Petrografia

- Introduzione alla petrografia e ai processi petrogenetici
Definizione di roccia. Differenze e relazioni tra petrografia e petrologia. Rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche e principali processi petrogenetici. Ciclo litogenetico e scambi di materia ed energia tra litosfera, idrosfera, atmosfera e biosfera. Distribuzione delle principali tipologie di rocce nel territorio italiano. Studio delle rocce alla scala microscopica, macroscopica, mesoscopica e planetaria. Principali metodi di indagine petrografica e petrologica: osservazione del campione, microscopio petrografico, microscopia elettronica, fluorescenza a raggi X e microsonda elettronica. Rocce e minerali come risorse naturali e sostenibilità del loro utilizzo.
- Composizione e struttura della Terra
Origine degli elementi e formazione del Sistema Solare. Accrezione e differenziazione della Terra; meteoriti e condriti come fonte di informazioni sulla composizione terrestre. Scala dei tempi geologici. Metodi di studio dell’interno della Terra: record geologico superficiale, xenoliti, meteoriti, petrologia sperimentale e indagini geofisiche. Onde sismiche P e S e principali discontinuità. Suddivisione della Terra in crosta, mantello, nucleo esterno e nucleo interno. Crosta oceanica e continentale: struttura, composizione e principali litologie. Composizione mineralogica del mantello superiore e sue variazioni con la profondità; zona di transizione e mantello inferiore. Composizione e stato fisico del nucleo.
- Dinamica della Terra
Gradiente di pressione litostatica, gradiente geotermico e flusso di calore. Origine del calore interno della Terra e trasferimento per conduzione e convezione. Litosfera e astenosfera. Deriva dei continenti e tettonica delle placche. Margini divergenti, convergenti e trasformi; formazione e distruzione della litosfera, subduzione, collisione e orogenesi. Relazioni tra dinamica terrestre, distribuzione dei terremoti, magmatismo e formazione delle rocce.
- Natura e proprietà del magma
Definizione di magma e distinzione tra magma e lava. Magmi di origine mantellica e crostale. Natura multifase del magma: fuso silicatico, cristalli e fase volatile. Elementi maggiori e in traccia; espressione della composizione in ossidi. Principali specie volatili. Classificazione composizionale dei magmi in ultrabasici, basici, intermedi e acidi. Struttura dei fusi silicatici, polimerizzazione e ruolo degli elementi polimerizzanti e depolimerizzanti. Temperatura, densità, viscosità e relazioni con composizione, cristalli, bolle e volatili. Solidus e liquidus.
- Giacitura, struttura e classificazione delle rocce ignee
Rocce intrusive, ipoabissali, laviche e piroclastiche. Principali corpi intrusivi: batoliti, stock, laccoliti, dicchi, sciami di dicchi, sill e neck. Principali tipi di edifici vulcanici e relazioni tra composizione del magma e morfologia. Struttura e tessitura delle rocce ignee: dimensioni assolute e relative dei cristalli, grado di cristallinità, forma dei minerali e loro disposizione spaziale. Strutture faneritiche e afanitiche, equigranulari e inequigranulari, porfiriche, olocristalline, ipocristalline, ipoialine e vetrose. Cristalli euedrali, subedrali e anedrali; strutture panidiomorfe, ipidiomorfe e allotriomorfe. Minerali sialici e femici e indice di colore. Classificazione mineralogica modale e normativa. Classificazione QAPF delle rocce intrusive ed effusive e classificazione chimica TAS delle rocce vulcaniche. Saturazione in silice e principali famiglie di rocce ignee.
- Genesi, risalita ed evoluzione dei magmi
Fusione parziale nel mantello e nella crosta. Composizione mineralogica e campi di stabilità delle peridotiti del mantello superiore. Meccanismi di fusione del mantello: decompressione adiabatica e aggiunta di componenti volatili. Relazioni tra genesi dei magmi e contesti geodinamici. Segregazione del fuso dalla roccia sorgente, risalita per contrasto di densità e accumulo in serbatoi magmatici. Magmi primari ed evoluti. Evoluzione e differenziazione magmatica mediante cristallizzazione frazionata, assimilazione di rocce incassanti e mescolamento tra magmi.
- Fusione delle rocce e cristallizzazione dei magmi
Sistemi magmatici e concetti di sistema, componente, fase e grado di libertà. Regola delle fasi. Sistemi a uno e a due componenti. Relazioni tra fasi solide e liquide, curve di solidus e liquidus e uso della regola della leva. Fusione e cristallizzazione all’equilibrio e frazionate. Diagrammi con eutettico e peritettico e sistemi a soluzione solida. Sistemi mineralogici esemplificativi: diopside-anortite, forsterite-quarzo, plagioclasi, olivine e feldspati alcalini. Interpretazione delle sequenze di cristallizzazione, delle microstrutture e dell’evoluzione composizionale dei liquidi magmatici. Relazioni tra fusione parziale, cristallizzazione frazionata e formazione delle serie magmatiche.
- Vulcanismo e prodotti dell’attività eruttiva
Distribuzione del vulcanismo nei diversi contesti geodinamici. Vulcani monogenetici, poligenetici e complessi vulcanici; vulcani a scudo e stratovulcani. Eruzioni effusive ed esplosive e principali stili eruttivi. Dimensione delle eruzioni: intensità, magnitudo e indice di esplosività vulcanica (VEI). Prodotti lavici e piroclastici. Piroclasti juvenili e litici; bombe, blocchi, lapilli, ceneri, scorie, pomici, spatter e lapilli accrezionari. Colonne eruttive, ricaduta e correnti di densità piroclastica. Consolidamento e classificazione delle rocce piroclastiche. Cenni sulla pericolosità vulcanica, con particolare riferimento al territorio italiano.
- Formazione e classificazione delle rocce sedimentarie
Alterazione fisica e chimica delle rocce, erosione, trasporto e deposizione dei sedimenti. Litificazione e principali processi diagenetici. Componenti delle rocce sedimentarie: granuli, matrice e cemento. Tessitura, granulometria, forma, arrotondamento, selezione, impacchettamento e fabric. Maturità tessiturale e composizionale. Classificazione granulometrica delle rocce terrigene silicoclastiche: ruditi, areniti e lutiti. Orto- e paraconglomerati; conglomerati e brecce. Composizione e classificazione delle arenarie terrigene: quarzoareniti, arkose, litoareniti e grovacche. Rocce carbonatiche: componenti allochimici e ortochimici, tessiture granulari e biocostruite e classificazioni di Folk e Dunham. Calcari e dolomie; dolomitizzazione precoce e tardiva. Rocce evaporitiche e successione dei principali minerali evaporitici. Rocce silicee di origine biogenica, chimica e diagenetica; selci, radiolariti, spongoliti e diatomiti. Cenni alle altre principali famiglie di rocce sedimentarie.
- Processo metamorfico e rocce metamorfiche
Definizione e limiti del metamorfismo. Rocce ortometamorfiche, parametamorfiche e polimetamorfiche. Principali fattori del metamorfismo: temperatura, pressione litostatica, stress orientato e fluidi. Ricristallizzazione, reazioni metamorfiche e minerali indice. Grado metamorfico e facies metamorfiche. Metamorfismo dinamotermico o orogenico, termico o di contatto, di seppellimento, di fondo oceanico, idrotermale, di faglia e di impatto. Relazioni tra tipi di metamorfismo e contesti geodinamici. Strutture e tessiture metamorfiche isotrope e anisotrope; foliazione, lineazione, clivaggio, scistosità e tessitura gneissica; strutture granoblastiche. Principali rocce metamorfiche e sequenze legate al grado metamorfico: ardesie, filladi, scisti, gneiss, cornubianiti, granofels, marmi e altre rocce derivate da protoliti pelitici, basaltici e carbonatici.

- Esercitazioni
L’insegnamento comprende cinque esercitazioni strettamente integrate con i corrispondenti moduli teorici:
• lettura e interpretazione di semplici diagrammi di fase, svolta in aula;
• riconoscimento e descrizione macroscopica e microscopica delle principali rocce ignee intrusive;
• riconoscimento e descrizione macroscopica e microscopica delle principali rocce vulcaniche;
• riconoscimento e descrizione macroscopica e microscopica delle principali rocce sedimentarie;
• riconoscimento e descrizione macroscopica e microscopica delle principali rocce metamorfiche.
Nelle esercitazioni petrografiche sono esaminati campioni macroscopici e sezioni sottili mediante microscopio petrografico, con particolare attenzione a composizione mineralogica, struttura, tessitura, classificazione e significato petrogenetico.

È richiesta una conoscenza di base dei principali processi geologici e dei fondamenti di mineralogia, con particolare riferimento alla composizione, alla struttura e alle proprietà dei minerali più comuni nelle rocce.

MINERALOGIA E PETROGRAFIA – C. Klein, A.R. Philpotts (Zanichelli)
Materiale didattico (testi, grafici ed esercizi) distribuito dal docente

L’insegnamento comprende 6 CFU, corrispondenti a 40 ore di lezioni frontali e 10 ore di esercitazioni.
Le lezioni teoriche seguono una progressione che parte dalla definizione e dai metodi della petrografia, dalla composizione, struttura e dinamica della Terra, per affrontare successivamente i processi magmatici e vulcanici, i processi sedimentari e il metamorfismo. La trattazione mette sistematicamente in relazione i processi petrogenetici con composizione mineralogica, struttura, tessitura, classificazione e significato geologico delle rocce.
Le cinque esercitazioni sono distribuite nel corso dell’insegnamento in corrispondenza del completamento dei relativi moduli teorici. Un’esercitazione in aula è dedicata alla lettura e all’interpretazione dei diagrammi di fase. Le altre quattro esercitazioni riguardano rispettivamente rocce ignee intrusive, rocce vulcaniche, rocce sedimentarie e rocce metamorfiche e prevedono l’osservazione diretta di campioni macroscopici e di sezioni sottili mediante microscopio petrografico.
Le esercitazioni guidano progressivamente lo studente nell’identificazione dei principali minerali e nella descrizione di struttura e tessitura, fino alla classificazione della roccia e alla formulazione di una semplice interpretazione petrogenetica. La disponibilità di 20 postazioni nel laboratorio di ottica mineralogica e petrografica può rendere necessaria l’organizzazione di più turni, con replica delle attività affinché tutti gli studenti possano partecipare.

La frequenza delle lezioni frontali e delle esercitazioni pratiche di laboratorio è disciplinata secondo quanto previsto dal Regolamento didattico del Corso di Studio, cui si rimanda per le percentuali minime di frequenza richieste e per le eventuali disposizioni specifiche previste per particolari categorie di studenti.

L’esame consiste in una prova scritta della durata di 90 minuti, finalizzata a verificare le conoscenze acquisite e la capacità di applicarle alla descrizione, classificazione e interpretazione delle rocce e dei principali processi petrogenetici.
La prova comprende cinque domande aperte, valutate da 1 a 4 punti ciascuna per un massimo complessivo di 20 punti, e dieci domande a risposta chiusa, valutate 1 punto ciascuna, per un massimo complessivo di 10 punti. Le domande riguardano le diverse parti del programma, con particolare riferimento ai processi magmatici, sedimentari e metamorfici, e possono richiedere l’interpretazione di semplici schemi, diagrammi o caratteristiche composizionali e tessiturali delle rocce.
Le domande aperte verificano la correttezza e completezza delle conoscenze, la capacità di stabilire collegamenti tra processi e prodotti, l’applicazione dei criteri classificativi e interpretativi, la coerenza dell’argomentazione e l’appropriatezza del linguaggio scientifico. Le domande chiuse verificano la conoscenza dei concetti fondamentali e la capacità di distinguere correttamente definizioni, processi, materiali e criteri di classificazione.
Nel loro insieme, le domande verificano le competenze riconducibili ai cinque Descrittori di Dublino: conoscenza e comprensione dei processi petrogenetici; applicazione delle conoscenze alla classificazione e interpretazione delle rocce; autonomia di giudizio nella selezione delle evidenze utili; abilità comunicative nella formulazione delle risposte aperte; capacità di trasferire i criteri acquisiti a semplici problemi e casi non presentati in forma identica durante il corso.
L’esame è superato con una valutazione minima di 18/30. Il voto è ottenuto sommando i punteggi conseguiti nelle domande aperte e in quelle chiuse. La lode può essere attribuita agli elaborati che raggiungano la valutazione di 30/30 e nei quali le risposte aperte dimostrino padronanza completa dei contenuti, capacità di collegamento e interpretazione autonoma e particolare chiarezza e rigore nell’esposizione.