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LE ROCCE
COMPOSIZIONE CHIMICA LITOSFERA
La litosfera è l’involucro solido più esterno che riveste la Terra ed è costituito da corpi solidi: le rocce (aggregati di minerali, a loro volta costituiti da atomi, ioni e molecole). La sua composizione chimica include ossigeno (elemento presente per il 93% del volume totale di essa), silicio e alcuni metalli fra cui alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio e magnesio [caratterizzati dalla capacità di reagire facilmente con i primi due elementi]. Idrogeno, azoto, fosforo e carbonio, ovvero gli elementi fondamentali negli organismi e nella chimica dell’intero pianeta, risultano invece poco diffusi all’interno della litosfera, spesso con percentuali inferiori all’1%. L’indagine della composizione chimica della litosfera, è fondamentale al fine di comprendere alcune applicazioni tecnologiche ed è necessario ad esempio per la produzione di materiali dall’essere umano.
Alcuni elementi presenti all’interno della litosfera in maniera abbondante sono, tuttavia, classificati come rari; questo discende dal processo di estrazione che risulta essere estremamente difficile: di conseguenza, seppur la crosta terrestre è costellata in ciascuna sua regione da tali elementi, essi sono considerati “elementi rari”. Un esempio è il titanio.
Le rocce sono aggregati naturali di minerali che possono essere classificate in “eterogenee” (se costituite da diversi minerali) ed “omogenee”, in funzione della loro composizione. Inoltre, esistono rocce coerenti (aggregati compatti) e rocce incoerenti (composte da frammenti sciolti; EX: ghiaia o sabbia). Tuttavia, è necessario compiere una distinzione fra roccia → unità geologica indipendente, generata da un processo genetico privo di una continuità ed un’omogeneità, poiché presentano impurità Mentre differenti masse possono comporsi del medesimo minerale. Inoltre, a differenza di un minerale, la roccia non può essere descritta attraverso l’utilizzo di una formula; esse sono infatti miscugli definiti dall’assenza di una composizione regolare. Proprio per tale motivo, sulla superficie terrestre sono presenti innumerevoli rocce differenti, le quali sono classificate secondo un principio scandito in 2 passaggi: ● in funzione dei processi litogenetici da cui discendono, esse vengono suddivise in diversi gruppi ● vengono denominate, all’interno di ciascun gruppo, in un determinato modo in funzione della loro composizione chimica Lo studio delle rocce, ci consente di ricostruire una parte ingente della storia del mondo. E’ fondamentale ricordare come diverse rocce non diano origine a strati distinti della litosfera, ma le differenti tipologie si trovano accostate l’una all’altra.
COME SI STUDIANO = Lo studio delle rocce si articola in 2 fasi: ● si osservano le proprietà dell’ambiente in cui la roccia si è formata ed il corpo roccioso a cui essa appartiene ● indagine riguardo il singolo campione
La classificazione della roccia si fonda sulla struttura e sulla composizione chimica. Struttura → insieme delle caratteristiche dei minerali che la compongono: forma, aspetto, dimensioni, presenza di cristalli. Se una roccia mostra una struttura in cui i minerali possiedono una medesima orientazione, o definiti rapporti spaziali fra le componenti, si è in presenza di una tessitura. Composizione chimica → la presenza espressa in percentuale di un determinato minerale definita attraverso l’osservazione di proprietà chimico-fisiche e di caratteristiche microscopiche. Al fine di essere osservata attraverso un microscopio, dal campione è necessario ricavare una sezione sottile, ovvero una minima porzione di roccia che deve essere levigato e smerigliato.
IL PROCESSO MAGMATICO Le rocce che discendono dal processo magmatico sono le più diffuse all’interno della litosfera. Esse derivano dalla solidificazione di un magma, ovvero una miscela costituita da sostanze che si trovano allo stato fuso, come silicati. Un magma si genera in seguito alla fusione di sezioni della litosfera, che tendono a risalire poiché possiedono una densità minore rispetto ai materiali che li circondano. Giungendo in superficie, la loro temperatura diminuisce, fino al momento in cui solidificano. Questo processo può avvenire secondo tre diverse modalità, dando origine a rispettive tipologie di roccia, tutte accomunate dalla proprietà endogena di tale processo: ● intrusive: solidificazione avviene in profondità com una velocità di raffreddamento molto lenta ● effusive: solidificazione in superficie, derivano da un’eruzione vulcanica e dalla conseguente solidificazione di lava ● ipoabissali: solidificazione di piccole masse di magma in prossimità di una superficie, che presenta condizioni fisiche intermedie.
STRUTTURA E COMPOSIZIONE DELLE ROCCE MAGMATICHE
Attraverso la velocità del magma e la percentuale di gas, siamo in grado di determinare la natura delle rocce. Le rocce intrusive infatti presentano una struttura olocristallina (granulare), nella quale i minerali sono visibili nella forma di cristalli. Le rocce effusive si distinguono in funzione della struttura: alcune presentano, una struttura vetrosa; poiché discendono da un processo di raffreddamento estremamente rapido e proprio per tale ragione non sono presenti i cristalli e i minerali non sono distinguibili. (EX: ossidiana, pomice). Le rocce che invece possiedono una struttura porfirica, presentano i fenocristalli immersi all’interno della pasta di fondo. I fenocristalli sono cristalli di dimensioni variabili che si formano nel momento in cui il magma ancora si trova in profondità e si fonde con la massa fluida del magma, che solidifica velocemente dando origine alla pasta di fondo. Le rocce ipoabissali, infine, possiedono una struttura aplitica (piccoli cristalli) oppure pegmatitica (cristalli di grandi dimensioni e minerali rari e preziosi).
Le rocce, inoltre, possono presentare una differente composizione, ma formate dallo stesso elemento: il silicio. In funzione della composizione, possiamo dunque distinguere: ● rocce sialiche (>66%) ● rocce intermedie (52%/66%) ● rocce femiche (45%/ 52%) ● rocce ultrafemiche (<45%)
Inoltre, rocce diverse possono presentare una differente struttura, ma una medesima composizione: testimoni di questa condizione sono il granito e la riolite.
PROCESSO SEDIMENTARIO Le rocce sedimentarie possono essere costituite da silicati oppure da carbonato di calcio e discendono da un processo esogeno che avviene in prossimità della superficie terrestre. I materiali da cui sono costituite derivano dalla disgregazione di rocce preesistenti, causata da agenti esogeni, come acqua, agenti atmosferici, ghiaccio… Tale procedimento viene chiamato "disgregazione meteorica” e causa proprio l’erosione di magma, che provoca la genesi di sostanze solubili, i detriti, che infine si sedimentano. I sedimenti incoerenti, ovvero sepolti da ulteriori detriti, vengono riscaldati e cementati, in un processo chiamato diagenesi, che trasforma tali sedimenti in rocce sedimentarie compatte.
Possiamo, tuttavia, distinguere 3 modelli: ● rocce detritiche: costituite da clasti, ovvero frammenti incoerenti. I detriti vengono chiamati sedimenti terrigeni. ● rocce di deposito chimico: costituite da sostanze trasportate in seguito a processi chimici, fra cui la precipitazione. ● rocce organogene: composte da sostanze prodotte da organismi viventi, come scheletri o resti vegetali.
STRUTTURA E COMPOSIZIONE ROCCE SEDIMENTARIE La maggior parte delle rocce sedimentarie sono stratificate, ovvero costituite da volumi sovrapposti. Ciascuno strato coincide con un determinato evento sedimentario, mentre una trasformazione nelle condizioni di sedimentazione, conducono alla formazione di un ulteriore strato (che si sovrapporrà al precedente). Spesso, si possono osservare fossili presenti nei diversi strati, ovvero tracce di organismi vissuti in epoche molto lontane (in cui è avvenuta la sedimentazione). Tuttavia, alcune rocce presentano una struttura compatta e sono costituite da sali.
IL PROCESSO METAMORFICO Il processo metamorfico comprende un insieme di trasformazioni a cui sono soggette le rocce, le quali sono sottoposte a profonde variazioni di pressione e temperatura, che generano un mutamento nella struttura o nella composizione mineralogica, senza che lo stato solido venga modificato.
● metamorfismo di contatto: ● dinamico: ● regionale:
IL CICLO LITOGENETICO
STRUTTURA DELL’ATMOSFERA
L’atmosfera si articola in differenti involucri concentrici (zone), classificati in funzione della temperatura e distinti da regioni di transizione discontinue (pause), entro le quali si verifica una trasformazione del gradiente termico:
Troposfera → E’ l’involucro che confina con la superficie terrestre ed è teatro dei fenomeni meteorologici. Essa rappresenta la zona con una densità maggiore, nella quale i gas sono presenti nelle percentuali più elevate. Il suo spessore varia in funzione della latitudine; mentre la temperatura, seppur minima rispetto agli strati che la circondano, discende dal calore irradiato dalla superficie terrestre (di conseguenza maggiore è l’altitudine, minore sarà la temperatura).
Stratosfera → Poiché l’aria si trova da uno stato maggiore di rarefazione, la stratosfera è caratterizzata da una densità minore rispetto alla troposfera. Essa contiene lo strato di ozono (ozonosfera), il quale assorbe i raggi ultravioletti emanati dal Sole e di conseguenza possiede una temperatura elevata (rispetto ai primi km di stratosfera, in cui la temperatura è molto bassa). Formazione di nubi (madreperlacee)
Mesosfera → All’interno della mesosfera, l’aria presente si fa sempre più rarefatta ed è costituita principalmente da gas leggeri; in questo involucro, avviene la disintegrazione di meteoriti provenienti dallo spazio esterno. E’ caratterizzata da una temperatura estremamente bassa (-90°). Formazione di nubi (nottilucenti).
Termosfera → La termosfera viene spesso chiamata “ionosfera”, poiché all’interno di essa i gas (estremamente rarefatti) sono soggetti al fenomeno di ionizzazione, causato dalle radiazioni cosmiche ad alta energia. Le particelle presenti nella termosfera possiedono una velocità di movimento elevatissima: la temperatura cinetica (ovvero l’indice dell’energia cinetica media delle molecole di un gas) di questa zona raggiunge n Il calore non è in grado di propagarsi a causa della grande distanza fra le particelle (uomo freddo). E’ proprio nella termosfera che avvengono i fenomeni luminosi, fra cui l’ aurora polare.
Esosfera Non possiede un confine delineato, ma sfuma nell’indistinto uniformandosi all’atmosfera solare. Alcune particelle di idrogeno (gas + rarefatto), possono persino non risentire della forza di attrazione gravitazionale a cui è soggetta l’atmosfera.
L’atmosfera possiede un proprio equilibrio dinamico, che coinvolge litosfera, biosfera e idrosfera; un equilibrio estremamente delicato, che facilmente può essere perturbato e sfumare in una condizione critica. Le condizioni climatiche sulla Terra sono mutate molteplici volte a causa di fattori astronomici o processi endogeni che coinvolgono la dinamica della litosfera; tuttavia, è l’essere umano il demiurgo che plasma tali cambiamenti, intervenendo nei meccanismi dell’atmosfera.
INQUINAMENTO ATMOSFERICO Termine utilizzato al fine di indicare le trasformazioni della composizione e delle proprietà a cui è soggetta l’atmosfera. L’inquinamento si articola in inquinamento naturale (fenomeno che discende dalla presenza di pulviscolo atmosferico, ceneri vulcaniche… eventi di carattere naturale) e antropico (combustioni, processi industriali, deforestazione, produzione di sostanze inquinanti… azione dell’essere umano).
Inquinanti primari → sostanze che vengono introdotte nell’atmosfera in maniera diretta (EX: biossido di zolfo, monossido di carbonio, ossidi di zolfo, idrocarburi, metalli pesanti, alcuni gas) Inquinanti secondari → elementi che si formano nell’atmosfera come prodotto di reazioni fotochimiche (acido solforico), ovvero provocate dall’assorbimento di raggi solari.
Monossido di carbonio → discende dal processo di combustione incompleta che investe gli idrocarburi. E’ una sostanza estremamente tossica, poichè, se respirata, entra nel ciclo di circolazione sanguigna, durante il quale si combina con l’emoglobina, impedendole il trasporto di ossigeno.
Biossido di zolfo → E’ il gas corrosivo da cui discende l’acido solforico, il quale, se introdotto nell’organismo, provoca danni alle vie respiratorie.
Ossidi di azoto → prodotto della combustione di azoto in presenza di ossigeno, dall’ossidazione dell’ammoniaca dei fertilizzanti e dalla decomposizione dei materiali organici. Sono in grado di reagire con l’acqua, formando acido nitrico, il quale possiede un potenziale tossico elevato.
Idrocarburi → derivano dalla combustione incompleta di combustibili, potenziale cancerogeno
Materiali pesanti → piombo, mercurio, nichel, plutonio, uranio sono in grado di accumularsi negli organismi danneggiandone alcune funzionalità.
Gas → cloro, fluoro sono lo scarto di molteplici processi industriali; velenosi e reattività elevata. Il cloro possiede la capacità di interferire con la formazione di ozono, anch’esso considerato un gas tossico, poichè danneggia i tessuti dei polmoni e degli occhi).
Particolati → particelle in sospensione nell’aria che derivano dall’inquinamento naturale (pollini, ceneri) e artificiale (fuliggine e fumo). Sono in grado di mutare la temperatura dell’atmosfera, arrestando la propagazione di radiazioni solari o impedendo la dispersione di calore emesso dalla Terra.
Aerosol atmosferici → Un ruolo di fondamentale importanza è rivestito proprio da aerosol atmosferici, ovvero un colloide nel quale una sostanza (liquida o solida) si trova dispersa in un gas. L’aerosol atmosferico è costituito da corpuscoli di natura chimica variabile in sospensione nell’atmosfera; esso può essere introdotto nell’atmosfera attraverso l’azione di venti su oceani o deserti; dall’azione vulcanica o da processi antropici. Rappresentano nuclei di aggregazione per le molecole di vapore acqueo e perciò contribuiscono alla formazione di nubi. Interagiscono, inoltre, nel processo di scattering della radiazione solare, poiché fungono da centri di diffusione di essa, ridistribuendola e assorbendone una minima porzione al contempo. L’incremento della presenza degli aerosol atmosferici ha provocato la genesi di un fenomeno che prende il nome di oscuramento globale (che si crede abbia compensato il riscaldamente globale)
FATTORI METEOROLOGICI La velocità del vento e l’instabilità verticale dell’atmosfera sono fattori meteorologici naturali che influiscono sulla dispersione dell’inquinamento. Infatti, se il vento è assente, gli inquinanti non incontrano la possibilità di disperdersi in alte quote e, al contrario, si stabilizzano nella bassa troposfera. In questo caso, uno strato di aria calda sovrasta uno strato di aria fredda che tende a concentrarsi verso il suolo. Un fenomeno che si incontra nelle valli, ma anche a Milano e Torino, dove si assiste al fenomeno dell’inversione termica.
IL BUCO NELL’OZONOSFERA L’ozonosfera è un’articolazione della stratosfera: una regione di spazio caratterizzata da un’elevata concentrazione di ozono (distribuito in maniera non uniforme). L’elevata quantità di radiazioni solari che giunge in questa superficie, provoca la formazione di ossigeno atomico, che collide con l’ossigeno molecolare —> ozono. L’ozono è una sostanza soggetta all’ozonolisi, ovvero la possibile disgregazione delle molecole che lo costituiscono, causata dalle stesse radiazioni che ne provocano la genesi. Lo strato di ozono possiede uno spessore variabile; inoltre, è fondamentale poiché garantisce le condizioni di esistenza degli organismi: funge da filtro delle radiazioni ultraviolette. La concentrazione di ozono nell'atmosfera è notevolmente diminuita nel corso degli anni, finché un vero e proprio buco nell’ozonosfera si è formato (che ad oggi presenta un’estensione equivalente a 4 volte la superficie dell’Australia).
Attraverso indagini svolte recentemente, si è osservata una concentrazione maggiore di CFC in corrispondenza dell’Antartide e di conseguenza tali sostanze sono ritenute responsabili di questo fenomeno. I CFC sono gas utilizzati dall’essere umano nei frigoriferi o condizionatori, i quali rimangono attivi nell’ambiente per un arco di tempo molto esteso. Raggiunta la stratosfera, le radiazioni solari li disgregano, provocando la dispersione di cloro molecolare che viene trasformato in cloro atomico. Esso è in grado fungono da catalizzatori e così avviene la trasformazione di ozono in ossigeno molecolare. In tal modo viene turbato l’equilibrio dinamico che riguarda la formazione e distruzione dell’ozono. La rottura di questa armonia provoca la diminuzione dello strato di ozono. I CFC vengono emessi in maggiori quantità nell’emisfero settentrionale, ma attraverso l’azione dei venti giungono fino in Antartide, dove (in inverno) si creano nubi fredde in cui vengono dissociati i CFC. In primavera, invece, si crea un buco nello strato di ozono che viene successivamente ridotto durante l’estate. L’ampiezza dell’apertura nell’ozonosfera, dunque, oscilla periodicamente e viene accentuata dall’emissione di CFC.
I raggi UVB sono in grado di raggiungere la superficie terrestre, provocando danni alla salute di ciascun organismo, fra cui l’uomo (tumori), incremento progressivo della temperatura atmosferica e cambiamenti climatici, rottura dell’equilibrio della maggior parte degli ecosistemi.
