Determinare la composizione delle rocce ignee può informare gli scienziati sulla passata attività vulcanica di un luogo.

Le rocce ignee sono formate dal raffreddamento e dalla cristallizzazione della roccia liquida ad alta temperatura, nota come magma. Il magma è un evento relativamente raro sulla superficie e sugli strati superiori della Terra. Tuttavia, il magma a volte può raggiungere la superficie attraverso un'eruzione vulcanica o un evento simile, formando rocce ignee estrusive. In alternativa, il magma che si raffredda e cristallizza sotto la superficie terrestre è indicato come roccia ignea intrusiva.

Questo video illustrerà come si formano le rocce ignee intrusive e dimostrerà come simulare la loro formazione con due semplici esperimenti.

Il raffreddamento e la cristallizzazione del magma possono verificarsi in una varietà di ambienti, in vari modi. La velocità di raffreddamento, rapida o lenta, può avere grandi effetti sulla roccia risultante formata. Diverse velocità di raffreddamento generano rocce con varie dimensioni, forma e disposizione dei cristalli, fattori che definiscono la trama complessiva della roccia. La superficie, o raffreddamento rapido, genera rocce caratterizzate da cristalli molto piccoli, in una trama definita afaniatica.

Al contrario, il raffreddamento che avviene nel sottosuolo mentre i corpi magmatici si solidificano all'interno della Terra avviene molto più lentamente. Il magma può esistere in uno stadio noto come fusione parziale. Questo raffreddamento e solidificazione genera rocce con cristalli relativamente grandi, visibili ad occhio nudo. La roccia di questo tipo è indicata come roccia ignea intrusiva, e le granulometrie più grossolane e più grandi generano una trama denominata fanerotica.

Sia la trama che la composizione definiscono i tipi specifici di roccia ignea. Dal punto di vista compositivo, le rocce ignee si estendono su una gamma di felsiche, intermedie, mafiche. Le rocce felsiche sono ricche di alluminio e silice, mentre le rocce mafiche contengono meno silice, ma più ferro e magnesio. Le composizioni di magma possono cadere ovunque nello spettro tra felsico e mafico.

Quantitativamente, le rocce felsiche contengono circa il 60-75% di biossido di silicio in peso e sono più ampiamente chiamate granitiche. Le rocce mafiche contengono circa il 45-60% di biossido di silicio e sono ampiamente basaltiche nella composizione. Le composizioni intermedie, a circa il 55-63% di biossido di silicio, sono indicate come andesitiche.

Utilizzando due dimostrazioni di laboratorio, possiamo illustrare i processi di formazione di rocce ignee intrusive e formazione di cristalli a diverse temperature di raffreddamento.

La prima fase della dimostrazione di fusione parziale consiste nel selezionare un sostituto della lava appropriato. I liquidi colorati come i succhi di frutta possono funzionare bene per questo. Per iniziare l'esperimento, apri un contenitore di succo d'uva congelato acquistato in negozio.

Quindi, svuotare un quarto del contenitore in mani guantate. Spremere il succo congelato, assicurandosi di fornire una pressione costante e ferma. Si noti che il liquido che drena il succo congelato è di un colore viola intenso. Al contrario, il solido rimanente ha perso parte della sua colorazione e appare più pallido di prima.

La fusione del succo d'uva dimostra il concetto di fusione parziale, come si vede nel magma. Una fusione iniziale, che sarà liquida, è tipicamente di composizione diversa rispetto alla roccia madre che subisce la fusione.

La porzione pigmentata del succo d'uva si scioglie più velocemente, il che significa che gran parte del pigmento si imbatterà nel contenitore all'inizio dell'esperimento, lasciando meno colore alle spalle. Questo simula la fusione parziale ed evidenzia le differenze nella composizione del magma. Il primo liquido formatosi durante la fusione parziale di una roccia, simulato dalla porzione tinta del succo d'uva, è arricchito in componenti felsiche. Quando questo liquido viene rimosso dal sistema, come tipicamente accade, allora la roccia rimanente, rappresentata dal ghiaccio più chiaro, sarà di una composizione più mafica.

Il timolo, un composto organico naturale, viene utilizzato per simulare la cristallizzazione della roccia. Cospargere uno strato di cristalli di timolo in una capsula di Petri, abbastanza da coprire il fondo. Impostare la capsula di Petri su una piastra calda in un ambiente molto basso in un'area ben ventilata. Il calore basso è importante per evitare che i cristalli volitino. Una volta che i cristalli si sono sciolti, togliere la capsula di Petri dal fuoco. Impostare il piatto su un tavolo a temperatura ambiente e osservare il raffreddamento. Ripeti i passaggi di riscaldamento di cui sopra con una seconda capsula di Petri e cristalli di timolo, ma una volta sciolto, prendi il piatto e metti sopra un bagno di acqua ghiacciata per raffreddare.

L'esperimento del cristallo di timolo dimostra cosa succede alle dimensioni dei grani di roccia ignea a diverse velocità di raffreddamento. Il raffreddamento rapido genera cristalli più piccoli rispetto al raffreddamento lento e questa differenza è facilmente osservabile nei cristalli di timolo ri-formati. I cristalli misti formati in condizioni di raffreddamento più lente assomigliano a quelli visti nelle rocce ignee intrusive, che si formano durante un processo più lento di raffreddamento nel sottosuolo terrestre. Al contrario, i cristalli più piccoli formati sotto rapido raffreddamento assomigliano a rocce ignee estrusive, note anche come rocce afanitiche, che si formano dopo che il magma ha violato la superficie attraverso un'eruzione.

Identificare e comprendere le proprietà e la formazione della roccia ignea intrusiva ha vaste applicazioni per i geologi e le popolazioni umane nel loro complesso.

Le rocce ignee intrusive possono essere marcatori per alcuni tipi di deposito di minerali. Ad esempio, i corpi di magma intrusivo da felsici a intermedi sono spesso associati alla formazione di minerali di rame, molibdeno, oro o argento. Al contrario, le intrusioni mafiche possono essere associate a depositi di cromo, platino e nichel. La capacità di identificare potenziali depositi consente facilmente perforazioni o attività minerarie mirate e ha implicazioni in termini di costi e ambientali per l'industria.

Se i magmi violano la superficie, si verificano eruzioni vulcaniche. Le rocce ignee intrusive presenti in un'area fungono da marcatore per i geologi sul campo per verificare eventuali prove di rocce vulcaniche e determinare l'area come potenzialmente vulcanicamente attiva o precedentemente vulcanicamente attiva. Queste informazioni possono essere utilizzate per prevedere la probabilità che le aree siano ancora vulcanicamente attive o che abbiano il potenziale per diventarlo in futuro. Ciò è importante per la pianificazione o la gestione dell'uso del territorio o per la valutazione dei potenziali rischi per gli insediamenti o le strutture esistenti.

Le rocce ignee intrusive sono anche utili indicatori per decifrare la storia della Terra. Le rocce ignee sono relativamente facili da datare. Ciò può essere ottenuto misurando l'abbondanza relativa di isotopi radiogeni da genitore a figlio o "prodotto di decadimento". Qualitativamente, le rocce che hanno rapporti più elevati di abbondanza radiogena figlia e genitore sono più vecchie, perché c'è stato più tempo per gli isotopi dei genitori di decadere in isotopi figli. Il tipo di rocce ignee presenti in un'area può anche indicare regioni passate di fusione all'interno della crosta continentale, attività della zona di subduzione e zone di rift continentale o medio-oceanico. Ciò dà ai geologi la capacità di dedurre che tipo di impostazioni tettoniche erano presenti durante il periodo della formazione rocciosa.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE alle rocce ignee intrusive. Ora dovresti capire le differenze tra roccia ignea intrusiva ed estrusiva, come si formano le rocce intrusive e come simulare la fusione parziale e la formazione di rocce intrusive in un laboratorio.

Grazie per l'attenzione!