Rocce - Minerali, PROPRIETÀ DEI MINERALI

Rocce.

Sono aggregati di minerali a loro volta costituiti da elementi combinati tra loro in modo ordinato, così come è possibile trovare sostanze di derivazione organogena (fossili).

ELEMENTI = sostanze che non possono essere scisse in forme più semplici di materia attraverso i normali processi chimici. Sono 92 in natura, giungono a 108 insieme a quelli ottenuti in laboratorio. Sono costituiti da atomi, con uno stesso numero di protoni entro il nucleo (stesso numero atomico), con carica positiva e massa all’incirca uguale a 1. All’intorno del nucleo poi si hanno i neutroni, che insieme ai protoni costituiscono il peso atomico, con massa leggermente superiore e carica neutra. Attorno al nucleo si muovono gli elettroni (carica negativa e 444g68e massa piccolissima) su vari livelli.

Atomi con uguale numero atomico, ma diverso peso atomico sono detti isotopi. Alcuni di questi sono instabili e si disintegrano spontaneamente (radioattività naturale) emettendo energia.

Gli elementi si formano all’interno delle stelle attraverso reazioni termonucleari innestate dalle alte temperature, e quindi, a partire dall’idrogeno e dall’elio, per fenomeni di contrazione e surriscaldamento si innescano reazioni da cui deriveranno tutti gli altri elementi. Questi tendono a riunirsi e a dare origine a dei composti, cioè l’insieme di elementi tenuti da legami di natura elettrica, scindibili solo attraverso processi chimici. Una configurazione stabile del composto viene ottenuta principalmente attraverso tre legami, quali:

§         Legame ionico, dove gli ioni sono atomi non neutri (anioni se acquistano elettroni [-] e cationi [+]). Il legame si verifica quando vengono attratti ioni con carica elettrica opposta. Da  caratteristiche di durezza e di alto punto di fusione.

§         Legame covalente, si ha quando degli atomi mettono in compartecipazione gli elettroni, con caratteristiche di massima durezza ed elevato punto di fusione.

§         Legame di Van der Waals, legame debole che si ha quando ci sono asimmetrie elettriche (altri legami lasciano cariche negative libere a cui si possono unirsi cationi). È un legame che interessa le argille.

I raggi ionici saranno maggiori di quelli atomici nel caso degli anioni e minori nel caso dei cationi.

Figura 10.  Il ciclo geologico  e i cicli che lo compongono.

Figura 1. Il ciclo delle rocce.
Minerali.

Sono composti inorganici allo stato solido caratterizzati da una composizione chimica ben definita o variabile entro ambiti ristretti, con una disposizione ordinata degli atomi e una forma definita. La loro struttura è detta cristallina. Nei reticoli cristallini dei minerali si può avere la sostituzione (vicarianza) di alcuni elementi con altri, nel caso in cui il raggio ionico tra i due sia simile ed il legame sia unico. Il cristallo ha una forma poliedrica e chimicamente è diviso in:

1.      Minerali non silicatici:

-          Solfuri, composti metallici dello zolfo, che si formano nelle fasi tardive del vulcanismo (fasi idrotermali) oppure nelle fasi tardive della consolidazione dei magmi, o all’interno dei sedimenti prima che diventino roccia. Vi si può ricavare ferro, zinco, rame, piombo e magnesio (ad esempio, pirite, calcopirite, ecc.).

-          Ossidi e idrossidi, si formano durante la consolidazione dei magmi basici, ad esempio la magnetite. Si possono formare anche per ossidazione di minerali ferrosi (ematite, limonite. La limonite è un idrossido perché contiene molecole d’acqua intrappolate d’acqua).

-          Alogenuri, si formano per precipitazione chimica diretta delle acque marine in climi caldi con forte evaporazione (ad esempio salgemma e silvite).

-          Carbonati, si possono formare per precipitazione diretta in acque marine e climi caldi con forte evaporazione aiutate anche da attività biologiche che alterano il rapporto CO₂/H₂O, oppure dall’attività diretta dell’organismo che fissa il carbonato nel guscio. La dolomite deriva da una trasformazione della calcite. Esistono carbonati che si formano anche nelle acque continentali, quando si hanno acque dure (travertini).

-          Solfati, si formano per evaporazione o per sublimazione (deposizione) diretta dalle fumarole vulcaniche (ad esempio gesso, solfato idrato e anidrite, solfato anidro).

-          Fosfati, legati alla presenza di invertebrati (sono i componenti maggiori delle ossa) e quindi in depositi fossili degli invertebrati.

-           Quarzo, è un ossido, un minerale silicatico ma viene considerato a parte per la sua rilevanza.

2.      Minerali silicatici, hanno una struttura base a tetraedro, e in funzione dei diversi modi di associazioni avremo minerali diversi.

MISCELE ISOMORFE = minerali che possono variare come composizione chimica attraverso due termini estremi, per mezzo della vicarianza.

MINERALI PIù COMUNI DELLE ROCCE IGNEE.

-          GRUPPO DELL’OLIVINA, è una miscela isomorfa, con termini estremi quali forsterite – fayalite (a seconda delle maggiori/minori combinazioni magnesio - ferro). Sono stabili a temperature elevate (1800 °C – 1200 °C), quindi sono i primi a formarsi dalla solidificazione del magma, specialmente se basico (o ultrabasico). Si possono trovare anche nelle rocce metamorfiche.

-          GRUPPO DEI PIROSSENI, miscela isomorfa, stabili intorno a 1100 °c, presenti in rocce basiche, i più comuni sono il diopside, il diallaggio, l’augite.

-          GRUPPO DEGLI ANFIBOLI, hanno un peso specifico più basso del gruppo precedente perché contengono acqua all’interno del loro reticolo cristallografico. Sono diffuse in rocce acide e in rocce metamorfiche (actinolite, orneblenda, glaucofane).

-          GRUPPO DELLE MICHE, caratterizzati da legami di Van der Waals, quindi caratterizzati da una facilità di separazione per lamine. Le più diffuse sono le biotite e la muscovite, nelle rocce acide e metamorfiche.

-          GRUPPO DEI FELDSPATI, si suddividono in

1.      alcalini (silicati di potassio e in parte di sodio), come l’ortoclasio che è stabile a temperature tra gli 800-4500 °C, il sanidino tra gli 800-1000 °C, il microclino stabile a temperature immediatamente inferiori, formandosi negli ultimi stadi di raffreddamento del magma;

2.      alcali - calcici (miscele isomorfe di sodio – calcio, rappresentati dai minerali estremi albite – anortite), diffusi in rocce acide mentre i termini calcici sono diffusi maggiormente nelle rocce basiche.

-          GRUPPO DEI FELDSPATOIDI, come la leucite e la nefelina. La leucite è presente in rocce basiche e alcaline. Sono facilmente alterabili (soprattutto al leucite in analcime).

-          QUARZO, caratterizzato da un reticolo compatto, quindi con caratteristiche di durezza e resistenza chimica e meccanica. È diffuso in tutti i tipi di rocce.

PROPRIETà DEI MINERALI.

DUREZZA = è la resistenza a lasciarsi scalfire, confrontabile sulla scala di Mohs, dipendente dalle strutture cristalline e quindi dal tipo di legame.

SFALDATURA = tendenza di un cristallo a rompersi lungo  piani ben definiti, di minore coesione. Il silicio non ha piani di sfaldatura, ma si rompe secondo superfici irregolari, mentre la sfaldatura è evidente nelle miche.

COLORE, LUCENTEZZA, ecc.

In funzione del processo che le ha originate le rocce si distinguono in IGNEE, SEDIMENTARIE e METAMORFICHE.

ROCCE IGNEE (o MAGMATICHE).

Si formano a seguito del raffreddamento di masse fuse residenti all’interno della litosfera. A seconda che il raffreddamento avvenga all’interno della crosta terrestre, in superficie o a breve profondità si otterranno rocce con caratteristiche proprie (rocce intrusive, effusive e ipoabissali).

Magma = massa fusa che da origine a prodotti dal suo raffreddamento. È costituito da due parti fondamentali: una fluida, che origina le rocce per solidificazione ed una gassosa o volatile che verrà allontanata. Questa ultima conferisce alla massa fusa notevole fluidità, favorendo, perciò, la cristallizzazione, o meglio, la mobilità dei reticoli cristallini. I componenti gassosi vengono infatti chiamati agenti mineralizzatori. La componente gassosa è costituita da 90% di vapore acqueo e da gas quali anidride carbonica, monossido di carbonio, argento, anidride solforosa, acido solforoso.

La componente fluida originerà le rocce: questa è costituita da forme semplici, dette preforme magmatiche, generalmente di tipo silicatico e con un alto punto di fusione (dai 900 ai 2000 °C). durante il raffreddamento di un magma, i minerali si separano secondo l’ordine definito dalle rispettive temperature di fusione (cristallizzazione frazionata). I cristalli possono mutare nella massa che si sta solidificando aggiungendosi a quelli già presenti (in pratica, si hanno reazioni dei minerali con il fuso). Ad esempio, da un magma basaltico, si formerà per prima l’olivina dove i minerali rimarranno sospesi nel fuso. Al diminuire dalla temperatura, alcuni reagiranno col liquido e si formeranno i pirosseni, poi si avranno gli anfiboli, ecc.

Il fuso residuale rimarrà, quindi, arricchito in silice e alcali progressivamente (sarà cioè più acido). Questa serie è detta discontinua, dato che si passa da una specie mineralogica ad un’altra. Un’altra serie è detta continua (dato che rimane sempre nell’ambito dei plagioclasi): durante il raffreddamento si ha soltanto un adattamento dalla composizione alle nuove temperature con progressivo arricchimento in sodio. Da notare, inoltre, che nella serie discontinua si passa da strutture più semplici a strutture più complesse (da mesosilicati a tettosilicati), i minerali idrati sono presenti nella parte bassa della serie, la sequenze di cristallizzazione influisce sulla forma dei cristalli dato che quelli femici otterranno la loro forma caratteristica (idiomorfa), mentre quelli sialici si disporranno nello spazio rimanente (allotriomorfa).