Sono rocce formate quasi solamente da accumulo di sostanze legate ad un'attività biologica e chiamate, per questo, organogene (o biogene). Si possono distinguere semplici accumuli di gusci e apparati scheletrici, come quelli che si osservano attualmente lungo le coste; o ammassi di organismi costruttori, i cui apparati scheletrici esterni possono saldarsi l'uno all'altro, come fanno molti coralli e spugne che danno origine a scogliere e atolli (Nella foto la scogliera corallina oligocenica di Lumignano sui Colli Berici); o ancora accumuli di sostanza organica vera e propria, vegetale o animale, dalla cui trasformazione nel tempo prendono origine depositi particolari.

 

Rocce carbonatiche

Tipiche rocce organogene, sia dovute all'accumulo di gusci, cementate in genere da calcite, sia biocostruite, sono le rocce organogene carbonatiche, formate quasi esclusivamente da carbonato di calcio. Tra queste sono comunissimi i calcari organogeni. Tale origine però non è sempre evidente, poiché conchiglie e frammenti scheletrici possono subire notevoli trasformazioni prima di diventare roccia compatta.

calcare di diversi colori

Spesso, queste rocce sono ricchissime di resti di alghe a rivestimento calcareo, coralli di scogliera, ammassi di gusci, con prevalenza di ammoniti, gasteropodi, lamellibranchi, brachiopodi. Nel calcare chiamato lumachella abbiamo un impasto di conchiglie e frammenti di gusci.

calcare fossilifero - lumachella

 

Associate ai calcari, anche se meno abbondanti, si trovano spesso le dolomie, formate da carbonato doppio di calcio e magnesio. Tali rocce si sono formate per un processo di diagenesi in rocce calcaree che sono state interessate da circolazione di soluzioni acquose ricche di magnesio (dolomitizzazione).

dolomia

L'accumulo di organismi che utilizzano la silice invece della calcite, porta alle rocce organogene silicee. Tra queste la più diffusa e la selce, una roccia dura, che può presentarsi in strati regolari, in genere di modesto spessore, o può essere contenuta entro masse calcaree in forma di lenti, noduli e masserelle sferoidali. Nelle selci in strati, che possono avere qualsiasi colore, c'è un gran numero gusci silicei di Radiolari (radiolariti), aghi dell'impalcatura di alcune Spugne (spongoliti), gusci di diatomee in masse pulverulenti bianche (diatomiti); il tripoli è analogo alla diatomite ma con una certa percentuale di resti di altri microrganismi.
Nei casi in cui l'accumulo di selce si presenta in lenti o noduli allineati entro strati di calcare, si pensa ad un fenomeno di diagenesi; la silice dei gusci depostisi sul fondo del mare viene in parte disciolta e trasportata più in profondità dall'acqua che impregna i fanghi calcarei: in condizioni chimiche opportune avverrebbe la sostituzione della silice al calcare originario.

selce - farina fossile

 

Rocce fosfatiche

Le rocce fosfatiche o fosforiti sono calcari che contengono anche fosfato di calcio, e si ottengono dal deposito delle ossa di vertebrati o dall'accumulo degli escrementi di cormorani (guano).

fosforite

 

Rocce combustibili

Rocce organogene dovute all'accumulo di sostanza organica sono i carboni fossili e gli idrocarburi.
Gli idrocarburi sono miscele di composti del carbonio e dell'idrogeno cui si aggiungono piccole quantità di composti ossigenati, azotati e fosforati. In natura si trovano idrocarburi solidi (asfalti, bitumi), liquidi (petrolio e frazioni più leggere) e gassosi (metano). Si trovano sepolti a impregnare molti strati porosi di vari Paesi del mondo e derivano dalla decomposizione di sostanze organiche (microrganismi vegetali e animali) per opera di batteri soprattutto anaerobi. Le sostanze decomposte, leggere, tendono a migrare verso l'alto attraverso pori e fessure e formano un giacimento petrolifero se vengono fermate, intrappolate e protette da uno strato impermeabile.
I carboni fossili derivano dalla fossilizzazione di grandi masse di vegetali. Con il processo di carbonizzazione si passa dalla torba, alla lignite, alla litantrace e all'antracite. Il prodotto finale della carbonizzazione delle sostanze organiche porta alla formazione della grafite grazie ad un metamorfismo di alto grado (si veda il processo di carbonizzazione più sotto.

asfalto

 

La carbonizzazione

Il carbone fossile deriva dalla fossilizzazione di resti di grandi masse di vegetali (alberi, piante acquatiche, alghe) che si sono accumulati in stagni e in laghi di acqua dolce o salmastra, dove crescevano o dove vi venivano trasportati. In Europa e in America settentrionale, invece, molti giacimenti che risalgono al Carbonifero si sono formati in seguito all'esistenza di enormi foreste paludose situate in pianure prossime al mare.
Tra le piante più comuni che hanno formato le fitte foreste carbonifere abbiamo le Pteridofite, rappresentate da Psilopside, Licopside (genere Lepidodendron), e Pteropside (Calamitali ed Equisetali).
Se l'accumulo e la trasformazione degli alberi sono avvenute nel luogo in cui vivevano abbiamo le formazioni autoctone; alcuni giacimenti ci mostrano infatti uno strato di carbone compreso tra strati di scisti e grès nel quale si vedono ancora radici di alberi fossili e persino tronchi ancora sul posto.
Se c'è stato trasporto ad opera di acque di ruscellamento dei fiumi, e poi si sono accumulati in un delta o in una laguna dalle acque calme, abbiamo le formazioni alloctone.

 

Ciclotemi

La formazione dei depositi di carbone è legata alla deposizione ciclica di sedimenti marini alternati a sedimenti non marini nelle vaste pianure costiere, lagunari o paludose, soggette a lenta e prolungata subsidenza, in regioni a clima caldo umido, favorevole allo sviluppo di un'abbondante vegetazione.
Ogni ciclo inizia con sedimenti calcarei, sabbiosi e argillosi tipici di mare aperto e poco profondo.
Mentre nella piattaforma continentale si accumulano i calcari marini, in prossimità, della costa, allo sbocco di un grande fiume, inizia la costruzione di un apparato deltizio. Un'elevata velocità di accumulo porta alla formazione di un cordone che isola una laguna, che viene progressivamente colmata con depositi fini. A colmamento avvenuto, la sedimentazione rallenta e sulla piana deltizia si forma una foresta, i cui resti si accumulano progressivamente formando torbiere. In assenza di ulteriore sedimentazione, la subsidenza prende il sopravvento e il mare torna a coprire le terre emerse. Se l'ingressione avviene senza erosione, i depositi torbosi possono conservarsi ed essere ricoperti da nuovi calcari marini, fino al ristabilirsi delle condizioni iniziali. Quando il mare si ritira, nelle terre emerse si formavano altre foreste che vengono poi di nuovo sommerse dal mare all'inizio del ciclo successivo; questa situazione, che si e ripetuta decine di volte, ha portato alla formazione di numerosi strati contenenti carbone, alternati a strati formati da sabbia e conglomerati. La successione delle tre facies marina, lagunare, torbosa costituisce un ciclotema.

 

Il processo

La copertura del sedimento vegetale è essenziale perché impedisce il contatto delle sostanze organiche con l'ossigeno atmosferico. Con il tempo, la sostanza vegetale sepolta si arricchisce gradualmente in carbonio, da cui deriva il potere calorifico del carbone, per la perdita graduale degli altri elementi chimici dei vegetali (O, H, N ecc.). La trasformazione avviene per l'azione combinata del calore, dell'umidità, della pressione e di alcuni microrganismi anaerobi: Micrococcus carbo, Anthracomyces cennellensis ecc., che sfruttano la cellulosa e la lignina eliminando prodotti volatili contenenti idrogeno e ossigeno, cioè acqua, metano, anidride carbonica, ossido di carbonio.
In tale modo si passa dai termini più poveri in calorie come la torba, recente, alla lignite (da 2 a 100 milioni di anni), alla litantrace e all'antracite, formate da ammassi di vegetali tra i 350 e i 220 milioni di anni fa, nell'era Paleozoica; la quantità di antracite presente in determinati strati di quell'era ha dato il nome al periodo Carbonifero. Il passaggio da litantrace ad antracite e già un inizio di metamorfismo, ma trasformazioni ancora più intense possono spingere oltre il processo di carbonizzazione formando in tal modo la grafite, costituita di quasi solo carbonio. La grafite si considera il prodotto finale della carbonizzazione di sostanze vegetali, quando gli strati di carbone vengono sottoposti a metamorfismo molto intenso.
I diversi tipi di carboni fossili non dipendono solo dal tempo di fossilizzazione ma anche dal modo in cui si sono fossilizzati: prevale la fermentazione anaerobica per torbe e ligniti, mentre sono le alte pressioni e temperature che operano nella formazione di litantrace e antracite.

 

I giacimenti

I giacimenti di carbone, in linea di massima, sono distribuiti ai margini delle regioni dove si elevavano delle montagne. Questi depositi a volte sono rimasti sul posto, spesso pero sono stati incorporati in piegamenti successivi e sono più o meno profondi a seconda dell'antichità.

 

Torba

La torba si è formata nell'era Neozoica, ed è tuttora in corso di formazione, da vegetali palustri come gli Sfagni, Alghe e Muschi. Questi vegetali si decompongono sul posto, particolarmente per l'azione di batteri che trasformano il loro materiale organico. Si hanno così delle torbiere in cui il carbonio organico, divenuto carbonio minerale, si mescola all'acqua e ad altre sostanze. Il risultato è una roccia mediocremente carboniosa (55% di carbonio), di colore giallo, bruno o nero, di aspetto fibroso, spugnoso, fogliettato o fangoso, in quanto deriva per lo più da piante erbacee.
Le torbe si classificano in base al luogo di provenienza: di brughiera, di foresta, palustri, marine, di prateria. Le torbiere basse (o di sbarramento) sono situate nelle vallate dal fondo piatto dei paesi calcarei (torbiere di muschi; acque alcaline). Le torbiere alte, o di montagna, s'incontrano prevalentemente nelle montagne dei massicci granitici e silicei (torbiere di sfagni; acque acide). Possono essere classificate anche in base all'aspetto: erbacee, terrose, spugnose, compatte, ligniformi.
La torba essiccata è un mediocre combustibile per il basso potere calorifico e perché lascia un notevole residuo di cenere (12% in media), per cui l'impiego è limitato alle zone d'origine; serve invece come fertilizzante e per alleggerire il terreno, come isolante termo-acustico e come lettiera per il bestiame.
In Italia sono importanti le torbiere della Lombardia, dell'Emilia e Toscana.

 

Lignite

La lignite s'incontra nei terreni cenozoici ed è costituita da residui di legno fossilizzati in quantità abbondante, provenienti da piante legnose d'alto fusto, il che le distingue dalla torba. Il contenuto medio in carbonio è del 70%.
I tre aspetti caratteristici sono determinati dal periodo di formazione. La lignite torbosa, più recente, è fibrosa e poco compatta; la lignite xiloide è di aspetto grasso e si possono vedere le fibre lignee delle piante; in tempi poco superiori ai 50 milioni di anni si è formata la lignite picea, molto compatta e omogenea, più matura e di colore nero lucente.
Le ligniti svolgono una funzione importante nell'industria chimica: materie prime per l'industria della plastica, delle essenze sintetiche ecc.
In Italia si trova in Toscana, Umbria, Sardegna e Basilicata.

 

Litantrace

La litantrace è il carbone più importante presente in giacimenti di origine più remota rispetto a torba e lignite. Si mostra di colore nero opaco o poco lucente (80% di carbonio) e deriva dalla fossilizzazione di Equiseti, Felci, Licopodi del Paleozoico.
Può essere classificata a seconda del tenore di carbonio o in prodotti volatili, della tessitura fisica o del potere calorifico. Si hanno perciò litantraci magre o grasse in base al potere agglomerante e al tipo di coke che producono; a fiamma corta o lunga in base alla percentuale di sostanze volatili che producono.
Le litantraci trovano oggi scarso impiego come combustibile mentre vengono utilizzate per la distillazione secca ottenendo carbon coke e sostanze volatili. Per condensazione delle sostanze volatili si ricava catrame da cui derivano vari tipi di idrocarburi aromatici.
Il 95% della litantrace si trova nell'emisfero settentrionale e quasi il 60% è ripartito tra Cina, Stati Uniti e Russia. In Italia si hanno modeste miniere nel Sulcis in Sardegna e in passato la si estraeva nell'alto bacino del Tagliamento.

 

Antracite

L'antracite ha un aspetto metallico, compatto e duro e si adopera direttamente come combustibile, in quanto ha il 95% di carbonio.
In Italia si trovano solo piccoli depositi di antracite in Val d'Aosta e in Sardegna perché, durante il Carbonifero, la parte di crosta terrestre che doveva dare origine all'attuale Europa meridionale era quasi tutta sotto il dominio del mare, quindi priva di foreste.

 

Grafite

La grafite è tenerissima e facilmente sfaldabile, leggera, untuosa al tatto, con lucentezza submetallica; appartiene alla classe degli elementi nativi e cristallizza nel sistema esagonale.
E' il prodotto finale della della carbonizzazione delle sostanze organiche con un processo metamorfico di alto grado, sia termico che regionale.
In Italia se ne trovano discrete quantità in Val Chisone (TO).