I minerali sono i "mattoni" solidi e ordinati che la natura assembla per costruire le rocce, ovvero i materiali che formano la parte solida del nostro pianeta.
Introduzione: un pianeta di pietra
Quando cammini su un sentiero di montagna, raccogli un sasso sulla spiaggia o osservi il marmo di un monumento, stai toccando la litosfera, cioè l'involucro solido della Terra. Tutto ciò che chiamiamo genericamente "pietra" è in realtà composto da una grande varietà di sostanze naturali con proprietà molto diverse fra loro. La geologia, la scienza che studia la Terra, ha dato un nome preciso a questi materiali e ha imparato a riconoscerli, classificarli e raccontarne la storia. In questa scheda scoprirai la differenza fondamentale tra un minerale e una roccia, due termini che nel linguaggio comune vengono spesso confusi. Imparerai anche come si formano le rocce, perché alcune sono dure e altre friabili, e come gli scienziati riescono a leggere in un sasso qualcosa che è successo milioni di anni fa. Alla fine ti accorgerai che molti oggetti che usi ogni giorno, dal sale da cucina al cemento, hanno origine proprio dal mondo affascinante di minerali e rocce.
Che cos'è un minerale
Un minerale è una sostanza solida, naturale, formata da processi geologici senza alcun intervento umano, con una composizione chimica ben definita e una struttura atomica ordinata. Questo significa che gli atomi al suo interno non sono disposti a caso, ma occupano posizioni regolari che si ripetono nello spazio formando un reticolo cristallino. Un esempio quotidiano è il sale da cucina, che è il minerale chiamato halite e che, osservato con una lente, mostra piccoli cubetti perfetti: quella forma è la conseguenza diretta dell'ordine degli atomi al suo interno. Un secondo esempio è il quarzo, che trovi sulla spiaggia sotto forma di granelli trasparenti di sabbia oppure incastonato come cristallo esagonale nelle geodi vendute nei negozi di scienze. Attenzione: non sono minerali le sostanze prodotte dagli esseri viventi, come la perla o l'ambra, né i materiali fabbricati in laboratorio, come il vetro o la ceramica. Un minerale, infine, è sempre un solido a temperatura ambiente: l'acqua liquida non lo è, ma il ghiaccio di un ghiacciaio sì, perché soddisfa tutti i requisiti richiesti.
Le proprietà fisiche dei minerali
Per riconoscere un minerale, i geologi osservano un insieme di proprietà fisiche che dipendono dalla sua composizione e dalla sua struttura interna. La durezza, misurata dalla scala di Mohs da 1 (talco) a 10 (diamante), indica la resistenza alla scalfittura: il gesso, per esempio, viene graffiato dall'unghia, mentre il quarzo riga senza problemi il vetro di una finestra. Il colore può sembrare la caratteristica più ovvia, ma spesso inganna, perché lo stesso minerale può presentarsi in tinte molto diverse a causa di piccole impurità: la fluorite si trova viola, verde, gialla o trasparente. Più affidabile è la striscia, cioè il colore della polvere ottenuta strofinando il minerale su una piastrella di porcellana ruvida: l'ematite appare nera ma lascia una scia rosso sangue. La lucentezza descrive il modo in cui la superficie riflette la luce e può essere metallica, come nella pirite, o vitrea, come nel quarzo. Esistono poi proprietà particolari, come il magnetismo della magnetite, che attira gli spilli di ferro, o l'effervescenza della calcite, che reagisce con qualche goccia di aceto liberando piccole bolle di anidride carbonica.
Che cos'è una roccia
Una roccia è un aggregato naturale di uno o più minerali, eventualmente accompagnato da frammenti di altre rocce o da resti di organismi viventi. Mentre un minerale ha una composizione chimica costante, una roccia è una miscela e quindi le sue caratteristiche cambiano da un punto all'altro del campione. Pensa al granito di un piano da cucina: a occhio nudo distingui chiaramente cristalli bianchi di feldspato, granelli trasparenti di quarzo e lamelle nere di mica, tre minerali diversi che convivono nello stesso blocco. Un secondo esempio è il calcare delle scogliere bianche o delle Dolomiti, formato in gran parte dal minerale calcite e ricco talvolta di gusci fossili di antichi organismi marini. Le rocce possono essere coerenti, cioè compatte come un masso, oppure incoerenti, cioè formate da granelli sciolti come la sabbia di una duna o la ghiaia di un fiume. La scienza che le studia, chiamata petrografia, le suddivide in tre grandi famiglie in base al modo in cui si sono formate: ignee, sedimentarie e metamorfiche.
Le rocce ignee
Le rocce ignee, dette anche magmatiche, nascono dal raffreddamento e dalla solidificazione del magma, ovvero la massa fusa ad altissima temperatura che si trova all'interno della Terra. Quando il magma resta intrappolato in profondità e si raffredda molto lentamente, gli atomi hanno tempo di organizzarsi e formano cristalli grandi e ben visibili: nasce così una roccia intrusiva come il granito, che vedi spesso usato per scalini, davanzali e monumenti. Se invece il magma raggiunge la superficie attraverso un vulcano prende il nome di lava e, a contatto con l'aria o con l'acqua, si raffredda in modo rapidissimo: si formano allora rocce effusive come il basalto, che lastrica antiche strade romane e ricopre vasti altipiani come quelli dell'Etna. In casi estremi, la lava può solidificare così in fretta da non lasciare il tempo ai cristalli di formarsi, dando origine all'ossidiana, una roccia simile a un vetro nero usata in passato per produrre lame taglienti. La pomice, invece, è una roccia leggerissima e piena di buchi, perché si è formata da una lava ricca di gas che, espandendosi rapidamente, ha lasciato moltissime cavità. La distinzione tra intrusivo ed effusivo si legge proprio nella dimensione dei cristalli: grandi se la roccia si è raffreddata in profondità, piccoli o assenti se in superficie.
Le rocce sedimentarie
Le rocce sedimentarie si formano in superficie attraverso un processo lento che inizia con la degradazione di rocce preesistenti a opera di acqua, vento, gelo e organismi viventi. I frammenti prodotti, chiamati detriti, vengono trasportati dai fiumi e accumulati sui fondali di laghi, mari o pianure alluvionali, dove formano strati orizzontali sovrapposti. Con il passare di migliaia o milioni di anni, il peso degli strati superiori comprime quelli inferiori e una sorta di colla minerale, depositata dall'acqua circolante, salda i granelli tra loro in un processo chiamato litificazione. Le sedimentarie clastiche, come l'arenaria di certe falesie liguri o il conglomerato delle morene alpine, sono formate proprio da granelli o ciottoli incollati insieme. Esistono poi sedimentarie chimiche, come il salgemma delle miniere di Sicilia, che si forma per evaporazione dell'acqua marina, e sedimentarie organogene, come il calcare costruito dall'accumulo di gusci e scheletri di organismi marini. Queste rocce sono particolarmente preziose perché conservano i fossili, vere e proprie pagine di pietra che raccontano la storia della vita sulla Terra.
Le rocce metamorfiche
Le rocce metamorfiche derivano dalla trasformazione, allo stato solido, di rocce ignee, sedimentarie o anche di altre metamorfiche sottoposte a forti aumenti di pressione e temperatura nelle profondità della crosta terrestre. Durante questa trasformazione i minerali originari si riorganizzano oppure si combinano per formare nuovi minerali, mentre la struttura della roccia cambia spesso aspetto, sviluppando lamelle parallele dette foliazioni. Un esempio celebre è il marmo di Carrara, usato da Michelangelo per le sue sculture, che deriva dal metamorfismo di un calcare in cui i piccoli cristalli di calcite sono cresciuti fino a diventare grandi e brillanti. Un altro caso è il quarzite, una roccia durissima usata in edilizia, che nasce dalla trasformazione di un'arenaria ricca di quarzo. Le ardesie scure usate per le lavagne tradizionali e per i tetti delle case liguri derivano invece da argille sottoposte a moderata pressione, che si sono compattate fino a sfaldarsi facilmente in lastre sottili. Il metamorfismo non porta mai alla fusione completa della roccia, perché altrimenti si tornerebbe al magma e quindi a una nuova roccia ignea.
Il ciclo delle rocce
Le tre famiglie di rocce non sono compartimenti chiusi, ma si trasformano continuamente l'una nell'altra in un percorso chiamato ciclo litogenetico, che attraversa l'intera storia della Terra. Una roccia ignea esposta in superficie viene erosa dagli agenti atmosferici e i suoi detriti diventano sedimenti, che con la litificazione si trasformano in roccia sedimentaria. Se quella stessa roccia sedimentaria sprofonda in zone calde e compresse della crosta, può subire un metamorfismo e diventare una roccia metamorfica, come accade quando due placche si scontrano. Spingendosi ancora più in profondità, la roccia può fondere completamente, generando nuovo magma che, risalendo e raffreddandosi, darà origine a una nuova roccia ignea, chiudendo il ciclo. Il tempo necessario perché questo cammino si compia è enorme, dell'ordine di milioni di anni, ma il processo è continuo e ancora attivo. La forza motrice di tutto il ciclo è il calore interno della Terra, che muove le placche tettoniche e mantiene vivi i vulcani.
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I punti chiave di questa unità sono i seguenti.
- Un minerale è una sostanza solida naturale, inorganica, con composizione chimica definita e struttura cristallina ordinata.
- Una roccia è un aggregato naturale di uno o più minerali e può essere ignea, sedimentaria o metamorfica.
- Le rocce ignee derivano dalla solidificazione del magma; quelle sedimentarie dall'accumulo e litificazione di detriti; quelle metamorfiche dalla trasformazione allo stato solido per pressione e temperatura.
- Il ciclo litogenetico mostra che le rocce si trasformano continuamente le une nelle altre nel corso del tempo geologico.
Esercizio di verifica sul quaderno. Prendi un sasso qualsiasi che hai in casa o nel cortile e osservalo con attenzione, possibilmente con una lente di ingrandimento. Sul quaderno descrivi in almeno otto righe: il colore generale, l'eventuale presenza di cristalli o granelli visibili, la dimensione di tali granelli, la presenza di strati o di bolle, la durezza approssimativa provando a graffiarlo con l'unghia e con una chiave di ferro. Infine formula un'ipotesi motivata: si tratta più probabilmente di una roccia ignea, sedimentaria o metamorfica? Concludi spiegando da quale indizio hai dedotto la tua risposta.