Processo magmatico e rocce ignee

Il processo magmatico

Il processo magmatico è attivo tutt'oggi e rappresenta l'insieme di quei fenomeni che per raffreddamento e solidificazione di un'originaria massa fusa ad alta temperatura, detta magma, portano alla formazione delle rocce ignee.
Le rocce ignee dette anche rocce magmatiche o eruttive, si formano per raffreddamento di magma incandescente caratterizzato da temperature comprese fra 650 e 1300 gradi C e che si originano all'interno della Terra. Le rocce ignee costituiscono l'80% della crosta terrestre e possono essere distinte in due grandi categorie: le rocce vulcaniche e le rocce plutoniche.
Le rocce vulcaniche o vulcaniti dette anche rocce effusive, sono originate dalla solidificazione di un magma che fuoriesce sulla superficie terrestre.

Andesite

Riolite

Basalto

 Le rocce plutoniche o plutoniti dette anche rocce intrusive, sono originate dalla solidificazione per lento raffreddamento di un magma che ristagna all'interno della crosta.

Granito

Gabbro

Diorite

In condizioni intermedie, cioè a piccola profondità, si originano le rocce subvulcaniche o ipoabissali.
Sia la temperatura sia la pressione aumentano con la profondità, con incrementi variabili a seconda delle particolari situazioni geologiche. L'incremento della temperatura con la profondità, il cosiddetto gradiente geotermico. L'incremento della pressione con la profondità è detto invece gradiente geobarico e dipende dalla densità delle rocce sovrastanti il punto considerato.
Il processo magmatico è caratterizzato da temperature sempre elevate e da pressioni che variano da quelle presenti in ambiente subaereo, a pressioni medio-basse fino ad elevate.

Il magma
Il magma è un sistema chimico-fisico complesso,costituito da una fase liquida prevalente, il fuso, da una o più fasi solide minerali ed eventualmente da una fase gassosa.
La composizione di un magma è sempre silicatica e può avere una notevole variabilità. Elementi come silicio e alluminio sono presenti nel liquido magmatico sotto forma di ioni complessi, i quali tendono a organizzarsi in strutture embrionali di tipo silicatico in cui i tetraedri (Si,Al)O4 si legano tra loro in maniera via via più complessa (polimerizzazione).
Il magma si presenta generalmente come un liquido incandescente caratterizzato da temperature variabili fra 650 e 1300 °C. I valori più bassi delle temperature si registrano nei magmi ricchi di SiO2 che originano le rocce plutoniche, quelle più elevate nei magmi poveri in SiO2, associati alle lave eruttate dai vulcani.
Durante il raffreddamento le strutture embrionali silicatiche costituiscono i germi cristallini a cui si legano gli ioni metallici ed eventualmente gli idrossidi (OH-) formando così i vari minerali silicatici, fino a completa solidificazione del magma.
Il maga che giunge sulla superficie terrestre e viene a diretto contatto con l'aria e con l'acqua è detto lava.

La lava si raffredda rapidamente e perde i gas disciolti: presenta perciò caratteristiche diverse dal magma da cui deriva e che si originò all'interno della Terra. Anche durante la salita verso la superficie terrestre, il magma subisce vari cambiamenti, sia fisici, sia chimici. A parte la progressiva diminuzione di pressione, a causa del raffreddamento possono separarsi e cristallizzare alcuni componenti chimici, mentre nuovi componenti possono essere prelevati dalle rocce costali con le quali il magma viene in contatto.
Una piccola quantità d'acqua in una magma può abbassare notevolmente la temperatura alla quali i silicati rimangono allo stato fuso; un magma che sale verso la superficie, e che si raffredda progressivamente perché attraversa livelli crostali sempre più freddi, può rimanere fuso a temperature sensibilmente inferiori se contiene acqua rispetto a un magma avente la medesima composizione silicatica ma privo di acqua.Questo implica che i magmi ricchi di acqua possono avvicinarsi molto di più alla superficie terrestre prima di solidificare e, in definitiva, hanno più probabilità di traboccare sotto forma di lava.
L'acqua e gli altri gas presenti in un magma, come diossido di carbonio, lo zolfo, l'azoto, l'argon, il cloro, il fluoro e l'idrogeno, vengono indicati collettivamente con il nome di volatili.
I volatili sono elementi o composti che rimangono allo stato liquido o gassoso a temperature molto inferiori a quelle dei minerali silicati, perciò vengono separati dalla restante massa magmatica, mano a mano che al temperatura scende e minerali silicati si cristallizzano.
L'emissione dei volatili dal magma che trabocca in superficie è chiamata degassazione.

Genesi dei magmi
La fusione parziale è il processo fondamentale che porta alla genesi dei magmi.
Sono detti solidus i valori limite di temperatura e pressione, in un qualsiasi punto della crosta o del mantello, a cui inizia la fusione del primo minerale di una roccia.
La fusione parziale di rocce preesistenti può verificarsi a causa dei seguenti tre processi:

• aumento della temperatura;
• abbassamento del solidus;
• decompressione adiabatica.

I magmi che si formano in natura hanno per la maggior parte composizione basica e prendono il nome di magmi primari, derivano da processi di fusione parziale di rocce del mantello superiore, le cosiddette peridotiti, costituite essenzialmente di olivina e pirosseni, con aggiunta di minerali accessori quali spinello, granito, anfibolo e mica.
Una minoranza di magmi, di composizione acida, prende il nome di magmi anatettici, si aggregano per fusione parziale di rocce della crosta, per via di un processo chiamato anatessi crostale, si verifica dove le placche litosferiche si avvicinano l'una all'altra, cioè in corrispondenza dei loro limiti convergenti.
Tra le rocce felsiche sono dominanti quelle intrusive, mentre tra le rocce mafiche sono dominanti quelle effusive.
Con il termine di anatessi si designa il processo di fusione parziale di rocce crostali a causa dell'innalzamento del gradiente geotermico locale o per l'azione dei gas e dei fluidi ad alta temperatura in risalita da parti più profonde della crosta.
Per ottenere un magma basaltico bisogna fondere rocce ricche di olivina e pirosseni, come la peridotite.
La temperatura di fusione del magma granitico, a differenza di quanto ci si potrebbe aspettare, aumenta quando diminuisce la pressione. Il magma granitico perciò, salendo verso la superficie, solidifica totalmente,a  seconda del contenuto di acqua; al contrario, la temperatura i fusione del magma basaltico diminuisce con la diminuzione della pressione, che parte già con una temperatura più elevata di quella del magma granitico, durante la risalita rimane sempre allo stato fuso ed effonde in superficie.

Cristallizzazione magmatica e differenziazione
I magmi basici, che si generano per fusione parziale del mantello, tendono poi a riunirsi in masse di dimensioni sempre maggiori e a risalire verso la superficie terrestre. Questa tendenza alla risalita è in gran parte legata alla minore densità dei fusi magmatici rispetto alle circostanti rocce peridotitiche del mantello ed è tanto più accentuata quanto minore è la viscosità del magma; la risalita è anche facilitata dalla presenza di fratture e discontinuità varie nei materiali rocciosi della litosfera. La differenza di densità tra fusi magmatici salienti e le rocce attraversate si annulla e addirittura può invertirsi una volta giunti nella crosta, il risultato è un notevole rallentamento del loro infiltramento verso la superficie.
L'effetto principale della risalita dei magmi verso zone superficiali via via più fredde è il loro progressivo raffreddamento, il che comporta l'inizio della cristallizzazione, cioè il processo di trasformazione del liquido in solido. Man mano che la temperatura scende, i minerali formatisi per primi possono cambiare di composizione oppure essere riassorbiti e i loro ioni possono formare nuovi minerali.
Una successione ordinata di cambiamenti nella cristallizzazione magmatica è detta serie di reazioni, possiamo avere una reazione continua, quando il minerale formatosi per primo cambia gradualmente di composizione mediante sostituzione di ioni. Si ha invece una reazione discontinua, quando la cristallizzazione procede da una specie mineraria all'altra con cambiamento di struttura cristallina; questo tipo di reazione è tipico dei minerali mafici.
Le serie di reazioni appena descritte è detta serie di Bowen, essa consiste in due filoni convergenti uno areazione continua, l'altro a reazione discontinua. I minerali mafici seguono la reazione discontinua, iniziando con l'olivina e finendo con la mica. I feldspati seguono invece la serie continua, in cui il plagioclasio  calcico si forma più o meno contemporaneamente all'olivina mentre il plagioclasio sodico si forma assieme agli anfiboli e alla biotite. In linea generale, la serie di Bowen prevede che i minerali cristallizzino per progressiva diminuzione di temperatura in successione dal basso verso l'alto.
Ciascun minerale già cristallizzare tende a reagire con il liquido magmatico per formare il termine successivo della serie. La sequenza completa delle reazioni non si realizza quasi mai in una singola roccia: in condizioni vulcaniche o subvulcaniche, le trasformazioni da un minerale all'altro sono incomplete. Magmi a diverso contenuto in silice seguono tratti diversi della serie, generando quindi rocce che contengono solo una parte dei minerali della sequenza.

In molti casi i minerali già cristallizzati vengono separati dalla restante massa fusa mediante il processo di cristallizzazione frazionata.
La parte ancora restante del magma originario è in grado di rimanere fluida fino a temperature relativamente basse e potrà quindi intrudersi nelle fratture delle rocce circostanti originando vene e filoni di pegmatite, una roccia caratterizzata da grossi cristalli di quarzo, feldspato potassico, mica, tormalina, ecc.. Questo stadio finale della cristallizzazione del magma è chiamato idrotermale,a  causa dell'abbondanza di acqua a temperature relativamente elevate. La composizione mineralogica di una roccia ignea dipende sia dalle caratteristiche del fuso iniziale, sia dalle modalità di processo di cristallizzazione.

Le rocce ignee
La tessitura è l'espressione del grado di cristallinità e della dimensione dei cristalli presenti in una roccia.
Quando il raffreddamento si protrae per lungo tempo e sotto forte pressione litosferica il magma riesce a conservare i suoi componenti volatili che favoriscono la cristallizzazione.
Le rocce intrusive sono quindi completamente cristalline, hanno una grana più grossolana, essendo i cristalli ben visibili ad occhio nudo, in questo caso si parla anche di rocce faneritiche. Quando il magma trabocca in superficie, data la rapidità del raffreddamento e dalla degassazione, si formano invece cristalli molto più piccoli o addirittura rocce vetrose, cioè prive di cristalli (amorfe). Le rocce vulcaniche hanno grana assai fine e a volte sembrano vetro. Nelle rocce vulcaniche vi possono essere comunque anche cristalli isolati di maggiori dimensioni, i cosiddetti fenocristalli, i quali si erano già formati in precedenza, all'interno del serbatoio magmatico, e sono stati poi trasportati in superficie assieme al magma ancora fluido. Questa tessitura è detta tessitura porfirica. A seconda dei minerali che contengono, le rocce ignee possono risultare chiare o scure; quelle chiare sono dette felsiche o sialiche (ricche di quarzo e feldspato), mentre quelle scure sono dette mafiche o femiche (ricche di anfiboli, pirosseni e olivina); si dicono ultrafemiche o ultramafiche quelle costituite esclusivamente da pirosseni e olivina.
In base alla quantità di silice, le rocce ignee vengono distinte in:

• acide;
• intermedie;
• basiche;
• ultrabasiche;

il criterio classificativo più importante nelle rocce ignee è quello basato sulla loro composizione mineralogica. Per una classificazione più esauriente ed operativa delle rocce magmatiche è necessario definire il loro contenuto in alcali.
Una serie magmatica è un insieme di rocce ignee diverse, ma unite tra loro dall'origine comune e dal rapporto silice/alcali.

Le rocce ignee nel sottosuolo
Lo studio delle rocce plutoniche è indissolubilmente legato alla storia e all'evoluzione delle catene montuose. I corpi magmatici che si sono consolidati nel sottosuolo sono detti plutoni.
I plutoni hanno forma e dimensione variabili e pure variabili sono i rapporti con le rocce incassanti. Il magma in risalita deve crearsi lo spazio man mano che si intrude.
I batoliti sono i plutoni maggiori e si estendono per centinaia o migliaia di kilometri quadrati; nel caso di dimensioni minori si chiamano ammassi, o masse satelliti, sono costituiti da rocce felsiche, formano l'ossatura dei continenti e si trovano nel cuore delle grandi catene montuose.
Certi plutoni granitici mostrano contatti netti e disposizione trasversale rispetto alle rocce incassanti; la composizione interna di questi plutoni non è omogenea e il granito può mostrare strutture che ricordano rocce sedimentarie o metamorfiche.
Le rocce che derivano dal processo di anatessi sono chiamate graniti anatettici.
Alcuni corpi di dimensioni medio-piccole possono solidificare a bassa profondità quando il magma riesce ad aprirsi la strada fino quasi alla superficie. Questi corpi plutonici iniettati possono incunearsi nelle rocce incassanti in modo concordante, cioè parallelo con gli strati delle rocce, oppure discordante. 

I filoni-strato sono corpi concordanti di forma tubulare. Essi si distinguono da una normale colata lavica per due caratteristiche: le maggiori dimensioni dei cristalli, dovute alla lenta solidificazione nel sottosuolo, e gli effetti termici, quali cottura o dissoluzioni, sulle rocce con cui sono a contatto. 

Anche i laccoliti si formano per iniezione di magma lungo i piani di stratificazione delle rocce, ma invece di essere tubulari sono convessi verso l'alto. I corpi discordanti, detti comunemente dicchi o filoni, sono tabulari e tagliano secondo vari angoli la stratificazione delle rocce incassanti.