Comunicazioni
- Dopo la lezione si è andati a ritirare i DPI: caschetto, gilet e occhiali. Nient’altro.
- Prossimo incontro con Piazza: giovedì 15 ottobre pomeriggio, per lo scambio ore con Brandolini.
- Da tenere sempre a portata di mano in laboratorio e all’esame: lente e righello, e le tavole di comparazione di questa lezione. Il prof dice che non le chiederà mai a memoria: “non le so nemmeno io”.
Le quattro categorie delle rocce sedimentarie
Una prima classificazione: prima si decide di che cosa è fatta la roccia, poi, dentro ogni gruppo, si usano altri strumenti (dimensione o composizione).
Clastico-terrigene
Clastico vuol dire che la tessitura è frammentaria: si vedono i pezzetti che formano lo scheletro della roccia. Terrigeno indica che i frammenti derivano da rocce preesistenti, esterne al bacino.
- Costituente fondamentale: clastico-terrigeni, eventualmente affiancati da carbonacei, chimici/biochimici e autigeni.
- La distinzione interna è granulometrica: la nomenclatura dipende dalla dimensione degli elementi dello scheletro. Tre gruppi: conglomerati e brecce (i più grossolani), areniti, peliti (le più fini).
Sono rocce molto diffuse. Se si chiede “hai mai visto una roccia sedimentaria?”, la risposta sicura è sì: la passeggiata di Nervi è tutta su rocce sedimentarie, Ovada è quasi completamente su sedimentarie, e così il Ponente (Sanremo, Ventimiglia). In Liguria le sedimentarie sono molte più delle magmatiche.
Carbonatiche, organogene e biochimiche
- Costituenti fondamentali: chimici e biochimici, legati all’attività della biosfera e alla chimica, con eventuali clastico-terrigeni, carbonacei e autigeni. Non sono obbligatori: la caratterizzazione viene dalla presenza dei chimici e biochimici.
- La distinzione interna è più articolata:
- calcari e dolomie (i carbonati): in parte su base granulometrica e morfologica, in parte composizionale;
- selci, fosfati e carboni: non si distinguono più per dimensione ma per composizione chimica: le selci sono SiO2, i fosfati hanno il fosforo, i carboni sono arricchiti in carbonio.
- Gli aspetti granulometrici e morfologici valgono per i calcari e in parte per le dolomie gli stessi delle clastico-terrigene: c’è una tabella granulometrica unica, valida per entrambi i gruppi, quando è il parametro dimensionale a condurre la classificazione.
Precipitati chimici
Rocce che devono la genesi a una reazione chimica (stechiometrica): elementi chimici ed eventualmente, in misura minore, biochimici; clastico-terrigeni, carbonacei e autigeni possono associarsi ma non sono la regola. La componente della biosfera è poco importante o assente.
- Si dividono in ferrifere ed evaporiti, su basi composizionali: le evaporiti sono sali, e la natura del sale caratterizza il tipo litologico.
Vulcanoclastiche
Rocce con scheletro clastico, ma fatto di materiale di tipo vulcanico: costituenti clastico-terrigeni vulcanici, a volte con carbonacei. Si parla di tufi (nomenclatura ripresa dalle rocce vulcaniche già viste) e agglomerati (i termini più grossolani).
È un gruppo a volte difficile da riconoscere: si confonde con facilità con le rocce vetrose frammentarie viste prima, o con le clastico-terrigene. Non per incapacità: i processi che le formano sono un misto di vulcanici e sedimentari. Sono il punto di contatto tra processo magmatico diretto e processo sedimentario, dove l’uno sfuma nell’altro.
La scala granulometrica
Lo strumento di riferimento per tutte le clastico-terrigene: va tenuto a portata di mano, anche negli anni successivi.
È la scala di Udden e Wentworth, due sedimentologi che hanno studiato il comportamento delle particelle. Interessano la colonna millimetri e micron e i nomi. La scala phi (φ) (φ = −log2 S, con S il diametro in mm) si vede l’anno prossimo a Geologia 2.
| Classe | Dimensioni | Suddivisioni (dalla slide) |
|---|---|---|
| Ghiaia | > 2 mm | blocchi (> 256 mm), ciottoli (64–256), ciottoletti (4–64), granuli (2–4) |
| Sabbia | da 2 mm a 62,5 µm | molto grossa, grossa, media, fine, molto fine |
| Silt (limo) | da 62,5 a 3,9 µm | grosso, medio, fine, molto fine |
| Argilla | < 3,9 µm |
Silt e argilla insieme sono il fango. Per convenzione sabbie e ghiaie sono i sedimenti a grana grossa, silt e argille (il fango) quelli a grana fine.
I tagli da ricordare sempre: 2 mm (ghiaie sopra, sabbie sotto), 62,5 µm e 3,9 µm (sotto il quale c’è l’argilla). Sul campione le classi si stimano a occhio con lente e righello; poi progressivamente si deducono da altri aspetti, fino alle analisi di laboratorio.
Il prof elenca “i tagli fondamentali” ma nell’audio si sente chiaramente solo il 2 mm e il 3,9 µm. Il 62,5 µm (1/16 di mm) viene dalla slide 2.
Nomenclatura delle clastico-terrigene
Ghiaie, sabbie e fanghi
| Sedimento | Roccia litificata | Sinonimi |
|---|---|---|
| Ghiaia | rudite | psefite (poco usato) |
| Sabbia | arenite (o arenaria) | psammite (poco usato) |
| Fango (silt e argilla) | pelite | lutite (poco usato) |
| Silt, o limo | siltite | |
| Argilla | argillite |
- Nelle ghiaie si distinguono ghiaie a grana fine, media e grossa; nelle sabbie molto fini, fini, medie, grosse e molto grosse. Si può dire “arenaria a grana media” e raffinare man mano la nomenclatura.
- Arenaria è il termine più usato, “arenite” un po’ meno; in funzione della classificazione si preferisce l’uno o l’altro, ma la distinzione è sottile. In geologia tecnica si usa molto “limo”.
“Argilla” va usata con cautela: è un termine granulometrico (la frazione dei fanghi più fini) ma anche composizionale (un fango fatto di minerali argillosi). Per distinguere i fanghi fini di carbonato di calcio da quelli non carbonatici bisogna specificare.
Brecce e conglomerati
Una rudite è una breccia o un conglomerato in base alla morfologia dei clasti dello scheletro, in particolare all’angolosità.
- Breccia: clasti > 2 mm angolosi o molto angolosi (spigoli vivi), indipendentemente dalla sfericità.
- Conglomerato: in tutti gli altri casi, cioè clasti subangolosi, subarrotondati, arrotondati o ben arrotondati.
Una breccia si qualifica già da sola; si può poi precisare “con clasti molto angolosi o semplicemente angolosi”.
Scheletro, matrice e cemento nelle clastico-terrigene
Nelle clastico-terrigene coesistono scheletro, interstiziale (matrice e/o cemento) e porosità; la porosità per ora non interessa.
- Se lo scheletro è nella classe delle ghiaie (rudite), la matrice (sindeposizionale, clastico-terrigena, della stessa natura dello scheletro) deve cadere in una classe inferiore: sabbie e/o fanghi.
- Se lo scheletro è nella classe delle sabbie (arenite), la matrice è fango.
- Quando si arriva ai fanghi la tessitura è pelitica: scheletro e matrice non si distinguono più.
- Il cemento, invece, può esserci indipendentemente dalla classe dello scheletro: è postdeposizionale e autigeno, quindi sfugge alla logica del trasporto nel bacino. La sua natura dipende dall’attività dei fluidi che circolano nel sedimento, cioè dal contenuto ionico delle acque. Per esempio, un cemento carbonatico incoerente (di natura diversa dallo scheletro) può trovarsi in una roccia di qualunque classe.
La matrice è condizionata dalle dimensioni dello scheletro; la presenza del cemento solo dalle acque circolanti.
Uno schema triangolare ghiaia, sabbia, fango (dalla slide 3, tratto da Gary Nichols) permette di dare un nome a miscele in tutte le proporzioni (per esempio “muddy sandstone” o “gravelly mudrock”) con soglie del 5%, 30% e 80% di ghiaia. Richiede un calcolo quantitativo delle percentuali, quindi qui serve solo come riferimento: si userà l’anno prossimo e soprattutto a Geologia applicata e geologia tecnica.
Come si misura la granulometria
- Materiale sciolto o disgregabile: si usa la setacciatura, che separa il campione per classi dimensionali; per le frazioni più fini si misura il tempo di caduta in una colonna d’acqua (sedigrafo) o si usano strumenti come il Coulter Counter. Con le percentuali si entra in un diagramma triangolare.
- Rocce ben litificate, non disgregabili (quelle con cui si lavora): una stima semiquantitativa a occhio, con lente, righello e tavole di comparazione; poi, progressivamente, lo studio in sezione sottile, contando e misurando i clasti al microscopio; fino al microscopio elettronico, secondo la finalità dello studio.
Il Coulter Counter è stato descritto come uno strumento “a raggio laser”: la slide dice che misura le proprietà elettriche delle particelle in sospensione in un fluido. I granulometri laser sono un’altra tecnica.
La classazione
Classazione (in inglese sorting, in italiano anche cernita): una proprietà della roccia che dice a quante sottoclassi dimensionali, all’interno della classe dominante, appartengono i clasti dello scheletro.
- Molto buona: i clasti sono praticamente tutti della stessa sottoclasse.
- Molto cattiva: tutte le sottoclassi disponibili sono rappresentate.
Esempio: un’arenaria i cui granuli sono tutti nella classe delle sabbie molto grosse è molto ben classata; se sono presenti in ugual misura molto fini, fini, medie, grosse e molto grosse, la classazione è la peggiore possibile. Più è variegata la composizione dimensionale, peggiore è la classazione. Per la valutazione veloce si usano le tavole di comparazione (da Jerram, 2001): si mette il campione accanto al disegno.
Una buona classazione indica un trasporto selettivo (acqua, vento), che sceglie una classe dimensionale. Una pessima classazione indica un trasporto non selettivo, di massa (per esempio un ghiacciaio o una frana), che mescola tutto insieme. Guardando il campione si ha già un’informazione genetica sul trasporto. Quale ambiente produce quale classazione si vedrà con gli ambienti deposizionali.
La morfologia dei clasti
Durante alterazione, erosione, trasporto e deposito il frammento viene elaborato e assume una forma diagnostica di ciò che gli è successo. Ma sopra tutto c’è la roccia di partenza: la sua tessitura originaria (una magmatica intrusiva a grana grossa e una vetrosa a grana finissima reagiscono in modo diverso) e la sua natura composizionale (rocce più dure rispondono in modo più fragile, quelle più tenere sono più lavorabili).
Forma. Lo schema di Zingg (1935) usa i rapporti tra asse corto, intermedio e lungo e individua quattro tipi, con una soglia di 0,66:
| Forma | Descrizione |
|---|---|
| Discoidale / oblato | piatto, a disco |
| Equidimensionale | dimensioni simili nelle tre direzioni |
| A lama (bladed) | lamellare, allungato e piatto |
| A bastone (prolato) | allungato e stretto |
All’interno di ogni campo i clasti possono essere un po’ più lunghi o più corti. Non si fanno i calcoli (si faranno l’anno prossimo): si confronta la forma del clasto con lo schema.
Arrotondamento e sfericità.
Arrotondamento (roundness): quanto il clasto è levigato, smussato, privo di spigoli vivi. Sei classi: molto angoloso, angoloso, subangoloso, subarrotondato, arrotondato, ben arrotondato.
Sfericità: quanto il clasto si avvicina a una sfera. Due classi: alta e bassa.
Le due proprietà sono completamente separate: si può avere un clasto ben arrotondato con sfericità molto bassa e uno molto angoloso con sfericità alta. Per distinguere breccia e conglomerato conta l’arrotondamento.
Queste osservazioni si fanno sistematicamente sulle ghiaie, con la lente sulle sabbie è difficilissimo (si farà in sezione sottile), sulle argille è impossibile.
Un trasporto non selettivo (per esempio un ghiacciaio, in superficie e nel corpo, che sposta tutto in modo caotico senza lavorare) lascia clasti molto angolosi e a bassa sfericità. Acqua e vento sono ottimi selezionatori e rielaboratori di clasti.
La composizione
I costituenti più comuni delle clastico-terrigene:
- Quarzo: frazione prevalente di qualunque granulometria, in media circa il 65% nelle arenarie e il 30% nelle peliti. È un elemento stabile, difficile da alterare e da elaborare, e può essere riciclato più volte: in una roccia sedimentaria può esserci quarzo di seconda, terza, quarta generazione (prodotto come clasto, entrato in una sedimentaria, poi smantellato, eroso e trasportato di nuovo).
- Feldspati: secondo costituente più diffuso (10–15% nelle arenarie, 5% nelle peliti), ma labili: si alterano e si trasformano in tempi molto più brevi del quarzo in minerali argillosi, e scompaiono.
- Frammenti di roccia (litici): frammenti mono o polimineralici di qualunque natura, escluso quarzo e feldspati. Il comportamento va da molto stabile a molto labile, secondo il tipo litologico.
- Minerali argillosi: tutto ciò che è nella classe delle argille e composizionalmente non carbonatico: illite, caolinite, montmorillonite, clorite. Circa il 25–35% della media di tutte le clastico-terrigene e oltre il 60% delle peliti, di dimensioni submicroscopiche. Costituiscono le peliti oppure la frazione interstiziale.
- Accessori: percentuali di norma trascurabili: miche (muscovite, biotite), pirosseni, anfiboli e minerali ad alta densità (zircone, rutilo, magnetite). Quando si farà Mineralogia, nel secondo semestre, i nomi diventeranno familiari.
Una roccia è clastico-terrigena finché il suo scheletro è interamente clastico-terrigeno. Carbonacei, chimici/biochimici e autigeni possono esserci, ma sono aggiunte che non cambiano la natura dello scheletro: per esempio i fossili possono esserci senza condizionare la composizione.
La maturità
Due tipi di maturità, da abbinare sempre. Si valutano soprattutto sulle arenarie, più rare sulle ruditi: le arenarie “parlano di più” su ambiente, storia e trasporto.
Maturità composizionale
Esprime l’omogeneità della composizione e il grado di evoluzione del sedimento, cioè quanta strada ha fatto, quanti eventi geologici ha subito, quanto è stato lavorato prima dell’ultima deposizione.
- Stabili: quarzo e litici silicei.
- Labili: feldspati e litici non silicei.
Più dominano gli stabili, più la roccia è matura; più dominano i labili, più è immatura.
Maturità tessiturale
Si valuta con un diagramma di flusso, di solito sulle arenarie:
- Contenuto in fango, stimato con occhio e lente: se è oltre il 15% del volume la roccia è una wacke (grovacca) ed è immatura; se è sotto il 15% è una arenite e si passa al passo 2. Più fango c’è, meno il sedimento è stato lavorato: con una storia breve il fango non è stato portato via.
- Classazione: da moderata a cattiva (σ > 0,5) la roccia è submatura; se è buona (σ < 0,5) si passa al passo 3.
- Forma dei clasti: angolosi → roccia matura; arrotondati → roccia supermatura.
Un’arenaria fatta solo di quarzo, con matrice quarzosa, ben classata e con clasti ben arrotondati rappresenta le condizioni di massima maturità composizionale e tessiturale: il sedimento più elaborato, con la storia più lunga e complessa possibile.
I nomi delle rocce (wacke e arenite sono già un’anticipazione) si riprendono in uno schema dedicato.
Da fare
- Ricordare i tre tagli: 2 mm, 62,5 µm, 3,9 µm, e i nomi sedimento → roccia (ghiaia → rudite, sabbia → arenite, silt → siltite, argilla → argillite).
- Ricordare la regola: breccia = clasti angolosi o molto angolosi, conglomerato = tutti gli altri casi.
- Ridisegnare il diagramma di flusso della maturità tessiturale (fango 15% → classazione 0,5 → forma dei clasti).
- Tenere stampate la scala granulometrica, le tavole di classazione, quelle di morfologia e il diagramma di arrotondamento e sfericità.
- Ritirati i DPI. Prossimo incontro: giovedì 15 ottobre, pomeriggio.