Rocce sedimentarie

ROCCE SEDIMENTARIE

FORMAZIONE DELLE ROCCE SEDIMENTARIE

Le rocce che si sono formate in condizioni fisiche e chimiche diverse da quelle della superficie terrestre sono instabili quando si trovano a contatto con l'atmosfera.

Il materiale può essere costituito da particelle piccolissime, come molecole e ioni o da corpi più grandi come cristalli, frammenti di cristalli e frammenti di roccia. Le acque dei fiumi e dei mari, il vento e i ghiacciai trasportano i detriti e li accumulano nelle depressioni della superficie terrestre. I detriti depositati prendono il nome di sedimenti sciolti.

Al materiale inorganico si possono aggiungere durante il trasporto anche componenti organiche e parti del corpo di organismi.

La pressione dei materiali sovrastanti provoca l'espulsione dell'acqua che circola tra i sedimenti sciolti e la progressiva compattazione del materiale.

La cementazione è uno dei processi più importanti della formazione delle rocce sedimentarie e consiste nell'introduzione di una nuova materia minerale nei pori di un sedimento. Il cemento costituisce la forza legante che unisce i grani e litifica il sedimento sciolto.

I processi descritti agiscono per tempi lunghissimi, dell'ordine di milioni di anni. Il sedimento sciolto si trasforma gradualmente in vera e propria roccia, non più costituita da frammenti separati, ma dura e compatta. L'insieme dei processi chimico-fisici che trasformano i sedimenti sciolti in rocce sedimentarie compatte prende il nome di diagenesi.

STRUTTURA DELLE ROCCE SEDIMENTARIE

Tra due periodi di intensa sedimentazione può essere interposto un periodo in cui il materiale sedimentario depositato è scarso o assente. Per questo motivo gli accumuli di rocce sedimentarie sono generalmente costituiti da strati.

Lo strato è l'unità strutturale di base delle rocce sedimentarie. Lo spessore degli strati è molto variabile.

Il fatto che gli strati si siano accumulati gli uni sugli altri consente di mettere in relazione la successione degli strati con il trascorrere del tempo. In una successione di strati quelli posti in basso sono più antichi di quelli posti in alto.

All'interno degli strati si possono a volte distinguere ulteriori unità molto sottili chiamate lamine. In generale lo spessore delle lamine è dell'ordine dei millimetri.

Altre rocce sedimentarie, come ad esempio il salgemma, sono prive di stratificazione e sono caratterizzate da una struttura compatta.

ROCCE CARBONATICHE

A differenza delle rocce magmatiche, interamente costituite da silicati, le rocce sedimentarie contengono altri minerali, oltre ai silicati. Tra i più importanti vi sono i minerali cartonatici. La primitiva crosta del pianeta era costituita da rocce magmatiche e perciò soltanto da silicati. I minerali cartonatici sono costituiti dallo ione carbonato CO₃ ^2- , che si lega con ioni positivi, prevalentemente Ca²⁺ e Mg²⁺.

Lo ione carbonato si forma a sua volta dalla reazione dell'anidride carbonica, CO₂, con l'acqua, H₂O.

Rocce costituite da almeno il 50% di minerali cartonatici sono dette rocce carbonatiche. Dal punto di vista mineralogico le rocce carbonatiche presentano una grande varietà di composizione. Esempi di rocce carbonatiche molto comuni sono il calcare e la dolomia. Il primo è formato prevalentemente da calcite, il secondo da dolomite.

Le ooliti sono palline ovoidali, con diametri varianti da 0,2 a 1 mm, costituite da un piccolo nucleo circondato da varie lamelle concentriche. Le ooliti, che hanno composizione aragonitica, sono generalmente marine, ma in certi casi si trovano pure in laghi, grotte e suoli calcarei.

CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE SEDIMENTARIE

Le rocce sedimentarie sono normalmente classificate, a seconda dei processi che le hanno formate, in rocce clastiche, organogene e chimiche.

Le rocce clastiche, dette anche detritiche, sono formate da frammenti di rocce preesistenti che, dopo l'erosione, sono stati trasportati, depositati e infine trasformati in roccia.

Le rocce organogene sono costituite da frammenti provenienti da resti dello scheletro o dai prodotti dell'attività degli organismi.

Le rocce chimiche si formano in bacini sedimentari marini o continentali in cui si verificano particolari fenomeni chimico-fisici, con la produzione di sostanze solide insolubili che si depositano sul fondo del bacino.

ROCCE CLASTICHE

Le rocce clastiche sono formate dai detriti provenienti dal disfacimento di altre rocce, sia magmatiche, sia sedimentarie, sia metamorfiche. I granuli detritici che formeranno una roccia clastica subiscono un trasporto più o meno lungo. L'arrotondamento dei granuli permette di stimare la lunghezza del trasporto. Frammenti a spigoli vivi sono indice di trasporto breve; frammenti a spigoli arrotondati indicano un trasporto prolungato.

La classificazione delle rocce clastiche e dei sedimenti sciolti si basa primariamente sulle dimensioni dei frammenti. Se le dimensioni dei granuli sono superiori a 2 mm e la loro forma è arrotondata, si parla di ghiaia per il sedimento sciolto e di conglomerato per la roccia compatta.

Un accumulo di frammenti angolosi sciolti di dimensioni superiori a 2 mm è chiamato pietrisco, mentre l'equivalente consolidato è detto breccia.

Quando le dimensioni dei granuli sono comprese fra 2 mm e 1/16 di mm, si parla di sabbia se il sedimento è sciolto. Se la sabbia è stata trasformata in roccia compatta dalla diagenesi, la roccia è chiamata arenaria. Se invece le dimensioni dei granuli sono comprese tra 1/16 di mm e 1/256 di mm, il sedimento sciolto è chiamato silt e la roccia compatta siltite.

Con dimensioni dei granuli inferiori a 0,004 mm il sedimento sciolto è denominato argilla e la roccia compatta argillite.

Le quarzareniti sono arenarie con contenuto in quarzo superiore al 95%. Le arenarie con contenuto in quarzo inferiore al 95% sono chiamate arcose, se nella restante componente prevalgono i feldspati. Se invece prevalgono i frammenti di roccia, si hanno le litareniti.

Le arenarie non sono sempre <<pulite>>, cioè formate da sedimenti costituiti esclusivamente di granuli di sabbia. Spesso esiste un'apprezzabile percentuale di materiale fine che forma la matrice interstiziale. Per questo gruppo di arenarie si usa il termine grovacche.

VARIETA' DELLE ROCCE CLASTICHE

Le rocce clastiche che derivano dal consolidamento di materiali molto fini e fangosi sono dette anche peliti, in quanto si depositano in genere sui fondali marini.

In genere i fanghi tendono a depositarsi in acque relativamente calme, al di fuori dell'influenza di onde e correnti.

I più comuni granuli cartonatici sono di diversi tipi. I grani di origine scheletrica, o bioclasti, sono costituiti dagli scheletri, interi o in frammenti, di invertebrati marini quali molluschi, coralli, echinodermi e foraminiferi o di alghe verdi e rosse. I grani detritici sono frammenti derivati da carbonati preesistenti e possono originarsi per rottura di sedimenti da poco depositati, quindi semiconsolidati, o per disgregazione di rocce più antiche, già da lungo tempo litificate.

Anche nei carbonati, come nelle grovacche, possiamo avere miscele di grani e di materiale più fine. Il materiale carbonatico fine, che spesso funge da matrice tra i grani, è detto micrite.

Durante i processi di sedimentazione si mescolano spesso detriti provenienti da rocce di composizione diversa. Accade così, frequentemente, di trovare rocce sedimentarie con composizione mista di silicati e carbonati. Le più diffuse tra queste sono le marne, rocce costituite da argilla e da carbonato di calcio. Le marne assumono una colorazione più scura e sono facilmente fratturabili presentando una minore consistenza.

ROCCE PIROCLASTICHE

I frammenti espulsi nel corso dei fenomeni vulcanici esplosivi formano per diagenesi particolari rocce, dette rocce piroclastiche.

I frammenti proiettati in aria ricadono sulla terraferma o sul fondo del mare e sedimentano come i detriti delle altre rocce clastiche. Successivamente i frammenti sono compattati dalla pressione degli strati sovrastanti e fra loro si deposita un cemento, subiscono cioè la diagenesi. Le rocce piroclastiche potrebbero essere considerate contemporaneamente sia magmatiche effusive che sedimentarie.

Le rocce piroclastiche sono rocce magmatiche felsiche, poiché costituite da parte di magma solidificato. Se invece ci riferiamo ai meccanismi di deposizione, le rocce piroclastiche sono rocce sedimentarie.

Anche la classificazione delle rocce piroclastiche è basata sulle dimensioni dei granuli. I limiti tra le classi hanno però valori diversi da quelli di altre rocce clastiche. I frammenti più grandi sono denominati blocchi. I blocchi cadono prima e più vicino al cratere del vulcano e hanno dimensioni superiori ai 32 mm. I blocchi cementati formano le brecce vulcaniche . con dimensioni comprese tra 32 e 4,00 mm troviamo i lapilli, che danno origine ai tufi a lapilli. I frammenti più fini costituiscono le ceneri; con granulometrie comprese tra 4,00 e 0,250 mm, si parla di cenere grossolana per i frammenti sciolti e di tufo per la roccia corrispondente. Le ceneri di dimensioni minori di 0,250 mm, trasportate dal vento, possono raggiungere località molto lontane dal luogo dell'eruzione. La roccia prodotta dalla diagenesi delle ceneri è detta cinerite.

All'interno di ogni classe granulometrica è possibile distinguere le rocce in base alla loro composizione mineralogica. In questo caso si utilizzano i termini usati per le rocce magmatiche effusive. Poiché la composizione dei magmi originari è felsica, le rocce piroclastiche, dal punto di vista mineralogico, sono molto spesso rioliti.

ROCCE ORGANOGENE

Le rocce organogene derivano da parti dello scheletro di organismi o dai prodotti della loro attività in vita. Col passare del tempo i resti degli organismi si accumulano nei bacini sedimentari e subiscono la diagenesi fino a formare vere e proprie rocce.

I fondali dei mari profondi sono coperti da un fango formato dai gusci di organismi planctonici microscopici come foraminiferi, radiolari e diatomee. I gusci dei foraminiferi sono calcarei, quelli dei radiolari e delle diatomee sono silicei. I fanghi diagenizzati danno origine a rocce come calcari pelagici, radiolariti e diatomiti.

Frequenti sono anche depositi costituiti da spicole di spugne, che prendono il nome di spongoliti. Le spicole possono essere sia calcaree che silicee e così pure le spongoliti.

I pel oidi sono granuletti subsferici di fango carbonatico, con dimensioni variabili da qualche decina di micron ad alcuni millimetri. Per la maggior parte sono escrementi di invertebrati marini limivori, che <<mangiano>> il sedimento sul fondo, o filtratori, che filtrano l'acqua col sedimento in sospensione.

Le stromatoliti sono costituite da sottili strati variamente ondulati, a volte formanti vere e proprie strutture colonnari.

Queste rocce sono il prodotto dell'attività di colonie di alghe azzurre che estraggono carbonato di calcio dall'acqua.

COMBUSTIBILI FOSSILI

Sono rocce organogene anche il guano, formato dall'accumulo degli escrementi di uccelli marini, e i carboni fossili, derivati da resti vegetali sottoposti a diagenesi. I carboni fossili sono il prodotto di una serie di processi chimici e fisici di fossilizzazione di materiale vegetale, con molta probabilità proveniente da antiche foreste sepolte dai sedimenti.

Si distinguono quattro varietà di carbone a contenuto di carbonio crescente: la torba, con un contenuto di acqua ancora rilevante e potere calorifico scarso; la lignite, che presenta ancora visibili strutture tipiche del legno come le fibre vascolari; il litantrace e l'antracite, che possono essere considerati veri carboni, dato l'alto contenuto di carbonio.

Possono essere considerate un tipo particolare di rocce organogene gli idrocarburi, sostanze che derivano dalla decomposizione dei resti di organismi in assenza di ossigeno. Gli idrocarburi si accumulano nelle rocce porose e si presentano in forma solida, liquida o aeriforme, rispettivamente come bitume, petrolio e gas naturale.

Gli idrocarburi sono più leggeri dell'acqua e tendono a risalire attraverso le rocce permeabili. Quando incontrano strati impermeabili si possono accumulare formando veri e propri giacimenti. I giacimenti petroliferi la cui profondità non superi i 10 chilometri sono raggiunti tramite perforazioni e gli idrocarburi sono estratti.

ROCCE CHIMICHE

Sono definite rocce chimiche tutte le rocce che derivano da un processo di deposizione di tipo chimico. Certe rocce chimiche si formano quando le acque dei fiumi si mescolano a quelle del mare. Alcuni ioni sciolti nell'acqua del fiume reagiscono con altri ioni presenti nell'acqua marina e formano sali insolubili che si depositano sul fondo.

A volte sono i cambiamenti di temperatura che provocano la deposizione di rocce chimiche. La solubilità delle sostanze disciolte varia al variare della temperatura.

Alcune rocce chimiche carbonatiche si formano in ambiente continentale in seguito a variazioni di temperatura e pressione. Il travertino, l'alabastro, stalattiti e stalagmiti si formano da soluzioni sovrasature di bicarbonato di calcio in prossimità di sorgenti e cascate, o nelle grotte carsiche.

Alcuni minerali insolubili rimangono però sul posto come residui del processo chimico di alterazione. Si formano così le rocce residuali, rocce chimiche a tutti gli effetti. In queste rocce i minerali residui, a bassissima solubilità, sono essenzialmente ossidi e idrossidi di ferro e di alluminio. Terreni residuali costituiti da entrambi i componenti formano le lateriti. Quando il processo di dilavamento è molto spinto, anche gli ossidi e idrossidi di ferro sono allontanati. La roccia che si forma con i soli ossidi e idrossidi di alluminio e detta bauxite.

LE EVAPORITI

Le evaporiti sono costituite da sali poco solubili e depositati in un bacino marino o lacustre a seguito della evaporazione anche parziale dell'acqua in cui erano disciolti. Nei bacini in cui la perdita d'acqua per evaporazione supera gli apporti dei fiumi, gli ioni disciolti si concentrano fino a cristallizzare.

I minerali più comuni delle rocce evaporitiche sono la calcite ( CaCO₃), il gesso ( CaSO₄ * 2H₂O), il salgemma ( NaCl), la silvie ( KCl).

LE ROCCE SILICEE

I sedimenti silicei attuali sono quasi interamente costituiti da SiO₂ di origine biogenica: infatti alcuni organismi marini e di acqua dolce hanno lo scheletro, o parti di questo, composto da silice e il loro accumulo sui fondali permette la concentrazione del minerale con la successiva formazione di rocce silicee.

Tra le rocce silicee una delle più comuni è la selce, una roccia estremamente compatta e dura, caratterizzata da una elevata resistenza, è composta quasi interamente da cristalli di quarzo talora microscopici. La selce è frequente nelle rocce calcaree pelagiche dove si trova sotto forma di straterelli, liste e noduli.

Tra le più importanti e comuni selci stratificate vi sono le radiolariti, le diatomiti e le spongoliti. Molti noduli di selce hanno forma irregolare o vagamente ellissoidale.

Alle rocce silicee vengono dati vari nomi, a seconda delle impurezze e del colore: si chiamano diaspri le selci rosse e ftaniti quelle grigie o nere. Alcune varietà di selce sono pietre ornamentali di un certo valore: l'opale, ad esempio, che è composto da silice amorfa, è spesso presente nelle rocce silicee e all'analisi microscopica appare costituito soprattutto da gusci di radiolari e diatomee.