Lezione 8 · Il processo sedimentario

Comunicazioni

• Da oggi si parla di rocce sedimentarie, “per un pochino”; poi tornano i laboratori di riconoscimento, stavolta sulle sedimentarie.
• Prima escursione a fine mese, se tempo e condizioni lo permettono. In mezzo c’è il corso di formazione da 8 ore, quello di legge per poter fare le attività di laboratorio.
• Settimana prossima le informazioni sull’uscita. Servono giubbino ad alta visibilità, elmetto e occhiali antinfortunistici.
• Scambio ore, confermato da una mail ai corsisti: lunedì 12 ottobre; Piazza prende il posto di Brandolini giovedì pomeriggio (15 ottobre). Martedì 13 si fa la solita lezione in CT.09.

Il processo sedimentario

Dopo il processo magmatico, il secondo del ciclo delle rocce.

Le rocce che affiorano vengono esposte agli agenti atmosferici e prendono parte a un processo articolato, il processo sedimentario, che porta prima alla formazione di un sedimento e poi di una roccia sedimentaria. Al processo partecipano rocce di qualunque tipo, perché ormai il ciclo ha fatto il suo primo giro: magmatiche, metamorfiche, altre sedimentarie, e perfino gli stessi sedimenti, cioè materiale che non è ancora roccia. Le rocce sedimentarie sono la parte più superficiale della crosta e un mondo molto più vario delle magmatiche: si classificano in gruppi, in base alla genesi e agli attori che concorrono a formarle.

• Sono tutte indispensabili, più o meno evidenti e più o meno facili da interpretare. Intervengono, come in ogni processo petrogenetico, pressione, temperatura e attività dei fluidi, che si bilanciano e sbilanciano.
• Il processo può essere interrotto in qualunque momento, ma per arrivare a una roccia sedimentaria bisogna percorrerlo per intero. Un sedimento prima di diventare roccia può ricominciare da capo e essere rielaborato più volte.
• Il luogo dove avviene la sedimentazione è il bacino di sedimentazione (o bacino sedimentario). Il volume di rocce che fornisce il materiale, clasti ed eventualmente ioni, è l’area sorgente o bacino alimentatore. Il caso più classico è un bacino marino alimentato da rilievi, ma si sedimenta in tutti gli ambienti della superficie del pianeta.

Alterazione

In un granito, per esempio, l’alterazione si manifesta indebolendo i legami tra un cristallo di quarzo e uno di plagioclasio, o tra altri cristalli.

Alterazione chimica

Questo passaggio nell’audio è illeggibile: lo ricostruisco dalle slide e dal discorso che segue.

Gli agenti chimici fondamentali sono soluzione, idrolisi e ossidazione. Agiscono soprattutto per mezzo di acqua e aria, quindi sulla superficie terrestre.

• Dissoluzione totale di un minerale, con evacuazione degli ioni in soluzione. Succede quando la roccia è fatta di sali, per esempio carbonato di calcio, e le acque sono sufficientemente aggressive. Sfocia quasi subito in erosione, perché gli ioni sono presi in carico dall’acqua e allontanati.
• Trasformazione di un minerale in altri minerali, soprattutto i silicati in argille. Nel granito i feldspati diventano via via argille, che hanno dimensioni minori e sono molto più facili da erodere. Questo è l’idrolisi dei silicati: le reazioni, con le formule, si vedono a Chimica con Solokha.

Più le condizioni in cui si trova la roccia sono diverse da quelle in cui si è formata, meno è stabile il minerale e più efficace è l’alterazione chimica. Il processo è controllato dalla chimica delle acque, dalla disponibilità d’acqua e dalle fluttuazioni termiche: tre fattori a loro volta legati al clima e alla geomorfologia.

Alterazione fisica

Stessi controlli: tra una cima, una valle, un ambiente artico e uno desertico cambia tutto, per esempio se sono possibili i cicli gelo e disgelo, l’evaporazione capillare che fa crescere i sali o un’escursione termica abbastanza netta.

Per la decompressione: nelle cave di pietra ornamentale i blocchi vengono lasciati stagionare qualche giorno sul piazzale prima di essere tagliati, per dare loro il tempo di decomprimere.

Alla fine dell’alterazione la roccia è predisposta alla fase successiva e si sono già individuate le singole particelle.

Erosione

Clasto è il termine tecnico per un frammento di roccia di qualunque dimensione. Il materiale prodotto può viaggiare in forma clastica (frammenti) o in forma ionica (ioni in soluzione).

Trasporto

Trasporto selettivo e non selettivo. Un mezzo è selettivo se sceglie il materiale in base alla dimensione.

• Non selettivi: la gravità (quello che cade, cade qualunque sia la dimensione) e il ghiaccio, che porta clasti di qualunque classe dimensionale sulla superficie, nel corpo, sul fondo e alla fronte del ghiacciaio.
• Fortemente selettivi: acqua e vento. Qui conta l’energia del mezzo: più è alta, più grandi sono i clasti trasportabili. Va considerata anche la densità: a parità di dimensioni un materiale più pesante è più difficile da spostare.

Per acqua e vento i modi di trasporto sono trascinamento, rotolamento, saltazione e sospensione; in acqua anche il galleggiamento. Più l’energia è alta, più classi dimensionali si spingono verso la condizione massima, la sospensione. I materiali molto grandi non staranno mai in sospensione, ma verranno trascinati o rotolati; in sospensione stanno i più fini e leggeri.

Dopo un forte temporale, alla foce del Bisagno o del Polcevera, l’acqua è scura e marroncina: è il materiale in sospensione che, calando l’energia, si allontana e poi decanta sul fondo. Un tronco che galleggia, va al largo e poi affonda sedimenta insieme alle particelle che erano state tenute in sospensione.

Deposito

Frazione clastica. Basta togliere energia al mezzo: un fiume che arriva al mare perde l’energia che lo faceva trasportare, e per gravità i clasti si appoggiano al fondo. Prima i più grossi e pesanti, poi, man mano che l’energia cala ancora, quelli sospesi più leggeri, che decantano.

Frazione ionica. Qui non manca il trasporto, perché il mare non perde acqua, e serve un altro meccanismo: il più semplice è mandare l’acqua in sovrassaturazione, così precipitano i cristalli. Ci vogliono condizioni particolari, per esempio una circolazione ristretta, un bacino in cui l’evaporazione riduce il volume del solvente. Il prof aveva anche altri meccanismi in mente, tra cui la sottrazione degli ioni da parte degli organismi.

Litificazione immediata. A volte il sedimento diventa roccia in tempi brevissimi: nelle scogliere coralline gli scheletri dei coralli crescono uno sull’altro e formano un’impalcatura rigida. È una sedimentazione attraverso la costruzione dello scheletro dell’organismo, quindi si fissa il materiale e si costruisce direttamente la roccia carbonatica.

Diagenesi e litificazione

Dopo il deposito, il sedimento si converte in roccia sedimentaria con la diagenesi e la litificazione. Il volume depositato va incontro a una variazione di pressione, temperatura e attività dei fluidi rispetto alle condizioni in cui si è formato, e si deve riequilibrare, riorganizzandosi. È qui che entra il cemento della sezione seguente.

Tessitura: scheletro, interstiziale e pori

Come per le magmatiche, il primo approccio è sempre la tessitura.

Una roccia sedimentaria è fatta da tre componenti. Ciò che racconteranno i loro rapporti è la storia della litificazione di quel sedimento.

Matrice e cemento

Il cemento è incoerente se ha natura diversa da quella dello scheletro (clasti di granito legati da carbonato di calcio), coerente se ha la stessa natura (clasti di rocce carbonatiche legati da cemento carbonatico, che precipita dopo, quando circolano i fluidi). Il cemento è indipendente dalla natura dello scheletro, perché viene dopo.

Una stessa roccia può avere matrice in alcuni spazi, cemento in altri e pori ancora aperti, e i tre casi limite dei disegni (scheletro e pori, scheletro e matrice, scheletro e cemento) possono coesistere. Lo schema delle slide viene da Bosellini et al., 1989.

I tre tipi di tessitura

“Sostenuta” e “portante” sono sinonimi. Matrice e scheletro si distinguono solo per dimensione: lo scheletro è la frazione più grande, l’interstiziale la più piccola.

I costituenti fondamentali

Scheletro, matrice e interstiziale derivano tutti dal materiale fornito dal bacino alimentatore. Da questi quattro gruppi vengono gran parte delle classificazioni che useremo.

Lettura delle sigle: E = extra-, fuori dal bacino di sedimentazione; I = intra-, dentro; NC = non carbonatico; C = carbonatico; V = vulcanico. La tabella viene da Zuffa, 1985.

I vulcanici vanno sempre messi nel conto: un’attività eruttiva manda in atmosfera tonnellate di ceneri e lapilli, che rientrano nella circolazione atmosferica e ricadono (fall-out) dove capita, quindi anche in bacini lontani da ogni apparato vulcanico.