La classificazione delle rocce

Quali sono i tre grandi gruppi di rocce e quale processo forma ciascuno? Indica in quale parte del pianeta avviene principalmente ciascun processo.

Una roccia con fossili non può essere ignea. Spiega perché e indica a quale gruppo appartiene normalmente una roccia fossilifera.

Di seguito sono descritti cinque campioni di rocce numerati in base ai loro caratteri osservabili:

1. Campione con tessitura granulare di cristalli visibili e intrecciati.

2. Campione disposto in strati con presenza di clasti e resti fossiliferi.

3. Campione con foliazione segnata dall'alternanza di bande chiare e scure.

4. Campione scuro a grana molto fine con presenza di vescicole o cavità.

5. Campione con foliazione planare sottile che si divide facilmente in lamine.

Assegna ciascun numero al suo gruppo (ignea, sedimentaria o metamorfica) e giustificalo con il carattere osservato (cristalli intrecciati, strati, foliazione, ecc.).

Nell'immagine, individua il granito e l'arenaria. Confronta come si è formata ciascuna a partire da minerali simili (quarzo, feldspato) e spiega perché l'arenaria è porosa e il granito no.

Che cos'è la tessitura di una roccia e in che cosa si differenzia dalla sua struttura? Fai un esempio di tessitura vetrosa e uno di tessitura faneritica (cristalli visibili).

Che cos'è la tessitura porfirica e quale storia di raffreddamento in due fasi rivela in una roccia ignea?

Che cosa sono i clasti di una roccia detritica e quale tessitura definiscono? Distingui tra clasti, matrice e cemento.

Una roccia nera, a grana molto fine e con numerose vescicole (cavità), affiora in un cono vulcanico. Identificala e spiega che cosa indicano le vescicole sul magma che l'ha originata.

Confronta le tessiture afanitica e faneritica: che aspetto ha ciascuna, in quale ambiente di raffreddamento si forma e un esempio di roccia di ciascun tipo.

Una roccia vulcanica mostra grandi cristalli di feldspato immersi in una matrice a grana finissima. Interpreta la sua storia di raffreddamento e spiega perché i fenocristalli e la matrice hanno dimensioni così diverse.

Un conglomerato di ciottoli arrotondati e una breccia di clasti angolosi possono avere la stessa composizione. Spiega quale diversa storia di trasporto e deposizione racconta ciascuna tessitura.

In uno scisto, le miche sono orientate su piani paralleli. Spiega quali sforzi originano questa foliazione e perché la roccia si fessura con facilità lungo quei piani.

Durante una campagna sul campo, uno studente osserva il campione dell'immagine (un gneiss bandato) e annota sul quaderno: «Si tratta di una roccia sedimentaria con laminazione ritmica (varve), in cui le bande scure sono livelli di argilla ricca di materia organica e quelle chiare sono sabbie quarzitiche depositate in estate».

1. a) Confuta l'interpretazione dello studente analizzando la tessitura visibile nell'immagine: quali criteri tessiturali e mineralogici permettono di escludere che queste bande siano lamine sedimentarie primarie e di confermare un bandeggiamento gneissico?
2. b) Prevedi quali microstrutture ti aspetti di osservare in una sezione sottile di questa roccia (in relazione ai contatti intergranulari e all'orientazione preferenziale dei fillosilicati) che sarebbero impossibili da trovare nella roccia sedimentaria proposta.
3. c) Se trovassi questo affioramento tagliato da dicchi granitici deformati e piegati in modo concordante con il bandeggiamento, quale storia tettonica e termica dedurresti per la regione?

Elenca cinque caratteri osservabili a occhio nudo o con la lente che ti aiuterebbero a classificare un campione di roccia.

Un calcare con fossili di coralli e un altro formato da ooliti sono entrambi carbonatici. Confronta gli ambienti di formazione indicati da ciascuno (barriera tranquilla contro piattaforma poco profonda e agitata).

Un'impresa edile acquista lastre di «granito nero» per il rivestimento esterno di un edificio. Analizzandole in laboratorio, si determina una densità di 3,0 g/cm³, un'assenza totale di quarzo libero e di feldspato alcalino, e un contenuto di plagioclasio calcico (labradorite) e clinopirosseno superiore all'85 % in volume. L'impresa presenta un reclamo sostenendo che il materiale non è granito.

1. a) Come perito geologo, giustifica dal punto di vista petrologico perché il campione non è un granito, collocando la sua composizione modale nel diagramma QAPF di Streckeisen e deducendo di quale roccia plutonica si tratta.
2. b) Confuta l'argomento del fornitore commerciale secondo cui «in geologia tutto ciò che ha tessitura granulare cristallina è un tipo di granito», spiegando la differenza tra tessitura fanerica e classificazione mineralogica modale.
3. c) Prevedi e giustifica come risponderà chimicamente questo rivestimento all'alterazione dovuta alla pioggia acida urbana ricca di SO₂, rispetto a un vero granitoide ricco di quarzo e feldspato potassico.

Per la fondazione di una diga e la fornitura di massicciata ferroviaria, un'impresa geotecnica analizza due rocce silicee macroscopicamente simili (campioni A e B), entrambe costituite per oltre il 95 % da SiO₂.

Le prove danno i seguenti risultati:

• Campione A: colpito con il martello, la superficie di frattura presenta lucentezza opaca e tatto ruvido («da carta vetrata»); la sua porosità efficace è del 4,2 % e al microscopio si osservano contatti puntuali tra clasti arrotondati con cemento di silice microcristallina.

• Campione B: presenta frattura concoide netta che taglia indistintamente grani e matrice con lucentezza vitrea continua; la sua porosità efficace è dello 0,3 % e al microscopio mostra una tessitura granoblastica con contatti suturati e interdigitati.

1. a) Identifica motivando quale dei campioni corrisponde a un'ortoquarzite (arenaria quarzosa sedimentaria) e quale a una metaquarzite metamorfica, giustificando la differenza meccanica nella superficie di rottura a partire dalla tessitura cristallina di ciascuna.
2. b) Giustifica quale delle due rocce risulta più idonea come massicciata rispetto ai cicli di gelo-disgelo (crioclastismo) e all'abrasione meccanica continua.
3. c) Se sottoponi il campione A a metamorfismo regionale in facies degli scisti verdi, prevedi come evolveranno la sua porosità, la forma dei grani e i loro limiti intercristallini.

Durante una campagna di cartografia geologica in una zona strutturalmente complessa, il tuo gruppo raccoglie tre coppie di campioni difficili da distinguere visivamente sul campo:

• Coppia 1: Due rocce scure, afanitiche e dure (un basalto e una quarzite nera ricca di tormalina).

• Coppia 2: Due rocce pelitiche scure a grana fine (una argillite compattata e un'ardesia metamorfica).

• Coppia 3: Due rocce carbonatiche chiare (un calcare micritico puro e un marmo bianco saccaroide).

1. a) Progetta per ogni coppia un protocollo di semplici prove di campo (utilizzando soltanto lente a 10 ingrandimenti, coltello d'acciaio, punta di quarzo e HCl al 10 %) che permetta di distinguerle inequivocabilmente in situ.
2. b) Se la coppia 2 non si risolve con sicurezza sul campo, quale semplice prova fisica legata all'immersione in acqua o all'essiccazione progetteresti prima di ricorrere alla sezione sottile?
3. c) Per la coppia 1, descrivi quali criteri diagnostici microtessiturali definitivi ti aspetteresti di osservare al microscopio petrografico a luce polarizzata per certificare l'origine vulcanica dell'una e quella metamorfica dell'altra.

Tre relazioni geologiche indipendenti descrivono la stessa formazione rocciosa di un bacino sedimentario con tre denominazioni diverse:

• Relazione A (litostratigrafica): «Calcare micritico con fossili».

• Relazione B (petrologica di laboratorio secondo Folk/Dunham): «Biomicrite» o «Wackestone a foraminiferi e bivalvi».

• Relazione C (paleoambientale): «Deposito carbonatico di piana tidale protetta o laguna poco profonda».

1. a) Interpreta i dati forniti da ciascuna nomenclatura e giustifica a partire da essi la proporzione relativa di clasti rispetto al fango micritico e il livello di energia idrodinamica dell'ambiente al momento della deposizione.
2. b) In un progetto idrogeologico regionale per valutare il potenziale degli acquiferi carsici, spiega quale delle classificazioni risulta più operativa e quali inconvenienti comporta basare la cartografia esclusivamente sull'interpretazione ambientale della relazione C.
3. c) Se nello strato immediatamente sovrastante la roccia diventa un «Grainstone o biosparite» con ooliti, bioclasti ben selezionati e cemento sparitico senza matrice fangosa, deduci quale cambiamento del livello relativo del mare o dell'idrodinamica del bacino ha avuto luogo.

Che cos'è il ciclo litologico? Indica i suoi processi principali e spiega perché si dice che nessuna roccia è permanente.

Che differenza c'è tra un sedimento sciolto e una roccia sedimentaria consolidata? Quale insieme di processi trasforma l'uno nell'altra?

In una serie stratigrafica marina formata da calcari micritici fossiliferi si colloca un plutone granitico. A 600 m dal contatto, la roccia è un calcare grigio con foraminiferi ben conservati; a 80 m dal contatto diventa una roccia bianca dall'aspetto saccaroide, senza tracce di fossili e a grana fine; e nel contatto netto con il granito compare una roccia con cristalli di calcite di oltre 3 mm insieme a silicati calcici (wollastonite e grossularia).

1. a) Giustifica i cambiamenti tessiturali osservati avvicinandosi al plutone: perché scompaiono i fossili e aumenta progressivamente la dimensione dei grani di calcite?
2. b) Progetta una semplice prova di campo che permetta di dimostrare che sia il calcare originario sia il marmo conservano la stessa fase minerale principale, e spiega perché la loro resistenza meccanica e la loro porosità sono notevolmente diverse.
3. c) Deduci quale reazione mineralogica spiega la formazione di wollastonite (CaSiO₃) nel contatto e quale componente chimico dovette apportare il protolite o il fluido magmatico idrotermale perché avvenisse.

In un sondaggio profondo nella radice di una catena collisionale si estrae una roccia bandata con morfologia eterogenea: bande felsiche tortuose e piegate (leucosomi) di quarzo e feldspato con tessitura fanerica granulare, intimamente intrecciate con bande mafiche ricche di biotite e sillimanite (melanosomi) con intensa foliazione.

1. a) Giustifica perché questa roccia (una migmatite) si colloca al confine genetico tra metamorfismo e magmatismo, deducendo lo stato fisico del leucosoma e del melanosoma durante il picco termico.
2. b) Basandoti sul concetto di anatessi e sulla curva del solidus della crosta continentale idratata, prevedi che cosa sarebbe accaduto alla roccia se la temperatura fosse aumentata di altri 150 °C e come sarebbe cambiato l'aspetto del corpo roccioso risultante al raffreddamento.
3. c) Uno studente afferma: «Se il leucosoma è arrivato a fondere, la roccia dovette superare i 1700 °C, che è il punto di fusione del quarzo puro». Confuta questa affermazione giustificando il comportamento delle miscele eutettiche e l'influenza dell'acqua nella fusione crostale.

Durante un incontro di lavoro geologico si analizza una serie di campioni e emergono tre discrepanze tra i membri del gruppo:

1. Un tecnico afferma che alcune lave riolitiche e depositi di colate piroclastiche presentano autentica stratificazione sedimentaria.

2. In un campione con bande millimetriche alternate di quarzo-feldspato e di biotite, uno studente sostiene che si tratti di un'arenaria con laminazione incrociata primaria che ha conservato intatti i suoi strati di sedimentazione.

3. Un campione argilloso mostra piani paralleli di frattura che si confondono con la scistosità ardesiaca.

1. a) Valuta la validità dell'affermazione 1 distinguendo tra stratificazione per sedimentazione in ambienti fluidi e bandatura di flusso lavico per viscosità o depositi piroclastici di caduta/flusso.
2. b) Confuta l'affermazione 2 spiegando il meccanismo di differenziazione metamorfica che genera la bandatura gneissica a partire da un protolite omogeneo sottoposto a sforzi diretti, e indica quale tessitura intergranulare rivelerebbe al microscopio la sua natura metamorfica rispetto a una detritica.
3. c) Progetta un criterio strutturale per distinguere sul campo o in laboratorio la fissilità diagenetica dell'argillite (affermazione 3) dal clivaggio ardesiaco metamorfico, mettendo in relazione l'orientazione dei piani di rottura con lo sforzo tettonico e la stratificazione originaria.