Geologia

Identificare le rocce sedimentarie e le fasi del ciclo delle rocce relative alla loro formazione.

Passiamo alle rocce sedimentarie e alla loro formazione.

Cosa imparerai a fare

  • Definisci le caratteristiche di una roccia sedimentaria.
  • Discutere il ruolo degli agenti atmosferici, deposizione, e l’erosione nel ciclo della roccia.
Fotografia della casa bianca

Figura 1. La Casa Bianca degli Stati Uniti è fatta di una roccia sedimentaria chiamata arenaria.

La Casa Bianca (mostrata in figura 1) è la casa e il luogo di lavoro ufficiale del Presidente degli Stati Uniti d’America. Perché pensi che la Casa Bianca sia bianca? Se tu rispondessi, “Perché è fatto di roccia bianca”, saresti solo parzialmente corretto. La costruzione per la Casa Bianca iniziò nel 1792. Le sue pareti esterne sono fatte della roccia sedimentaria arenaria. Questa arenaria è molto porosa ed è facilmente penetrata dall’acqua piovana. Il danno dell’acqua era comune nei primi giorni di costruzione dell’edificio. Per fermare il danno dell’acqua, i lavoratori hanno coperto l’arenaria in una miscela di sale, riso e colla, che aiutano a dare alla Casa Bianca il suo caratteristico colore bianco.

Litificazione—Sedimenti a rocce sedimentarie

Le rocce sedimentarie sono rocce fatte di sedimenti litificati. I sedimenti sono grani di rocce, minerali o mineraloidi depositati sulla superficie della terra. Riflettere sul ciclo della roccia per un’indicazione delle relazioni tra le rocce che si erodono per diventare sedimenti e rocce sedimentarie. Affinché il sedimento diventi roccia sedimentaria, di solito subisce sepoltura, compattazione e cementazione.

Le rocce sedimentarie clastiche sono il risultato dell’erosione e dell’erosione delle rocce di origine, che le trasforma in pezzi—clasti—di rocce e minerali. Una volta che diventano pezzi, questi clasti sono liberi di allontanarsi dalla loro roccia di origine e di solito lo fanno. Sono più spesso trasportati dall’acqua e depositati come strati di sedimenti.

La fase di sepoltura della litificazione comporta la deposizione di più strati di sedimenti superiori a quelli che erano stati depositati in precedenza. In un bacino sedimentario in cui si deposita il sedimento, è comune che si verifichi la subsidenza (abbassamento) del bacino, o perché la crosta e la litosfera sottostante si stanno abbassando nel mantello in una certa misura, o perché le alture circostanti stanno subendo un sollevamento rispetto al bacino, o entrambi. Questo permette migliaia di piedi di sepoltura, in alcuni casi decine di migliaia di piedi di sepoltura, a verificarsi.

Quando i sedimenti sono sepolti, il peso del materiale sovrastante esercita una pressione, causando la compattazione dei sedimenti. La pressione, nota come pressione litostatica, “schiaccia” i sedimenti da tutti i lati in un volume più piccolo. La pressione litostatica imballa i grani del sedimento più vicini e riduce lo spazio di porosità fra i grani del sedimento.

Alcune rocce sedimentarie chimiche sono rocce non appena i sedimenti sono stati depositati per cristallizzazione di minerali da sostanze disciolte in acqua, sulla superficie terrestre. Gli esempi includono salgemma e altri depositi di evaporite. Questi sedimenti di cristalli di sale e altri minerali formano roccia sedimentaria senza dover subire sepoltura e compattazione.

Durante la sepoltura e la compattazione, i sedimenti subiranno una certa quantità di cementazione. La cementazione si riferisce alla crescita di nuovi minerali tra i grani del sedimento. Questi nuovi minerali legano insieme i grani del sedimento. Una forma di cementazione è la crescita di cerchi di quarzo sulle superfici di grani di quarzo preesistenti nel sedimento. Questa nuova crescita minerale è il risultato dell’acqua negli spazi dei pori che dissolve e precipita il quarzo. Un secondo minerale cementante comune è l’ematite, un minerale di ossido di ferro rosso o color ruggine, che precipita sui grani del sedimento da una combinazione di ferro disciolto e ossigeno dall’acqua negli spazi dei pori. Un terzo minerale cementante comune è la calcite, che precipita anche dagli ioni disciolti nell’acqua negli spazi dei pori durante la litificazione. Anche se ci sono altri minerali cementanti, quarzo, ematite e calcite sono minerali cementanti comuni che crescono tra o sulle superfici dei grani sedimentari originali.

Passi generalizzati dalla sorgente alla roccia sedimentaria:
weathering >> erosion >> transport >> deposition >> burial >> compaction >> cementation >> sedimentary rock

Minerals and Sedimentary Rocks

Any type of rock containing any type of mineral will undergo weathering and erosione sulla superficie terrestre. Tuttavia, alcuni minerali sono più stabili di altri negli ambienti superficiali della terra e hanno maggiori probabilità di essere trovati nelle rocce sedimentarie.

I grani di sedimento clastico, che sono chiamati clasti, vengono vagliati e modificati durante il processo di deposizione dagli agenti atmosferici. Gli agenti atmosferici dei minerali elimineranno gradualmente i minerali fisicamente più deboli e chimicamente più reattivi, aumentando l’abbondanza relativa di minerali più resistenti. Il quarzo tende a diventare sempre più abbondante durante il processo, a causa della sua presenza comune nelle rocce di origine combinata con la sua durezza e la mancanza di scissione, che lo rende resistente alla rottura fisica. Il quarzo non è facilmente disciolto o chimicamente alterato, quindi è resistente alla rottura da reazioni chimiche pure. Ecco perché la sabbia della spiaggia è spesso più ricca di quarzo di qualsiasi altro minerale. I sedimenti ricchi di quarzo sono considerati mineralogicamente “maturi” perché sono stati sottoposti a un intervallo più lungo di modificazione fisica e chimica durante il processo di erosione-deposizione. I sedimenti maturi si depositano più lontano dalle loro rocce di origine nello spazio e / o nel tempo rispetto ai sedimenti immaturi.

I feldspati sono il tipo più comune di minerale nella crosta terrestre e sono anche abbondanti in molti sedimenti clastici e rocce sedimentarie. Sebbene il feldspato sia un minerale abbastanza duro, si fende (si divide) ed è chimicamente reattivo, specialmente in presenza di acqua. Il prodotto più abbondante della reazione chimica del feldspato e dell’acqua sono i minerali argillosi. Durante il processo di erosione-deposizione, i sedimenti clastici perdono feldspato e guadagnano una percentuale maggiore di argilla. Altri minerali come anfiboli, micas e carbonati sono relativamente morbidi e chimicamente reattivi e tendono ad essere scarsi o assenti come grani di sedimento nei sedimenti clastici maturi, sebbene la calcite possa essere presente nelle rocce sedimentarie clastiche come minerale secondario cementante che è cresciuto durante la litificazione.

I minerali nelle rocce sedimentarie chimiche precipitano dall’acqua e di solito rimangono sul posto o non vengono trasportati molto prima della litificazione. Tali sedimenti minerali sono soggetti a poca, se del caso, erosione e trasporto. Pertanto, i minerali nelle rocce sedimentarie chimiche non vengono vagliati durante il processo di invecchiamento-deposizione come lo sono i minerali nelle rocce sedimentarie clastiche. In alcuni casi, durante la formazione di sedimenti chimici, i minerali possono cambiare a seguito di reazioni chimiche. Ad esempio, il dolostone è una roccia sedimentaria chimica che si forma in alcuni ambienti costieri per alterazione della calcite precipitata in dolomite.

Oltre ai minerali, i solidi mineraloidi si trovano in alcune rocce sedimentarie chimiche. Ad esempio, il materiale carbonioso nel carbone è un mineraloide organico piuttosto che un minerale. Un altro esempio, opale, è una roccia sedimentaria chimica che non ha un reticolo cristallino completamente sviluppato e quindi è un mineraloide.

Sedimenti

Un fiume sottile che attraversa un profondo canyon, come si vede dall'aria

Figura 2. L’acqua erode la superficie della terra nella Valle dell’Alaska di diecimila fumi.

L’arenaria è uno dei tipi comuni di rocce sedimentarie che si formano dai sedimenti. Ci sono molti altri tipi. I sedimenti possono includere:

  • frammenti di altre rocce che spesso sono state consumate in piccoli pezzi, come sabbia, limo o argilla.
  • materiali organici, o resti di organismi una volta viventi.
  • precipitati chimici, che sono materiali che vengono lasciati indietro dopo che l’acqua evapora da una soluzione.

Le rocce in superficie subiscono agenti atmosferici meccanici e chimici. Questi processi fisici e chimici rompono la roccia in pezzi più piccoli.

  • Gli agenti atmosferici fisici rompono semplicemente le rocce.
  • Gli agenti atmosferici chimici dissolvono i minerali meno stabili.

Questi elementi originali dei minerali finiscono in soluzione e possono formarsi nuovi minerali.

I sedimenti vengono rimossi e trasportati da acqua, vento, ghiaccio o gravità in un processo chiamato erosione (Figura 2).

Una persona che cammina lungo il letto di un fiume. Ci sono molte rocce sul letto del fiume.

Figura 3. Un fiume scarica sedimenti lungo il suo letto e sulle sue rive.

I flussi trasportano enormi quantità di sedimenti (Figura 3). Più energia ha l’acqua, più grande è la particella che può trasportare. Un fiume impetuoso su un ripido pendio potrebbe essere in grado di trasportare massi. Mentre questo flusso rallenta, non ha più l’energia per trasportare grandi sedimenti e li lascerà cadere. Un flusso in movimento più lento porterà solo particelle più piccole.

I sedimenti si depositano su spiagge e deserti, sul fondo degli oceani e in laghi, stagni, fiumi, paludi e paludi. Le valanghe rilasciano grandi mucchi di sedimenti. Anche i ghiacciai lasciano grandi mucchi di sedimenti. Il vento può trasportare solo sabbia e particelle più piccole. Il tipo di sedimento depositato determinerà il tipo di roccia sedimentaria che può formarsi. Diversi colori della roccia sedimentaria sono determinati dall’ambiente in cui sono depositati. Le rocce rosse si formano dove è presente l’ossigeno. I sedimenti più scuri si formano quando l’ambiente è povero di ossigeno.

Formazione rocciosa sedimentaria

Diverse persone in piedi su una massiccia scogliera fatta di arenaria che domina l'oceano. L'arenaria ha striature chiare.

Figura 4. Questa scogliera è fatta di arenaria. Le sabbie sono state depositate e poi litificate.

I sedimenti accumulati si induriscono nella roccia mediante litificazione, come illustrato nella Figura 4. Sono necessari due passi importanti per la litificazione dei sedimenti.

  1. I sedimenti sono schiacciati insieme dal peso dei sedimenti sovrastanti sopra di essi. Questo è chiamato compattazione. I sedimenti cementati e non organici diventano rocce clastiche. Se è incluso materiale organico, sono rocce bioclastiche.
  2. I fluidi riempiono gli spazi tra le particelle sciolte di sedimento e cristallizzano per creare una roccia mediante cementazione.

La dimensione del sedimento nelle rocce sedimentarie clastiche varia notevolmente (vedi tabella 1).

Tabella 1. Sedimentary rock sizes and features
Rock Sediment Size Other Features
Conglomerate Large Rounded
Breccia Large Angular
Sandstone Sand-sized
Siltstone Silt-sized, smaller than sand
Shale Clay-sized, smallest
Una moneta sopra una pietra grigia incastonata in cristalli bianchi

Figura 5. L’evaporite, alite, su un ciottolo del Mar Morto, Israele.

Quando i sedimenti si depositano dall’acqua più calma, formano strati orizzontali. Uno strato viene depositato per primo e un altro strato viene depositato sopra di esso. Quindi ogni strato è più giovane del livello sottostante. Quando i sedimenti si induriscono, gli strati vengono preservati. Le rocce sedimentarie formate dalla cristallizzazione di precipitati chimici sono chiamate rocce sedimentarie chimiche. Come discusso nel capitolo “Minerali della Terra”, gli ioni disciolti nei fluidi precipitano dal fluido e si depositano, proprio come l’alite nella Figura 5.

Le rocce sedimentarie biochimiche si formano nell’oceano o in un lago salato. Le creature viventi rimuovono ioni, come calcio, magnesio e potassio, dall’acqua per formare gusci o tessuti molli. Quando l’organismo muore, affonda sul fondo dell’oceano per diventare un sedimento biochimico, che può quindi essere compattato e cementato in roccia solida (Figura 6).

Piccola stella marina fossilizzata incastonata nella pietra

Figura 6. Fossili in una roccia biochimica, calcare, nella formazione Carmel nello Utah.

Sedimentary Rock Textures

Nei sedimenti clastici la struttura sedimentaria include la dimensione del grano, l’arrotondamento e la cernita dei grani, tutti correlati a ciò che è accaduto al sedimento durante il processo di invecchiamento-deposizione.Poiché i processi che portano alla formazione di rocce sedimentarie chimiche non coinvolgono il processo di tempo-deposizione, non esiste uno schema di trama ampiamente concordato che si applica alle rocce sedimentarie chimiche.

Trame clastiche

Le trame sedimentarie clastiche sono descritte in termini di dimensioni dei grani di sedimento, quanto sono rotondi e quanto bene sono ordinati.

Caratteristiche del grano

Il diametro o la larghezza di un grano di sedimento clastico determina la sua dimensione del grano. Gamme specifiche di granulometria hanno nomi specifici.

  • La ghiaia è un nome generale per la grande dimensione del grano del sedimento, che include il masso, il ciottolo ed il ciottolo.
  • La sabbia include grani di sedimento di dimensioni variabili da 2 mm a 0,625 mm.
  • Il limo è il nome di un grano di sedimento di dimensioni variabili da 0,625 mm a 0,0039 mm.
  • Il fango è la dimensione del grano più piccola ed è noto anche come argilla. È importante distinguere la granulometria chiamata argilla dal minerale chiamato argilla. I grani di dimensioni dell’argilla sono troppo piccoli per essere visti singolarmente senza l’ausilio di un microscopio.

Arrotondamento

I grani di sedimento clastico possono essere rotondi, angolari o intermedi (subangolari o subroundati). La Breccia è una roccia sedimentaria clastica che per definizione consiste in gran parte di grani angolari di dimensioni di ciottoli o più grandi. Il conglomerato, un’altra roccia sedimentaria, consiste in gran parte di grani arrotondati di dimensioni di ciottoli o più grandi. Il diagramma schematico seguente mostra le classi di arrotondamento, da sinistra: angolare, subangolare, subrounded, arrotondato. Non mostrato sono molto angolari e ben arrotondati, che sono meno comuni.

diagramma schematico di quattro classi di arrotondamento che mostrano angolare, subangolare, subrounded e arrotondato.

Ordinamento

La misura in cui tutti i grani hanno la stessa dimensione è nota come ordinamento. Se tutti i grani hanno le stesse dimensioni, sono ben ordinati. Alcune arenarie sono ben ordinate e altre no. La maggior parte dei conglomerati sono scarsamente ordinati e consistono in una miscela di granulometrie che vanno dalla sabbia al ciottolo. I diagrammi schematici di seguito rappresentano sedimenti scarsamente ordinati, moderatamente ordinati e ben ordinati.

schema di poveri, di ordinamento, di grano, di dimensioni che vanno da molto piccole a grandi dimensionischema di moderata ordinamento, con grani di dimensioni che variano da medie a grandischema di ben ordinati, con i grandi grani

Altri Aspetti della Trama

Altri aspetti della clastic sedimentaria a grana includono l’imballaggio dei grani, la porosità della roccia, e la durezza della roccia come un intero.

L’imballaggio dei grani si applica solo a sedimenti scarsamente ordinati in cui i clasti più fini formano una matrice attorno ai clasti più grossolani. Se i grani grandi si toccano, si dice che l’imballaggio sia supportato da clast. Se i grani grossolani sono separati e non si toccano, con il sedimento a grana più fine tra di loro, si dice che l’imballaggio sia supportato da matrice.

La porosità di una roccia o di un sedimento è la quantità di spazio vuoto tra i grani di sedimento.

La durezza della roccia si riferisce a quanto facilmente si rompe. Lo scisto è più duro dell’argilla, per esempio.

Come identificare le rocce sedimentarie

Trame clastiche

I nomi comuni delle rocce sedimentarie clastiche—conglomerato, arenaria, siltstone e scisto—si basano esclusivamente sulla dimensione del grano. Tuttavia, ci sono nomi più precisi all’interno di queste categorie più ampie che si basano su caratteristiche del sedimento clastico diverse dalla granulometria. La Breccia è una roccia sedimentaria clastica che si distingue dal conglomerato per l’angolosità dei suoi clasti.

Una roccia sedimentaria clastica fatta semplicemente di grani di sabbia si qualifica come arenaria, indipendentemente dai minerali di cui sono fatti i grani. Nomi più completi per varie arenarie si basano sulla loro composizione minerale. Alcune arenarie sono fatte quasi interamente di quarzo. L’arenaria fatta praticamente interamente di quarzo è chiamata arenite. Altre arenarie hanno un sacco di feldspato mescolato con quarzo. Tali arenarie sono chiamate arkose. Altre arenarie sono una miscela di feldspato, quarzo, argilla e piccoli frammenti di “litici”, minerali e frammenti di roccia che appaiono scuri, che rappresentano sedimenti mineralogicamente immaturi. Tali arenarie sono tecnicamente noti come wackes litici, anche se i geologi spesso li chiamano con il loro vecchio nome, graywackes, e le rocce sono talvolta informalmente descritti come “arenarie sporche.”

Utilizzando la tabella di classificazione delle rocce sedimentarie che accompagna questa sezione, vedrai che le rocce sedimentarie clastiche sono classificate in base alla dimensione del grano. Le arenarie sono rocce fatte di grani di sabbia. Lo scisto è una roccia sedimentaria stratificata fatta di grani fini di fango troppo piccoli per essere visti ad occhio nudo.

Texture chimiche

La chiave per nominare le rocce sedimentarie chimiche sono i minerali da cui sono fatte. Ad esempio, tutti i calcari sono costituiti principalmente dalla calcite minerale. Il salgemma è fatto di sali minerali come l’alite. La roccia del gesso è fatta del gesso minerale. Il calcedonio è fatto di quarzo microcristallino, grani di quarzo così piccoli che non possono essere distinti nemmeno con un microscopio ottico standard.

La tabella 2 mostra alcuni tipi comuni di rocce sedimentarie.

Texture biochimiche

Le rocce sedimentarie biochimiche si formano con l’aiuto della vita passata. Questo può essere sotto forma di fossili, conchiglie o resti vegetali. Ad esempio, il carbone è costituito da resti vegetali.

Tabella 2. Common Sedimentary Rocks
Picture Rock Name Type of Sedimentary Rock
Many tiny rocks stuck together into a big rock Conglomerate Clastic (fragments of non-organic sediments)
Angular stone fragments stuck together in a a fine-grain matrix Breccia Clastic
Sandstone, with straight striations Sandstone Clastic
Siltstone, a fine-grained stone Siltstone Clastic
A slab of shale, a soft, finely stratified sedimentary rock Shale Clastic
Rock salt, small asymmetrical white crystals Rock Salt Chemical precipitate
Gypsum, a soft white or gray mineral Gypsum Chemical precipitate
Dolostone, a speckled, light stone Dolostone Chemical precipitate
Limestone, a gray stone Limestone Biochemical
Coal, a brownish-black stone that can be burned for fuel Coal Biochemical

Sedimentary Rock Classification

Clastic Sedimentary Rocks
Grain Size Rounding Ordinamento Rock Nome
ghiaia grossolana
(> 2 mm)
angolare poco breccia
arrotondato poco conglomerato
sabbia medio
(0.0625–2 mm)
variable variable sandstone
rounded to subangular well to moderately quartz arenite— >90% quartz
subrounded to angular well to moderately arkose— >25% feldspar
subangular to angular moderately to poorly graywacke—high % lithics, clay matrix
silt fine
(0.004–0.0625 mm)
variable well siltstone
clay extra fine
(< 0.004 mm)
non visibile di shale—pause biancheria da letto aerei
mudstone—manca di biancheria da letto di piani
claystone—minerale puro, argilla, molto morbido
Chimica & Biochimici Rocce Sedimentarie
Minerale Caratteristiche Rock Nome Comune Deposizionali Ambiente
anno più morbido di vetro, reagisce all’HCl calcare caldo poco profondo oceano
anno fossili visibili, più morbido di vetro, reagisce all’HCl calcare fossilifero (biochimica) caldo poco profondo oceano
dolomiti bianco al rosa, più morbido di vetro, reagisce all’HCl, solo se in polvere dolomie saline laguna
anno grigio o marrone, poroso, reagisce all’HCl travertino evaporato primavera o grotta dell’acqua
anno di polvere bianca, reagisce all’HCl gesso caldo poco profondo oceano
microscopico al quarzo conchoidal frattura chert deep ocean floor
microscopic quartz red, conchoidal fracture jasper deep ocean floor
microscopic quartz black, conchoidal fracture flint nodules in limestone
microscopic quartz translucent, layered, conchoidal fracture agate nodules in volcanic rocks
microscopic quartz white, powdery diatomite lakes in volcanic environments
carbon black, soft, low density carbone (biochimica) pesantemente ricca di vegetazione di palude
halite sapore di sale, cubi cristalli e la scissione rock sale evaporazione dell’acqua del corpo
gesso più morbida unghia gesso rock evaporazione dell’acqua del corpo

Usi di Rocce Sedimentarie

le rocce Sedimentarie sono utilizzati come pietre da costruzione, anche se non sono così duri come rocce ignee o metamorfiche rocce. Le rocce sedimentarie sono utilizzate nella costruzione. La sabbia e la ghiaia sono usate per fare il calcestruzzo; inoltre sono usate in asfalto. Molte risorse economicamente preziose provengono da rocce sedimentarie. Il minerale di ferro e l’alluminio sono due esempi.

Controlla la tua comprensione

Rispondi alle domande qui sotto per vedere quanto bene comprendi gli argomenti trattati nella sezione precedente. Questo breve quiz non conta verso il vostro grado nella classe, e si può riprendere un numero illimitato di volte.

Usa questo quiz per verificare la tua comprensione e decidere se (1) studiare ulteriormente la sezione precedente o (2) passare alla sezione successiva.

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