11. Le rocce metamorfiche
Tutte le rocce della crosta terrestre possono subire una profonda trasformazione, detta metamorfismo, a opera di agenti fisici, quali la temperatura e la pressione, e originare così le rocce metamorfiche. In base all’agente fisico che prevale durante la trasformazione delle rocce, si possono distinguere tre diversi tipi di metamorfismo: di contatto, dinamico e regionale. Un incremento della pressione e della temperatura oltre certi valori determina poi il fenomeno dell’anatessi, forma di transizione fra condizioni metamorfiche e magmatiche. Le rocce metamorfiche possono presentare una struttura scistosa, granulare od occhiadina.
Il metamorfismo
Il termine metamorfismo deriva dal greco e significa letteralmente “cambiamento di forma”; più propriamente, può essere definito come un cambiamento della struttura e/o della composizione mineralogica di una roccia preesistente (che può essere, per esempio, ignea o sedimentaria) senza passare attraverso la fusione. Durante il metamorfismo si verificano, cioè, fenomeni di ricristallizzazione (formazione di cristalli diversi da quelli presenti nella roccia originaria) e di reazioni chimiche fra minerali costituenti la roccia, che rimangono comunque allo stato solido: tutto ciò è possibile solo se si determina un notevole aumento di temperatura e/o di pressione. Salvo poche eccezioni, nel processo metamorfico la composizione chimica della roccia non cambia ma, in seguito ai processi di ricristallizzazione si modifica la sua composizione mineralogica. Analizzando la composizione mineralogica di una roccia metamorfica, non è sempre facile individuare la roccia da cui essa proviene: può accadere, infatti, che rocce differenti per origine e composizione mineralogica, ma con la stessa composizione chimica, poste nelle stesse condizioni di temperatura e di pressione, possano dare origine alla medesima roccia metamorfica (fenomeno detto di “convergenza”). Può anche succedere che, da rocce originarie uguali, si formino rocce metamorfiche diverse e ciò dipende dall’intensità del processo di trasformazione subìto: a questo proposito si parla di grado di metamorfismo, che può essere alto, medio o basso. In definitiva, la composizione mineralogica finale assunta da una roccia metamorfica dipende sia dall’intensità del processo metamorfico, sia dalla composizione chimica di partenza.
Gli effetti del metamorfismo sulle rocce
Una roccia sottoposta a diversi gradi di metamorfismo può originare diverse rocce metamorfiche, che nel loro insieme costituiscono una sequenza metamorfica.
La sequenza metamorfica delle argille
Le argille sono formate da quarzo e da silicati lamellari, che hanno la proprietà di imbibirsi d’acqua. Appena deposte in un bacino sedimentario, formano un fango mobile, straordinariamente ricco d’acqua; quando sono ricoperte da altri sedimenti, si compattano, espellendo l’acqua. Un ulteriore aumento di pressione provoca l’allineamento dei silicati lamellari che le costituiscono, in strati o letti: si forma un argilloscisto. Gli argilloscisti possono essere considerati rocce sia sedimentarie, sia metamorfiche, di bassissimo grado di metamorfismo, formatesi in seguito all’aumento estremamente modesto della temperatura e della pressione. In condizioni di basso grado di metamorfismo, le lamelle argillose si riuniscono in minuti cristalli di mica, indistinguibili ad occhio nudo se non per la loro lucentezza d’insieme. La roccia metamorfica che si forma è una fillade, in grado di suddividersi facilmente in sottili fogli, lungo i piani lamellari micacei. Un aumento di grado metamorfico provoca l’accrescimento dei cristalli quarzosi e delle lamelle micacee: la roccia che si forma è un micascisto, che presenta piani di scistosità ben distinguibili a occhio nudo. Quando il grado di metamorfismo è medio-alto, dalla mica e dal quarzo si formano i minerali del gruppo dei feldspati. I grossi cristalli originati tendono ad associarsi ai cristalli quarzosi in letti biancastri dello spessore di qualche centimetro. La roccia che si origina, lo gneiss, si frattura lungo i piani costituiti dalle lamelle micacee con una scistosità marcata, ma più grossolana di quella dei micascisti. A un ulteriore aumento di temperatura e pressione corrisponde una fusione progressiva dei soli letti quarzoso-feldspatici. Il materiale è in grado di iniettarsi negli interstizi delle porzioni rocciose solide e si origina così una migmatite, spesso non scistosa, formata da una mescolanza di frazioni derivanti dalla cristallizzazione di materiale fuso e di frazioni che conservano la tessitura dello gneiss.
La sequenza metamorfica dei calcari
Quando i sedimenti calcarei sono seppelliti, vengono in contatto con le acque circolanti del sottosuolo, che li sciolgono parzialmente, arricchendosi in carbonato di calcio, o li compattano e li cementano, facendo precipitare carbonato di calcio cristallino (calcite), che riempie gli interstizi e le eventuali cavità presenti. Il processo metamorfico, già a basse temperature e pressioni, provoca una ricristallizzazione progressiva della calcite, con la totale distruzione della struttura sedimentaria. Si forma così il marmo, composto da un mosaico di granuli cristallini di calcite. La calcite è stabile anche ai più alti gradi metamorfici e non subisce trasformazioni chimiche; gli altri minerali, eventualmente presenti nel calcare come impurità, subiscono invece trasformazioni che permettono di riconoscere il grado metamorfico raggiunto e, se abbondanti, possono conferire alla roccia particolari venature.
| Tipo di roccia | Caratteristiche |
|---|---|
| fillade | roccia a grana molto fine, composta principalmente da microscopiche lamelle di mica (è il prodotto di un basso grado di metamorfismo su un’argillite) |
| micascisto | roccia composta in massima parte da lamelle visibili di minerali appiattiti; come la fillade, si forma spesso dalle argilliti, ma in questo caso il metamorfismo è stato più intenso; spesso sono presenti nuovi minerali, esclusivi delle rocce metamorfiche |
| gneiss | roccia a composizione molto simile al granito; la caratteristica più rilevante è l’aspetto striato, dovuto ai caratteristici strati alternati di minerali chiari e scuri |
| marmo | roccia risultante dal metamorfismo di un calcare; è costituita da cristalli di calcite, in granuli di dimensioni fino a 5 mm, che le conferiscono il particolare aspetto saccaroide (simile a quello dello zucchero) |
| quarzite | comune roccia metamorfica derivata da un’arenaria quarzosa, all’apparenza simile al marmo, ma molto più dura |
ardesia |
fillade |
micascisto |
feldspato |
gneiss |
migmatite |
calcite |
marmo |
L’anatessi
Quando la temperatura diventa così elevata (in genere fra 700 e 800 °C) che i minerali non possono più esistere allo stato solido, la roccia fonde: questo processo, che può essere considerato un fenomeno di transizione tra condizioni metamorfiche e ignee (o magmatiche), è detto anatessi. Il fenomeno fu scoperto in seguito all’osservazione di particolari rocce associate a rocce metamorfiche originatesi per metamorfismo di grado alto, le migmatiti. Pur in un’estrema varietà di aspetti, esse presentano la caratteristica comune di essere composte da due distinte porzioni: una di aspetto igneo, generalmente di composizione granitica, l’altra di aspetto metamorfico. Ciò può essere spiegato ammettendo che la porzione di aspetto igneo sia la testimonianza di una fusione parziale della roccia preesistente, in cui solo i minerali che fondono a temperature inferiori hanno originato vene di magma, mentre il resto della roccia è rimasto allo stato solido. Il processo di anatessi è di grande importanza per lo studio della formazione dei magmi: infatti, esso può originare magmi granitici anche a temperature molto inferiori a quelle necessarie per la fusione totale della roccia.
L'anatessi gioca un ruolo cruciale nella formazione della migmatite
La struttura delle rocce metamorfiche
La struttura delle rocce metamorfiche è diretta conseguenza del tipo di metamorfismo che le ha originate: a seconda che abbia prevalso l’azione della pressione, della temperatura o entrambe, si possono avere diversi tipi di struttura, scistosa, granulare od occhiadina. La maggior parte delle rocce metamorfiche ha struttura scistosa, cioè presenta cristalli disposti su piani paralleli, allungati e orientati in una sola direzione, perpendicolare a quella lungo la quale ha agito la pressione. Grazie alla loro scistosità, alcune rocce metamorfiche possono essere facilmente divise in strati sottili, lungo piani paralleli, detti piani di scistosità. Esempi di rocce a tipica struttura scistosa sono le filladi e i micascisti, utilizzati per la copertura dei tetti, e gli gneiss, usati come materiale per rivestimenti. Esistono anche rocce metamorfiche con struttura granulare, detta anche saccaroide, in cui i cristalli sono equidimensionali e non sono orientati; esempi di rocce a struttura granulare sono il marmo, che si origina per metamorfismo di contatto dai calcari, e la quarzite, derivata da arenarie quarzose. Infine, vi sono rocce metamorfiche che presentano una struttura occhiadina, con caratteristiche intermedie fra le due precedenti: si osservano, infatti, cristalli equidimensionali e di dimensioni maggiori frammisti a cristalli orientati e disposti in strati paralleli; una roccia con questa struttura è lo gneiss occhiadino.
Quarzite massiccia |
Gneiss occhiadino |
Marmo saccaroide |
Fillade scistosa |