Rocce Evaporitiche
Le evaporiti sono rocce sedimentarie cristalline comunemente stratificate che si originano per l’evaporazione di acqua di mare o acqua dolce in aree in cui si ha un forte tasso di evaporazione e in cui l’ammontare dell’acqua evaporata eccede l’ammontare dell’acqua di ricarica (piogge, sorgenti, fiumi ecc).La mineralogia delle evaporiti è molto complessa, si possono avere infatti circa 100 specie minerali, ma tuttavia meno di una dozzina di minerali sono davvero comuni. Tra questi i più abbondanti sono indubbiamente i carbonati (calcite, dolomite, magnesite, aragonite), i solfati (anidrite e gesso), i cloruri (halite, silvite e carnallite). Si hanno poi numerosi borati, silicati, nitrati e altri minerali. I depositi evaporitici possono formarsi sia in ambiente marino (evaporiti marine) che in ambiente continentale (evaporiti continentali).
Il fattore fondamentale che controlla la genesi delle evaporiti è il clima, in quanto l’acqua (marina o non) può divenire sufficientemente concentrata di Sali solo in aree con particolari regimi climatici (clima arido e caldo). Tali zone attualmente sono molto abbondanti nelle zone sub-tropicali, dove la media stagionale delle temperature è molto alta e dove si hanno scarse precipitazioni. I minerali evaporitici che si originano da acque sottoposte a forte evaporazione seguono in genere un preciso ordine di precipitazione. Tale ordine è legato alla % di riduzione del volume originario d’acqua.
1) Calcite (CaCO3) e dolomite (CaMg(CO3)2).
2) Gesso (CaSO4*2H2O) e/o anidrite (CaSO4).
3) Halite (NaCl).
4) Sali di K e Mg: sylvite (KCl), carnallite (KMgCl3*6H2O), polyhalite (K2Ca2Mg(SO4)4*2H2O), kainite (KMg(SO4)2*H2O), kieserite (Mg SO4*H2O).
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Sequenza di precipitazione dei minerali evaporitici durante l’evaporazione di un certo volume di acqua di mare. Prima si ha la precipitazione di CaCO3. Quando l’evaporazione ha ridotto il volume originario di acqua al 19% si ha la precipitazione di CaSO4. Quando si il volume di acqua raggiunge il 9.5% si ha la precipitazione di NaCl e infine quando il volume di acqua raggiunge il 4% si ha la precipitazione di Sali di K e Mg e borati.
Se una Colonna di acqua di mare, dello spessore di 1000 m venisse portata a complete evaporazione, si formerebbe una colonna di evaporiti (principalmente halite) alta solamente da 14 a 17 m. In molte aree le successioni evaporitiche spesso raggiungono spessori di centinaia di metri. Tali spessori non sono spiegabili con singoli eventi di evaporazione di una singola massa d’acqua ma possono essere spiegati con ripetuti cicli di evaporazione.
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Evaporazione di una Colonna di acqua di mare spessa 1000 m con relativi spessori dei depositi evaporitici che si vengono a generare.
Evaporiti di ambiente marino
I depositi evaporitici attuali di ambiente marino sono per lo più limitati a ristrette regioni costiere: Lagune costiere e sabkha. Tuttavia le evidenze geologiche indicano, che in passato, le evaporiti marine si sono formate in vasti bacini marini.Bacini evaporitici
La formazione di depositi evaporitici avviene quando un corpo d’acqua diviene parzialmente isolato dal mare aperto, e la salinità, a causa dell’evaporazione aumenta man mano fino a punto di saturazione. Solo a questo punto si ha la deposizione di evaporiti. Tali condizioni si verificano in bacini epicontinentali o piccoli bacino connessi al mare da un estuario, che può essere chiuso o per diminuzione del livello marino o per cause tettoniche (uplift, faglie ecc). Un bacino che diviene completamente isolato dal mare aperto è detto barred basin.
Si possono avere tre tipologie di bacini di tipo barred:
1) A shallow-water to deep-basin: Sono bacini profondi riempiti però parzialmente di acqua.
2) Shallow-water to shallow-basin: Sono bacini poco profondi in cui la continua subsidenza del bacino permette la formazione di spessi depositi evaporitici.
3) Deep-water to deep-basin: Sono bacino profondi, interamente riempiti d’acqua e in cui la formazione delle evaporiti è limitata alle zone marginali del bacino. Le evaporiti che si originano ai margini del bacino vengono poi ridepositate per gravità verso le parti più profonde del bacino stesso (torbiditi, debry flow ecc).
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Diverse tipologie di barred basin. Immagine tratta da Nichols G. 2009 : Sedimentology and Stratigraphy.
I bacini di tipo deep-water to deep-basin possono presentare due differenti tipologie di bacino:
• Se il bacino è completamente isolato il volume di acqua tenderà man mano a ridursi in volume e la deposizione delle evaporiti tenderà ad assumere una morfologia a occhio di bue (bulls-eye pattern): si avranno depositi concentrici di evaporiti. Nella parte più esterna del bacino avremo carbonati, poi solfati e nelle parti centrali halite. • Se invece si ha un equilibrio, più o meno duraturo, tra l’evaporazione e l’apporto di acqua da mare, allora avremo delle condizione molto stabili all’interno del bacino che favoriranno la deposizione continua di determinati minerali in determinate aree del bacino. In questo caso la configurazione del bacino assumerà una forma a lacrima (teardrop pattern).
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Bacino di tipo bulls-eye e bacino di tipo teardrop: Immagine tratta e modificata da Nichols G. 2009: Sedimentology and Stratigraphy.
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Esempio attuale di bacino Barred: Golfo di Kara Bogaz, mar Caspio
Non esistono esempi attuali di vasti bacini evaporitici, tuttavia le evidenze geologiche indicano che in passato la deposizione delle evaporiti avveniva in vastissimi bacini, ampi anche centinaia di migliaia di chilometri quadrati con depositi di evaporiti spessi fino a 1Km. Ad esempio i depositi miocenici (messiniano) del mediterraneo rappresentano un esempio di barred basin creatosi per la chiusura della connessione tra mediterraneo e oceano atlantico. Tale periodo è noto come la crisi del messiniano.
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Mappa dei maggiori depositi evaporitici. Modificata da Kendall (1992).
Lagune aride
In zona molto calde l’evaporazione sulla superficie delle lagune è molto alta, se l’evaporazione non è bilanciata da afflussi di acqua fresca avremo la deposizione di evaporiti. Tali lagune sono note come saltern. I depositi che si generano sono tipicamente stratificati e costituita da gesso e halite. le zona lagunari sono caratterizzate da una ristretta circolazione d’acqua e questo favorisce la crescita di grossi cristalli selenitici di gesso che tendono a crescere dal fondo della laguna verso l’alto.
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Schematizzazione di una laguna arida, con crescita di cristalli selenitici di gesso.
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Cristallo selenitico, geminato di gesso. Evaporiti messiniane, Piemonte. Foto di Marcello Natalicchio.
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Cristalli selenitici di gesso. Elediou, Cipro.
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Esempio di lagune saline. Coorong saline lagoons, Australia.
Sabkha
Le sabkha sono tipiche della costa Arabica e sono zone costiere molto aride in cui si ha formazione di evaporiti. Queste zone costiere sono caratterizzate da bassi rilievi sabbiosi senza una ben definita linea di costa. Occasionalmente le sabkha possono essere invase dall’acqua di mare durante forti tempeste e mareggiate che quindi creano un momentaneo apporto di acqua marina. In generale però l’apporto di acqua avviene per infiltrazione attraverso il sottosuolo sabbioso.
Il gesso e l’anidrite crescono all’interno del sedimento mentre l’halite forma delle incrostazioni in superficie. In generale l’anidrite si forma nelle zona di sabkha più clade e aride e il gesso in quelle relativamente più fredde e con maggiori apporti di acqua. Il gesso forma aggregati di più cristalli all’interno del sedimento mentre l’anidrite forma noduli amorfi che spesso coalescono, mantenendo spesso tra un nodulo e l’altro l’originario sedimento; queste strutture vengo dette strutture chicken-wire. Nel caso che gli strati di anidrite siano convoluti e contorti vengono detti enterolitici.
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Schematizzazione di un ambiente di sabkha.
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Anidrite nodulare. Dukan sabkha
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Anidrite con struttura chicken-wire
Evaporiti di ambiente continentale
Le evaporiti non marine si formano in laghi isolati (senza uno sbocco) o laghi effimeri in zone desertiche. Tali specchi d’acqua non hanno nessuna comunicazione con il mare e sono caratterizzati da limitati apporti di acqua continentale. Se lo spessore d’acqua è limitato o se hanno un carattere effimero, tali laghi sono detti playa. Gli afflussi idrici in tali bacino sono costituiti unicamente da rare piogge e deflusso superficiale. Talvolta si possono avere apporti attraverso sorgenti. Rispetto ai bacini marini, la mineralogia delle evaporiti lacustri è diversa, e spesso si hanno minerali non presenti in ambienti di evaporiti marine..jpg)
Differenza tra le evaporiti di ambiente marino e quelle lacustri.
Bibliografia
Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Nichols G. Sedimentology and Stratigraphy. (2009).
• John K. Warren. Evaporites Sediments, Resources and Hydrocarbons. (2006)