In geologia per metamorfismo si intende la trasformazione alla quale viene sottoposta una roccia preesistente per mezzo di una variazione delle condizioni ambientali. Tra le principali cause del metamorfismo si possono citare: aumento di temperatura, aumento di pressione, variazione dell'ambiente chimico.
Il metamorfismo si verifica ogniqualvolta i minerali di cui sono costituite le rocce si vengono a trovare in un ambiente che non gli permette di rimanere stabili: la trasformazione conduce ad una modificazione strutturale o chimica della roccia, fino al conseguimento di una nuova stabilità, di un nuovo stato di equilibrio. Quando si verificano delle trasformazioni chimiche, si tratta di reazioni che avvengono allo stato solido.
Il processo metamorfico si svolge all'interno della crosta terrestre, in condizioni di temperature comprese tra quelle elevate, responsabili della formazione delle rocce ignee, e quelle basse responsabili della formazione delle rocce sedimentarie. Anche le pressioni quasi sempre giocano un ruolo importante nei fenomeni metamorfici.
Quando mutano drasticamente le condizioni chimico-fisiche in cui una roccia si è formata, essa può subire trasformazioni sempre più spinte, sia strutturali che mineralogiche; tutta la vasta gamma di reazioni che avvengono allo stato solido, senza cioè che la roccia fonda o si sciolga formando una soluzione, rappresentano le cosiddette reazioni metamorfiche.
Le condizioni metamorfiche sfumano in funzione delle caratteristiche ambientali alle quali si verificano: quelle sedimentarie ad un estremo e quelle ignee profonde dall'altro.
E' possibile usare per le rocce metamorfiche diversi criteri di classificazione basati sulla composizione mineralogica, sulla struttura della roccia, sulla temperatura di formazione, sul carattere geologico. In questa sede verranno fatte due divisioni, una geologica e una per zone che fa riferimento alla temperatura a cui avvengono le trasformazioni metamorfiche.
Classificazione geologica delle rocce metamorfiche
- rocce metamorfiche di contatto (per azione del calore: cambia la composizione mineralogica)
- rocce di metamorfismo dislocativo o cataclastico (per azione della pressione)
- rocce di metamorfismo regionale (per azione del calore e della pressione)
Le rocce metamorfiche di contatto sono chiamate così perché il metamorfismo avviene nelle vicinanze di un corpo magmatico, e dunque ad alta temperatura (300 °C - 800°C); la pressione è una variabile dipendente dalla profondità. E' un metamorfismo localizzato che può riguardare qualsiasi tipo di roccia e dà una struttura massiva caratteristica alle rocce, che coinvolge in una specie di cottura (una tipica struttura massiva è quella del marmo). Nomi generici per le rocce di contatto sono: contattiti, hornfels (rocce omogenee e cristalline).
Le rocce di metamorfismo dislocativo, o rocce cataclastiche, si formano invece per azione meccanica, sotto l'effetto di forti pressioni orientate (di solito a bassa temperatura): ciò che accade in corrispondenza di dislocazioni tettoniche (faglie, fratture). Anche le rocce cataclastiche rappresentano un'azione metamorfica localizzata: rocce tipiche sono le miloniti (in esse non varia la composizione mineralogica).
Il metamorfismo regionale, infine, è legato alle grandi deformazioni crostali (orogenesi) e le omonime rocce metamorfiche hanno una grande estensione areale. Gran parte delle rocce della crosta continentale è costituita proprio da rocce metamorfiche di metamorfismo regionale associate a varie rocce magmatiche. Il metamorfismo regionale è responsabile della foliazione delle rocce; cioè conferisce loro una struttura caratteristica, a strati, diversa dalla stratificazione delle rocce sedimentarie. In questo caso, infatti, gli strati sono generati dalle notevoli pressioni; essi si formano perpendicolarmente alla direzione delle forze esercitate. A seconda dell'aspetto la foliazione si chiama fissilità o clivaggio se la grana è fine, oppure scistosità se la grana è grossa. Mano a mano che la temperatura aumenta, alcuni minerali diventano instabili e lasciano il posto ad altri: i minerali stabili ad una certa condizione di temperatura (e di pressione) si chiamano minerali indice e sono caratteristici di un determinato grado di metamorfismo. Ad esempio il quarzo ed il plagioclasio possono essere presenti in ogni grado di metamorfismo e sono sempre stabili, ma la smectite (tipica delle rocce sedimentarie) si trasforma in illite. La clorite è tipica di un basso grado di metamorfismo, così come la muscovite. Quest'ultima, via via che la temperatura aumenta lascia il posto ai feldspati potassici. Biotite, granato e cianite sono indice di metamorfismo a medio grado. La sillimanite di un metamorfismo ad alto grado.
Per chiarezza, la successione mineralogica, da un basso grado di metamorfismo ad un alto grado di metamorfismo, è la seguente:
clorite → muscovite → biotite → granato → staurolite → sillimanite
C'è anche un metamorfismo di tipo idrotermale, che si verifica quando dell'acqua ad alta temperatura entra a contatto con una roccia preesistente; gli ioni disciolti reagiscono con i minerali presenti nella roccia, alterandoli e degradandoli più o meno fortemente. Le soluzioni che si formano, con i metalli che esse trasportano, possono, nel lungo termine, formare dei giacimenti di minerali metalliferi, anche in siti molto distanti dalle rocce originarie.
Classificazionedelle rocce metamorfiche per zone
In base alla temperatura (legata alla profondità crostale ed espressa approssimativamente da una relazione lineare T = Kh, dove T è la temperatura e h è la profondità) si possono distinguere quattro tipi principali di condizioni metamorfiche:
- semimetamorfismo, tra 200°C e 350°C
- metamorfismo regionale di basso grado, tra 350°C e 550°C
- metamorfismo regionale di medio grado, tra 550°C e 650°C
- metamorfismo regionale di alto grado, oltre i 650°C
Ognuna di queste condizioni ha dei minerali stabili chiamati minerali indice, proprio perché la loro presenza ci indica il grado metamorfico. Ulteriori complicazioni derivano poi considerando anche la variabile della pressione.
Le ardesie sono tipiche rocce semimetamorfiche, derivate da rocce argillose, in genere di colore grigio-scuro o nero (lavagna) o foliate, cioè chiaramente mostranti una struttura a sottili piani paralleli, risultante dall'orientamento dei minerali cristallizzati in condizioni dinamiche, sotto l'effetto di pressioni molto alte.
Le filladi sono rocce scistose (cioè foliate) derivate anch'esse in genere da rocce argillose, di metamorfismo regionale di basso grado; di tipico colore grigio-argenteo o grigio-plumbeo.
Un minerale tipico di basso grado è il serpentino (fillosilicato), che caratterizza rocce metamorfiche derivate dalla trasformazione di rocce ultrabasiche, cioè ricche di minerali mafici, ad alta pressione in presenza di acqua (nel serpentino è presente il gruppo ossidrile), come le peridotiti.
Il risultato è una roccia chiamata serpentinite o serpentinoscisto; di tipico colore verdastro (colore dei minerali mafici e dominante nelle rocce ultrabasiche) e con le cristallizzazioni in serpentino in aggregati fibrosi striati caratteristici.
I micascisti hanno caratteri molto sviluppati di scistosità in maniera maggiore rispetto alle filladi: derivano da rocce argillose (o a chimismo argilloso, fatte cioè di quarzo e minerali argillosi per il 90%) per metamorfismo regionale di medio grado. Sono ricchi di miche (muscovite, biotite, ecc.)e con quarzo. Si presentano con colori argentei caratteristici, se è presente molta muscovite o più scuri, se è prevalente la biotite, e una foliazione molto evidente.
Gli gneiss sono metamorfiti regionali di medio e alto grado, di varia derivazione: da areniti, da rocce acide o acido-intermedie (gneiss granitico, gneiss dioritico). Possono derivare da graniti, dioriti, rioliti, porfidi o anche da arenarie. Hanno una tipica struttura "gneissosa", cioè con grossi cristalli (a volte porfirica o meglio porfiroblastica) di feldspati con allineamenti di miche e presenza di molti minerali mafici: pirosseni, anfiboli, olivine. Rispetto a micascisti e a filladi, gli gneiss hanno un aspetto decisamente più granulare, meno scistoso o addirittura senza scistosità.
Quando la temperatura è molto elevata, si può arrivare alla fusione parziale; la roccia che ne deriva, una via di mezzo tra una roccia ignea ed una metamorfica, si chiama migmatite.
Il marmo è una metamorfite, oltre che da contatto, anche regionale, da basso ad alto grado. Deriva da una roccia carbonatica, di caratteristico colore bianco e a struttura massiva, cioè non foliata, granulosa, saccaroide.
Le rocce metamorfiche nel dettaglio
Ardesia
Roccia che presenta una foliazione scistosa, dal colore grigio piombo oppure nero. In questo caso prende il nome di lavagna. Ha origine dalle argilliti. Si può dividere in lastre sottili, leggere e resistenti. In passato è stata impiegata nella costruzione di tegole. In Italia si può reperire in Liguria, in Francia sui Pirenei.
Ardesia
Marmo
Con questa definizione si intende una serie di rocce calcaree cristalline e granulari, di origine metamorfica. Il minerale principale è la calcite, ma possono essere presenti anfiboli e miche. Tra i minerali accessori presenti, responsabili delle bellissime venature colorate, ricordiamo la pirite, l'epidoto, la titanite, diversi silicati. In Italia è presente in Toscana (Carrara, Lasa, Alpi Apuane) e in Lombardia (Candoglia).
Gneiss (si pronuncia naiss o gnaiss)
Hanno la stessa composizione della roccia da cui provengono, principalmente il granito: quarzo e feldspato. Questi minerali risultano appiattiti e fasciati da laminette di mica, orientate parallelamente ai piani di scistosità. Il quarzo ed i feldspati possono formare delle lenticelle, anche fittamente pieghettate. Si dicono occhiadini gli gneiss con lenticelle isolate, costituite da minerali bianchi. Sono famosi gli gneiss di Beura in Val d'Ossola: utilizzati come materiale di costruzione, prendono il nome di bèola. In Italia si trovano nelle Alpi.
Gneiss occhiadino di Beura
Micascisti
A differenza degli gneiss, non contengono feldspati. Presentano la muscovite sotto forma di lamine molto larghe. Hanno un aspetto molto scistoso e sono più lucenti degli gneiss. Come minerali possono essere frequenti il granato, in grandi cristalli, la tormalina, la staurolite, l'andalusite. Possono essere presenti, in grandi dimensioni, delle venature di quarzo. In Italia si trovano nelle Alpi.
Micascisti
Serpentiniti
Rocce metamorfiche costituite principalmente da serpentino, olivina, pirosseni, granato ed altri minerali accessori. Presentano un aspetto compatto ed un colore verde-grigio scuro. Se presentano una struttura scistosa possono essere classificati come serpentinoscisti. Per esempio le serpentiniti alpine contengono: amianto, demantoide, magnetite, perowskite, idromagnesite, artinite, talco, clorite, granato, titanite, diopside. In Italia sono reperibili nella Val d'Ala, in Val Malenco e in Val d'Aosta.
Serpentinite
Granatiti
Sono costituite da granato compatto granulare, di colore rosso. Si trovano sempre come inclusioni lentiformi nelle serpentiniti. Tra i minerali presenti ricordiamo l'essonite, la vesuviana, il diopside. In Italia è reperibile in Val d'Ala e in Val della Gava.
Granatite
Bibliografia
Appunti sulle lezioni tenute dal prof. Curzi - Geologia marina - Università degli Studi di Ancona
Thompson & Turk - Introduction to physical geology - Sounders College Publishing - 1998 (ISBN 0-03-024348-3)
A. Bosellini - Dagli oceani perduti agli ammassi stellari - Italo Bovolenta Editore - 1985
Catalogo di corredo alla collezione di minerali e rocce dell'Istituto Geografico De Agostini Novara - 1967
Le foto sono state eseguite dagli studenti della III F (grafico pubblicitario) dell'IPC Medi di Chiaravalle, sotto la supervisione della Prof.ssa Giorgetti
