Corso di Geologia

Argomento: Processi e Prodotti Geologici

INDICE

6.3.2 - Rocce Carbonatiche

Le rocce carbonatiche, dopo quelle clastiche, sono le più diffuse tra le rocce sedimentarie. Esse sono essenzialmente monomineraliche e lo loro genesi è strettamente legata all'azione diretta o indiretta della biosfera. Pertanto le rocce carbonatiche mostrano differente composizione, tessitura e struttura oltre che per il variare delle condizioni ambientali anche per i mutamenti di composizione della biosfera che i processi evolutivi provocano con il trascorrere del tempo geologico. Analogamente alle rocce clastiche, anche nelle rocce carbonatiche si può riconoscere una tessitura caratterizzata da tre componenti:a) granuli, formati da materiale organogeno (frammenti di gusci, foraminiferi ecc.), ooidi e frammenti di rocce carbonatiche preesistenti; b) matrice, formata da materiali di taglia minore che riempie gli spazi interstiziali;c) cemento, formato da cristalli spatici (calcite spatica) che si formano nelle varie fasi della diagenesi.A differenza delle rocce clastiche, le rocce carbonatiche sono costituite da strutture organogene che si formano e si accrescono nel luogo della deposizione, per l'azione di organismi di vario tipo che secernono carbonato di calcio (es. coralli) o ne favoriscono la precipitazione anche all'interno dei loro tessuti (es. coralli, spugne, alghe calcaree).

6.3.2.1 - Composizione chimica e mineralogica

Chimicamente le rocce carbonatiche sono essenzialmente composte da CaCO3 e da CaMg(CO3)2. I più comuni minerali che formano i sedimenti carbonatici sono la calcite, l'aragonite, e la dolomite; meno comuni sono la siderite, la rodocrosite, la magnesite, l'ankerite, ecc.Pur avendo il Ca++ raggio ionico più grande di Mg++, è possibile che nel reticolo cristallino della calcite ci sia un contenuto variabile di magnesio (fino a oltre il 4% di MgCO3) che dà luogo alla metastabile e disordinata calcite magnesiaca.

6.3.2.2 - Tessitura

Granuli I principali tipi di granuli che formano l'impalcatura delle rocce carbonatiche sono:   - Granuli scheletrici:  scheletri calcarei di organismi, interi e/o in frammenti (questi ultimi chiamati bioclasti). La grande varietà degli organismi e delle loro strutture scheletriche (forma, struttura interna, mineralogia) influisce sia sul comportamento idrodinamico che sulla successiva diagenesi del sedimento carbonatico. Il riconoscimento dei granuli scheletrici è di grande importanza nella interpretazione genetica dei sedimenti carbonatici. - Ooliti: sono formate da granuli subsferici di taglia arenitica (in maggioranza compresa tra 0.2 e 2 mm.), con un nucleo e una serie di inviluppi concentrici di aghetti di aragonite o calcite; questi possono avere disposizione tangenziale, ovvero essere disposti radialmente attorno un nucleo (ooliti fibroso-raggiate). Talora processi di micritizzazione possono colpire le ooliti (ooliti micritizzate). Quando le ooliti hanno taglia superiore a 2 mm prendono il nome di pisoliti. Tuttavia l'origine delle pisoliti è molto variabile; esse possono anche formarsi per processi diagenetici in ambiente meteorico (ad es. pisoliti vadose). - Oncoliti e noduli algali: sono strutture più o meno concentriche dovute all'attività di alghe incrostanti (cianoficee, rodoficee); possono raggiungere anche i 10 cm di diametro. - Peloidi e botroidi: i peloidi sono granuli subsferici di variabili dimensioni, talvolta aggregati in grappoli (botroidi); di non sempre chiara origine (fecale, diagenetica), essi sono caratterizzati dall'assenza di una chiara struttura interna. - Granuli clastici: possono essere di natura extraformazionale (litoclasti) ovvero derivare dal bacino di deposizione (intraclasti). In quest'ultimo caso possono raggiungere notevole sviluppo volumetrico, derivando dalla frammentazione di depositi semiconsolidati, che vengono ridistribuiti precocemente. Matrice Come nelle rocce clastiche, la matrice delle rocce carbonatiche è costituita da materiali di taglia nettamente minore di quella degli elementi e può occludere gli spazi intergranulari. In essa possono perciò riconoscersi molti dei granuli descritti prima (es. peloidi, piccoli intraclasti e bioclasti) nei sedimenti di mare basso, o microfossili nei sedimenti di mare aperto. Talora la matrice risulta composta da calcite microcristallina (micrite) con cristalli della taglia del silt o minore. La micrite caratterizza molte rocce carbonatiche antiche (vedi calcilutite) ed è presente nei sedimenti attuali come fango, formato prevalentemente da aragonite in microcristalli aciculari. Cementi Nelle rocce carbonatiche i processi di cementazione avvengono molto precocemente, soprattutto nelle favorevoli condizioni climatiche tropicali (mari poco profondi, scogliere, zonecostiere intertidali e di spiaggia, e perfino zona vadosa).

6.3.2.3 - Strutture biocostruite

Gli organismi a scheletro carbonatico (aragonite, calcite, magnesiocalcite) hanno grande importanza litogenetica e i loro accumuli possono costituire corpi sedimentari di notevole volume (<< calcari organogeni>>). Alcuni organismi inoltre (coralli, molluschi, alghe etc.) possono con le loro parti minerali costituire impalcature rocciose (bioliti) che si sollevano dal fondo marino e costituiscono le scogliere (reefs). Il termine biolitite indica, da un punto di vista litologico, il materiale di cui sono costituiti gli accumuli organici autoctoni. Nelson (et al., 1962) propongono di distinguere gli accumuli biocostruiti (cioè formati da organismi, in posizione di crescita o no) in base ad un duplice criterio genetico e morfologico. Il criterio genetico si basa sul concetto di potenziale ecologico degli organismi (Lowenstam, 1950) di costruire o no strutture rigide e resistenti alle sollecitazioni meccaniche ambientali (scogliere o banchi). Il criterio morfologico si basa sulla forma dell'accumulo (Cumings, 1932). Bioerma indica una struttura di forma varia, circoscritta e interposta in rocce di differente litologia. Biostroma indica invece una struttura stratiforme, consistente sopratutto di organismi sedentari, che non faccia passaggio a forme circoscritte. Nelle acque basse dei mari caldi gli organismi formano strutture biocostruite (bioherme) che possono raggiungere dimensioni anche notevoli, modificando in tal caso la fisiografia e la idrodinamica degli ambienti deposizionali. I più classici esempi di biolititi attuali sono le scogliere coralline della fascia intertropicale; oltre ai coralli, altri organismi hanno avuto nel Paleozoico-Mesozoico analogo ruolo (spugne calcaree, stromatoporidi, tetracoralli, alghe calcaree). Fig. La regione delle Bahamas costituita da un'area di piattaforma carbonatica a pelo d'acqua tagliata da un golfo (in nero) dove si estende un bacino marino profondo 2000 m. Stromatoliti Rappresentano strutture accresciute in posto mediante l'azione indiretta di alghe cianoficee e batteri. Sono costituite da sedimento particellare fine disposto in lamine sottili piano-parallele o ondulate che si alternano con lamine calcitiche cristalline. I cianobatteri hanno costruito strutture prevalentemente tabulari e più raramente colonnari o domiformi. Oggi, i cianobatteri, che precipitano carbonato di calcio, colonizzano solo alcuni ambienti marini e transizionali (lagune, piane tidali) o continentali (ruscelli, sorgenti). Travertini I travertini, tipici depositi continentali, vanno posti tra le rocce carbonatiche prevalentemente biocostruite poiché essi si formano per "incrostazione" primaria (alghe, cianobatteri). Questi processi possono svilupparsi in acque dolci, fredde o termali, per precipitazione su supporti vegetali quali ad esempio piante igrofile in corrispondenza di rapide e cascate, ovvero per attività incrostante di cianoficee su pendii acclivi (travertini stromatolitici). Dolomitizzazione Rappresenta uno dei più complessi e discussi processi che possono avvenire nei vari stadi della diagenesi dei carbonati o anche in ambiente meteorico. I processi di dolomitizzazione, che interessano i sedimenti carbonatici durante la diagenesi (cfr.), possono essere d'intensità variabile: è d'uso distinguere una serie di termini in funzione del rapporto calcite/dolomite (calcari ? calcari dolomitici ? dolomie calcaree ? dolomie). Le dolomie sono particolarmente diffuse nelle successioni carbonatiche nefritiche e specialmente in quelle paleozoiche e triassiche. Questi processi, che si verificano di regola in presenza di acque ricche di Mg, provocano sovente una profonda trasformazione mineralogica che tende ad obliterare gran parte delle preesistenti tessiture.

6.3.2.4 - Classificazione delle Rocce Carbonatiche

Come si studiano i carbonati Lo studio mineralogico ha un ruolo minore nella classificazione delle rocce carbonatiche, dato che esse sono prevalentemente composte da calcite e dolomite. I moderni studi si basano sui rapporti tra granuli e micrite e sulla natura dei granuli, ovvero sulle caratteristiche delle strutture biocostruite. Le classificazioni più usate sono quelle di R. Folk ed R. Dunham. La classificazione di Dunham (1968), soprattutto nella versione modificata da Embry e Klovan (1971), si basa sul rapporto granuli/micrite per le rocce con tessiture granulari e sulle strutture organogene per le rocce biocostruite.     I termini mudstone e wackestone (calciluliti s.l.) indicano sedimenti a matrice prevalente (con <10 % e > 10% di granuli, rispettivamente),  mentre i termini packstone e grainstone (calcareniti) si riferiscono a sedimenti granulo-sostenuti (con e senza micrite). Infine i tipi equivalenti in cui la taglia degli elementi supera i 2 mm (calciruditi) prendono il nome di floastone se a matrice prevalente e rudstone se granulo sostenuti. Il nome boundstone è riservato alle rocce biocostruite.     Da Borsellini et al., 1989