Lezioni di petrografia applicata 2008
R. Bugini - L. Folli

ROCCE METAMORFICHE

  INDICE
 
 

Introduzione: le rocce e il loro impiego in architettura

   

I minerali

   

Le rocce

   

Rocce magmatiche o ignee

   

Rocce sedimentarie

   

Rocce metamorfiche

   

Criteri di impiego delle pietre da costruzione

   

Lavorazione delle pietre da costruzione

   

Le pietre impiegate nell'architettura milanese e lombarda

   

Caratteristiche delle pietre da costruzione

   

Alterazioni macroscopiche dei materiali lapidei

   

Tecniche analitiche

   

Materiali lapidei artificiali - Malte

   

Materiali lapidei artificiali - Ceramiche

   
Catalogo fotografico    


COPERTINA
  

   

DEFINIZIONE
Sono rocce che hanno subìto modificazioni nella composizione mineralogica o nella struttura e nella tessitura in seguito a mutamenti di temperatura e pressione (metamorfismo).

METAMORFISMO
Il metamorfismo avviene sempre in profondità nella crosta terrestre; le rocce possono venire in superficie in seguito a fenomeni orogenetici e geomorfologici.
Tutte le rocce (magmatiche, sedimentarie, metamorfiche) possono essere soggette al metamorfismo.

PROCESSI METAMORFICI
Possono essere considerati come una serie di interazioni, allo stato solido, fra i diversi minerali che compongono la roccia originaria. Le reazioni, rese possibili dalla presenza di piccole quantità di fluidi intercristallini, non portano a cambiamenti nella composizione chimica elementare, si avranno quindi gli stessi elementi chimici già presenti nella roccia originaria. Il metamorfismo deve quindi essere considerato come un .
All'aumentare della temperatura cresce l'attività solvente dei fluidi presenti nelle rocce ed aumenta la gamma delle interazioni. I minerali che via via si formano sono però stabili solo in un ristretto campo di temperatura e pressione; si può quindi affermare che durante il processo metamorfico la composizione mineralogica di una roccia varia in continuazione al variare di temperatura e pressione; i due parametri che definiscono il grado metamorfico.
Alle prime reazioni metamorfiche, che avvengono ad una temperatura di poco superiore ai 300°C (ad una temperatura inferiore si parla ancora di diagenesi), prendono parte solo alcuni minerali. Con l'aumentare della temperatura vengono via via coinvolti tutti i minerali originari ed anche di neoformazione. Possono però permanere, e vengono definiti "relitti", alcuni minerali originari di grande stabilità.
Si nota che le rocce metamorfiche presenti sulla superficie terrestre hanno una composizione mineralogica in equilibrio con la massima temperatura e pressione raggiunte nel metamorfismo (alcuni minerali, detti minerali indice - clorite, biotite, granato almandino, staurolite, cianite e sillimanite - contraddistinguono il grado metamorfico raggiunto). Non si è quindi verificato il fenomeno inverso quando, in seguito ai movimenti orogenetici e all'azione geomorfologica, la roccia si è venuta a trovare in condizioni di temperatura e di pressione via via inferiori. Questo fenomeno si spiega con la scomparsa, durante le massime fasi di metamorfismo, dei minerali idrati (instabili alle alte temperature) e all'espulsione dell'acqua interstiziale, in tal modo i minerali non possono più interagire fra loro seguendo le nuove condizioni di temperatura e pressione.
In certi casi si assiste però al cosiddetto metamorfismo retrogrado che consiste nella reazione di minerali stabili alle alte temperature per formare minerali stabili a temperature inferiori a causa della presenza di fluidi provenienti da intrusioni magmatiche limitrofe.

TIPI DI METAMORFISMO
Si distinguono: metamorfismo regionale (su grandi estensioni), di contatto (localizzato presso corpi magmatici intrusivi), dinamico (localizzato presso fratture o faglie).
- Metamorfismo regionale: interessa una grande estensione di rocce (decine, fino a centinaia di chilometri) in aree sottoposte a movimenti orogenetici che provocano un aumento generalizzato di temperatura e di pressione. Dà origine a nuove e particolari tessiture.
Il metamorfismo di carico è un tipo particolare di metamorfismo regionale; esso è dovuto all'aumento di pressione provocato dal peso delle rocce soprastanti (spessore fino ad alcuni chilometri) in zone sottoposte a movimenti orogenetici. Dà origine a nuovi minerali e a nuove strutture.
- Metamorfismo di contatto: interessa settori dello spessore di pochi metri, decine e centinaia di metri; è causato dall'aumento di temperatura connesso ad intrusioni magmatiche. Viene interessata un'aureola di rocce (aureola di contatto) intorno all'intrusione. Dà origine a nuovi minerali ed a strutture caratteristiche; i suoi effetti diminuiscono man mano che ci si allontana dall'intrusione.
- Metamorfismo dinamico: è causato dall'aumento di pressione in prossimità di zone di frattura o di faglia (aree tettoniche). Interessa zone molto limitate; dà luogo a nuove strutture e tessiture.

FATTORI DEL METAMORFISMO
I fattori che influenzano il metamorfismo sono i seguenti.
Gradiente geotermico: aumento di temperatura (gradiente) con la profondità (circa 3°C ogni cento metri); non è uniforme, ma varia a seconda della stabilità delle aree ella crosta terrestre (scudi continentali, aree stabili = gradiente basso; catene montuose, aree instabili = gradiente alto).
Pressione di carico: è la pressione prodotta dalle rocce e dai sedimenti che sovrastano una determinata zona della crosta; essa dipende dalla profondità e dalla densità delle rocce soprastanti. L'aumento è di circa 30 atmosfere per chilometro. La pressione di carico si sviluppa uniformemente in tutte le direzioni (pressione idrostatica).
Pressione orientata: è causata dalle spinte e dalle deformazioni orogenenetiche; essa non è uniforme e produce strutture e tessiture diverse da quelle prodotte dall'aumento di temperatura. E' sempre presente nel metamorfismo regionale ed è assente in quello di contatto.
Pressione della fase fluida: la fase fluida, presente negli interstizi, esercita una pressione generalmente eguale alla pressione di carico che interessa la fase solida.

LIMITI DEL METAMORFISMO
Il metamorfismo è compreso fra una temperatura di circa 300°C (al di sotto di essa non avvengono reazioni e si rientra nei processi sedimentari di alterazione e diagenesi) ed una temperatura di 800°C (temperatura al di sopra della quale non può sussistere una roccia allo stato solido; quando questa temperatura viene superata si produce la fusione differenziale o anatessi con formazione di nuovi magmi) (figura 13).

FACIES METAMORFICHE
In geologia facies è l'insieme dei caratteri petrografici, sedimentologici e paleontologici che una roccia presenta in un determinato luogo o area geografica e che testimoniano l'ambiente di formazione.
La facies metamorfica è l'insieme delle rocce che hanno subìto un metamorfismo negli stessi intervalli di temperatura e di pressione. Ogni facies riunisce rocce di composizione mineralogica variabile.

Figura 14 - facies metamorfiche

Le facies principali del metamorfismo regionale sono (figura 14):
- Facies degli scisti verdi: temperature comprese fra 400 e 550°C, pressione fra 3000 e 8000 atmosfere, pressione orientata prevalente.
Componenti principali: quarzo e albite (plagioclasio).
- Facies delle anfiboliti ad almandino: temperature fra 550 e 700°C, pressione simile alla precedente
Componenti principali: plagioclasio e anfibolo.
- Facies a granuliti: temperature superiori a 700°C e pressioni di carico. Hanno subito vari cicli metamorfici (polimetamorfismo).
Componenti principali: pirosseno, plagioclasio.
Le facies metamorfiche di contatto non presentano variazioni in funzione della pressione, ma solo in funzione della temperatura.

STRUTTURA E TESSITURA
Nelle rocce metamorfiche i minerali, a differenza di quanto avviene nelle rocce magmatiche, cristallizzano contemporaneamente, assumendo quindi una forma irregolare (allotriomorfi) e una struttura cristalloblastica. Tale struttura si differenzia poi, a seconda della forma dei cristalli, in: granoblastica, porfiroblastica, lepidoblastica, nematoblastica.
La tessitura scistosa è tipica delle rocce metamorfiche; per scistosità si intende la possibilità di una roccia a dividersi in lastre sottili secondo piani subparalleli. La scistosità è il prodotto della pressione orientata ed è marcata dalla disposizione dei minerali di forma allungata, fibrosa, lamellare (miche). Si parla di foliazione se la scistosità non è molto pronunciata.
Altre tessiture caratteristiche sono: massiccia (granuli senza orientazione), zonata (bande parallele differenti per struttura e colore), occhiadina (grossi noduli chiari circondati da sottili bande scure).


CLASSIFICAZIONE

Per semplicità si segue una classificazione basata sulla natura della roccia originaria (protolito), sulla composizione mineralogica, e sul grado metamorfico, tenendo separati i diversi tipi di metamorfismo.
Se la roccia originaria è magmatica si avranno gli ortoscisti, se la roccia originaria è sedimentaria si avranno i parascisti.

ROCCIA ORIGINARIA

ROCCIA METAMORFICA

METAM. REGIONALE

   

argille

argilloscisti (1), filladi (2), micascisti (3)

areniti, arcose

quarziti (4)

calcari, dolomie

marmi calcitici o dolomitici(5)

calcari argillosi

calcescisti (6)

peridotiti, pirosseniti

cloritoscisti (7), prasiniti (8), serpentiniti (9), anfiboliti (10)

graniti, dioriti

gneiss (11), granuliti (12)

METAM. di CONTATTO

   

argille

cornubianiti (13)

areniti, arcose

quarziti (14)

calcari puri, dolomie

marmi calcitici o dolomitici (15)

calcari impuri, marne

marmi a silicati (15), calcefiri (16)

Si descrivono ora in dettaglio le principali rocce metamorfiche; si tenga tuttavia presente che esistono termini di passaggio fra un gruppo e l'altro.

Argilloscisti (1) colore scuro, grana finissima, notevole scistosità con facile fissilità in lastre sottili. COMPOSIZIONE: hanno la stessa composizione delle rocce da cui provengono (quarzo, mica, sostanze argillose e minerali accessori).
Sono presenti in alcune limitate aree dell'Appennino ligure (ardesia).
Filladi (2) lucentezza sericea in superficie, grana medio-fine, scistosità notevole con facile fissilità. COMPOSIZIONE: quarzo, mica muscovite, ossidi di ferro e minerali di neoformazione per ricristallizzazione (sericite e clorite).
Notevole diffusione nell'area alpina (Piemonte, Lombardia).
Micascisti (3) colore scuro, grana grossolana, scistosità notevole. COMPOSIZIONE: quarzo e muscovite. Esistono diverse varietà a seconda del minerale accessorio prevalente (m. biotitici, m. granatiferi, m. anfibolici, m. grafitici, ecc.).
Sono molto diffusi nell'area alpina.

Quarziti (4) colore chiaro, grana media, notevole scistosità. COMPOSIZIONE: quarzo con poca muscovite.
Sono presenti nella Alpi piemontesi (Barge).

Marmi (5) colore variabile da bianco a grigio venato, a rosa a giallo; grana molto diversificata (maggiore nei marmi alpini, minore in quelli appenninici), scistosità ridotta. COMPOSIZIONE: calcite o dolomite; possono essere presenti quarzo e muscovite in corrispondenza di venature.
Sono abbondanti nell'Appennino toscano (zona delle Apuane), più rari nelle Alpi (Piemonte, Lombardia, Friuli).
Calcescisti (6) colore grigiastro, grana fine, scistosità accentuata. COMPOSIZIONE: calcite, mica e quarzo (scarso).
Molto diffusi nelle aree alpine occidentali.

Cloritoscisti (7) colore verde, scistosità notevole, suscettibili di lavorazione al tornio (pietra ollare). COMPOSIZIONE: clorite, quarzo e magnetite.
Diffusione limitata alla Valtellina.
Prasiniti (8) colore verde scuro, scistosità ridotta. COMPOSIZIONE: plagioclasio (albite), clorite, epidoto e anfibolo.
Diffusione limitata all'Appennino ligure.
Serpentiniti (9) colore verde, grana fine, tessitura fibrosa con notevole scistosità o tessitura massiccia priva di scistosità. COMPOSIZIONE: serpentino, olivina, pirosseno, anfibolo e magnetite.
Diffuse nelle Alpi lombarde (Val Malenco), nelle Alpi della Val d'Aosta e del Piemonte (valle della Stura di Lanzo e Monviso), nell'Appennino ligure (provincia di Genova) e nell'Appennino toscano (Prato).
Anfiboliti (10) colore scuro, grana media, scistosità notevole. COMPOSIZIONE: orneblenda, plagioclasio zonato.
Sono presenti come intercalazioni nei marmi alpini e sono spesso associate a rocce basiche (serpentiniti).

Gneiss (11) colore grigio chiaro, foliazione molto accentuata. COMPOSIZIONE: quarzo, feldspati e mica con tessitura occhiadina che alterna zone chiare (quarzo) a zone scure (mica).
Granuliti (12) colore nero, struttura caratteristica con granuli separati da aggregati quarzoso-feldspatici disposti in bande parallele. COMPOSIZIONE: ortoclasio, plagioclasio e quarzo (granuliti leucocrate) oppure da plagioclasio e pirosseno (granuliti melanocrate).
Sono diffuse limitatamente alle Alpi occidentali (granito nero di Anzola - val d'Ossola).

Cornubianiti (13) colore grigio, grana minuta, struttura granoblastica. COMPOSIZIONE: albite, epidoto, cordierirte, andalusite, sillimanite. Esempi italiani si trovano nel massiccio dell’Adamello (diorite) e nell’isola d’Elba (granito di monte Capanne).
Quarziti (14) vedi punto 4

Marmi (15) vedi punto 5
Calcefiri (16) colore chiaro con zonature varicolori. COMPOSIZIONE: calcite, wollastonite, granato, plagioclasio, pirosseno. Sono diffuse nelle Alpi centrali tra la Valsesia e la Valtellina (val d’Ossola, canton Ticino).