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Minerali, rocce e ciclo litogenetico

I minerali sono i mattoni naturali della litosfera: solidi inorganici, cristallini, di composizione chimica definita, che aggregandosi formano le rocce. Questo appunto parte dalla definizione e dalle proprietà dei minerali (con la centralità del tetraedro di silicio e ossigeno nei silicati), passa alla classificazione delle rocce nelle tre grandi famiglie — ignee, sedimentarie e metamorfiche — e si chiude con il ciclo litogenetico, il modello che descrive la continua trasformazione dei materiali della crosta terrestre per effetto dei processi geologici. L'obiettivo è collegare composizione, struttura e genesi delle rocce ai processi della Terra, una competenza di Scienze della Terra ricorrente nel colloquio dell'Esame di Stato.

4sezionica. 16min di lettura3competenzeLivelloBase 1 · Standard 3Verificato · 06/2026

T·101010 / 13

Profilo d’esame

Comprendere la dinamica dei materiali della litosfera e il loro continuo trasformarsi attraverso i processi geologiciEffettuare connessioni tra composizione dei minerali, genesi delle rocce e processi geologici della TerraUtilizzare criteri di classificazione e il linguaggio specifico delle Scienze della Terra per descrivere minerali e rocce

Operatori:definisciclassificadescrivispiegaconfrontaillustrainterpretagiustifica

livello base

In tutti gli indirizzi liceali sono richiesti la definizione di minerale, la classificazione delle rocce nelle tre famiglie (ignee, sedimentarie, metamorfiche) e la comprensione del ciclo litogenetico come continua trasformazione dei materiali della litosfera.

livello avanzato

Negli indirizzi a maggiore monte ore di scienze (in particolare il Liceo Scientifico — opzione Scienze Applicate) si approfondiscono la struttura del tetraedro silicatico e la classificazione dei silicati, la serie di reazione di Bowen nella cristallizzazione magmatica e i rapporti tra grado metamorfico e condizioni di pressione e temperatura.

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Inhalt · 4 sezioni

Minerali, rocce e ciclo litogenetico

I minerali: struttura, proprietà e classificazione#

BasisOSA-scienze-naturali-scienze-della-terra-litosfera — definizione e proprietà dei minerali; struttura cristallina; classificazione (silicati e non silicati); tetraedro SiO4

Un minerale è una sostanza solida naturale, inorganica, con composizione chimica definita (esprimibile da una formula) e struttura cristallina, cioè con gli atomi disposti secondo un reticolo geometrico ordinato e ripetuto nello spazio. Tutti e cinque i requisiti sono necessari: il ghiaccio di un ghiacciaio è un minerale, l'acqua liquida no (non è solida); il vetro vulcanico (ossidiana) non è un minerale perché è amorfo, cioè privo di reticolo ordinato. La maggior parte delle rocce è un aggregato di più minerali, e i minerali sono perciò considerati i «mattoni» della litosfera.

Le proprietà fisiche permettono di riconoscere un minerale e dipendono dalla sua composizione e dalla sua struttura cristallina. Tra le più importanti vi sono la durezza (resistenza alla scalfittura, misurata sulla scala di Mohs da 1, talco, a 10, diamante), la sfaldatura (tendenza a rompersi lungo piani preferenziali, legati ai piani di minor coesione del reticolo), la lucentezza (metallica o non metallica), il colore e il colore della polvere (striscio), e la densità. La forma cristallina esterna, quando il minerale ha potuto crescere liberamente, riflette l'ordine interno del reticolo: è il principio per cui a strutture diverse corrispondono abiti cristallini diversi.

Dal punto di vista chimico i minerali si classificano in classi in base all'anione o al gruppo anionico dominante: elementi nativi (oro, zolfo, grafite, diamante), solfuri, alogenuri, ossidi e idrossidi, carbonati (per esempio la calcite, CaCO3, costituente principale dei calcari), solfati, fosfati e, soprattutto, silicati. La grande distinzione operativa è quella tra silicati e non silicati: i silicati, fondati sull'elemento silicio e sull'ossigeno, costituiscono da soli circa il 90 percento della crosta terrestre.

L'unità fondamentale di tutti i silicati è il tetraedro [SiO4]4-: un atomo di silicio al centro circondato da quattro atomi di ossigeno ai vertici di un tetraedro. Questi tetraedri possono restare isolati (nesosilicati, per esempio l'olivina) oppure condividere uno o più ossigeni dei vertici con i tetraedri vicini (polimerizzazione), dando origine a catene singole (inosilicati come i pirosseni), catene doppie (anfiboli), strati piani (fillosilicati come le miche e le argille, che si sfaldano in lamine) e infine reticoli tridimensionali (tettosilicati come il quarzo, SiO2, e i feldspati). Il grado di condivisione degli ossigeni determina la formula, la struttura e quindi le proprietà del silicato (Fig. 1).

Il tetraedro dei silicati e i gradi di polimerizzazione

[\mathrm{SiO_4}]^{4-}

tetraedro

L'unita strutturale fondamentale dei silicati: un atomo di silicio al centro e quattro atomi di ossigeno ai vertici di un tetraedro; la carica netta -4 viene compensata da cationi o dalla condivisione di ossigeni con altri tetraedri.

Esempio svolto

Riconoscere un minerale e leggerne la struttura

Sono dati: a) il quarzo SiO2; b) l'ossidiana (vetro vulcanico); c) la calcite CaCO3; d) la mica. Per ciascuno stabilisci se è un minerale, motivando, e per i minerali silicatici indica il grado di polimerizzazione del tetraedro.

Quarzo
Solido naturale, inorganico, formula definita SiO2, reticolo cristallino ordinato: è un minerale. È un tettosilicato: i tetraedri condividono tutti e quattro gli ossigeni formando un reticolo tridimensionale.
Ossidiana
Solido naturale ma AMORFO (vetro), privo di reticolo cristallino ordinato: NON è un minerale, è una roccia ignea vetrosa.
Calcite
Solido naturale, inorganico, composizione definita CaCO3, struttura cristallina: è un minerale, appartiene alla classe dei carbonati (non è un silicato).
Mica
È un minerale silicatico a struttura a strati (fillosilicato): la condivisione degli ossigeni su piani spiega la sua tipica sfaldatura in lamine sottili.

Risultato: Sono minerali il quarzo (tettosilicato), la calcite (carbonato) e la mica (fillosilicato); l'ossidiana non è un minerale perché è amorfa.

Errori frequenti

Considerare minerale qualunque solido naturale: una sostanza amorfa (vetro, opale) o di origine organica (per esempio il carbone) non soddisfa i requisiti di struttura cristallina o di natura inorganica.
Confondere durezza e tenacità: la durezza (scala di Mohs) è la resistenza alla scalfittura, NON la fragilità; un minerale duro come il diamante può comunque rompersi per urto lungo i piani di sfaldatura.

Ripasso attivo

Disponi i seguenti silicati in ordine di crescente polimerizzazione dei tetraedri [SiO4]4- e indica per ciascuno la struttura corrispondente: quarzo, mica, olivina, pirosseno. Spiega come la struttura influenza la sfaldatura della mica.

Richiamo attivo

Ricorda i punti chiave — poi rivela.

Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))

Le rocce ignee: magmatismo intrusivo ed effusivo#

StandardOSA-scienze-naturali-scienze-della-terra-litosfera — classificazione delle rocce ignee (intrusive ed effusive); processo magmatico

Classificazione delle rocce ignee: tessitura e composizione

Le rocce ignee (o magmatiche) si formano per raffreddamento e solidificazione del magma, materiale fuso ad alta temperatura (in genere fra circa 700 e 1200 gradi Celsius) ricco di silicati e gas disciolti, originato in profondità nella crosta o nel mantello superiore. Il processo magmatico è il punto di partenza naturale del materiale roccioso, e la velocità di raffreddamento del magma è il fattore che determina la tessitura, cioè le dimensioni e la disposizione dei cristalli.

Si distinguono due grandi tipi in base al luogo di solidificazione. Le rocce intrusive (o plutoniche) cristallizzano lentamente in profondità: il raffreddamento lento lascia tempo ai cristalli di crescere, dando una tessitura olocristallina a grana grossa, con cristalli visibili a occhio nudo (esempio tipico: il granito). Le rocce effusive (o vulcaniche) si formano quando il magma raggiunge la superficie come lava e si raffredda rapidamente: i cristalli non hanno tempo di crescere e si ottiene una tessitura a grana fine o vetrosa (esempio tipico: il basalto; l'ossidiana è il caso estremo, vetro completamente amorfo).

La classificazione chimica si basa soprattutto sul contenuto di silice (SiO2). Le rocce acide (o sialiche), ricche di silice (oltre il 65 percento circa) e di minerali chiari (quarzo, feldspati), sono chiare e a bassa densità: il granito è la corrispondente intrusiva, la riolite l'effusiva. Le rocce basiche (o femiche), povere di silice (intorno al 45-52 percento) e ricche di minerali scuri ferro-magnesiaci (olivina, pirosseni), sono scure e dense: il gabbro è l'intrusiva, il basalto l'effusiva. A parità di composizione, dunque, intrusiva ed effusiva differiscono solo per la tessitura.

L'ordine con cui i minerali cristallizzano da un magma che si raffredda è descritto dalla serie di reazione di Bowen: ad alta temperatura cristallizzano per primi i minerali femici poveri di silice (olivina, poi pirosseni, anfiboli, biotite, lungo la serie discontinua) e i plagioclasi calcici (serie continua); abbassandosi la temperatura cristallizzano i minerali via via più ricchi di silice, fino a feldspati alcalini, miche e quarzo, gli ultimi a solidificare. La serie di Bowen spiega perché in una roccia ignea si trovino associazioni minerali ricorrenti.

\text{rocce acide (sialiche): } \mathrm{SiO_2} > 65\% \qquad \text{rocce basiche (femiche): } \mathrm{SiO_2} \approx 45\text{–}52\%

silice

Il contenuto di silice e' il criterio chimico principale per classificare le rocce ignee: alto contenuto -> rocce chiare e leggere (granito, riolite); basso contenuto -> rocce scure e dense (gabbro, basalto).

Esempio svolto

Classificare due rocce ignee di pari composizione

Due rocce hanno la stessa composizione, ricca di silice e con minerali chiari (quarzo e feldspati). La prima ha grossi cristalli visibili a occhio nudo, la seconda una grana finissima. Classificale e spiega la differenza.

Composizione
Entrambe sono ricche di silice e di minerali chiari: sono rocce acide (sialiche), chiare e poco dense.
Tessitura della prima
Cristalli grossi e visibili indicano raffreddamento lento in profondità: roccia intrusiva (plutonica). Una roccia acida intrusiva è il granito.
Tessitura della seconda
La grana finissima indica raffreddamento rapido in superficie: roccia effusiva (vulcanica). Una roccia acida effusiva è la riolite.
Origine della differenza
A pari composizione, la sola variabile è la velocità di raffreddamento, che controlla le dimensioni dei cristalli.

Risultato: La prima è un granito (acida, intrusiva), la seconda una riolite (acida, effusiva): differiscono solo per la tessitura legata alla velocità di raffreddamento.

Errori frequenti

Pensare che granito e basalto differiscano per composizione chimica: la differenza chiave granito/riolite (o gabbro/basalto) è la TESSITURA dovuta alla velocità di raffreddamento, non la composizione, che resta analoga nelle coppie intrusiva/effusiva.
Affermare che le rocce acide sono «corrosive»: «acida» in petrografia significa ricca di silice (SiO2), non riferito al pH; le rocce sialiche sono chiare e leggere, le femiche scure e dense.

Ripasso attivo

Due rocce ignee hanno la stessa composizione, ricca di silice e di minerali chiari, ma una presenta grossi cristalli visibili a occhio nudo e l'altra una grana finissima. Classifica entrambe (acida/basica; intrusiva/effusiva), assegna un nome plausibile a ciascuna e spiega l'origine della differente tessitura.

Richiamo attivo

Ricorda i punti chiave — poi rivela.

Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))

Le rocce sedimentarie e metamorfiche#

StandardOSA-scienze-naturali-scienze-della-terra-litosfera — rocce sedimentarie (clastiche, chimiche, organogene) e metamorfiche; processi sedimentario e metamorfico

Sedimentarie e metamorfiche: origine e grado

Le rocce sedimentarie si formano alla superficie terrestre attraverso una catena di processi a bassa temperatura: degradazione (alterazione fisica e chimica delle rocce preesistenti), erosione e trasporto dei materiali a opera di acqua, vento e ghiaccio, deposizione (sedimentazione) e infine diagenesi, l'insieme dei processi (compattazione e cementazione) che trasforma il sedimento sciolto in roccia coerente. Pur costituendo solo una piccola frazione del volume della crosta, le rocce sedimentarie ne ricoprono gran parte della superficie e custodiscono i fossili, fondamentali per la storia della Terra.

Le rocce sedimentarie si classificano per origine in tre gruppi. Le clastiche (o detritiche) derivano dall'accumulo e cementazione di frammenti (clasti) di altre rocce, classificati per dimensione: dalle ghiaie (conglomerati e brecce) alle sabbie (arenarie) ai fanghi (argilliti). Le chimiche si formano per precipitazione di sostanze disciolte in acqua quando la soluzione diventa sovrasatura (per esempio le rocce evaporitiche come il salgemma e il gesso, o certi calcari chimici). Le organogene (o biochimiche) derivano dall'accumulo di resti di organismi: i calcari fossiliferi dai gusci calcarei, il carbone dai resti vegetali.

Le rocce metamorfiche derivano da rocce preesistenti (ignee, sedimentarie o a loro volta metamorfiche, dette protoliti) che, sottoposte a condizioni di pressione e temperatura elevate, subiscono trasformazioni allo stato SOLIDO: ricristallizzazione, crescita di nuovi minerali e riorganizzazione della tessitura, senza passare per la fusione (se si fondessero si avrebbe magma e quindi una roccia ignea). Il metamorfismo è di contatto, quando la causa dominante è il calore di un'intrusione magmatica vicina, oppure regionale, quando agiscono insieme pressione e temperatura elevate su vaste aree (tipicamente nelle catene montuose in formazione).

Una caratteristica frequente delle rocce metamorfiche, soprattutto di quelle regionali, è la foliazione (o scistosità): l'orientazione dei minerali, in particolare lamellari come le miche, perpendicolarmente alla direzione di massima pressione, che dà alla roccia un aspetto a strati o lamine. All'aumentare del grado metamorfico (cioè di pressione e temperatura) si passa per esempio dall'argillite (sedimentaria) all'ardesia, poi al fillade, allo scisto e infine allo gneiss. Esistono anche rocce metamorfiche non foliate, come il marmo (da calcare) e la quarzite (da arenaria silicea), in cui ricristallizza un solo minerale prevalente (Fig. 1).

Esempio svolto

Classificare quattro rocce per origine

Classifica arenaria, salgemma, calcare fossilifero e marmo indicando gruppo e processo di formazione; per il marmo precisa protolito e trasformazione.

Arenaria
Sedimentaria clastica: deriva dalla cementazione (diagenesi) di granuli di sabbia trasportati e deposti.
Salgemma
Sedimentaria chimica (evaporite): precipita per sovrasaturazione quando l'acqua salata evapora.
Calcare fossilifero
Sedimentaria organogena (biochimica): si forma per accumulo e cementazione di gusci e scheletri calcarei di organismi.
Marmo
Metamorfica non foliata: deriva dal calcare (protolito sedimentario) per ricristallizzazione della calcite allo stato solido sotto pressione e temperatura elevate.

Risultato: Arenaria = sedimentaria clastica; salgemma = sedimentaria chimica; calcare fossilifero = sedimentaria organogena; marmo = metamorfica (protolito: calcare).

Errori frequenti

Affermare che nel metamorfismo la roccia fonde: il metamorfismo avviene allo stato solido; il superamento della temperatura di fusione produce magma, cioè un processo igneo, non metamorfico.
Confondere il carbone (roccia sedimentaria organogena) con un minerale: il carbone deriva da resti organici, non ha composizione e struttura cristallina definite e non è un minerale.

Ripasso attivo

Classifica le seguenti rocce indicando il gruppo di appartenenza e il processo che le origina: arenaria, salgemma, calcare fossilifero, marmo. Per il marmo precisa il protolito e il tipo di trasformazione subita.

Richiamo attivo

Ricorda i punti chiave — poi rivela.

Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))

Il ciclo litogenetico#

StandardOSA-scienze-naturali-scienze-della-terra-litosfera — processi di formazione delle rocce e ciclo litogenetico (ciclo delle rocce); collegamento ai processi geologici

Il ciclo litogenetico (ciclo delle rocce)

Il ciclo litogenetico (o ciclo delle rocce) è il modello che descrive la continua trasformazione dei materiali della litosfera: ogni tipo di roccia può, attraverso i processi geologici, trasformarsi in un altro tipo, in un percorso che non ha né un inizio né una fine obbligati. È la sintesi unificante dell'intero argomento, perché mostra che minerali e rocce non sono prodotti statici ma stadi di un sistema dinamico alimentato dall'energia interna della Terra (calore) e da quella esterna (Sole, gravità).

I tre processi litogenetici che collegano le famiglie di rocce sono il processo magmatico, il processo sedimentario e il processo metamorfico. Il magma, raffreddandosi e solidificando, dà rocce ignee. Qualunque roccia esposta in superficie subisce degradazione, erosione, trasporto, deposizione e diagenesi (processo sedimentario), trasformandosi in roccia sedimentaria. Qualunque roccia sepolta e sottoposta a pressione e temperatura elevate subisce il processo metamorfico, diventando roccia metamorfica. Se la temperatura supera il punto di fusione, qualsiasi roccia può fondere e tornare magma, chiudendo il ciclo.

I percorsi non sono obbligati: una roccia ignea può essere erosa e diventare sedimentaria, oppure essere sepolta e diventare metamorfica, oppure fondere di nuovo. Una roccia sedimentaria può subire metamorfismo, essere nuovamente erosa o fondere. Sono quindi possibili numerose «scorciatoie» e cicli incompleti; ciò che conta è cogliere quali processi collegano ciascuna coppia di rocce. È questa rete di trasformazioni, e non una sequenza rigida, il cuore del modello (Fig. 1).

Il ciclo litogenetico è alimentato dalla dinamica della Terra e si inserisce nel quadro della tettonica delle placche (ripasso): il calore interno e i moti convettivi del mantello producono i magmi e mettono in moto le placche; ai margini di placca convergenti la subduzione fa fondere i materiali (nuovo magma) e l'orogenesi seppellisce e deforma le rocce (metamorfismo regionale); il sollevamento e l'esposizione delle rocce in superficie innescano la degradazione e i processi sedimentari. Il ciclo delle rocce è dunque la manifestazione, a livello dei materiali, della Terra come sistema geologicamente attivo.

Esempio svolto

Tracciare due percorsi nel ciclo delle rocce

Partendo da una roccia ignea (un granito) affiorante in superficie, descrivi due percorsi distinti del ciclo litogenetico che producano rispettivamente una roccia sedimentaria e una roccia metamorfica, nominando ogni processo.

Punto di partenza
Il granito affiora ed è esposto agli agenti atmosferici (acqua, gelo-disgelo, reazioni chimiche).
Percorso 1 → sedimentaria
Degradazione e disgregazione del granito in frammenti e granuli (per es. di quarzo) → erosione e trasporto → deposizione in un bacino → diagenesi (compattazione e cementazione): si forma un'arenaria, roccia sedimentaria clastica.
Percorso 2 → metamorfica
Il granito viene sepolto in profondità (per es. durante un'orogenesi) e sottoposto a pressione e temperatura elevate → processo metamorfico allo stato solido (ricristallizzazione e foliazione): si forma uno gneiss, roccia metamorfica.
Nota sul ciclo
Da ciascuno di questi prodotti il ciclo può proseguire: erosione di nuovo, ulteriore metamorfismo o fusione fino a tornare magma.

Risultato: Percorso sedimentario: granito → (degradazione, erosione, trasporto, deposizione, diagenesi) → arenaria. Percorso metamorfico: granito → (seppellimento, pressione e temperatura) → gneiss.

Errori frequenti

Presentare il ciclo come una sequenza obbligata e unidirezionale (ignea → sedimentaria → metamorfica → ignea): in realtà ogni roccia può trasformarsi in qualunque altra attraverso «scorciatoie», secondo i processi a cui è sottoposta.
Dimenticare la fusione come via di ritorno al magma: qualsiasi roccia, se portata oltre la temperatura di fusione, può rifondersi e rientrare nel processo magmatico.

Ripasso attivo

Una roccia ignea affiorante in superficie viene esposta agli agenti atmosferici. Descrivi, passo per passo e nominando ogni processo, due percorsi diversi del ciclo litogenetico che, partendo da questa roccia, possano produrre rispettivamente una roccia sedimentaria e una roccia metamorfica.

Richiamo attivo

Ricorda i punti chiave — poi rivela.

Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM)) · Esame di Stato del secondo ciclo — quadri di riferimento e griglie di valutazione (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))

Riferimenti e fonti

Fonti

Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM)

Minerali, rocce e ciclo litogenetico

Punti chiave

Riconoscere un minerale e leggerne la struttura

Punti chiave

Classificare due rocce ignee di pari composizione

Punti chiave

Classificare quattro rocce per origine

Punti chiave

Tracciare due percorsi nel ciclo delle rocce

Fonti

Minerali, rocce e ciclo litogenetico

Punti chiave

Riconoscere un minerale e leggerne la struttura

Punti chiave

Classificare due rocce ignee di pari composizione

Punti chiave

Classificare quattro rocce per origine

Punti chiave

Tracciare due percorsi nel ciclo delle rocce

Fonti