Come riconoscere le rocce e identificarle

Una delle cose più divertenti per lo scienziato dilettante è andare in giro a raccogliere campioni di rocce e riuscire a riconoscerle a occhio nudo in modo molto sommario, nonché a identificarle in modo preciso una volta portate in laboratorio. Per identificare una roccia, tre cose devono essere considerate: origine, composizione e struttura. Il primo passo per identificare una roccia è cercare di classificare la roccia in uno dei tre principali tipi o gruppi di rocce: ignei, sedimentari o metamorfici. Le uniche rocce che non rientrano in una di queste categorie sono i meteoriti. Vedremo poi i passi successivi.

Innanzitutto, qual è la differenza fra rocce e minerali? Un minerale è un solido inorganico presente in natura con una composizione chimica definita e una struttura cristallina formata da processi geologici. Una roccia, invece, è un aggregato di uno o più minerali e una roccia può contenere anche resti organici e mineraloidi. Alcune rocce sono prevalentemente composte da un solo minerale. Ad esempio, il calcare è una roccia sedimentaria composta quasi interamente dalla calcite minerale.

Altre rocce contengono molti minerali e i minerali specifici in una roccia possono variare ampiamente. Alcuni minerali, come quarzo, mica o feldspato, sono comuni, mentre altri sono stati trovati solo in una o due località in tutto il mondo. Una spiegazione più semplice sarebbe che una roccia può contenere minerali, mentre un minerale ha una struttura specifica unica e ha sempre la stessa composizione se è lo stesso minerale. Le rocce sono sempre minerali, ma non tutti i minerali sono rocce.

Figura che illustra la differenza fra minerali e rocce.

Esistono tre diversi tipi di rocce: ignee, sedimentarie e metamorfiche. La differenza tra ogni tipo sta nel modo in cui sono formate. Perciò, la prima cosa da fare per identificare una roccia è iniziare a stabilire a quale di questi tre tipi principali appartiene. Lo puoi fare anche con l’aiuto di campioni reali che puoi acquistare online (ad es. qui). Ecco una breve carrellata delle loro caratteristiche. Successivamente, vedremo come si può identificare più precisamente una roccia.

Le rocce ignee: caratteristiche distintive

Le rocce ignee hanno molte caratteristiche che le distinguono dagli altri tipi. Ad esempio, le rocce ignee di colore chiaro sono più acide e hanno oltre il 65% di silice. Le rocce di colore scuro sono più basiche e hanno una percentuale più alta di minerali ferro-magnesiani. Le rocce ignee sono suddivise in tre gruppi principali: acido, intermedio e basico. Le rocce acide hanno oltre il 65% di silice, le rocce intermedie hanno il 55-65% di silice e le rocce di base hanno il 45-55% di silice.

La roccia ignea si forma quando il magma (cioè la roccia fusa) si raffredda e si solidifica. Le rocce ignee estrusive sono quelle formate quando il magma raggiunge la superficie (a quel punto si chiama lava), raffreddandosi e solidificandosi rapidamente. Le rocce ignee intrusive, invece, si formano quando il magma si raffredda lentamente sotto la superficie della terra. Si formano grani di dimensioni diverse, a seconda delle condizioni della formazione rocciosa.

Alcuni esempi dei tre principali tipi di rocce. Puoi trovare un’ampia gamma di rocce per collezionarle o per allenarti al riconoscimento qui.

Le rocce intrusive sono generalmente più a grana grossa rispetto a quelle estrusive. I grani grossi sono più di 3/16 di pollice, pari a 2,5 mm; i grani medi, 1/64-3/16, cioè fra 0,4 e 2,5 mm; ed i grani fini, meno di 1/64 di pollice, pari a 0,04 mm. Granito, Riolite, Ossidiana, Diorite, Felsite, Basalto e Pomice sono tutti esempi di rocce ignee. Tutte queste caratteristiche sono fondamentali per identificare le rocce ignee.

Le rocce sedimentarie: caratteristiche distintive

La roccia sedimentaria si forma quando strati di sabbia e ciottoli sono abbastanza compressi da formare roccia. I fossili si trovano principalmente nelle rocce sedimentarie, in particolare il calcare, perché il calcare si forma in mari caldi e poco profondi dove organismi e conchiglie vengono fossilizzati sul fondo. Esistono tre diverse dimensioni del grano nella roccia sedimentaria: grossolana, che puoi vedere ad occhio nudo; media, che puoi vedere con un obiettivo manuale; e fine, che puoi vedere al microscopio.

Le rocce sedimentarie sono suddivise in tre diverse categorie: chimica, detritica e biogenica. Chimica si riferisce alle rocce contenenti minerali prodotti dalle precipitazioni chimiche. Detritica si riferisce alle rocce che contengono particelle di rocce preesistenti. Mentre le rocce biogeniche contengono frammenti di fossili e conchiglie. L’arenaria, lo scisto, il calcare e il conglomerato sono tutti esempi di rocce sedimentarie. Le rocce ignee e sedimentarie sono in gran parte prevalenti nel mondo.

Molti parchi nazionali degli Stati Uniti sono ricchissimi di rocce sedimentarie erose dal vento.

Le rocce metamorfiche: caratteristiche distintive

Le rocce metamorfiche si formano quando le rocce sono soggette al calore e alla pressione, ma non fino al punto da sciogliersi. A seconda che iuna roccia si sia formata solo sotto il calore oppure sotto il calore e la pressione, l’orientamento dei cristalli sarà diverso. Le rocce metamorfiche a contatto si formano con il solo calore ed i cristalli sono disposti in modo casuale.

Le rocce metamorfiche regionali si formano sia sotto il calore che sotto la pressione e hanno cristalli allineati. Maggiore è la pressione e la temperatura a cui sono esposte queste rocce, maggiori sono i grani. La formazione di rocce metamorfiche di grado medio-alto si verifica a una temperatura minima di 480 gradi F e una temperatura massima di 1.472 gradi F, ma anche a temperature molto più basse. Alcuni esempi di rocce metamorfiche sono ardesia, marmo e granulite.

Crescente grado di metamorfismo nei diversi tipi di rocce metamorfiche.

Proprietà utili per identificare le rocce

Le seguenti proprietà sono molto utili ai fini dell’identificazione di una roccia:

  • Durezza
  • Sfaldatura
  • Lustro
  • Colore
  • Striato di polvere di roccia
  • Struttura

La scala Mohs di durezza minerale caratterizza la resistenza ai graffi di vari minerali attraverso la capacità di un materiale più duro di graffiare un materiale più morbido. È stata creata nel 1812 dal mineralogista tedesco Friedrich Mohs ed è una delle numerose definizioni di durezza nella scienza dei materiali.

Mohs ha basato la scala su dieci minerali che sono tutti facilmente disponibili. Essendo la sostanza naturale più dura conosciuta, il diamante è in cima alla scala. La durezza di un materiale viene misurata rispetto alla scala trovando il materiale più duro che il materiale dato può graffiare e/o il materiale più morbido che può graffiare il materiale dato. Ad esempio, se parte del materiale viene graffiato dall’apatite ma non dalla fluorite, la sua durezza sulla scala di Mohs è 4.5.

La scala di durezza di Mohs.

La scala di Mohs è una scala puramente ordinale. Ad esempio, il corindone (9) è due volte più duro del topazio (8), ma il diamante (10) è quasi quattro volte più duro del corindone. Sulla scala di Mohs, l’unghia ha una durezza 2,5; un penny di rame, circa 3,5; una lama di coltello, 5,5; un vetro di finestra, 6.5; una lima in acciaio, 6.5. L’uso di questi materiali ordinari di durezza nota può essere un modo semplice per approssimare la posizione di un minerale sulla scala.

La sfaldatura ed i piani cristallografici caratteristici

La sfaldatura, in mineralogia, è la tendenza dei materiali cristallini a dividersi lungo piani strutturali cristallografici definiti. Questi piani di relativa debolezza sono il risultato delle posizioni regolari di atomi e ioni nel cristallo, che creano superfici lisce che si ripetono, le quali sono visibili sia al microscopio che a occhio nudo. Dunque, è una proprietà utile a identificare rocce e minerali.

Fluorite verde con evidente sfaldatura (a sinistra) e biotite con sfaldatura basale (a destra).

Anche la sfaldatura è una proprietà fisica tradizionale utilizzata nell’identificazione dei minerali, sia nei campioni manuali sia nell’esame microscopico di studi su rocce e minerali. Ad esempio, gli angoli tra i piani di sfaldatura prismatici per i pirosseni (88-92 °) e gli anfiboli (56-124 °) sono diagnostici. Ecco le varie forme di sfaldatura parallele ai piani cristallografici:

  • La sfaldatura basale o pinacoidale avviene parallelamente alla base di un cristallo. Questo orientamento è dato dal piano {001} nel reticolo cristallino, ed è lo stesso del piano {0001} negli indici Bravais-Miller, che sono spesso usati per cristalli romboedrici ed esagonali. La sfaldatura basale è mostrata dal gruppo di mica e dalla grafite.
  • La sfaldatura cubica si verifica sui piani {001}, parallela alle facce di un cubo per un cristallo con simmetria cubica. Questa è la fonte della forma cubica vista nei cristalli di sale da tavola macinato, l’alogenite minerale. Anche la galena minerale presenta una sfaldatura cubica perfetta.
  • La sfaldatura ottaedrica si verifica sui piani di cristallo {111}, formando forme di ottaedro per un cristallo con simmetria cubica. Diamante e fluorite presentano una sfaldatura ottaedrica perfetta. La sfaldatura ottaedrica la troviamo nei semiconduttori comuni. Per i cristalli a simmetria inferiore, ci sarà un numero inferiore di {111} piani.
  • La sfaldatura dodecaedrica si verifica sui piani di cristallo {110} formando dodecaedri per un cristallo con simmetria cubica. Per i cristalli a simmetria inferiore, ci sarà un numero inferiore di {110} piani.
  • La sfaldatura romboedrica si verifica parallelamente alle facce di {1011} di un romboedro. La calcite e altri minerali carbonatici presentano una perfetta sfaldatura romboedrica.
  • La sfaldatura prismatica è una sfaldatura parallela a un prisma verticale {110}. Cerussite, tremolite e spodumene presentano sfaldature prismatiche.

La separazione dei cristalli si verifica quando i minerali si rompono lungo i piani di debolezza strutturale a causa di stress esterni o lungo i piani di composizione gemelli. Le interruzioni di separazione sono molto simili nell’aspetto alla sfaldatura, ma si verificano solo a causa dello stress. Esempi includono la magnetite che mostra la divisione ottaedrica, la divisione romboedrica del corindone e la divisione basale nei pirosseni. A questo punto, dovete procurarvi un kit per l’identificazione delle rocce.

Un kit minimale per l’identificazione dei minerali utile anche per le rocce.

Attrezzatura e procedura minima per identificare le rocce

Avrai bisogno di alcuni strumenti per misurare vari aspetti delle rocce. Non sono tutti necessari, ma più sono disponibili per te, più avrai successo nell’identificazione dei campioni.

  • Gravimetro specifico
  • Piastra da striscio per determinare il colore dello “striscio”
  • Lente d’ingrandimento
  • Kit di durezza
  • Unghia
  • Penny di rame
  • Lama di coltello
  • Vetro di finestra
  • Lima d’acciaio
  • Magnete

Identifica il possibile tipo di roccia. Le rocce ignee come il granito o la lava sono dure, ghiacciate si sciolgono con poca consistenza o stratificazione. Rocce come queste contengono principalmente minerali neri, bianchi e/o grigi. Le rocce sedimentarie come calcare o scisto sono sedimenti induriti con strati sabbiosi o argillosi (strati). Di solito sono di colore da marrone a grigio e possono avere fossili e segni di acqua o vento. Le rocce metamorfiche come il marmo sono dure, con strati diritti o curvi (foliazione) di minerali chiari e scuri. Sono disponibili in vari colori e spesso contengono mica luccicante.

Una tavola per il riconoscimento delle rocce valutandole visivamente e per la durezza.

Successivamente, controlla le dimensioni e la durezza del grano della roccia. I granuli grossolani sono visibili ad occhio nudo e i minerali possono di solito essere identificati senza usare una lente d’ingrandimento. I grani fini sono più piccoli e di solito non possono essere identificati senza usare una lente d’ingrandimento ( puoi trovare una lente d’ingrandimento utile alla scopo ad es. qui). Una volta determinato il tipo di roccia che hai, osserva attentamente il colore e la composizione. Questo ti aiuterà a identificarla.

Il “test dello striscio” è un modo per determinare il colore di un minerale in polvere. Un campione del minerale viene posizionato contro un pezzo di lastra di porcellana non smaltata (nota come “lastra da striscio”) e raschiata sulla superficie della lastra. Se rimane un residuo in polvere, il colore di quella polvere è noto come “colore di striscio” del minerale. L’osservatore deve determinare se il segno lasciato sulla piastra da striscio è una vera “polvere” o se è composto da granuli o frammenti rotti.

Le piastre da striscio per il “test dello striscio”.

Per testare la durezza di un campione, prendilo e prova a grattarlo con la prima roccia nel tuo kit di durezza, il Talco. Se è graffiata, allora il campione è di durezza 1. Altrimenti prova a grattare il Talco con la tua roccia. Se la roccia graffia il Talco, allora è più dura del Talco. Ora dovresti ripetere questo processo con il prossimo sasso nel tuo kit di durezza, il Gesso. Continua fino a trovare una roccia che graffia il campione che stai testando. La durezza della roccia che graffia il tuo campione è la durezza del tuo campione.

Alcuni minerali come la magnetite e la pirrotite rispondono a un magnete portatile. Questi piccoli magneti sono utili per determinare le proprietà magnetiche di base dei campioni minerali. Queste possono essere informazioni importanti da considerare quando si identifica un minerale. Ovviamente, se la roccia contiene minerali magnetici, mostrerà anch’essa delle proprietà magnetiche. Se una piccola roccia è stata trovata isolata sul terreno, potrebbe essere anche un resto di meteorite.