Ambiente magmatico
L'ambiente magmatico è rappresentato dalla solidificazione di un magma fuso. Questo contiene pochi elementi volatili, ma una grande quantità di acqua. Il raffreddamento porta a una cristallizzazione dapprima dei materiali più alto fondenti e poi dei materiali più basso fondenti, condizionata anche dalla pressione.
Il processo magmatico produce minerali solitamente cristallizzati in fasi diverse, che partono dalla ortomagmatica, pegmatitica, pneumatolitica, fino alla idrotermale.
Nella fase ortomagmatica, con temperatura compresa tra quella del fuso e 750 °C, si ha la cristallizzazione del magma, fuso di silicati ad alta temperatura, in equilibrio con il proprio vapore. I primi cristalli a formarsi sono quelli di minerali accessori, come lo zircone, l'apatite, la titanite; seguono i minerali femici: pirosseni, anfiboli, biotite; in seguito cristallizzano i plagioclasi, poi l'ortoclasio e infine il quarzo. Le sostanze volatili come fluoro, boro, cloro e vapore acqueo, che partecipano poco alla cristallizzazione, si concentrano nel residuo magmatico.
Nella fase pegmatitica, tra 750 °C e 450 °C, cristallizza il residuo magmatico, di solito in spaccature o cavità, a temperatura più bassa ma a pressione più alta di quella ortomagmatica. Nelle pegmatiti abbondano minerali rari, in cristalli anche enormi, la cui crescita è facilitata dalla fluidità dell'ambiente ricco di gas: silicati (topazio, berillo, tormalina, miche, spodumene, ecc.) fosfati (apatite, monazite), ossidi (cassiterite, columbite, corindone, uraninite, arsenopirite).
Terminata la cristallizzazione del magma, restano ancora sostanze volatili che non hanno partecipato alla mineralizzazione pegmatitica. Questi gas tendono a salire verso l'alto, utilizzando fratture di contrazione della massa eruttiva già consolidata o quella delle rocce incassanti, e qui si depositano i minerali in seguito ad un abbassamento di temperatura.
Nella fase pneumatolitica, tra 450 °C e 372 °C, terminata la cristallizzazione del magma, le sostanze volatili rimaste, favorite dal vapore acqueo, reagiscono con le rocce di contatto, dando origine ad altre specie minerali: giacimenti di contatto. Tra questi vi sono la molibdenite, cassiterite, scheelite, vesuviana, fassaite, grossularia, spessartina.
Quando la temperatura scende al di sotto dei 372°C, vengono ripristinate le sue fasi gassosa e liquida e si hanno le soluzioni idrotermali. La fase liquida, ormai quasi priva dei componenti silicati, è costituita da una soluzione acquosa a bassa temperatura molto diluita. Nei filoni idrotermali, formatisi in spaccature per precipitazione da questa soluzione, si possono trovare: silicati (adularia, quarzo, epidoto), solfati (barite), carbonati (calcite, rodocrosite), ossidi (ematite, ilmenite, uraninite, rutilo), aloidi (fluorite) e moltissimi solfuri (galena, blenda, cinabro, antimonite, pirite).
Quando il magma arriva in vicinanza della superficie, perde rapidamente i gas in esso disciolti per lo squilibrio tra la pressione interna e quella esterna e forma le fumarole. Nei crostoni fumarolici, formatisi per sublimazione di esalazioni vulcaniche si hanno: silicati (zeoliti), solfati (alunite), ossidi (ematite), solfuri (pirite, cinabro, realgar, covellina, antimonite) e anche elementi nativi (zolfo).
La velocità di raffreddamento del magma determina le dimensioni dei cristalli che sono più grandi quanto più è lenta la variazione di temperatura. Le rocce nate da una solidificazione molto lenta del magma portano alla luce splendidi e giganteschi campioni di quarzo, berilli, topazi, miche, tormaline, ecc.
Nelle rocce magmatiche sono spesso rinvenibili geodi di svariate dimensioni, tappezzate da minerali in cristalli ben formati, che rappresentano il risultato di un lento accrescimento all'interno di cavità dovute alla presenza di bolle di gas mai fuoriusciti dal magma troppo viscoso.
Dall'alto in basso: brasilianite da Conselehiro (Minas - Brasile); topazio e acquamarina da Nagar Walley (Pakistan). Foto P. Rodighiero
Ambiente sedimentario
Gli agenti esogeni trasformano nel tempo le rocce. I minerali in esse inglobati sono disciolti e trasportati lontano dal luogo d'origine, dove di nuovo si depositano per evaporazione delle acque, originando giacimenti sedimentari.
L'ambiente sedimentario è generalmente costituito da bacini, dove materiali di varia origine si depositano e si cementano per stratificazioni successive. Possono avere composizione calcarea, silicea, fosfatica, carboniosa e bituminosa.
I minerali presenti nelle rocce sedimentarie derivano in gran parte da rideposizione di sostanze che, per azioni diverse, sono state portate in soluzione o trasportate meccanicamente e poi rideposte. Solo in piccola parte derivano dalla trasformazione chimica delle rocce per alterazione in posto, oppure per precipitazione diretta da soluzioni.
Tra i minerali secondari sono importanti soprattutto quelli associati al cappellaccio dei giacimenti minerari, cioè la zona superficiale dei giacimenti. L'azione dell'ossigeno o, nel caso di presenza di giacimenti a solfuri, dell'acido solforico, può produrre nuove mineralizzazioni.
Il cappellaccio è costituito da due orizzonti: uno superficiale, ossidato, e uno più profondo, ridotto. Si trovano nella zona di ossidazione silicati (crisocolla, emimorfite), solfati (anglesite), fosfati, (carnotite, vanadinite, piromorfite), carbonati (malachite, azzurrite, cerussite, smithsonite), qualche ossido (cuprite). Nella zona profonda abbiamo elementi nativi (oro, argento, rame), la calcosina e la covellina.
Cerussite della miniera di Montevecchio (CA). Foto P. Rodighiero
Tra i prodotti dell'evaporazione di acque del bacino, soprattutto di quelle marine, dove le alterazioni sono pressoché nulle, si hanno: solfati (gesso, celestina), carbonati (calcite, dolomite, aragonite), borati (borace), nitrati (trona) e soprattutto aloidi (salgemma, carnallite). Perché si formino questi depositi è necessaria un'alta concentrazione salina e una temperatura sufficientemente elevata. Questi minerali sono in tale quantità da formare vere e proprie rocce, chiamate evaporiti.
Celestina su zolfo della miniera Floristella (EN). Foto P. Rodighiero
Molto importante è il deposito chimico di minerali, come si verifica, ad esempio in cavità dove il continuo stillicidio di acqua ricca di bicarbonato di calcio forma minerali carbonatici (aragonite). A volte, le acque dilavano le rocce lasciando dei residui insolubili in cui si formano minerali spesso ricchi di alluminio (argille, bauxite, limonite, calcedonio).
Diffusi e importanti sono anche i minerali prodotti dall'attività sia di organismi animali, sia di organismi vegetali (zolfo, aragonite, apatite, limonite oolitica).
Aragonite della miniera S. Giovanni (CA). Foto P. Rodighiero
Frammenti demoliti e trascinati in depressioni si accumulano e formano le rocce clastiche Talora possono essere anche di notevole interesse per la rarità o preziosità dei minerali che vi si trovano: oro e diamanti.
Ambiente metamorfico
La crosta è in continuo movimento e le rocce sono soggette a trazioni, compressioni, sprofondamenti che modificano la temperatura e la pressione. L'evento metamorfico è rappresentato dalla trasformazione di rocce già esistenti ad opera di innalzamenti di temperatura e di pressione senza passare attraverso una fusione del materiale interessato.
I minerali si formano per trasformazione, allo stato solido, a temperatura e pressione diverse da quelle originarie, preesistenti in rocce sedimentarie, magmatiche e anche metamorfiche.
Pochi minerali sono realmente tipici. Tra essi sono soprattutto silicati (serpentini, cloriti, granati, miche, cianite, andalusite, sillimanite, anfiboli, staurolite, vesuviana, scapolite), carbonati (magnesite), ossidi (rutilo, corindone, ilmenite, spinello), idrossidi (brucite), solfuri (pirite, pirrotina) e, come elemento, la grafite.
I principali tipi di metamorfismo sono:
- di contatto. Si verifica quando un magma fuso, salendo incontra una roccia preesistente e la altera per il forte innalzamento di temperatura cui essa è soggetta. Le trasformazioni nelle rocce incassanti producono minerali quali: vesuvianite, alcuni granati, gli spinelli, ecc.
- regionale o dinamico. Le trasformazioni hanno luogo a causa di fortissime pressioni esercitate da masse rocciose su altre. I minerali più importanti sono: staurolite, zoisite, ecc.
Si considerano tre tipi di ambiente caratterizzati dalla profondità: epizona (5-7 km), mesozona (7-12 km), catazona (12-20 km). Al di sotto c'è la zona magmatica.
Nell'epizona ci sono forti pressioni orientate e temperature relativamente basse. I minerali contengono nella loro molecola acqua o ossidrili e spesso sono lamellari (fillosilicati) o fibrosi (inosilicati).
Nella mesozona la temperatura è più alta che nell'epizona e la pressione è ancora orientata. Tra i minerali più caratteristici abbiamo la muscovite, la cianite, il granato, l'orneblenda e la staurolite.
Nella catazona la temperatura è assai elevata (600°C) e la pressione è di tipo idrostatico e quindi uguale in ogni punto della massa. I minerali che si formano sono generalmente anidri e spesso simili a quelli che si formano per via magmatica. Caratteristici di questa zona sono la sillimanite, la cordierite, la grafite e inoltre granato almandino, ortoclasio, plagioclasio basico, pirosseni, olivina.
Un tipo particolare di genesi metamorfica è quello della iniezione. Si tratta di soluzioni, mobilizzate per l'alta temperatura, che contengono ioni strappati dai reticoli dei minerali delle rocce. Queste soluzioni reagiscono con le rocce attraversate mediante un'azione metasomatica, ossia di doppio scambio. Si formano così ortoclasio, albite, muscovite, tormalina, quarzo.
Nelle rocce metamorfiche spesso si possono trovare mineralizzazioni in fessure o litoclasi. Dentro queste cavità si depositano, anche a temperature piuttosto basse per opera di soluzioni circolanti, minerali di splendida bellezza e rarità.
Talco. Foto P. Rodighiero