Il mondo delle rocce

Le rocce sono costituite da miscele di minerali, come quarzo o calcite. Alcune sono molto dure, altre più tenere, ma col tempo tutte vengono erose e trasformate mediante il processo detto il ciclo delle rocce. Andiamo a scoprire alcune caratteristiche di questo meraviglioso mondo.

Che cosa sono gli uomini in confronto alle rocce e alle montagne?

Jane Austen

Un pensiero semplice, quasi banale, ma tremendamente vero e sempre valido. Cosa è l’uomo in confronto ad una roccia, una montagna, ad un qualcosa che si trova nel nostro Pianeta da centinaia di migliaia di anni. Insomma a chi pensa che la roccia sia “solo” materia inanimata, oltre a dover essere smentito categoricamente, è giusto anche che vada spinto a riflettere sull’importanza di quella materia inanimata: il vero codice genetico del nostro Pianeta Terra. Andiamo a scoprire quanto una roccia negli anni si trasforma e in che modo. Ovviamente la premessa importante è che tutte le rocce subiscono una lentissima, ma costante trasformazione che porta ad un continuo ciclo di rimodellamento della superficie terrestre. Questo fenomeno prende il nome di ciclo delle rocce o ciclo litogenico.

E’ questo un ciclo che si verifica in tempi lunghissimi, tempi che vanno al di là del ciclo vitale umano, animale o vegetale.

Una trasformazione continua

Quando la roccia fusa (il magma) si raffredda, i minerali che contiene cristallizzano formando vari tipi di roccia ignea dura e compatta. Col tempo, le rocce magmatiche che riaffiorano in superficie sono soggette ad erosione da parte degli agenti atmosferici, quindi vengono trasportate, sedimentate e cementate, dando origine alle rocce sedimentarie. Più nello specifico la degradazione atmosferica li scompone in frammenti teneri che, depositandosi a strati, formano appunto delle rocce sedimentarie. Queste possono tuttavia trasformarsi in rocce metamorfiche con l’azione di calore e pressione. Immerse in profondità, fondono e prima o poi si raffreddano formando altre rocce ignee, quindi se la temperatura aumenta oltre il punto di fusione delle rocce, queste possono tornare ad essere magma: ciò vale per ogni tipo di roccia, magmatica, sedimentaria e metamorfica.

La roccia più antica della Terra?
Alcuni cristalli di zircone sulle Jack Hills dell’Australia occidentale sono stati datati a 4,4 miliardi di anni fa: quasi quanto l’età della Terra.

1. Rocce Ignee Estrusive
   Il magma che fuoriesce da un vulcano è comunemente chiamato lava. Si raffredda rapidamente formando piccoli cristalli di minerali in una massa compatta. Quella che fuoriesce dai vulcani delle zone di subduzione di solito forma riolite, costituita perlopiù da cristalli di quarzo e feldspato. La riolite è molto dura, così come altre rocce ignee estrusive con cristalli piccoli, come andesite e basalto.
2. Rocce Ignee Intrusive
   Il magma che non fuoriesce in superficie si raffredda lentamente sottoterra e forma grandi cristalli, anche nell’arco di milioni di anni. Si formano masse enormi di rocce ignee intrusive, come il granito, che ha gli stessi ingredienti minerali della riolite, ma cristalli molto più grandi.
3. Rocce Sedimentarie
   I frammenti di roccia cementati assieme formano rocce sedimentarie come l’arenaria, che è costituita da granelli di sabbia stratificati e cementati. Altre rocce sedimentarie sono formate da particelle più piccole di fango o limo o perfino dai resti microscopici di plancton marino. Più la roccia è antica e compressa, più diventa dura.
4. Rocce Metamorfiche
   L’arenaria si può trasformare nella durissima quarzite, una roccia metamorfica. Le rocce sedimentarie stratificate si possono comprimere (diventando ardesia, scisto o gneiss) con deformazione della struttura minerale. Queste rocce contengono anche nuovi minerali formatisi per soluzione e ricristallizzazione.

Datazione delle rocce
Alcune rocce ignee si datano analizzando i cristalli contenenti elementi radioattivi, che decadono in elementi con un ritmo noto e quindi il loro rapporto indica il tempo trascorso dalla formazione del cristallo. Se il cristallo fa parte di una roccia sedimentaria, questa tecnica può datare il cristallo e non la roccia; questa si può datare in base all’età dei fossili che contiene.

Quanti tipi di rocce esistono?

Come abbiamo detto prima la roccia è l’elemento più antico del nostro Pianeta e sicuramente l’elemento che troviamo più in abbondanza ecco perché è la vera carta d’identità della nostra casa. Chiaramente a seconda dell’ambiente naturale in cui ci troviamo, della sua conformazione dovuta, e della sua trasformazione dovuta invece a fattori ambientali e fenomeni climatici, ci imbatteremo in diversi tipi di rocce, ognuna delle quali con caratteristiche e proprietà ben definite. Quindi giusto per ricordare una dicitura scientifica possiamo affermanre che una roccia è un insieme naturale di minerali, con l’unica differenza che essa non è definibile con una formula chimica, cosa che invece si può fare con i minerali, e ciò perché esse in realtà non hanno caratteristiche chimiche ben definite, in quanto sono appunto per la maggior parte rocce eterogenee, ovvero costituite da un insieme di più minerali. E’ anche vero che esistono specie di rocce classificate invece come omogenee, ma contenendo al loro interno un unico tipo di minerale con le stesse caratteristiche, sono praticamente considerate dei minerali impuri.

 

Le rocce chiaramente vengono classificate oltre alle caratteristiche principali legate al minerale, ci sono anche altre proprietà che ne determinano la relativa classificazione: permeabilità, consistenza e dimensione delle particelle, percentuale delle impurità presenti al suo interno. Tuttavia dobbiamo ammettere (Sheldon Cooper non sarebbe contento di questo) che la geologia è talmente vasta e complessa che troviamo una prima divisione di queste ultime in tre grosse categorie, all’interno delle quali ne esistono ancora delle altre che vanno un po’ più nello specifico. Oggi cercheremo di fornirvi gli elementi per stuzzicarvi la curiosità come sempre quindi iniziamo con il dire che le tre classi primarie in cui si suddividono le rocce sono:sedimentarie, metamorfiche ed ignee (o magmatiche).

Le rocce sedimentarie sono quelle che si generano per accumulo di detriti organici e inorganici e sali minerali, le rocce metamorfiche sono rocce sedimentarie o magmatiche che nascono con determinate caratteristiche, ma che poi si trasformano perché sottoposte a condizioni di pressione e temperatura diverse da quelle in cui esse stesse hanno avuto origine, mentre le rocce ignee (o magmatiche) sono quelle che si formano conseguentemente al processo di raffreddamento e solidificazione della lava. Ci sono ad ogni modo anche tanti altri fattori che concorrono nella conformazione di un particolare tipo di roccia, ed è per questo motivo che sono state create delle sottocategorie.

Le rocce sedimentarie si suddividono a loro volta in tre sottocategorie che sono: le rocce di deposito chimico, (come ad esempio il gesso), risultanti dalla evaporazione di tutte le particelle d’acqua in esse presenti e dal conseguente accumulo dei sali disciolti, le rocce organogene, formate per effetto della sedimentazione di organismi viventi e parti dure, e quelle clastiche (le più diffuse su tutta la superficie terrestre ricoprendo circa l’80% delle terre emerse), che nascono invece dallo smembramento di rocce preesistenti i cui sedimenti derivano a loro volta da accumulo di sedimenti di altre rocce metamorfiche trasportati e modificati da agenti atmosferici.

Le rocce metamorfiche sono invece delle rocce nate come sedimentarie o magmatiche che hanno successivamente subito trasformazioni a causa della variazione di condizioni esterne come potrebbero essere la temperatura e la pressione, in grado di modificarne la composizione mineralogica interna (marmo e alabastro ne sono due esempi). Molto più facile è sicuramente la definizione di rocce ignee che, come suggerisce la radice latina del termine (ignis=fuoco), sono la risultante di un processo di raffreddamento e solidificazione del magma o della lava e che a loro volta potrebbero avere altre caratteristiche in quanto provenienti da un altro strato della crosta terrestre.

Le rocce sono la carta d’identità del Pianeta.

La carta d’identità geochimica della Terra, che si trova nelle rocce, potrebbe contenere alcuni indizi sulla sua origine: le violente collisioni tra meteoriti avrebbero causato la fusione delle rocce e l’evaporazione di alcuni elementi, influenzando direttamente la composizione chimica del nostro Pianeta e questo è tutto scritto all’interno dei nostri minerali veri e propri documenti d’identità del Pianeta Terra. Sì perchè due studi indipendenti, usciti in contemporanea sulle pagine di Nature, dimostrano che la composizione della Terra è una diretta conseguenza del modo in cui il nostro pianeta si è formato: le violente collisioni tra meteoriti avrebbero causato la fusione delle rocce e l’evaporazione di alcuni elementi. Questi studi forniscono per la prima volta prove concrete a sostegno della collisione tra planetesimi e aiutano a capire come si sono formati la Terra e gli altri pianeti del sistema solare.

Le prove tanto attese arrivano da due studi indipendenti, usciti in contemporanea sulle pagine della rivista Nature. Il primo articolo, pubblicato da Remco Hin e colleghi dell’Università di Bristol, fornisce un’analisi accurata della concentrazione di magnesio, uno dei principali mattoni del nostro pianeta, di cui costituisce circa il 15% in massa. Nello studio sono state messe a confronto le concentrazioni di due isotopi stabili del magnesio. Rispetto alle condriti, la Terra, è più ricca dell’isotopo ²⁵Mg, il più pesante e meno volatile. Normalmente anche l’isotopo ²⁴Mg è poco volatile, ma la fusione delle rocce innescata dalla collisione tra planetesimi avrebbe creato le condizioni adatte per la sua evaporazione.

Ashley Norris e Bernard Wood dell’Università di Oxford, autori del secondo articolo, hanno invece riprodotto in una fornace le condizioni che simulano la fusione delle rocce: grazie a questo modello hanno dimostrato che la fusione delle rocce porta alla perdita di elementi volatili in proporzioni simili a quelle che troviamo sulla Terra odierna. L’analisi si è basata in particolare sulle concentrazioni di elementi calcofili come l’argento, il germanio, lo zinco e l’indio: rispetto alle condriti, la Terra è più povera di argento e germanio, i calcofili più volatili, mentre è particolarmente ricca di indio.

Ovviamente questi sono dati ancora in fase di studio per dare un’ipotesi finale sulla vera composizione del nostro Pianeta e prima di trarre conclusioni generalizzate sarà necessario dissipare alcuni dati ancora senza spiegazione. Difatti come sottolinea Edward Young sulle pagine di Nature, la concentrazione di isotopi del silicio sulla Terra e su Marte è molto diversa: una differenza ancora difficile da spiegare. Al momento della formazione di Marte, qualcosa deve essere andato diversamente rispetto alla Terra: ancora non sappiamo cosa, ma questi studi indicano che la risposta – proprio come nel caso del nostro pianeta – potrebbe celarsi nella carta d’identità geochimica del pianeta.

Questo per dire che c’è ancora moltissimo da studiare per comprendere le origini del nostro Pianeta, origini che sono scritte all’interno delle nostre rocce: il DNA della nostra casa.

• Origine della Terra (pikaia.eu)