della Calcite. Le rocce magmatiche si formano direttamente in seguito a raffreddamento e consolidamento di una massa fusa detta magma, proveniente dall'interno della terra. Esse, si dicono intrusive, se derivano dal consolidamento lento del magma ed effusive, se derivano dal rapido raffreddamento della lava (magma privo di componenti volatili che fuoriesce dalla crosta). Tutte sono caratterizzate dalla totale assenza di fossili e di norma di stratificazioni.

Il magma é una miscela molto complessa di sostanze, in prevalenza silicati, associati a vapor d'acqua e gas in percentuale variabili. I componenti volatili, anche detti agenti mineralizzatori, concorrono a mantenere la massa magmatica più fluida e più mobile durante il processo di raffreddamento e n'aumentano la pressione. Le masse fluide si formano nella zona parzialmente fusa del mantello ed hanno inizialmente una temperatura elevata (da 600 a 1600 gradi centigradi). Alcuni magmi solidificano completamente in profondità originando giganteschi ammassi di rocce intrusive, detti Plutoni, altri riescono a raggiungere la superficie sotto la spinta dei gas che contengono, provocando un'eruzione vulcanica e originando le rocce effusive. In alcuni casi il magma solidifica entro la crosta ma in prossimità della superficie, sotto forma di piccoli corpi intrusivi, che si raffreddano in condizioni di temperatura e pressione intermedie. Le rocce che così si formano vengono dette rocce ipoabissali.

La struttura delle rocce magmatiche può essere di tre tipi:

Oleocristallina: si tratta di una struttura tipica delle rocce intrusive. Tutti i minerali componenti sono visibili in forma di granuli, le cui dimensioni sono pressoché uguali, con colorazioni e forma definite che spesso permettono il riconoscimento immediato. Poiché non tutti i minerali si formano contemporaneamente, solo i primi possono raggiungere il loro abito cristallino tipico, gli altri occupano gli spazi rimasti, dando origine a granuli la cui forma dipende dallo spazio disponibile. L'Olivina e i minerali scuri si formano per primi, seguiti dai feldspati, per ultimo cristallizza il quarzo.

Vetrosa: si tratta di una struttura tipica delle rocce effusive che si formano per brusco raffreddamento, senza cristallizzare. Per esempio lo sbalzo di temperatura di una colata lavica (l'Ossidiana, la pomice).

Porfirica: si tratta di una struttura tipica delle rocce effusive costituite da cristalli molto grossi intrusivi, detti Fenocristalli, immersi in una pasta di fondo microcristallina o vetrosa. I Fenocristalli si formano lentamente, quando il magma é ancora localizzato in profondità o durante la risalita, e restano immersi nella massa del magma, che solidifica rapidamente quando fuoriesce in superficie. Quando nello stadio finale, le rocce si trovano ad una temperatura e pressione intermedia tra i processi intrusivi ed effusivi, il magma s'infiltra nelle sue fratture originando i filoni, corpi più sottili e con aspetto digitiforme, nei quali proprio per le ridotte dimensioni il magma si raffredda più rapidamente.

Aplitica e pegmatitica: si tratta di una struttura tipica delle rocce ipoabissali. La struttura Aplitica è finemente granulare, con cristalli tutti delle stesse dimensioni, ma molto piccoli. La struttura pegmatitica presenta le stesse caratteristiche, ma qui i cristalli sono di dimensioni notevoli (anche alcuni metri) e talvolta minerali rari e preziosi.

La composizione delle rocce magmatiche presenta una prevalenza di minerali salici, detti essenziali. Dalla percentuale di silice SiO2, esse possono essere classificate in:

Rocce acide (con contenuto di silice superiore al 66%).

Rocce intermedie (con contenuto di silice compreso tra il 66% ed il 52%).

Rocce basiche (con contenuto di silice compreso tra il 52% ed il 45%).

Rocce ultrabasiche (con contenuto di silice inferiore al 45%).

Le rocce magmatiche vengono inoltre classificate in famiglie, secondo il grado di acidità e la composizione mineralogica.

Famiglia dei graniti: si tratta di rocce ricche di quarzo, feldspato di potassio, spesso associato a plagioclasio di sodio, e modeste quantità di miche. Sono rocce chiare e leggere con una densità variabile, ma sempre minore alle rocce femiche. I graniti sono le rocce intrusive. Esse costituiscono buona parte della crosta terrestre nelle aree continentali. Sono invece totalmente assenti nella crosta oceanica. Le rioliti sono le corrispondenti effusive.

Famiglia delle dioriti: si tratta di rocce nelle quali il quarzo è assente o presente in minima parte. Aumentano i minerali femici: miche, anfiboli e pirosseni. I feldspati sono presenti in forma di plagioclasi di Na e di Ca. Le dioriti sono rocce intrusive (grigie) e le andesiti sono quelle effusive.

Famiglia dei gabbri: si tratta di rocce con alto contenuto di minerali femici il quarzo è assente, mentre possono essere presenti olivine ed anfiboli. Ricchi di pirosseni e contenenti plagioclasi prevalentemente calcici, i gabbri sono rocce intrusive, mentre i basalti sono le rocce effusive scure o nere, che ricoprono interamente i fondali oceanici.

Famiglia delle peridotiti: si tratta di rocce ultrafemiche, contenenti quasi esclusivamente pirosseni e olivine. Le peridotiti sono le rocce intrusive, le picriti quelle effusive.

Famiglia delle sieniti: si tratta di rocce molto simili ai graniti, con un tenore di silicio intermedio, in cui il quarzo è assente o presente in quantità minime. Le sieniti sono le rocce intrusive mentre le trachiti quelle effusive. Questi tipi di rocce appartengono alla serie alcalina, mentre le altre famiglie considerate appartengono alla serie alcali-calcica.

Attualmente si ritiene che esistano due tipi fondamentali di magma: un magma primario, femico, con composizione basaltica e un magma secondario, sialico, con composizione simile al granito. Il primo si forma a profondità maggiori, nel mantello, e a temperature più elevate.

La temperatura di fusione del magma basaltico diminuisce quando la pressione esterna si riduce, mentre per il magma granitico avviene il contrario. E` perciò probabile che il magma basaltico, caldo e fluido, nonostante il raffreddamento che avviene mentre risale, si mantenga sempre sopra il punto di fusione; al contrario il magma granitico viscoso e relativamente freddo, può raggiungere più facilmente la temperatura di solidificazione, che s'innalza man mano che il magma risale, poiché diminuisce la pressione esterna. L'affermazione che esistono due tipi di magma, non é sufficiente per spiegare le diversità di composizione delle rocce eruttive, che in parte dipendono anche da processi di differenziazione chimica del magma.  Bowen riuscì a dimostrare che in un magma basaltico in progressivo raffreddamento in condizioni intrusive, al diminuire della temperatura, i minerali cristallizzano in tempi successivi e in ordine preciso che dipendono dalla composizione del fuso di partenza e dalla temperatura di fusione di ciascun componente. Egli identificò due diverse serie di reazioni completamente indipendenti tra loro:

La serie discontinua: il primo minerale a cristallizzare è l'olivina, poi i pirosseni, gli anfiboli ed infine la biotite.

La serie continua: in essa si formano i plagioclasi, tuttavia a causa delle proprietà dei minerali coinvolti non si formano minerali distinti, a composizione nettamente definita, ma miscele a composizione variabile.

Termine delle due serie: si formano K-Feldspato, muscovite e quarzo. Le due serie procedono insieme e la composizione finale e definitiva dei cristalli, dipende dalla composizione del magma e dalle condizioni di raffreddamento (magma intrusivo).

A volte, i cristalli che si formano per primi non rimangono a contatto con il magma residuo e si separano per decantazione oppure perché la massa fusa migra altrove. Il processo prende il nome di cristallizzazione frazionata ed è uno dei fattori responsabili della differenziazione del magma.