Scienze della Terra per le superiori/Le rocce sedimentarie

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Definizione[modifica]

Le rocce sedimentarie derivano da un processo di sedimentazione fisico (se si accumulano detriti o resti di organismi) o chimico (precipitazioni da soluzione satura). Possono essere infatti:

  • Rocce sedimentarie clastiche (o detritiche) se derivano dalla sedimentazione di detriti (es. sabbie, ghiaie).
  • Rocce sedimentarie organogene se derivano prevalentemente dalla sedimentazione di resti di organismi (es. gusci di organismi acquatici)
  • Rocce sedimentarie chimiche se si formano per precipitazione di sali da una soluzione satura (es. evaporiti)

Una caratteristica generale delle rocce sedimentarie è che spesso si presentano in strati sovrapposti, ognuno corrispondente ad un certo periodo di sedimentazione. Gli strati in genere si formano orizzontalmente, quindi se si osserva un affioramento roccioso con strati inclinati significa che i movimenti tettonici della litosfera hanno modificato la posizione e l'inclinazione delle rocce.

Formazione[modifica]

Le rocce sedimentarie clastiche si formano grazie ad un processo di erosione, trasporto, sedimentazione, compattazione, cementazione.

Erosione/degradazione[modifica]

Quando per cause diverse rocce che si sono formate in profondità vengono in superficie, si trovano esposte a condizioni chimico-fisiche completamente diverse da quelle in cui si sono formate. E' perciò naturale che molti minerali che le compongono non siano più stabili e subiscano una serie di modificazioni che tendono ad adattarli alle nuove condizioni termodinamiche.

Una volta che la roccia è stata alterata i frammenti rocciosi possono essere erosi o rimossi ad opera degli agenti geomorfologici. Con tale termine si indicano tutti quegli agenti in grado di modificare l'aspetto della superficie terrestre come il vento, le precipitazioni, i corsi d'acqua, il moto ondoso e le correnti marine, i ghiacciai e la stessa gravità. Naturalmente l'erosione avviene più facilmente sulla roccia già degradata, ma può avvenire, anche se con maggior difficoltà e lentezza anche su rocce non degradate.

Si è soliti distinguere i fenomeni di degradazione di tipo chimico da quelli di tipo fisico, anche se le rocce sono sottoposte ad entrambi contemporaneamente.

Fenomeni di degradazione fisica[modifica]

    • Il crioclastismo rappresenta lo sgretolamento della roccia causato dall'aumento di volume (9%) dell'acqua che congela nei pori e nelle fessure della roccia.

    • Il termoclastismo costituisce lo sgretolamento della roccia in conseguenza di forti sbalzi termici che provocano continue dilatazioni e contrazioni differenziali tra le zone più superficiali e quelle profonde, e tra i minerali a diverso coefficiente di dilatazione.

    • Le rocce argillose o contenenti argilla sono sottoposte a continue dilatazioni e contrazioni che tendono a frantumarle, quando i minerali argillosi assorbono acqua (adsorbimento) e la riperdono (essicazione), variando di conseguenza il loro volume.

Fenomeni di degradazione chimica[modifica]

    • Idrolisi (argillificazione) - Poichè i silicati possono essere considerati sali formati da un acido debole (l'acido ortosilicico) e da ioni metallici provenienti da basi forti (metalli alcalini e alcalino-terrosi), in soluzione acquosa presentano un certa tendenza a produrre idrolisi basica. Il processo porta alla separazione degli idrossidi metallici (NaOH, KOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2) dagli idrosilicati di alluminio, che sono acidi molto deboli. Poiché questi ultimi  costituiscono in pratica i minerali argillosi il processo è detto di argillificazione. Dall'argillificazione dei feldspati si libera il quarzo eventualmente presente nella roccia, il quale è stabile e rimane inalterato sotto forma di minuscoli cristalli che conservano il loro aspetto vitreo e trasparente e che vanno a costituire la frazione silicea del terreno, particolarmente abbondanti nei terreni sabbiosi.

    • Idratazione - Alcuni minerali sono in grado di legarsi con deboli legami polari all'acqua, la quale viene incorporata come costituente in un nuovo reticolo cristallino.  Così l'anidrite (CaSO4) si trasforma in gesso (CaSO4*2H2O), l'ematite in limonite. L'idratazione porta naturalmente ad un aumento del volume dei minerali.

    • Ossidazione - L'ossigeno atmosferico è in grado di ossidare parecchi ioni metallici. Ad esempio il ferro ferroso (Fe2+) in ferro ferrico (Fe3+), lo Zolfo 2- in  Zolfo 4+ (o Zolfo 6+). L'ossidazione riveste particolare interesse proprio nel caso dello Zolfo e del Ferro, trasformando sali insolubili come i solfuri di Ferro in composti solubili come i solfati o parzialmente solubili come gli ossidi di ferro. Un esempio di ossidazione si ha nell'alterazione lateritica a carico dei silicati ferrosi (olivine e pirosseni):

    • Solubilizzazione - Alcuni minerali possono essere portati in soluzione dall'acqua pura (NaCl, CaSO4, CaSO4*2H2O), altri, come il carbonato di Calcio (CaCO3) vengono sciolti dall'acqua contenente CO2. La CO2 reagisce infatti con l'acqua per dare acido carbonico, il quale, a sua volta reagisce con il carbonato di calcio per dare bicarbonato di calcio, sale solubile in acqua. Quest'ultimo è un processo che assume proporzioni impressionanti a carico di rocce interamente calcaree, dando luogo al fenomeno del carsismo., dove corsi d'acqua sotterranei sono in grado di scavarsi un letto tra le rocce formando caverne e grotte per chilometri.

Trasporto[modifica]

Una volta rimossi, i frammenti rocciosi vengono trasportati dagli stessi agenti responsabili del processo erosivo per tratti più o meno lunghi. I maggiori responsabili del trasporto dei clasti sono senz'altro i corsi d'acqua, dove i frammenti rocciosi possono essere portati per lo più in sospensione. Ma anche il vento e i ghiacciai sono importanti trasportatori di detriti.

Sedimentazione[modifica]

Quando la forza di trasporto diminuisce o cessa, i frammenti rocciosi  si depositano, o meglio, sedimentano. Come abbiamo già detto la maggior parte della sedimentazione avviene in ambiente subacqueo.

In genere sedimentano per primi i clasti di dimensioni maggiori e poi, via via quelli più piccoli. Il processo di sedimentazione produce strati di sedimenti, spesso con caratteristiche diverse, per struttura, colore e a volte anche per composizione chimica. La stratificazione è una caratteristica peculiare delle  rocce sedimentarie, che le rende facilmente distinguibili dalle altre rocce.

Inoltre assieme ai clasti si mescolano inevitabilmente resti di organismi morti che spesso si conservano all'interno della roccia come fossili. Solo le rocce sedimentarie presentano fossili.

L'analisi delle caratteristiche litologiche (tipo e struttura dei sedimenti) e paleontologiche (tipo di fossili) permette di risalire all'ambiente di sedimentazione (marino, fluviale, morenico, costiero, desertico etc) e spesso anche alle condizioni climatiche in cui è avvenuta la sedimentazione  (ad esempio climi aridi possono produrre arenarie ed evaporiti, climi umidi sono testimoniati dalla presenza di carbone).

Compattazione e cementazione[modifica]

La semplice sedimentazione di materiale incoerente non è in grado di produrre una roccia. Sono necessari dei processi di costipamento e di cementazione dei clasti, che producono la vera e propria litificazione, il passaggio cioè da un materiale sciolto ad una struttura rocciosa.

Il costipamento consiste nella progressiva diminuzione di volume degli strati più profondi per compressione da parte dei sedimenti che si vanno via via accumulando in superficie. Vengono in parte espulsi l'aria o la soluzione presente tra i clasti.

La cementazione consiste nella precipitazione dei sali disciolti nell'acqua che impregna i sedimenti, man mano che questa viene eliminata dal processo di costipamento. Si tratta quasi sempre di CaCO3 e di SiO2, che si depositano tra gli interstizi saldando insieme i clasti. In alcuni casi, durante il processo di diagenesi si possono produrre delle vere e proprie reazioni chimiche tra i sali disciolti nell'acqua e i minerali che compongono i clasti con formazione di nuovi composti chimici. Tale processo è noto come metasomatismo. Un tipico esempio di metasomatismo è dato dalla formazione delle Dolomiti. La dolomia, il minerale di cui sono composte, è infatti un carbonato doppio di calcio e magnesio (CaMg(CO3)2) formatosi a partire da sedimenti calcarei di origine organica (gusci di molluschi) per apporto di Mg presente nell'acqua marina.

Classificazione[modifica]

Questa classificazione si basa sull'origine delle rocce sedimentarie

Rocce sedimentarie clastiche[modifica]

Sono le rocce che derivano dalla sedimentazione di detriti (clasti). Esempi di rocce sedimentarie clastiche sono:

  • Argillite, che deriva dalla sedimentazione di argilla
  • Arenaria, che deriva dalla sedimentazione di sabbia (marina o fluviale)
  • Conglomerato, che deriva dalla sedimentazione di ghiaia o ciottoli (se sono spigolosi viene chiamato breccia)

Rocce sedimentarie organogene[modifica]

Sono le rocce che derivano dalla sedimentazione di resti di animali. Contengo spesso fossili. Ad esempio:

  • I calcari compatti (calcari pelagici) che derivano da fanghi marini che si formano per la sedimentazione dei gusci calcarei di foraminiferi (organismi microscopici). Talvolta presentano strati o noduli di selce (formata da resti di radiolari, microorganismi con il giscio siliceo)
  • I calcari fossiliferi. Sedimenti calcarei ricchi di fossili macroscopici
  • la dolomia che in parte deriva da barriere coralline

Rocce sedimentarie chimiche[modifica]

Si formano per precipitazione chimica da acque sature di sali. Ad es.

  • il travertino, si forma dalla precipitazione di calcare sul letto di fiumi (con acque particolarmente ricche di calcare)
  • concrezioni carsiche (stalattiti e stalagmiti).
  • evaporiti, derivano dalla evaporazione di acque marine o lacustri