Processo sedimentario

C'è una grande varietà di processi attraverso cui le rocce sedimentarie possono formarsi, inoltre, esiste una stretta relazione fra l'ambiente di sedimentazione e il tipo di roccia che in esso può originarsi. È in ogni caso possibile individuare le linee di un processo sedimentario globale, che possiamo suddividere nelle fasi qui sotto descritte.
Il processo sedimentario si svolge sulla superficie terrestre o nelle immediate vicinanze, perciò è caratterizzato da basse temperature (all'incirca tra -50 e 150° C), da basse pressioni e da un ambiente idrato ed ossidante.

Alterazione meteorica e minerali delle rocce sedimentarie

Il primo processo che interviene nella genesi delle rocce sedimentarie è quello che serve a prepararne i costituenti, e consiste nell'alterazione fisica e chimica di rocce preesistenti.

L'alterazione fisica le isola in frammenti, ciascuno dei quali ha la stessa composizione e struttura della roccia madre (frammenti litici), o in singoli minerali (minerali detritici). Essa ha per agenti principali il termoclastismo, il crioclastismo, l'acqua fluente, i ghiacciai, il vento, i movimenti tettonici, le variazioni di pressione, l'abrasione di particelle in mezzi fluidi e la crescita delle piante.

Se l'alterazione fosse puramente fisica, i sedimenti conterrebbero gli stessi minerali delle rocce preesistenti. In generale però si ha anche una decomposizione chimica della roccia in ioni, in parte destinati a ricombinarsi in nuovi minerali (minerali sedimentari e diagenetici durante i successivi processi di sedimentazione chimica e di diagenesi. L'agente principale è l'acqua, che provoca la dissoluzione, l'idratazione, il carsismo, l'idrolisi dei silicati; c'è inoltre l'ossidazione, l'azione dell'anidride carbonica, delle radici delle piante, dei batteri.

In teoria, qualunque minerale appartenente ad una qualsiasi roccia preesistente può diventare un minerale detritico. In realtà, poiché l'alterazione è selettiva, quelli meno resistenti hanno scarse possibilità di essere ereditati. Infatti, le rocce della crosta terrestre possono subire un'erosione più o meno intensa secondo i minerali che le compongono: quelli poco erodibili sono più stabili, cioè mantengono inalterate le loro caratteristiche nelle diverse condizioni chimiche e fisiche in cui vengono a trovarsi le rocce superficiali; quelli invece meno stabili possono essere erosi facilmente. Un minerale è tanto meno stabile, cioè è tanto più alterabile, quanto più le condizioni superficiali sono diverse da quelle in cui esso si è originato; praticamente, l'ordine di alterazione rispecchia quello di cristallizzazione della serie di Bowen. Se consideriamo, ad esempio, alcuni minerali che si trovano frequentemente nelle rocce magmatiche, vediamo che il quarzo è molto stabile e quindi difficilmente sottoposto a erosione, mentre al contrario l'anortite e olivina sono facilmente alterabili.

Poiché il granito è la roccia magmatica più abbondante nei continenti, consideriamo l'effetto di un corso d'acqua sulle rocce granitiche di una montagna. I componenti mineralogici del granito sono quarzo, mica, feldspati; la disgregazione del granito porta alla formazione di sabbia che è trasportata dal fiume verso il mare in tempi piuttosto brevi su scala geologica. Nel trasporto la mica è quella più veloce perché la sua struttura a fogli le consente di rimanere in sospensione e compiere molta strada, giungendo a luoghi molto distanti dalla roccia madre; il quarzo è insolubile e inalterabile, di conseguenza rimane in posto; il feldspato è viceversa molto alterabile, è asportato e lungo il percorso è sostituito dai suoi prodotti di alterazione (caolinizzazione), che possono essere sali solubili trasportati in soluzione (carbonati di K, Na, Ca), oppure composti insolubili rappresentati da silicati di alluminio idrati, trasportati in sospensione, che costituiscono le argille:

2KAlSi₃O₈ + 2H₂O + CO₂→ Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 4SiO₂ + K₂CO₃

ortoclasio                                  caolinite                 sabbia qurzosa     carbonati solubili

L'ossidazione, operata dall'ossigeno atmosferico, interessa solfuri e solfati metallici; i prodotti dell'ossidazione sono ossidi ferrici anidri o idrati, cioè ematite o limonite. I minerali contenenti ferro ferroso sono solubili in acqua, mentre quelli conte­nenti ferro ferrico sono insolubili e precipitano dando i citati ossidi ferrici.

L'idratazione interessa i minerali anidri, che si trasformano nei loro corrispondenti idrati, generalmente con aumento di volume: anidrite-gesso, ematite-limonite.

L'acqua, in presenza di anidride carbonica può intaccare le rocce calcaree dando luogo al fenomeno carsico. (Nella foto una dolina carsica sul Monte Baldo)

I minerali femici (pirosseno e olivina) si sciol­gono anch'essi in acqua; un pirosseno magnesiaco produce ioni Mg²⁺ e silice, uno ferrico ioni Fe²⁺ e silice. Quando un pirosseno ferroso viene alterato, il Fe²⁺ viene ossidato a Fe³⁺, insolubile in acqua, e precipita dando la limonite (limonitizzazione):

4FeSiO₃ + O₂ + nH₂O → 4FeO₃·nH₂O + SiO₂

pirosseno                                       limonite

Alla fine di questo stadio si forma un mantello di alterazione che può restare in luogo (rocce residuali) o subire un trasporto più o meno lungo ad opera di vari agenti, a seconda del clima e delle forme del rilievo.