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LA MINERALOGIA
La mineralogia è la scienza che studia i minerali, le loro
caratteristiche morfologiche, proprietà fisiche, composizione chimica,
struttura, genesi e trasformazioni prodotte da processi naturali: questo insieme
di proprietà e caratteristiche consente poi di disporre tali sostanze
all’interno di una classificazione organica.
Dapprima legata strettamente alla geologia, in un secondo momento
la mineralogia si sviluppò in modo indipendente, approfondendo il campo
d’indagine in seguito all’evoluzione della chimica e della cristallografia,
le cui basi si sono dimostrate indispensabili per lo studio della costituzione
chimica, delle caratteristiche morfologiche, delle proprietà fisiche e della
disposizione strutturale dei minerali, che per lo più si presentano allo stato
cristallino (dal greco krýstallos
= ghiaccio, in quanto si pensava che i cristalli di quarzo da cui si ottenevano
svariati oggetti di pregio, fossero composti da acqua congelata a temperature
bassissime tali per cui non era più possibile riottenere da essi l’acqua
liquida).
Altre scienze legate alla mineralogia da numerose affinità sono la
petrografia e la geochimica, la prima perché studia le rocce e quindi anche i
minerali come costituenti delle rocce stesse, la seconda perché esamina i
fenomeni fisico-chimici che avvengono in superficie e nell’interno della
Terra. Unitamente a tali scienze la mineralogia costituisce la base della
geologia, alla quale è collegata particolarmente nella ricerca e nello
sfruttamento dei minerali utili.
Fra gli scopi di questa disciplina, come abbiamo accennato, c’è
innanzitutto quello della determinazione della composizione chimica e della
struttura atomica dei minerali e quindi lo studio della forma dei cristalli e
delle loro proprietà fisiche: ciò sia al fine di interpretare i processi
naturali di cristallizzazione, sia per l’eventuale utilizzazione industriale
degli stessi.
La mineralogia viene suddivisa in generale
e sistematica: la prima considera le
proprietà generali e i modi di ritrovamento dei minerali, la seconda si occupa
delle caratteristiche di dettaglio dei singoli minerali all’interno di un
sistema di classificazione. 1. CENNI STORICI
L’uomo, dalle sue origini più remote, è sempre stato a contatto con
minerali e rocce. All’età della pietra usava materiali litici naturali, come
l’ossidiana o il quarzo, per ricavarne asce, armi e utensili; inoltre
impiegava sostanze coloranti, come ad esempio l’ematite di colore rosso o gli
ossidi di manganese (neri), per realizzare le figurazioni rupestri sulle pareti
delle caverne nelle quali viveva. In tempi meno remoti, ma pur sempre lontani,
circa 4000 anni fa, l’uomo estraeva dalle rocce minerali metalliferi dai quali
ricavava ferro, rame, stagno, piombo e argento.
Le prime nozioni mineralogiche si trovano nei libri di Aristotele (384-322 a.C.) e soprattutto in quelli del suo discepolo Teofrasto (372-
Durante il Medioevo un interessante trattato sui minerali fu scritto
dall’arabo Avicenna (980-1037): con i limiti delle conoscenze a quei tempi in
esso è abbozzata una prima classificazione dei minerali in funzione della loro
composizione. Quanto all’età umanistico-rinascimentale nozioni di metallurgia
e di scienza mineraria si trovano nel De
re metallica di Agricola (1494-1555). Dati sulle proprietà fisiche dei
metalli si rinvengono anche nel trattato di mineralogia di Leonardo da Vinci
(1452-1519).
Le forme regolari dei cristalli, da ciò che si deduce da questi
trattati, non erano oggetto di particolari attenzione in quanto, benché alcuni
le ritenessero opera della natura, in molti pensavano che fossero prodotte per
mano dell’uomo. L’interesse per lo studio naturalistico dei minerali ben
cristallizzati si diffuse fra la seconda metà del Seicento e l’inizio del
Settecento. Il primo esponente di questo indirizzo di ricerca fu Nicola Stenone
(1638-1686), anatomista e geologo danese che visse molti anni a Firenze. Egli
compì osservazioni molto attente e originali in vari campi scientifici, ma si
interessò soprattutto dei cristalli di quarzo descrivendone la regolarità
geometrica della forma e notando l’uguaglianza degli angoli diedri omologhi
(cioè fra le stesse facce) in cristalli diversi della stessa specie.
Una prima interpretazione della forma regolare dei cristalli fu suggerita
dal matematico bolognese Domenico Guglielmini (1655-1710) che alla fine dei
Seicento e nei primi anni del Settecento confermò le osservazioni del danese
Stenone sulla costanza degli angoli diedri. Egli inoltre, precorrendo la
scoperta del cristallografo francese Haüy,
avanzò l’ipotesi che la forma regolare dei cristalli fosse dovuta alla loro
struttura interna, cioè ad una giustapposizione ordinata di minutissime
particelle uguali e di forma geometrica regolare, corrispondenti al solido di
sfaldatura del minerale.
Fra la seconda metà del XVIII e l’inizio del XIX secolo, la
mineralogia passò dalle nozioni essenzialmente pratiche, legate allo
sfruttamento dei giacimenti minerari, allo studio basato su ricerche
scientifiche, anche sperimentali. Progredì dapprima la cristallografia
mineraria con la scoperta delle leggi cristallografiche fondamentali da parte
del francese Jean-Baptiste Romé de l’Isle (1736-1790) e del già ricordato
abate René Just Haüy (1743-1822); in un secondo tempo si sviluppò la
mineralogia chimica per opera di diversi studiosi ma soprattutto del chimico
svedese Jöns
Jacob Berzelius (1779-1848). Nello stesso tempo, si differenziarono gli studi di
petrografia da quelli di mineralogia, discipline che fino a quel tempo venivano
trattate insieme, per opera del mineralogista e geologo tedesco Abraham Gottlob
Werner (1750-1817) e del geologo veneto Giovanni Arduino (1714-1795).
Nella prima metà del XIX secolo le ricerche condotte in cristallografia
e in mineralogia chimica portarono il chimico tedesco Eilhard Mitscherlich
(1794-1863) al concetto fondamentale di isomorfismo cioè di quel fenomeno per
cui due minerali con diversa composizione chimica possono assumere, durante la
cristallizzazione, la medesima struttura elementare. A ciò si aggiunsero gli
studi sulla struttura reticolare iniziati dal fisico francese Auguste Bravais
(1811-1863).
Un effettivo progresso nello studio della struttura reticolare si ebbe in
seguito alle prime esperienze sulla diffrazione dei raggi X attraverso i
reticoli cristallini da parte del fisico tedesco Max von Laue (1879-1908) e
successivamente del fisico inglese William Henry Bragg (1862-1942).
In Italia i primi mineralogisti che compirono importanti ricerche furono
il geologo Arcangelo Scacchi che nel 1841, insieme con altri scienziati, fondò
la “Antologia di Scienze Naturali” e l’ingegnere Quintino Sella
(1827-1884) i cui meriti di cristallografo eminente sono assai meno noti che
quelli di statista.
Dopo l’unificazione del nostro Paese sorsero i primi istituti di
mineralogia in varie città fra cui Roma, Padova e Torino dove si formarono
numerosi mineralogisti e petrografi fra i quali merita una particolare menzione
Ettore Artini (1866-1928), di cui rimangono due testi la cui consultazione è
tuttora utile: I minerali e Le
rocce. 2.
I MINERALI
Minerale (dal latino mina
= pozzo o minera = minerale utile) viene definito una sostanza per lo più
solida e inorganica, chimicamente omogenea, che entra come elemento naturale
nella composizione della litosfera, ossia della crosta solida del nostro
pianeta, ma anche degli altri corpi solidi celesti; dal novero dei minerali
restano quindi escluse le sostanze prodotte dall’industria umana; tuttavia
vengono chiamate minerali artificiali
quelle sostanze che corrispondono per composizione e proprietà a minerali
naturali.
I minerali si trovano, a parte rare eccezioni (acqua e mercurio) allo
stato solido amorfo o cristallino. Mentre in un primo momento vennero
considerate minerali solo le sostanze inorganiche, attualmente sono ritenute
tali anche sostanze organiche (quali cere fossili e idrocarburi) originatesi
naturalmente per attività di particolari organismi.
Un minerale, per essere considerato tale, deve essere chimicamente
omogeneo, cioè costituito da un elemento o da un composto definibile con una
precisa formula chimica: non deve essere cioè una miscela. Tale caratteristica
distingue i minerali dalla maggior parte delle rocce che solo raramente sono
formate da aggregati di individui di una sola specie minerale (ad esempio gesso
o salgemma).
Tutti i minerali presentano una disposizione ordinata degli atomi, e
anche una forma geometrica regolare, se si sono accresciuti senza impedimenti;
possono pertanto essere considerati come cristalli naturali stabili entro
parametri chimico-fisici ben definiti.
I minerali amorfi, depositati da soluzioni colloidali, sono informi
all’aspetto, ma presentano di regola una natura microcristallina o
criptocristallina. I minerali che contengono uranio o torio sono spesso metamittici,
cioè possono avere la forma esterna di cristalli, ma internamente essere amorfi
(ossia parzialmente o completamente disordinati) a causa del processo di
decadimento radioattivo.
Svariati sono i metodi in uso nei laboratori di analisi per la
determinazione delle specie mineralogiche: alcune proprietà sono visibili senza
l’uso di strumenti e riguardano caratteristiche esterne, come il colore, la
lucentezza, la trasparenza, la durezza, la sfaldatura. A queste si aggiungono
altre proprietà fisiche che hanno importanza diagnostica come la densità, il
peso specifico, piezoelettricità, luminescenza per determinare le quali servono
strumenti e apparecchiature particolari.
Poiché i minerali si presentano per lo più allo stato cristallino, è
importante risalire al grado di simmetria determinando la forma cristallografica
esterna per mezzo dei goniometri o meglio esaminando la struttura con
l’utilizzo di strumenti basati sulla diffrazione dei raggi X. Molto spesso il
riconoscimento dei minerali, soprattutto di quelli facenti parte di una roccia,
viene basato sulle proprietà ottiche, determinabili per mezzo del microscopio
polarizzatore: un microscopio ottico utilizzato per studiare le proprietà dei
minerali in luce polarizzata ossia con le onde elettromagnetiche, le quali
costituiscono la radiazione luminosa, che vibrano tutte nello stesso piano
invece che negli infiniti piani che escono dal raggio luminoso (come accade nella luce normale). Con questo
strumento si possono determinare gli indici di rifrazione, la birifrangenza, la
polarizzazione rotatoria ed altre proprietà specifiche. Naturalmente lo studio
di un minerale normalmente deve comprendere la determinazione della sua
composizione chimica attraverso scrupolose analisi di laboratorio. Altre
proprietà studiate dalla mineralogia sono quelle cristallochimiche, quali
isomorfismo e polimorfismo.
I minerali si formano in seguito a vari processi chimici e fisici
naturali: la loro classificazione non è semplice e i primi tentativi di
ordinarli razionalmente risalgono alla fine del XVIII secolo. Nella prima metà
del XIX secolo prevalse la classificazione basata su criteri puramente chimici,
come quella contenuta nel fondamentale trattato del naturalista americano James
Dwight Dana (1813-1895), che cominciò ad uscire nel 1837 e che dopo vari
aggiornamenti fu successivamente rifatta a partire dal 1944 mediante i nuovi
criteri di analisi. Questi ultimi sono fondati su basi cristallochimiche, che
tengono conto non solo della composizione chimica ma anche della struttura dei
minerali.
Una classificazione cristallochimica – oggi largamente seguita – è
anche quella contenuta nelle tabelle del mineralogista tedesco Hugo Strunz (da
non confondere con il giocatore di pallone divenuto celebre per l’invettiva
davvero inusitata dell’allenatore Trappattoni) uscite nel 1941 e continuamente
aggiornate. In tali classificazioni i minerali sono distinti in classi, in
gruppi, in famiglie, in serie (senza però che si possa dare di queste
suddivisioni una definizione valida per ogni classe e seguita da tutti gli
autori), mentre, ciascun minerale dotato delle stesse proprietà essenziali,
composizione chimica e forma cristallina, costituisce una specie minerale.
Le specie minerali, oggi note, sono oltre duemila e questo numero è in
continua lenta crescita, anche se talvolta qualche minerale, sottoposto a
riesame con i moderni metodi di ricerca, viene per così dire depennato in
quanto esisteva già sotto un altro nome.
Dal luglio del 1969, all’indomani dell’esplorazione diretta della
Luna da parte dell’uomo con la storica missione “Apollo”, nuovo materiale
d’indagine per la mineralogia è rappresentato dai campioni di roccia e di
suolo raccolti sul nostro satellite naturale, ed esse hanno, a loro volta,
aperto problematiche nuove ai ricercatori.
È possibile esaminare
direttamente tutti i tipi di rocce formati a diverse profondità nella crosta
terrestre, senza dover ricorrere a trivellazioni, perché esse affiorano alla
superficie in seguito a dislocazioni e ripiegamenti che riguardano anche le
parti più profonde della litosfera. Inoltre, frammenti di rocce formati nella
profondità della crosta terrestre, a volte vengono portati in superficie da
eruzioni vulcaniche.
Le rocce si classificano in base alla loro genesi e pertanto si
suddividono in ignee o magmatiche,
sedimentarie e metamorfiche.
Le prime si formano per consolidamento dei magmi, masse di sostanza fusa
ad altissima temperatura contenute originariamente in sacche profonde della
crosta terrestre. Le seconde si originano per deposito di sedimenti derivati
dall’alterazione e disgregazione delle rocce affioranti alla superficie
terrestre. Infine le rocce metamorfiche derivano da trasformazioni profonde di
rocce preesistenti dovute all’innalzamento della temperatura e della pressione
cui sono state sottoposte in seguito a importanti dislocazioni della crosta
terrestre o ad intrusioni magmatiche.
Le rocce ignee sono chiamate
anche rocce eruttive un termine che può
trarre in inganno perché fa pensare che esse si siano formate in seguito alla
solidificazione dei magmi usciti in superficie. Ciò è anche vero ma vale solo
per le rocce eruttive effusive (o
vulcaniche) mentre se la solidificazione del magma avviene in profondità si
formano le rocce eruttive intrusive (o
plutoniche).
Le rocce ignee, sia intrusive che effusive, si raggruppano in sialiche e
femiche in seguito alla distinzione che ne fece il geologo austriaco Eduard
Suess (1831-1914) il quale chiamò sial
la parte superiore della crosta terrestre formata prevalentemente da rocce
contenenti silicati di alluminio e sima
la parte sottostante al sial, composta da rocce ricche di silicati di magnesio.
Le rocce sialiche sono dette anche acide (termine che non ha alcuna attinenza
con la chimica) per la loro ricchezza in silice (SiO2) mentre quelle
femiche (così dette per la ricchezza di ferro e magnesio) sono definite anche
basiche in quanto sono da ritenersi in contrapposizione con le acide.
Una delle classificazioni più comuni, qualora si trascurino i termini
intermedi, suddivide le rocce eruttive intrusive, a partire dalle più acide, in
graniti, sieniti, dioriti, gabbri e peridotiti. Ad esse corrispondono le rocce
eruttive effusive con i termini seguenti: porfidi, trachiti, andesiti, basalti e
picriti.
Le rocce sedimentarie si
formano per accumulo, in ambiente subaereo o subacqueo, di materiali strappati
dall’erosione alle rocce preesistenti. A seconda della diversa origine dei
materiali che le costituiscono, le rocce sedimentarie si suddividono in clastiche,
di origine chimico-fisica e organogene.
La rocce clastiche possono essere formate da materiale sciolto, o
cementato da un cemento naturale che può essere di natura calcarea, silicea,
argillosa o di altro tipo. In base alle dimensioni dei frammenti esse si
dividono in psefiti (o ruditi) quando
sono formate da frammenti grossolani, psammiti
(o areniti) quando i granuli sono piccoli e in peliti (o lutiti) quando sono formate da elementi argillosi
minutissimi. Fra queste rocce trovano sede anche le piroclastiche che risultano dall’accumulo di detriti vulcanici,
quali ceneri e lapilli.
Le rocce di origine chimico-fisica si formano in seguito a precipitazione
di sostanze sciolte nelle acque, per evaporazione del solvente (si chiamano
anche rocce evaporitiche e sono costituite da salgemma ed altri cloruri fra cui
quello di magnesio che conferisce il sapore amaro al sale da cucina, da gesso e
da calcari) o per trasformazione delle stesse in sostanze insolubili.
Le rocce organogene si formano per accumulo dei resti di animali
acquatici o a volte anche vegetali che fissano le sostanze minerali sciolte
nelle acque per farsene rivestimenti esterni o impalcature interne. Alla loro
morte queste parti inorganiche si depositano sul fondo e, cementate, danno
origine a rocce. A volte è la parte organica degli organismi viventi che si
trasforma in roccia: questo è il caso dei carboni fossili.
Le rocce metamorfiche
provengono da rocce ignee o sedimentarie che, in seguito a profonde
modificazioni causate da elevate pressioni e temperature, hanno subito delle
alterazioni più o meno profonde nella loro struttura, tessitura e composizione
mineralogica. Caratteri comuni a tutte le rocce metamorfiche, qualunque sia la
roccia originaria e la causa della trasformazione, sono la scistosità ossia la facilità con cui si lasciano dividere
facilmente in lastre secondo piani paralleli e la struttura
cristallina.
I tipi più importanti di rocce metamorfiche sono:
- gli gneiss che sono formati
dagli stessi componenti del granito, dai quali si fanno derivare. Oltre a quelli
di origine ignea (ortogneiss) si conoscono però anche gneiss di origine
sedimentaria (paragneiss).
- i micascisti, talcoscisti,
cloritoscisti e gli scisti
serpentinosi che dicono, con il loro stesso nome, il minerale predominante
presente nella loro costituzione.
- gli argilloscisti che si
formano quando le rocce argillose, sotto forte pressione, diventano scistose e
possono presentare una cristallizzazione dei componenti. Fra queste si ricordano
le lavagne e le ardesie di colore grigio scuro che venivano adoperate,
soprattutto nella zona della Riviera di Levante, ricca di questo tipo di roccia,
per fare tetti, pavimenti e gradini; le stesse lavagne presenti nelle scuole di
un tempo erano fatte di queste rocce. fine |
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