Geochimica

La geochimica è una branca delle Scienze della Terra che studia la distribuzione, l’interazione ed il comportamento delle specie chimiche naturali nelle matrici geologiche (rocce, aria, acqua) e la loro evoluzione nello spazio e nel tempo.

Geochimica con laboratorio

Processo magmatico

Classificazione dei tipi di rocce: magmatiche, sedimentarie e metamorfiche 

Le rocce sono aggregati di minerali che vengono classificati in base alla loro origine. È possibile distinguere rocce magmatiche, sedimentarie o metamorfiche e da una tipologia di roccia è possibile passare ad un’altra tramite variazioni di pressione, temperatura o per alterazione – è il cosiddetto “ciclo delle rocce”. 

Le rocce sono, per definizione, aggregati eterogenei di minerali. 

Sulla Terra esistono tre grandi categorie di rocce: ignee, sedimentarie e metamorfiche. Ciò che le differenzia è l’origine, ma esiste un filo conduttore che le lega secondo un ciclo: potremmo dire che ogni roccia è come se avesse tre vite (potenziali). 

La roccia nasce ignea; può poi diventare sedimentaria e/o metamorfica. Queste ultime possono fondere nuovamente e tornare a essere ignee. Questo è il famoso ciclo delle rocce! 

Rocce magmatiche: classificazione e principali tipologie 

Sommario 

1 

Rocce ignee (o magmatiche) – la prima vita 

1.1 

Rocce magmatiche intrusive 

1.2 

Rocce magmatiche effusive 

2 

Rocce sedimentarie – la seconda vita 

2.1 

Rocce sedimentarie clastiche 

2.2 

Rocce sedimentarie organogene 

2.3 

Rocce sedimentarie chimiche 

3 

Rocce metamorfiche – La terza vita 

4 

Perché si parla di «ciclo delle rocce»? 

Rocce ignee (o magmatiche) – La prima vita 

La prima vita è quella ignea o magmatica. Si tratta di rocce formate grazie al raffreddamento e alla solidificazione del magma: possiamo considerare questo punto come la loro nascita. Il magma, tuttavia, può solidificare anche prima di fuoriuscire dalla crosta terrestre: in questo caso, si parlerà di rocce ignee intrusive. Invece, quando il magma fuoriesce dalla crosta terrestre e si solidifica all’esterno, avremo a che fare con rocce ignee effusive 

Nota bene: per “magma” si intende una roccia fusa e ricca di gas all’interno della crosta terrestre. Quando questa viene eruttata, perde i gas e si parla allora di lava. 

Intrusive 

Le rocce ignee intrusive (quelle che si raffreddano all’interno della crosta) hanno solitamente dei cristalli ben sviluppati, proprio perché il raffreddamento è lento e quindi gli atomi hanno più tempo per disporsi in maniera ordinata. Un tipico esempio è il granito, una roccia molto dura e comunemente utilizzata in edilizia e nelle pavimentazioni stradali. L’estrazione del granito, che come abbiamo visto si forma in profondità, è possibile grazie ai movimenti della crosta terrestre. Questi, procedendo lentamente nel corso delle ere geologiche, riescono a far emergere anche gli strati più profondi della crosta, una sorta di “ascensore” naturale per le rocce! 

Effusive 

Per quanto riguarda la formazione delle rocce ignee effusive (quelle che raffreddano all’esterno della crosta terrestre) il discorso è diverso. Il materiale igneo, ritrovandosi a una temperatura esterna molto più bassa rispetto a quella del sottosuolo, tende a solidificare molto rapidamente, senza dare la possibilità agli atomi di disporsi in maniera ordinata; nel caso in cui il raffreddamento avvenga in modo estremamente repentino si formerà il vetro, il quale non è altro che una roccia ignea effusiva raffreddatasi così velocemente da essere priva di minerali, con una struttura «amorfa», cioè senza la struttura cristallina. Uno degli esempi più celebri è l’ossidiana. 

Un altro esempio di roccia vulcanica effusiva, tra le più comunemente utilizzate, è il basalto. Questa roccia non è altro che lava solidificata, solitamente di colore scuro ed è ampiamente utilizzata per la pavimentazione delle nostre città. Avete presenti i sampietrini delle strade? Ecco, quello è basalto! 

Rocce sedimentarie – La seconda vita 

Mentre le rocce ignee si formano per un processo di raffreddamento di materiale magmatico fuso o semi-fuso, nella maggior parte dei casi le rocce sedimentarie si formano in acqua, nei mari, negli oceani e nei laghi, e sono composte da frammenti e detriti di rocce preesistenti provenienti dalle montagne (rocce sedimentarie clastiche). I rilievi, infatti, possono essere considerati la sorgente dei sedimenti rocciosi che andranno a costituire una roccia sedimentaria. Ecco perché parlo di «seconda vita». 

Clastiche 

La roccia sedimentaria clastica è il primo (e il più diffuso) dei tre tipi di rocce sedimentarie (clastiche, organogene e chimiche) e prende questo nome proprio perché composto da clasti di rocce preesistenti. Tutto il materiale sgretolato viene trasportato da monte a valle, pian piano, fino al mare, attraverso i fiumi. I corsi d’acqua sono infatti il mezzo di trasporto principale dei sedimenti! 

Una volta giunti alla foce del fiume, i sedimenti si depositano in acqua, dando inizio a quel lento processo attraverso il quale diventano roccia. Vediamolo più in dettaglio: i granelli vengono distribuiti sul fondale marino grazie alle correnti e, poiché l’apporto da monte è più o meno continuo, questi verranno seppelliti da altri giunti in un secondo momento, tendendo a stratificarsi. Le rocce sedimentarie, infatti, nella maggior parte dei casi sono caratterizzate da una stratificazione, come una torta a più piani! 

Gli strati depositatisi per primi (quindi i più vecchi) si troveranno a una profondità maggiore, dove l’alta pressione e la temperatura, insieme a particolari condizioni chimiche, favoriscono i cosiddetti «processi di diagenesi e litificazione», cioè quell’insieme di processi chimico-fisici che si verificano all’interno del sedimento, a partire dal momento della sua deposizione fino alla formazione della roccia.Se ripetessimo questo processo numerose volte, per milioni di anni, troveremmo, a 3 o 4 chilometri di profondità, degli strati di roccia composta da sabbia (più o meno grossolana) e cemento (collante). 

Organogene 

Le rocce sedimentarie organogene sono composte da frammenti, non di rocce preesistenti come nel caso delle rocce clastiche, bensì da gusci di organismi e dai prodotti delle loro attività, come per esempio le loro «cacchette» (escrementi). Tutti gli organismi che vivono nella colonna d’acqua e sul fondale marino, una volta morti, vanno a depositarsi sul fondale e, da questo punto in poi, avviene ciò che succede alla sabbia delle rocce clastiche: inizia il processo di stratificazione-costipamento, diagenesi (reazioni chimico-fisiche) e litificazione (ossia la trasformazione da sedimento sciolto a roccia). Alcune tipologie di calcare si formano proprio in questo modo. 

(L’Idrogeno solforato presente nelle emissioni delle zone geotermiche e vulcaniche, è prodotto dalla degradazione batterica di proteine animali e vegetali.)

A questo punto vi starete chiedendo come queste rocce siano visibili in montagna se si sono originate in mare. La risposta è semplice: gli sforzi tettonici compressivi hanno creato un rilievo, proprio lì dove due placche si scontrano. 

Immaginate di spingere i lembi di un tappeto verso il centro del tappeto stesso: si formerà una serie di pieghe che vanno verso l’alto, creando un rilievo. Questo semplice gesto può spiegare cosa avviene in un cosiddetto «contesto tettonico compressivo». 

Roccia sedimentaria organogena con resti di ammoniti fossili. 

Chimiche 

L’ultimo tipo di roccia sedimentaria, ossia quella chimica, è diffusa un po’ in tutto il mondo. Le rocce sedimentarie chimiche non si formano grazie alla deposizione di sedimenti preesistenti, come nel precedente processo. Per intenderci, non si tratta dei granelli di sabbia che viaggiano da monte a mare e che poi si depositano. Tutto il processo di formazione avviene direttamente in acqua, a causa di reazioni chimiche come la precipitazione di sali. 

Questo è il meccanismo che governa la formazione di rocce evaporitiche e, un esempio abbastanza comune, è il calcare (che come abbiamo visto prima può essere anche di tipo “organogeno”). Questo processo è quello che ci permette di spiegare come si forma quel fastidiosissimo sottile strato bianco che ritroviamo sui bicchieri o sul soffione della doccia. L’acqua potabile dei nostri rubinetti, infatti, è ricca di bicarbonato di calcio e, quando ci sono le condizioni di sovrasaturazione, questo ritorna allo stato solido, ossia carbonato di calcio (detto comunemente «calcare»). Sempre questo meccanismo è quello che ci permette di spiegare i grandi accumuli di sale sulle rive del Mar Morto. 

Rocce metamorfiche – La terza vita 

Le rocce possono anche essere seppellite da altre rocce. L’abbiamo detto poc’anzi: quando le rocce sedimentarie si depositano in strati, i più vecchi saranno più profondi di quelli più recenti. Va da sé che gli strati più profondi subiranno tutto il peso della colonna di strati superiore, provocando un innalzamento della temperatura e della pressione. Questi sono i due fattori principali che possono trasformare la struttura cristallina delle rocce. Tale trasformazione è la chiave per il passaggio alla «terza vita» della roccia. Entriamo dunque nel mondo delle rocce metamorfiche, cioè quelle rocce di origine sedimentaria o ignea che subiscono una metamorfosi della loro struttura cristallina. 

All’aumentare della profondità si possono raggiungere temperature e pressioni via via crescenti, che daranno vita a una serie di diverse rocce metamorfiche. Abbiamo infatti le rocce di basso grado (tra 350 e 500 °C), medio grado (550 e 650 °C) e alto grado metamorfico (oltre i 600 °C). 

Anche la pressione è un fattore che condiziona in modo importante i tipi di roccia che si vengono a formare. Si parlerà di: 

Zeoliti → temperature tra i 150 e 350 °C e pressioni tra 1 e 6 kilobar (cioè fino a 6000 volte la pressione atmosferica al livello del mare); 

Scisti verdi → 300 e 450 °C e pressioni minori di 8 kilobar; 

Scisti blu → temperature relativamente basse (minori di 440 °C) e pressioni medio-alte; 

Anfiboliti → medie temperature (500- 650 °C) e pressioni medio-basse (inferiori a 10 kilobar); 

Eclogiti → temperature medie e alte pressioni (maggiori di 15 kilobar); 

Granuliti → alte temperature (800-900 °C) e pressioni variabili. 

Molti marmi, tanto usati nell’edilizia, nell’arte, nell’urbanistica e nell’arredamento, sono il risultato del metamorfismo di rocce sedimentarie essenzialmente calcaree. In Italia abbiamo i marmi di Carrara, che sono probabilmente i più famosi al mondo. 

Perché si parla di «ciclo delle rocce»? 

In realtà le tre categorie di cui abbiamo appena parlato (ignee, sedimentarie e metamorfiche) sono legate le une alle altre in un ciclo. Le rocce ignee vengono prodotte dai vulcani e, una volta erose e disgregate, i loro sedimenti andranno a formare le rocce sedimentarie, che a loro volta possono trasformarsi in rocce metamorfiche o rifondere, tornando ignee e dando vita così a un nuovo ciclo. Attenzione: non è scontato che una roccia ignea diventi sedimentaria e poi metamorfica; potrebbe diventare direttamente metamorfica, «saltando» la vita sedimentaria, e una roccia sedimentaria o metamorfica può essere sgretolata dai processi erosivi e diventare una nuova roccia sedimentaria. Allo stesso tempo alcune rocce sedimentarie si originano indipendentemente da tutte le altre, per cui anche loro hanno una prima vita.