Alterazione e metamorfismo

I processi di alterazione formano la maggior parte dei minerali delle rocce sedimentarie. L’esposizione agli agenti esogeni quali acqua, vento, ghiacci, variazioni di temperatura e di insolazione, favorisce questi processi che deteriorano la roccia alterando i minerali originali in minerali di tipo diverso. L’erosione è spesso facilitata da questa alterazione e genera particelle di varie dimensioni, dette clasti, che subiscono poi il trasporto da parte di venti, acque e ghiacciai (cosa che aumenta l’erosione) per alla fine depositarsi nei cosiddetti bacini sedimentari a formare nel tempo geologico le omonime rocce in un processo chiamato diagenesi, essenzialmente l’espulsione dell’acqua dagli intertizi grazie alla compattazione sotto il carico litologico e la precipitazione del cosiddetto cemento (calcite o silice) dall’acqua interstiziale a consolidare i clasti l’un l’altro.

Esposti agli agenti esogeni, i Pirosseni come il Diopside degradano in un minerale delle argille che si chiama Clorite, che ne contiene la parte magnesiaca, mentre quella calcica diventa calcite. Un Ortoclasio forma l’argilla Caolinite ed il potassio finisce in cloruri. Anche i Plagioclasi degradano in Caolinite ed il quarzo restante finisce nelle arenarie, il sodio va al mare.


geomin-diopside geomin-clorite geomin-calcite A
R
G
I
L
L
E
CaMgSi2O6 -> Mg5Al(Si3O10)(OH)2 -> CaCO3 -> Carbonati
Diopside Clorite Calcite
geomin-ortoclasio geomin-caolinite
KAlSi3O8 -> Al2Si2O5(OH)4 -> K in eccesso -> Cloruri
Ortoclasio Caolinite-Illiti (K-fillos.)

geomin-albite geomin-caolinite S
A
B
B
I
E
NaAlSi3O8 -> Al2Si2O5(OH)4 + SiO2 + NaOH -> in mare
Albite Caolinite Silice amorfa
geomin-anortite geomin-calcite geomin-caolinite geomin-quarzo
CaAl2Si2O8 -> CaCO3 + Al2Si2O5(OH)4 -> SiO2
Anortite Calcite Caolinite Quarzo

In parole povere, da Pirosseni e Plagiocalsi, cioè dai basalti, per alterazione esogena abbiamo il quarzo, tanto comune nelle sabbie, e i minerali delle argille. Queste sono principalmente composte da Fillosilicati ad alto contenuto di acqua quali Caolinite (Al), Illite (K), Clorite (Mg,Fe) e Montmorillonite (Na,Ca). Il calcio finisce nei carbonati, il potassio nei cloruri ed il sodio nel mare. Da tutto ciò, tramite diagenesi, si hanno le rocce sedimentarie.

Se i processi diagenetici proseguono con l’aumento di pressione ma anche di temperatura (aumentando la profondità e/o il carico tettonico), si sfocia nel campo del metamorfismo (oltre i 300°C). Tra le migliori camere magmatiche vi sono le rocce carbonatiche. Un calcare, che ha un punto di fusione attorno ai 1500°C, se sottoposto ad alte temperature e pressioni, metamorfosizza per blastesi: i piccoli cristalli di calcite si ristrutturano e si uniscono tra loro dando alla roccia il tipico aspetto “saccaroide” del “calcare cristallino”, comunemente noto come “marmo”. Un calcare che raggiunga i 600°C per contatto con un magma, genera l’inosilicato metamorfico Wollastonite in cui il calcio reagisce con la silice del magma nella formula Ca2Si2O6; nel caso che il calcare fosse dolomitico, la presenza di magnesio favorirebbe la formazione di Diopside, nonché Tremolite o Actinolite se in presenza d’acqua. La stessa Dolomite a 800°C genera la Brucite Mg(OH)2, quella dei fogli magnesiaci di tetraedri dei Fillosilicati.

Metamorfismo dei calcari a contatto con magma (silice)


600°C geomin-calcite geomin-wollastonite
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2
Calcite Silice Wollastonite

Metamorfismo delle dolomie a contatto con magma (silice)


600°C geomin-dolomite geomin-diopside geomin-actinoto geomin-tremolite
CaMg(CO3)2 + SiO2 -> CaMgSi2O6 + 2CO2 + H2O = Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2
Dolomite Silice Diopside
Actinolite o Tremolite

750°C geomin-dolomite geomin-calcite geomin-periclasio geomin-brucite
CaMg(CO3) + CaCO3 -> MgO + CO2 + H2O = Mg(OH)2 (a 800°C)
Dolomite Calcite Periclasio   Brucite

E’ interessante osservare cosa succede ad una roccia carbonatica tipica, la marna, che non contiene solo calcare, magari un po’ dolomitico, ma anche argilla in varie percentuali. Considerando tra le argille i minerali più comuni quali Caolinite e Clorite, e la Calcite per i calcare, avremo:

a 400°C la Caolinite con la silice dà la Pirofillite, che reagendo con la calcite forma la Zoisite, un sorosilicato del gruppo degli Epidoti.

A 450°C, la mica bianca Muscovite, che si è già formata per blastesi, cioè per riorganizzazione strutturale e fusione dei minerali argillosi potassici, reagisce con la Clorite per dare la mica nera Biotite, lasciando l’Al2SiO5 in eccesso sotto forma di Andalusite, Cianite o Sillimanite, a seconda delle condizioni di P e T. Il silicato di alluminio con la calcite dà altra Zoisite.

A 480°C l’eventuale magnesio lo si ritrova nel fillosilicato Talco e nell’anfibolo Tremolite.

A 500°C di questi rimane solo il pirosseno Diopside.

Alla fine otterremmo una associazione di Forsterite (olivina), Orneblenda (anfibolo) ed Epidoto (sorosilicato), composizione chimicamente paragonabile ai basalti.

Metamorfismo delle marne (Caolinite e Clorite + Calcite)


400°C geomin-caolinite geomin-pirofillite geomin-calcite geomin-zoisite
Al2Si2O5(OH)4 + SiO2 -> Al2(OH)2Si4O10 + H2O + CaCO3 = Ca2Al3(SiO4)(Si2O7)(O,OH)2
Caolinite Silice Pirofillite Calcite Zoisite

450°c geomin-clorite geomin-muscovite geomin-biotite geomin-calcite geomin-zoisite
Mg5Al(Si3O10)(OH)2 + KAl2(OH)2(AlSi3O10) -> K(MgFe)3(OH,F)2(AlSi3O10) + Al2SiO5 + CaCO3 = Ca2Al3(Si2O7)(O,OH)2
Clorite Muscovite Biotite Calcite Zoisite

480°C geomin-talco
Talco Mg2(OH)2Si4O10
geomin-tremolite
Tremolite CaMg5Si8O22(OH)2

500°C geomin-diopside
Diopside CaMgSi2O6
geomin-forsterite
Forsterite Mg2SiO4 COME
geomin-orneblenda
Orneblenda NaCa(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2 NEI
geomin-epidoto
Epidoto Ca2(Al,Fe)3(SiO4)(Si2O7)(O,OH)2 BASALTI