La litosfera: suolo, rocce e minerali

La litosfera, la parte più esterna e rigida del nostro pianeta, è un mosaico complesso di suolo, rocce e minerali che svolge un ruolo cruciale nella vita di ogni organismo.

Questo strato solido non solo costituisce il terreno su cui camminiamo e su cui si ergono le montagne ma è anche il fondamento della nostra società, fornendo risorse essenziali come minerali, metalli e combustibili fossili.

In questo articolo, ci addentreremo nel mondo della litosfera, esaminando la composizione e la struttura del suolo, la varietà e la formazione delle rocce e le straordinarie proprietà dei minerali.

• Caratteristiche della litosfera
• Lo strato più esterno della litosfera: il suolo
• I minerali: definizione e classificazione
• Proprietà dei minerali
• Classificazione delle rocce
• Ciclo litogenetico

Caratteristiche della litosfera

La litosfera comprende la crosta terrestre (lo strato più esterno della terra), e una parte di mantello (lo strato appena sotto la crosta terrestre). È composta principalmente da rocce e minerali, inclusi quelli che formano la crosta terrestre e la parte superiore del mantello.

Negli strati più profondi la litosfera è formata da ferro, nichel e magnesio mentre negli strati più superficiali si trovano ossigeno, silicio, alluminio, calcio, sodio, potassio e zolfo.

Ha uno spessore variabile, da circa 5 km nelle aree oceaniche fino a 200 km nelle regioni continentali. Sebbene sia la parte “solida” del pianeta, la litosfera è dinamica, costantemente modellata da processi interni come il vulcanismo e l’orogenesi, e da processi esterni come l’erosione e la sedimentazione.

Lo strato più esterno della litosfera: il suolo

Il suolo è la parte più superficiale della crosta terrestre e al suo interno possiamo individuare tre strati, detti orizzonti:

• ORIZZONTE A, in cui si trovano la lettiera di foglie, rami ed erba, l’humus e la zona di percolamento;
• ORIZZONTE B, in cui si accumulano sali, argille e materiali inorganici provenienti dall’orizzonte A;
• ORIZZONTE C, che contiene frammenti di roccia o materiali trasportati dall’acqua. Al di sotto dell’orizzonte C si trova la roccia madre, cioè integra.

I minerali: definizione e classificazione

I minerali sono corpi naturali, solidi e inorganici con una composizione chimica definita e specifiche proprietà fisiche.

Sono considerati minerali solo i solidi formati mediante processi spontanei negli ambienti naturali della Terra, e non quelli prodotti in laboratorio.

Quasi tutti i minerali si presentano come solidi cristallini, con struttura interna ordinata e forma esterna poliedrica. I minerali si formano per:

• SOLIDIFICAZIONE diretta di magma o lava;
• PRECIPITAZIONE di sostanze insolubili o poco solubili in acqua. Avviene in bacini acquatici o grotte;
• ALTERAZIONE allo stato solido di un altro minerale in seguito a variazioni di temperatura e pressione.

I minerali possono identificarsi dal punto di vista chimico come:

• NATIVI, ovvero formati da un unico elemento chimico come oro, rame o argento;
• SOLFURI, formati da un elemento combinato con lo zolfo;
• SOLFATI, contengono lo zolfo legato a quattro atomi di ossigeno;
• CARBONATI, contengono il carbonio e l’ossigeno;
• FOSFATI, contengono il fosforo;
• SILICATI, composti da silicio e ossigeno;
• OSSIDI, composti da ossigeno legato a uno o più metallo;
• ALOGENURI, caratterizzati dall’anione principale che può esser fluoro, cloro, bromo o iodio.

Proprietà dei minerali

Le principali proprietà fisiche caratteristiche di ogni minerale sono:

• DENSITÀ, ovvero rapporto tra massa e volume del campione;
• DUREZZA, ovvero la resistenza che il minerale ha alla scalfittura. Nella scala di Mohs vengono indicati i minerali dal più tenero (talco) al più duro (diamante);
• SFALDABILITÀ, la rottura del minerale secondo piani ben definiti;
• FRATTURA, la capacità di rompersi in modo casuale;
• PUNTO DI FUSIONE, ovvero la temperatura alla quale il minerale passa allo stato liquido;
• MALLEABILITÀ, la capacità di lasciarsi ridurre in lamine sottili;
• DUTTILITÀ, la capacità di lasciarsi ridurre in fili sottili.

Le proprietà ottiche dei minerali sono:

• COLORE, che dipende dal tipo di lunghezza d’onda della luce riflessa dal minerale;
• LUCENTEZZA, che varia con la capacità del minerale di riflettere la luce;
• BIRIFRANGENZA, la capacità di sdoppiare un raggio luminoso che attraversa il minerale.

Classificazione delle rocce

Le rocce sono aggregati naturali di minerali e possono essere:

• ETEROGENEE, se costituite da specie mineralogiche diverse;
• OMOGENEE, se contengono un solo tipo di minerale.

In base al processo litogenetico che le ha originate, è possibile suddividere le rocce in:

• magmatiche, se si formano in seguito alla solidificazione di magma o lava;
• sedimentarie, se si formano per accumulo di detriti inorganici e organici o per precipitazione di sali;
• metamorfiche, se si formano per modellamento di rocce preesistenti in seguito a variazioni di temperatura e pressione.

Rocce magmatiche

Le rocce magmatiche, o ignee, derivano dal magma.

Il magma è una miscela di silicati allo stato fuso associati a vapore acqueo e gas. Viene prodotto a 5-200 km di profondità dalla fusione di una porzione di litosfera, e può solidificare in diverse condizioni:

• in PROFONDITÀ, fino a formare rocce magmatiche intrusive;
• dalla lava in SUPERFICIE, fino a formare rocce magmatiche effusive;
• a profondità MODESTE, dove si formano le rocce magmatiche ipoabissali.

Nella stessa roccia possono essere presenti sia silicati sialici (ricchi di silice) sia silicati femici (poveri di silice).

Il magma può essere:

• PRIMARIO – si forma nel mantello superiore e in origine è femico con una temperatura di circa 1300 °C;
• SECONDARIO – si forma nella crosta e in origine è sialico con una temperatura di circa 700 °C.

Nelle zone instabili della Terra la temperatura aumenta molto e la pressione si riduce e queste condizioni originano il magma grazie alla fusione di parti di crosta o mantello.

Rocce sedimentarie

Le rocce sedimentarie si originano in seguito ad un processo di modifica delle rocce che subiscono gli agenti atmosferici: vengono erose, trasportate da acqua, vento e forza di gravità per poi depositarsi e cementarsi.

Le rocce sedimentarie ricoprono l’80% della superficie del pianeta e si presentano quasi sempre in formazioni stratificate, con strati di colore e struttura diversa. Sono le sole a poter contenere dei fossili.

Le rocce sedimentarie si dividono in base alla loro origine in:

• CLASTICHE, sono costituite da frammenti di rocce preesistenti, detti clasti, cementati tra loro. Sono un esempio le arenarie, con granulometria tipica della sabbia o le piroclastiche come il tufo;
• ORGANOGENE, si formano a partire dall’accumulo di resti vegetali e animali;
• CHIMICHE, si formano grazie ai depositi di sale in ambiente acquatico come il salgemma o i calcari.

Rocce metamorfiche

Le rocce metamorfiche si generano nella litosfera profonda in seguito a modifiche date da temperature e pressioni elevate.

Le cause più importanti di metamorfismo sono:

• le frizioni che si sviluppano tra masse di roccia adiacenti in movimento reciproco;
• le alte temperature dovute alla risalita del magma tipica delle zone vulcaniche.

Le rocce metamorfiche in generale sono dure, resistenti, dense, impermeabili e prive di fossili. Sono largamente utilizzate nelle opere edili, in monumenti e nelle sculture.

Alcuni esempi di rocce metamorfiche: lo gneiss, che si forma per metamorfismo dai graniti; sotto una forte pressione i cristalli diventano più appiattiti e assumono disposizione parallela. Oppure il marmo, che si forma per azione del calore che subisce una roccia microcristallina che può generare cristalli più grandi. O l’ardesia, che deriva dal metamorfismo di rocce sedimentarie con granuli molto fini.

Ciclo litogenetico

Tutti i tipi di rocce possono subire delle trasformazioni e dare origine a rocce diverse attraverso il cosiddetto “ciclo delle rocce” o ciclo litogenetico.

Si tratta del processo continuo e dinamico attraverso il quale i tre principali tipi di rocce — ignee, sedimentarie e metamorfiche — si trasformano l’una nell’altra nel corso del tempo geologico a causa dei vari processi terrestri. Questo ciclo è fondamentale per comprendere come la crosta terrestre si rigenera e si modifica continuamente.

Ad esempio, una roccia in montagna sottoposta a acqua, aria e gravità si altera e si disgrega, e viene trasportata al mare depositandosi sul fondale. In questo modo si può formare una roccia sedimentaria che con il passare del tempo si può trasformare in metamorfica: la roccia metamorfica fonderà e si trasformerà in magma che darà origine ad una roccia magmatica che tornerà nuovamente nella crosta terrestre fino anche alla montagna.