La crosta è lo strato roccioso più esterno della Terra. Di cosa è fatta la crosta? La risposta a questa domanda dipende se vogliamo sapere di quali elementi chimici, minerali o tipi di roccia è fatta. Può essere sorprendente, ma basta una dozzina di elementi chimici, minerali o tipi di roccia per descrivere circa il 99% della crosta. Questo articolo riguarda questi elementi veramente comuni e forse alcuni un po’ meno comuni ma degni di nota che costituiscono il terreno sotto i nostri piedi.
Rocce comuni nella crosta. Rocce ignee nella prima fila: granito, gabbro, basalto. Rocce metamorfiche della seconda fila: gneiss, scisto, anfibolite. Rocce sedimentarie nella terza fila: arenaria, scisto, calcare.
Queste cifre variano tra i diversi studi perché non abbiamo davvero modo di saperlo con certezza.
Questa è una stima della composizione chimica della crosta basata sulla nostra comprensione delle proporzioni relative dei diversi tipi di roccia nella crosta e della loro composizione media.
La nostra comprensione è sicuramente limitata perché la crosta continentale media è più di 40 km di spessore ma non abbiamo modo di campionarla direttamente. Le miniere più profonde raggiungono solo 4 km e il foro più profondo è di 12 km.
| Elemento | Percento di massa | Minerali comuni | Rocce comuni |
|---|---|---|---|
| Ossigeno | 46.6 | Silicati, ossidi, ecc. L’ossigeno è estremamente diffuso nella crosta e anche molto reattivo. Una parte volumetricamente insignificante di tutti i minerali non contiene ossigeno. | Quasi ogni tipo di roccia comune contiene ossigeno. Solo i corpi minerari di solfuro e i letti di evaporite sono quasi privi di ossigeno, ma sono volumetricamente relativamente insignificanti. |
| Silicio | 27.7 | Il silicio ha un proprio grande gruppo di minerali conosciuti come silicati. Più del 90% della crosta è composta da minerali silicati. Il silicio e l’ossigeno sono i due elementi chimici più comuni nella crosta che, guarda caso, amano molto la reciproca compagnia. L’ossido di silicio puro è conosciuto come quarzo minerale che costituisce il 12% della crosta. Non c’è un solo minerale comune non silicato che contenga silicio – il silicio si combina sempre con l’ossigeno. | I minerali silicati sono gli elementi costitutivi dei tipi di roccia più comuni (basalto, granito, scisto, gneiss, arenaria, ecc.) Le rocce carbonate (calcare, roccia dolomitica) e le evaporiti (roccia di gesso, salgemma) sono notevoli eccezioni. Non contengono silicio se sono pure. I minerali opachi (ossidi e solfuri) sono componenti minori frequenti della maggior parte dei tipi di roccia. Sono anche privi di silicio. |
| Alluminio | 8.1 | Molto diffuso nei minerali silicati (feldspato, minerali di argilla, mica). Gli idrossidi di alluminio (boehmite, diaspore, gibbsite) sono economicamente importanti come minerali di alluminio. | I feldspati sono minerali molto comuni nella crosta, più della metà (51%) della crosta è composta da questo gruppo di minerali. Anche la mica e i minerali di argilla sono comuni, entrambi comprendono circa il 5% della crosta. Quindi, anche l’alluminio è estremamente diffuso. Di solito, però, non è molto concentrato nei minerali di silicato. L’alluminio è stato estratto dalle rocce di silicato molto raramente. La bauxite, che è una laterite ricca di alluminio formatasi in zone umide e calde, contiene idrossidi di alluminio e viene estratta principalmente per l’alluminio. L’alluminio nella bauxite è un residuo dell’invecchiamento chimico delle rocce di silicato. |
| Ferro | 5.0 | Il ferro è un elemento diffuso nei minerali. Notevoli minerali silicatici ricchi di ferro sono pirosseni, anfiboli, olivina, mica nera biotite, granato, ecc. Il ferro è anche un elemento importante nelle rocce sedimentarie. È proprio come l’alluminio difficile da dissolvere e portare via con l’acqua. Il ferro è comune nel terreno lateritico e forma l’ematite, minerale di ossido di ferro color ruggine. L’ematite è responsabile della colorazione rossa di molti minerali e tipi di roccia. La magnetite di ossido di ferro è comune come minerale accessorio nelle rocce metamorfiche e ignee. La pirite solfuro di ferro è il minerale solfuro più comune. Il ferro si presenta anche nei carbonati (siderite, ankerite), minerali argillosi (glauconite, clorite). Il ferro è un elemento fortemente cromoforo, dà una colorazione scura ai minerali che lo ospitano. Questo è il motivo per cui la maggior parte dei pirosseni e degli anfiboli sono neri. | Il ferro è in realtà il singolo elemento chimico più abbondante in tutta la Terra, ma la maggior parte di esso è nel nucleo. Basalto, gabbro, anfibolite, greenschist, ecc. sono le rocce crostali più notevoli che contengono molto ferro. C’è un gran numero di tipi di roccia che contengono una quantità significativa di ferro, ma la maggior parte del ferro estratto proviene da rocce sedimentarie metamorfosate conosciute come BIF (formazione di ferro a bande). |
| Calcio | 3.6 | Il calcio è anche molto diffuso. È sempre presente nei feldspati plagioclasi (39% della crosta), ma la quantità di calcio varia. I pirosseni e gli anfiboli più importanti (augite e orneblenda) contengono calcio. Il calcio si trova in molti altri minerali silicati come granato, epidoto, wollastonite, titanite, ecc. Il calcio è un costituente della calcite che è un minerale molto importante soprattutto negli ambienti sedimentari. Anche l’apatite di fosfato di calcio è un minerale comune. Il gesso è un importante minerale evaporitico che è solfato di calcio chimicamente idratato. Il fluoruro di calcio è noto come minerale fluorite. | Si trova ugualmente bene nelle rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche. Un tipo di roccia contenente calcio particolarmente noto è il calcare. Il suo equivalente metamorfosato è il marmo. Il marmo è composto da calcite proprio come il calcare. La calcite è un minerale notevole. Esiste anche una roccia ignea composta da calcite pura. È conosciuta come carbonatite, ma è molto rara rispetto al calcare e al marmo. Il calcio tende a far parte di minerali come plagioclasi, pirosseni e anfiboli nelle rocce ignee. La principale roccia metamorfica contenente calcio è l’anfibolite (basalto metamorfosato, il calcio è ospitato da orneblenda e plagioclasio). La fosforite è un’altra importante roccia sedimentaria portatrice di calcio (il calcio è ospitato dal minerale fosfato apatite). Il calcio si presenta anche nelle evaporiti come minerale gesso. |
| Sodio | 2.8 | Il sodio è diffuso nei minerali silicati. È un costituente importante sia del feldspato alcalino che del plagioclasio. I pirosseni contenenti sodio sono relativamente rari. Il sodio è un po’ più diffuso negli anfiboli, ma non tanto quanto il calcio. Un noto minerale di silicato portatore di sodio è la tormalina. Il sodio è un componente importante dei feldspatoidi, ma sia i feldspatoidi che i minerali del gruppo della tormalina sono relativamente rari. Il principale minerale portatore di sodio in ambienti sedimentari è l’halite (NaCl). | Rocce ignee e metamorfiche che contengono feldspato. Gran parte del sodio dalle rocce ignee e metamorfiche esposte agli agenti atmosferici è dissolta in acqua di mare. Il salgemma è la più importante roccia sedimentaria contenente sodio. |
| Potassio | 2.6 | Il potassio e il sodio sono elementi chimici simili sia chimicamente che geologicamente. Il potassio è un importante costituente dei feldspati alcalini. La maggior parte dei feldspati alcalini contengono molto più potassio che sodio e sono quindi spesso chiamati feldspati K. Importanti minerali silicatici contenenti potassio sono le miche (5% della crosta). La biotite e la muscovite sono le miche più importanti ed entrambe contengono potassio. Il più importante minerale sedimentario portatore di potassio è la silvite (KCl). | I feldspati alcalini e le miche sono rocce comuni nelle rocce ignee e metamorfiche silicatiche (granito, gneiss, scisto, ecc.). Gran parte del potassio delle rocce ignee e metamorfiche esposte agli agenti atmosferici si dissolve nell’acqua di mare. La silvite non è un’evaporite comune come l’halite (salgemma) perché ci vuole un tasso di evaporazione molto più alto per precipitare la silvite. |
| Magnesio | 2.1 | Il magnesio è molto diffuso nel mantello sotto la crosta. Olivina e pirosseno sono i minerali più importanti che contengono magnesio e questi minerali sono anche costituenti di alcune rocce della crosta, specialmente rocce ignee di colore scuro. Anche gli anfiboli contengono magnesio, ma meno dei pirosseni. Lo ione magnesio è simile al ferro nelle dimensioni e può quindi facilmente sostituire il ferro nel reticolo dei minerali. Questo è il caso di olivina, pirosseni, anfiboli e persino delle miche (la flogopite è una varietà di biotite ricca di Mg). Importanti minerali ricchi di Mg nelle rocce metamorfiche sono il talco e il serpentino. Il magnesio nell’ambiente sedimentario si presenta principalmente nei carbonati dolomite e magnesite. Molto magnesio è dissolto in acqua di mare. Il magnesio è estratto dall’acqua di mare. | Le rocce ignee importanti che contengono Mg sono rocce ultramafiche (peridotite, pirossenite). Le rocce che contengono molti pirosseni come il basalto e il gabbro contengono anche Mg ma in misura minore. Le rocce metamorfiche ricche di Mg sono la serpentinite e lo scisto di talco. La più importante roccia sedimentaria contenente Mg è la roccia dolomitica che è un ex calcare convertito in dolomite dall’acqua meteorica ricca di Mg che filtra il calcare. |
| Altri | 1.5 | Altri elementi comuni nella crosta sono titanio, idrogeno, fosforo, manganese, fluoro, ecc. La loro presenza è un po’ più limitata, ma sono tutti elementi importanti nei minerali e nelle rocce. L’idrogeno è in realtà un costituente estremamente diffuso di una vasta gamma di minerali, ma è l’elemento chimico più leggero e quindi non forma una parte significativa della crosta in termini di massa. | |
I minerali più abbondanti nella crosta
Se questi minerali sono davvero così comuni, dovremmo averli tutti più che conosciuti. Sì, credo che lo siamo. Anche se non sappiamo come chiamarli, li abbiamo sicuramente visti. Per la maggior parte delle persone i silicati di cui sopra sono così scialbi e comuni che probabilmente non riusciamo a notarli o a prestarvi attenzione. Qui sotto c’è una selezione di foto che mostrano questi minerali nel loro ambiente naturale (affioramenti e campioni di mano). Sto intenzionalmente mostrando i minerali all’interno delle rocce perché è così che si presentano nella crosta. Bellissimi campioni con facce di cristallo perfette possono essere belli da vedere, ma sono rari nella crosta. Non valuto tali cristalli come materiale didattico. È estremamente improbabile trovarli da soli e quindi ci insegnano ben poco.
Il plagioclasio è il minerale più importante della crosta. È comune nelle rocce ignee mafiche come il campione diabase qui sopra. I fenocristalli bianchi allungati nella massa basaltica più fine sono cristalli di plagioclasio. I cristalli neri appartengono al pirosseno (minerale augite). Sia l’augite che il plagioclasio sono presenti anche nel groundmass a grana fine. I grandi cristalli si sono formati lentamente prima che il magma eruttasse e il resto si è solidificato rapidamente. Il plagioclasio è così comune perché le rocce basaltiche e i loro equivalenti metamorfici sono molto diffusi. La maggior parte della crosta oceanica è composta da rocce basaltiche. Il campione proviene da Tenerife, Isole Canarie. Larghezza del campione 14 cm.
Un altro campione di roccia basaltica ma questa volta con molta olivina. L’olivina (verde) è più densa della plagioclasio e del pirosseno (entrambi sono presenti nella massa di terra) e quindi affonda sul fondo delle colate laviche dove si formano i cumuli di olivina. Questo campione di basalto olivina proviene da Oahu, Hawaii. Larghezza del campione 6 cm. 
I minerali di argilla sono troppo piccoli per essere mostrati singolarmente. Anche con un microscopio ottico si vedrà solo fango o polvere a seconda che questi minerali siano bagnati o asciutti. I minerali di argilla sono silicati che sono i prodotti degli agenti atmosferici di altri minerali di silicato, soprattutto feldspati. La foto è stata scattata in una cava di argilla in Estonia.
La beotite è uno dei due principali minerali di mica. L’altro è la muscovite di colore chiaro. Il campione proviene da Evje, Norvegia. Larghezza del campione 11 cm.
I tipi di roccia più abbondanti nella crosta
Le rocce sono divise in tre grandi gruppi: ignee, metamorfiche e sedimentarie. La crosta oceanica è in gran parte composta da rocce ignee basaltiche che sono coperte da una sottile patina di sedimenti che sono più spessi vicino ai margini delle terre emerse continentali. La crosta continentale è molto più spessa e antica. La crosta continentale è anche molto più variabile e strutturalmente molto complessa. Praticamente tutti i tipi di roccia conosciuti dall’uomo si trovano nella crosta continentale. Anche i meteoriti, gli xenoliti del mantello e le ofioliti (frammenti di ex crosta oceanica) sono costituenti della crosta continentale perché è lì che li abbiamo trovati.
Circa tre quarti della crosta continentale è coperta da rocce sedimentarie e quasi tutta è coperta da sedimenti sciolti (suolo, sabbia, terra, ecc.). È molto probabile che incontriamo questi materiali, ma è importante capire che, nonostante siano così onnipresenti in superficie, costituiscono solo l’8% circa dell’intera massa della crosta. I sedimenti si consolidano in rocce sedimentarie dopo la sepoltura. La sabbia si trasforma in arenaria, il fango calcareo in calcare, l’argilla in argillite. Le rocce sedimentarie sono stabili solo nelle parti superiori della crosta. L’alta pressione e la temperatura nelle parti più profonde le metamorfizza (i minerali ricristallizzano) in varie rocce metamorfiche. La maggior parte della crosta continentale è fatta di rocce metamorfiche. Le rocce ignee sono anche comuni in superficie nelle regioni vulcanicamente attive, ma si trovano anche più in profondità nella crosta come intrusioni granitiche (per lo più).
I sedimenti importanti sono sabbia, argilla, fango (miscela umida di argilla e sabbia fine), e fango calcareo. Le rocce sedimentarie diffuse sono il calcare (2% della crosta in volume), l’arenaria (1,7%), l’argillite (4,2%) che sono versioni litificate dei sedimenti sciolti menzionati prima. Anche i sedimenti chimici come l’halite e il gesso sono importanti, ma il loro volume complessivo è chiaramente inferiore all’1% della crosta. Rocce ignee importanti sono granito, granodiorite, gabbro, basalto, diorite, andesite, ecc. È molto difficile dire quale sia la percentuale di queste rocce. Le rocce metamorfiche importanti sono equivalenti metamorfosati di rocce sedimentarie e ignee molto diffuse. Le rocce metamorfiche comuni sono l’ardesia (argilla metamorfosata), lo scisto (argilla metamorfica, di grado superiore all’ardesia), la quarzite (arenaria metamorfica), il marmo (calcare metrico), lo gneiss (roccia ignea metamorfica o sedimentaria), l’anfibolite (rocce basaltiche metriche).
Sedimenti e rocce sedimentarie
La maggior parte delle rocce carbonatiche erano un tempo fango carbonatico sul fondo del mare. Questo fango è fatto di minuscoli gusci carbonatici di foraminiferi, coccolitofori, gasteropodi, ecc. Questo campione è una sabbia corallina delle Bermuda che è composta da pezzi di barriere coralline e prove di forame. Larghezza della vista 32 mm.
L’arenaria è una sabbia litificata. Questo campione di sabbia è una sabbia di duna del deserto del Gobi, Mongolia. Larghezza della vista 10 mm.
Il calcare è solitamente composto da resti calcarei di forme viventi marine. A volte sono abbastanza grandi da essere visti a occhio nudo. Ecco un calcare fossilifero dell’Estonia (Ordoviciano) con fossili di trilobiti, brachiopodi, briozoi, ecc. Larghezza del campione 16 cm.
Il gesso è un minerale evaporitico. Le evaporiti sono sedimenti chimici solubili in acqua che cristallizzano dall’acqua marina concentrata (alta salinità) nelle lagune. Immagine scattata a Cipro.
L’arenaria è una sabbia litificata. Il colore rossastro è dovuto alla polvere fine di ematite (ossido di ferro) che copre i grani di quarzo che formano la maggior parte del sedimento. Un affioramento di arenaria devoniana in Estonia.
Il calcare è un fango calcareo litificato nella maggior parte dei casi. Un affioramento di calcare siluriano a Saaremaa, Estonia.
Il mudstone (nomi alternativi sono shale, claystone, e argillite) è un fango litificato. Un affioramento in Scozia. Martello per la scala. Le pietre di fango sono le rocce sedimentarie più comuni.
Le pietre di fango si formano nella maggior parte dei casi quando una valanga subacquea di acqua fangosa in rapido movimento si muove lungo il pendio continentale. Tale flusso di sedimenti è noto come corrente di torbidità. La sequenza di torbidità è tipicamente composta da molti strati alternati di siltite (arenaria molto fine) e fango. Il limo si deposita più velocemente dei minerali di argilla e quindi ogni corrente è composta da due strati distinti (ce ne possono essere anche di più). Ecco un’immagine di fango di colore scuro e di siltite chiara sotto di esso. Questi campioni provengono da una corrente di torbidità della Spagna. I campioni provengono da un unico affioramento, ma non erano uno accanto all’altro. La larghezza dei campioni è di circa 20 cm.
Un affioramento di turbidite in Marocco. Sequenze sedimentarie come questa erano precedentemente conosciute come flysch. Questo termine è oggi raramente usato perché la spiegazione di come si forma il flysch è chiaramente superata. Era parte integrante della teoria geosinclinale che tentava di spiegare il processo di costruzione delle montagne prima di capire che esiste una spiegazione molto migliore conosciuta come tettonica a placche.
Rocce ignee
Le rocce ignee sono classificate secondo il loro contenuto di silice. Le rocce che contengono molto silice sono di solito di colore chiaro. I minerali più importanti sono feldspati e quarzo. Queste rocce sono chiamate rocce felsiche (feldspato + silice). Le rocce felsiche comuni sono il granito e la riolite. Le rocce mafiche sono basse in silice ma relativamente alte in magnesio e ferro. Sono di colore scuro e sono chiamate rocce mafiche (magnesio + ferro). Tuttavia, non importa se sono felsiche o mafiche, queste rocce contengono sempre molto più silicio che magnesio o ferro. I minerali importanti nelle rocce mafiche sono pirosseno, plagioclasio e a volte anche olivina o anfibolo. Ci sono anche rocce di composizione intermedia (diorite e andesite).
Le rocce ignee sono ulteriormente classificate come rocce intrusive (plutoniche) ed estrusive (vulcaniche). Le rocce intrusive sono a grana grossa e quelle estrusive a grana fine. Granito, diorite e gabbro sono rocce intrusive. Riolite, andesite e basalto sono rocce vulcaniche. Le rocce felsiche sono molto più viscose e quindi relativamente raramente si staccano in superficie. Di solito si solidificano come rocce intrusive. Quindi, il granito è un tipo di roccia molto comune, mentre la riolite non è rara ma non è diffusa come il granito. È diverso con le rocce mafiche. Il magma basaltico è meno viscoso e scorre relativamente facilmente in superficie. Il basalto è un tipo di roccia molto comune, specialmente nella parte superiore della crosta oceanica. L’andesite è da qualche parte nel mezzo. È un tipo di roccia abbastanza comune associato al vulcanismo della zona di subduzione, ma non è così diffuso come il basalto.
A proposito, la composizione media della crosta continentale è quella dell’andesite. Quindi, crediamo che ci dia un indizio su come si è formata la crosta continentale. È il vulcanismo della zona di subduzione che crea lava di composizione intermedia che è meno densa delle rocce basaltiche della crosta oceanica e quindi non è in grado di immergersi nuovamente nel mantello. Quindi, la crosta continentale non viene riciclata dal nastro trasportatore della crosta oceanica e può solo crescere sempre di più col passare del tempo.
La riolite è un equivalente vulcanico del granito. Il campione dalla Scozia è largo 8 cm.
Il gabbro è una roccia intrusiva mafica. Il campione da Cipro (dall’ofiolite di Troodos che rappresenta l’ex crosta oceanica) è largo 7 cm.
Il basalto è un equivalente vulcanico del gabbro. Il campione dell’Irlanda del Nord è largo 8 cm.
L’andesite è una roccia vulcanica comune che ha una composizione intermedia tra le rocce mafiche e felsiche. Il minerale bianco è il plagioclasio. La larghezza del campione da Santorini è di 7 cm.
Rocce metamorfiche
Questo tipo di roccia era una volta arenaria, ma è stata sepolta così profondamente che i grani di quarzo si sono fusi insieme per formare una dura roccia metamorfica conosciuta come quarzite. Il campione viene dall’Irlanda.
Il marmo è un calcare metamorfosato. È composto da calcite. L’affioramento si trova in Carelia, Russia.
Lo scisto è una roccia metamorfica fortemente fogliata, molto probabilmente una pietra fangosa metamorfizzata. Foto scattata in Scozia.
Un campione manuale di scisto dalla Spagna. Larghezza del campione 9 cm.
Lo scisto di clorite è una roccia ignea mafica metamorfosata ricca di clorite, minerale silicato verde portatore di ferro che conferisce alla roccia una fenditura a scaglie. Larghezza del campione 13 cm.
Lo gneiss è una roccia metamorfica molto comune. Forse fino a un quinto della crosta è composto da rocce gneissiche. Carelia, Russia. Questo campione ha la composizione di un granito ordinario: K-feldspato rosa, quarzo grigio e biotite nera. Larghezza del campione 11 cm.