Gli ambienti di formazione di rocce, terreni e suoli

Possiamo suddividere gli ambienti di formazione delle rocce in tre grandi ambienti, facendo rientrare in questa differenziazione, le rocce meteoritiche formatesi al di fuori dell’atmosfera della Terra. Questi ambienti si possono ulteriormente suddividere in una serie di sotto-ambienti e zone, ognuno caratteristico della formazione di certi tipi di rocce. Avremo quindi:

• Ambienti endogeni
  • Ambienti magmatici
  • Ambienti metamorfici
• Ambienti esogeni
  • Ambienti deposizionali di prodotti piroclastici
  • Ambienti sedimentari continentali
  • Ambienti sedimentari marini
• Ambienti extraterrestri
  • Ambienti planetari
  • Ambienti asteroidali
  • Ambienti extra-sistema solare

Ambienti endogeni (ENE)

Gli ambienti endogeni (ENE) sono per definizione sede della formazione delle rocce magmatiche e delle rocce metamorfiche.

• Ambienti magmatici
• Ambienti metamorfici

Ambienti magmatici

Sono gli ambienti caratteristici in cui si formano i magmi che danno origine alle rocce magmatiche effusive (lave) ed intrusive (plutoniche, ipoabissali). Gli ambienti magmatici possono essere così suddivisi:

 

• • Ambienti di margini convergenti (-CM)
  • Ambienti di margini divergenti (-DM)
  • Ambienti di HOTspot
  • Ambienti tardo-magmatici
    • Zone di fase pegmatitica
    • Zone di fase pneumatolitica
    • Zone di fase idrotermale
    • Zone di fase fumarolica

Ambienti di margini convergenti (-CM)

I margini convergenti possono essere costituiti da:

• litosfera oceanica ed altra litosfera oceanica (O-O)
• litosfera oceanica e litosfera continentale (O-C)
• litosfera continentale ed altra litosfera continentale (C-C)

Il margine più denso tende sempre a subdurre sotto quello meno denso anche se i meccanismi di subduzione sono molto più complessi. Nei casi tipici di subduzione (SUB) di litosfera oceanica (O-O oppure O-C), in superficie, davanti alla zona di subduzione, si forma un allineamento di vulcani.
Nel caso in cui della crosta oceanica subduca sotto altra crosta oceanica (SUB-O-O) si forma un arco di isole vulcaniche, nel caso invece che crosta oceanica subduca sotto crosta continentale (SUB-O-C) si formano vere e proprie montagne (cordigliere) formate non solo da rocce vulcaniche ma anche da rocce intrusive.
Questo sistema viene chiamato sistema arco-fossa i cui elementi sono:

• fossa – è una profonda depressione più o meno riempita di sedimenti a seconda della distanza dalla terra emersa. Le fosse oceaniche sono strutture L = 50-100 km e per definizione con Z > 6 km.
• complesso di accrezione – I due margini convergenti spingendo in verso opposto lungo la superficie di subduzione producono per raschiamento dei sedimenti di cui è pavimentato il fondo oceanico corpi sedimentari detti prismi di accrezione. Quando il loro accumulo è tale che la quantità di sedimenti supera il livello del mare, si  formano arcipelaghi di isole (es. Isola di Nias, Arcipelago Mentaway)
• zona di subduzione – E’ presente un accumulo caotico di materiale sedimentario derivante dalla frizione delle due porzioni di crosta che vengono a contatto durante la discesa, i sedimenti presenti sulla crosta che subduce vengono in parte subdotti, e in parte impilati nelle fosse, mescolati ai sedimenti terrigeni e piroclastici provenienti dall’arco vulcanico adiacente
• intervallo arco-fossa – E’ la zona di raccordo che separa l’arco magmatico dalla zona in subduzione. Questo intervallo tende ad ampliarsi col passare del tempo.
• arco magmatico (arco insulare (AI) o cordigliera) – è costituito da vulcani e corpi plutonici, provvisti delle loro aureole metamorfiche di contatto,  a volte portati alla luce dall’erosione, tutti disposti parallelamente alla fossa e alla zona di subduzione.
• retroarco – è un bacino posto tra la zona di arco e la zona continentale

Margini di placca convergenti oceano-oceano  – subduzione (-SUB O-O)

Zone di arco insulare CM-SUB O-O_AI

Possiamo distinguere varie fasi di sviluppo dell’arco magmatico con prodotti vulcanici differenti:

Fase iniziale

• magmatismo della serie tholeitica (serie bassa in potassio): tholeiti
• magmatismo intrusivo di tipo dioritico

Fase intermedia: magmatismo della serie calcalcalina: basalti ricchi in Al -andesiti basse in SiO2 – andesiti)

Fase tardiva (o di arco maturo)

• magmatismo effusivo di serie shoshonitica (serie da potassica ad alta in potassio): basalti shoshonitci-latiti-trachiti)
• magmatismo intrusivo granitoide

Margini di placca convergenti oceano-continente – subduzione (-SUB O-C)

Zone di cordigliera SUB O-C_CORD (es. Cordigliera Andina)

• magmatismo intrusivo di associazioni plutoniche calcoalcaline (andinotipa)

La fusione parziale della crosta oceanica subdotta produce fusi andesitici, mentre la fusione del mantello della placca superiore produce un magmatismo di tipo calcoalcalino-tholeitico. Pertanto in queste zona sono presenti  rocce di tipo andesitico (andesiti) e associazioni plutoniche calcoalcaline. 

Margini di placca convergenti continente-continente –  collisione  (C-C)

Zone di orogenesi (ORO)

La fusione parziale della crosta continentale al contatto con l’astenosfera produce fusi granitici. In queste zone sono presenti rocce granitoidi. 

• magmatismo intrusivo a dominante granitica (ercinotipa)

Ambienti di margini divergenti (-DM)

I margini divergenti sono zone di distensione della litosfera causate dall’accoppiamento di due celle convettive astenosferiche con direzioni di rotazione opposta. Mentre la crosta, a causa di questa distensione comincia a fagliarsi, l’astenosfera viene spinta verso l’alto e risale ad una quota in cui la P non inibisce più la fusione. In questo modo avviene la formazione di magma che origina le rocce di questi ambienti.

Margini di placca divergenti oceano-oceano (dorsali medio-oceaniche – Rift oceanico) (- DM-OR).

Nelle zone di rift oceanico si formano rocce di tipo tholeitico essenzialmente basaltiche. Sono identificati con il termine di tholeiti abissali o MORB (mid-oceanic-ridge-basalts).

Margini di placca divergenti continente continente (Rift continentale) (DM-CR)

Nelle zone di rift continentale si formano rocce ricche di alcali

Ambienti di Hot Spot (-HOTspot)

Gli Hot Spot (punto caldo) si hanno quando il magma risale direttamente dall’astenosfera e da origine a fenomeni vulcanici all’interno di una placca continentale o oceanica con emissione di lave basaltiche. Mentre la placca litosferica si muove lentamente sull’astenosfera, il punto caldo rimane fermo con conseguente spostamento apparente . Il materiale proveniente da un punto caldo può anche  eruttare all’interno di una placca continentale (espandimenti basaltici plateaux) o anche a ridosso di una dorsale   oceanica. In quest’ultimo caso si ha la concomitante emissione di lava dal punto caldo e dalle fratture dell’eventuale dorsale. In questo caso di dorsale può arrivare ad emergere

Zone di intraplacca continentale (-IC)

Plateau basaltici (Trappi del Deccan – India)

Zone di intraplacca oceanica (-IO)

Vulcani Hawaiani (Kilauea, Mauna Loa)

Zone a ridosso di dorsale oceanica

Vulcani Islandesi

Ambienti tardo-magmatici (TME)

• Zone di fase pegmatitica (T=500÷600 °C) (PEG)

Sono le zone in cui il magma si infila nelle fratture o spaccature (giunti o faglie) cristallizzando assai lentamente e dando origine alle rocce filoniane o ipoabissali

• Zone di fase pneumatolitica (T=374÷550 °C) (PNM) 

Sono zone in cui la cristallizzazione del magma è influenzata fortemente dai gas contenuti nel magma e ancora non liberatisi dal sistema.

• Zone di fase idrotermale (T<374 °C) (HYDP)

Sono zone in cui il magma, riscaldando le acque sotterranee le porta ad evaporazione. Il vapore acqueo poi, infiltrandosi nelle fratture si condensa portando alla precipitazione di rocce idrotermali (travertino, dolomite, geyserite)

• Zone di fase fumarolica (T=100° ÷ 900° C)  (FP)

Fumarole acide (T=300÷500° C)
Fumarole alcaline (T=100÷200 °C)
Fumarole secche (T=500 °C)
Fumarole fredde (T_max = 100 °C)

Ambienti metamorfici (METE)

I processi metamorfici si sviluppano a T superiori a quelle della diagenesi ma inferiori a quelle dei processi magmatici. Possiamo distinguere in:

• Ambienti di metamorfismo regionale (METE-REG)
• Ambienti di metamorfismo locale (METE-LOC)

Ambienti del metamorfismo regionale (METE – REG)

E’ associato a processi tettonici di grande scala, quali:

• • metamorfismo di tipo tettonico – collisioni o zone distensive di di placche (CM o DM) – metamorfismo orogenico (-METE-ORO)
  • espansione di fondi oceanici – metamorfismo idrotermale metamorfismo di fondo oceanico (METE-HY)
  • subsidenza di bacini profondi – metamorfismo di seppellimento (METE-SED)

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Metamorfismo orogenico (-ORO/-SUB/-DM) 

È un metamorfismo collegato alle varie fasi di sviluppo di fasce orogeniche (catene montuose), dalle fasi iniziali di compressione alle fasi finali di estensione. orogeniche ed è associato a deformazioni.

• zone margini C-C ORO
  • facies delle zeoliti => facies degli scisti verdi=> facies nonpolitical => facies granulitica
• zone margini C-C/C-O SUB
  • facies delle zeoliti => prehnite-pumpelliite => facies degli scisti blu => eclogite (TIPO C)

• • zone di margini DM
    • facies delle zeoliti => facies degli sisti verdi

Metamorfismo di fondo oceanico (METE-HY)
E’ causato dalla circolazione di acqua marina molto calda in prossimità delle dorsali oceaniche. Non provoca deformazione ma trasformazioni dovute a temperatura e circolazione di fluidi. Si sviluppa nelle zone di dorsali medio-oceaniche e dipende dai forti gradienti geotermici tipici di queste zone. E’ il più diffuso tipo di metamorfismo idrotermale.

Metamorfismo di seppellimento (METE-SED) (LT, LP)
Si tratta di un metamorfismo di bassa T e P e si verifica quando una sequenza sedimentaria o vulcano-sedimentaria viene depositata in un bacino con alto tasso di sedimentazione e sottoposto a forte subsidenza. Non è accompagnato da deformazione significative, né da magmatismo.

• facies delle zeoliti => prehnite-pumpelliite =>  facies degli sisti verdi => anfiboliti => eclogiti (TIPO A)

Ambienti di metamorfismo locale (METE – LOC)

E’ un metamorfismo che coinvolge un piccolo volume di roccia che si estende su un’area limitata. È dovuto a intrusioni magmatiche, fluidi idrotermali in risalita, impatti meteoritici, incendi, fulmini ecc. Distingueremo quindi fra:

• • Metamorfismo di contatto (METE-CT
  • Metamorfismo di dislocazione o cataclastico (METE-DS)
  • Metamorfismo idrotermale locale (METE-LOC-HY)
  • Pirometamorfismo (METE-PYR)
  • Metamorfismo di combustione (METE-BURN)

Metamorfismo di contatto – HT, LP (- CT)
E’ dovuto alla messa imposto di intrusioni magmatiche (acide o basiche). Ha un’estensione ridotta e limitata alla zona circostante l’intrusione (aureola metamorfica). A volte può essere accompagnato da deformazioni dovute alla dinamica di messa in posto dell’intrusione.

Rocce tipiche: hornfels (cornubianiti derivanti da rocce pelitiche) e marmi.

Metamorfismo di dislocazione o cataclastico HP-LT (-DS)
La grande frizione che si sviluppa in queste zone di forte formazione (shear zoines) tende a frantumare le rocce, e si vengono così a creare:

• • • fault gauge (zone superficiali)
    • cataclasiti (zone a profondità intermedia),
    • miloniti (profondità elevate)
    • pseudotachiliti (rocce parzialmente vetrose dovute al forte attrito che genera calore e fusione parziale).

Metamorfismo idrotermale – LP, L/MT (METE-LOC-HY)
E’ causato dalla circolazione di fluidi (acqua e gas) calda lungo fratture e fessure in un corpo roccioso che modificano la chimica dei minerali delle rocce attraversate . Si sviluppa di solito attorno ad intrusioni magmatiche o in zone di faglia con circolazione di fluidi. A questo tipo di metamorfismo sono associati depositi minerari a carattere economico.

Pirometamorfismo – LP, HT (PM)
È di solito legato a corpi magmatici subvulcanici e a colate laviche.

Metamorfismo da combustione – LP, H/MT

E’ legato alla combustione naturale di rocce bituminose o ricche in carbone.

Ambienti esogeni (ESE)

• • • Ambienti deposizionali di prodotti piroclastici
    • Ambienti sedimentari continentali
    • Ambienti sedimentari marini