Le rocce sedimentarie

• Rocce Carbonatiche
• Rocce Evaporitiche
• Le Rocce Terrigene
Rocce terrigene
Addensamento
Arrotondamento
Classazione
Granulometria

• La Degradazione

Le Torbiditi

• Le correnti torbiditiche
• Le Torbiditi Appenniniche

Fossili

• Ammoniti
• Bivalvi
• Brachiopodi
• Gasteropodi
• Trilobiti

Minerali di ambiente sedimentario

• Anidrite
• Barite
• Calcedonio
• Gesso
• Glauconite
• Magnesite

Elementi tessiturali

• Allochimici
• Dolomitizzazione
• Matrice Carbonatica

Esempi di rocce

• Arenite Arcosica
• Arenite Litica
• Talus Breccia
• Conglomerato
• Encrinite
• Grainstone Bioclastico
• Grainstone Ooidico
• Ironstone Oolitico
• Lumachella
• Mudstone
• Ortoconglomerato
• Packestone Bioclastico
• Radiolarite
• Rosso Ammonitico

Le Rocce Sedimentarie

Le rocce sedimentarie costituiscono gran parte (circa il 75%) delle rocce che affiorano in superficie e contengono informazioni fondamentali per comprendere l’evoluzione del Pianeta Terra. L’insieme dei fenomeni di alterazione, erosione, trasporto e accumulo di rocce preesistenti costituisce il processo sedimentario.
L’alterazione superficiale delle rocce esistenti avviene ad opera degli agenti atmosferici, che per via chimica o fisica, generano nuovo materiale di origine organica ed inorganica. Il vento, l’acqua o i ghiacci prendono in carico questo materiale e lo depositano sul fondo dei bacini marini, lacustri o delle valli. Questo materiale, definito sedimento, è costituito in gran parte da materiale inorganico di disgregazione e in misura minore da gusci o scheletri di organismi. La trasformazione del sedimento in roccia prende il nome di litificazione e avviene attraverso uno dei processi fondamentali in geologia denominato diagenesi. La diagenesi si verifica a temperature inferiori a 200°C e a pressioni inferiori a 0,15 GPa.
Per intervalli superiori di pressione e temperatura si entra nel campo metamorfico. La prima fase della diagenesi riguarda la compattazione ovvero il materiale sedimentato nei bacini è compattato dal peso degli altri sedimenti che man mano si vanno ad accumulare, portando alla riduzione degli spazi vuoti esistenti fra i granuli. Contemporaneamente può avere origine la cementazione di tali sedimenti, ovvero le sostanze minerali presenti nelle acque circolanti all’interno degli spazi intergranulari precipitano dando luogo ad un vero e proprio cemento che rende maggiormente consistente il materiale.
I cementi più comuni sono la calcite, la silice e gli ossidi di ferro. La compattazione e la cementazione sono presenti in tutte le rocce sedimentarie, ad eccezione di quelle che derivano da una precipitazione chimica, costituite al momento della sedimentazione da cristalli intimamente compenetrati. Se le condizioni ambientali lo permettono, la litificazione può avvenire in tempi lunghissimi anche dell’ordine del milione di anni.

Le rocce sedimentarie sono suddivise in quattro grandi gruppi (Fig.1):

1) Rocce clastiche (o detritiche);
2) Rocce organogene (o biogene);
3) Rocce chimiche;
4) Rocce residuali.

I processi fisici sono alla base della formazione delle rocce clastiche, mentre i processi biologici e chimici sono alla base rispettivamente delle rocce organogene e chimiche. Il confine fra questi tre tipi di roccia non è netto, e così come per le rocce ignee esistono termini intermedi.

Rocce detritiche: si originano per accumulo di materiale che proviene dalla frammentazione di una roccia preesistente. L’abrasione del vento e l’erosione dei ghiacciai sono solo due esempi di agenti che provocano la disgregazione della roccia in particelle solide. Le rocce detritiche sono distinte sulla base delle dimensioni degli elementi che le costituiscono prescindendo dalla loro natura ed età. Si suddividono in cinque gruppi: conglomerati, arenarie, argille, marne, calcari detritici, più un sesto rappresentato dalle piroclastiti anche se di origine vulcanica.

Le rocce organogene o biogene: sono il risultato di un accumulo di resti di organismi in ambiente marino e lacustre e si originano per processi biologici. Esse sono distinte sulla base della composizione chimica dei loro costituenti (matrice e resti di organismi) in: calcari organogeni, dolomie, selce, carboni fossili, idrocarburi.

Le rocce di origine chimica: sono rocce che derivano da deposizione di sedimenti a causa di fenomeni chimici, quali la precipitazione di sali, l’ossidazione, l’alterazione in aria libera di rocce preesistenti. Le rocce di origine chimica sono: i calcari, le dolomie e la selce, le evaporiti e le rocce residuali. I calcari, le dolomie e la selce possono avere un’origine priva dell’intervento di organismi costruttori e dovuta alla precipitazione di sali in ambiente marino o lacustre. In questo caso la deposizione dei sali avviene in zone sottoposte ad evaporazione. Le evaporiti si formano in zone aride, dove le precipitazioni e gli apporti fluviali non riescono a compensare le perdite derivanti dall’evaporazione delle acque, come ad esempio in un bacino marino rimasto isolato. I casi più comuni di evaporiti sono il gesso, l’anidride e il salgemma.

Rocce residuali: sono costituite dall’accumulo di materiali che hanno resistito all’alterazione di una roccia preesistente, come ad esempio il dilavamento delle sostanze solubili da parte delle acque meteoriche. Esempi di rocce residuali sono le lateriti, costituite da idrossidi di Fe e Al che derivano dall’alterazione dei silicati in aree con clima molto umido, e le bauxiti, costituite quasi completamente da Al che derivano da un processo simile a quello delle lateriti, ma ancora più spinto.

Fig.1: Schema generale delle rocce sedimentarie in base alle loro caratteristiche genetico-tessiturali.

Le rocce sedimentarie, dal punto di vista compositivo, sono costituite fondamentalmente da tre componenti (Fig.2):

Componenti terrigeni: generati dalla disgregazione e frammentazione di rocce preesistenti generalmente esposte in un’area continentale (granuli di quarzo e feldspato, minerali pesanti, lamelle di mica, minerali argillosi, frammenti di altre rocce.
Componenti allochimici: generati per precipitazione chimica o secrezione organica (gusci interi o in frammenti, ooliti, granuli di glauconite, cristalli di aragonite, di gesso, ecc.).
Componenti ortochimici: veri e propri precipitati chimici (minerali evaporitici, cementi, concrezioni, minerali di sostituzione, ecc.).

Fig.2: Diagramma triangolare per la suddivisione delle rocce sedimentarie in base ai tre componenti (terrigeni, allochimici e ortochimici). T: rocce terrigene (argilliti, arenarie, conglomerati). Ai: rocce allochimiche impure (argille fossilifere, calcari arenacei, marne). Oi: rocce ortochimiche impure (gessi argillosi). A: rocce allochimiche (calcari oolitici e fossiliferi). O: rocce ortochimiche (salgemma, anidrite, selce). Immagine modificata da Folk, 1980.

Erosione, Trasporto e deposizione

Erosione: L’erosione (Fig.3) è il fenomeno per cui la superficie terrestre, attaccata dai vari agenti chimici, fisici e biologici, subisce una continua demolizione; a questo processo di asportazione sono connessi quelli di trasporto dei detriti così formati e del deposito degli stessi. L’erosione viene definita normale (o geologica), quando la velocità della degradazione è sufficientemente lenta, per cui la velocità di formazione del suolo per decomposizione delle rocce compensa le perdite subite. L’erosione accelerata invece, avviene quando l’asporto di detriti è più rapido della formazione del suolo, e spesso il risultato è l’affioramento in superficie della roccia nuda. Questo tipo di erosione è facilitata da interventi dell’uomo sul territorio i quali alterano il regime di degradazione delle rocce e la formazione del suolo in condizioni naturali.

Fig.3:Tipologie di erosione.

Trasporto: Molto del trasporto del materiale sedimentario (la così detta frazione clastica) è di tipo meccanico (avviene essenzialmente per sospensione, rotolamento, saltazione). Modalità e tempi del trasporto meccanico variano in relazione alla velocità ed alla densità del mezzo di trasporto. Se il mezzo è acquoso (l’ambiente di sedimentazione più importante è quello marino) oppure è l’aria, il trasporto meccanico è regolato dalla meccanica dei fluidi e quindi è legato alle leggi della velocità di caduta dei gravi in un mezzo fluido ed alle leggi di moto del fluido stesso. Esistono essenzialmente due diverse tipologie di trasporto:

1. Trasporto selettivo (o particellare): il fluido ed i granuli in esso contenuti si comportano come fasi. La deposizione avviene come semplice separazione delle particelle solide. 2. Trasporto di massa: solido e liquido hanno un comportamento d’insieme, come se si trattasse di un’unica fase fisica; si ha uno "strato di sedimento in movimento" che si deposita semplicemente arrestandosi. Il trasporto selettivo può avvenire mediante (Fig.4):

Trazione (Rotolamento-trascinamento): le particelle si muovono rotolando sul fondo del flusso di aria (per es. sabbia trasportata dal vento) o di acqua senza perdere contatto con la superficie del letto.
Saltazione: le particelle si muovono attraverso una serie di balzi, staccandosi quindi periodicamente dalla superficie e percorrendo un piccolo tratto nel corpo del fluido, prima di ritornare a contatto con il terreno (o letto del fiume).
Sospensione: quando la turbolenza entro il fluido produce sufficiente movimento le particelle si muovono nel fluido più o meno in modo continuato senza toccare il fondo.
Soluzione: coinvolge le sostanze disciolte nell'acqua del corpo idrico a causa dei fenomeni di dissoluzione delle rocce presenti nel bacino; solo in rari casi questo tipo di trasporto rappresenta una frazione significativa del trasporto solido totale.

Fig.3:Tipologie di erosione.

L’azione selettiva del trasporto si riflette sulla tessitura del deposito, ma anche dall’organizzazione geometrica dello stesso, resa visibile dalle strutture sedimentarie. Quindi un trasporto selettivo tende a dare un deposito organizzato (per es. clasti orientati), mentre un trasporto di massa lascia clasti disorganizzati (massivi, caotici etc).

Deposione: La deposizione può essere essenzialmente di tre tipi: meccanica, chimica o organogena.

Sedimentazione meccanica: avviene quando il mezzo di trasporto, acqueo o aereo (correnti fluviali, vento ecc.) non è più in grado, per diminuzione della velocità e della turbolenza, di trascinare o di sostenere il materiale in sospensione. Nel caso di particelle in sospensione, queste sedimentano con velocità (v) che segue la legge di Stokes: v=kr² dove r è il raggio della particella considerata sferica, e k una costante il cui valore è direttamente proporzionale alla differenza tra le densità della particella e del mezzo di trasporto e all'accelerazione di gravità, e inversamente proporzionale alla viscosità del mezzo; più la particella s'allontana dalla forma sferica, più la velocità di sedimentazione diminuisce. Per particelle di diametro superiore a 0,1 mm, la legge assume l'espressione:

K1 diventa praticamente indipendente dalla viscosità dell'agente di trasporto. Se il materiale in sospensione è finissimo o allo stato colloidale (argille ecc.), interviene il fenomeno della flocculazione, che determina prima la coagulazione e l'aggregazione delle particelle in fiocchi e grumi e successivamente la deposizione, fenomeno che avviene soprattutto quando il materiale colloidale trasportato dall'acqua di un fiume si mescola presso la foce con la soluzione salina marina.

Sedimentazione chimica: è causata da reazioni tra le sostanze in soluzione nelle acque continentali o del mare con conseguente formazione di composti insolubili che precipitano. I principali fattori fisico-chimici che intervengono e controllano tale processo favorendo o meno le reazioni sono la temperatura, la concentrazione in ioni idrogeno (pH), i potenziali di ossido-riduzione e l'assorbimento ionico. La temperatura, generalmente bassa nelle soluzioni acquose, favorisce la differenziazione chimica e impedisce la formazione di cristalli misti e di soluzioni solide: ne consegue che i minerali possono più facilmente separarsi dalla soluzione e precipitare; le variazioni di temperatura modificano poi la solubilità di molti sali. Il valore del pH della soluzione regola direttamente la precipitazione di alcune sostanze.

Sedimentazione organogena: è dovuta all'accumulo di conchiglie o resti di organismi fissatori di sali minerali, dipende, oltre che dai fattori accennati in precedenza, da fenomeni di ordine biologico e biochimico. La natura e le caratteristiche dei materiali che si depositano, cioè dei sedimenti (così come dei corrispondenti depositi e delle rocce che per diagenesi si formano), dipendono da una complessa combinazione di fattori comprendente tra l'altro il tipo di rocce soggette all'erosione, il processo di disgregazione, meccanico o chimico, che interessa tali rocce, le modificazioni del materiale sedimentario, che si verificano durante il trasporto, e le condizioni caratterizzanti l'ambiente di sedimentazione.