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Geology is the Way

Calcite

Trigonale

CaCO3

I silicati rappresentano più del 90% della crosta terrestre, andando a costituire i minerali fondamentali di molte rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche. La seconda classe più abbondante di minerali sono i carbonati, come la calcite e la dolomite, che costituiscono circa il 4% delle rocce della crosta. Può non sembrare molto, ma i carbonati sono i ‘mattoni’ fondamentali dei gusci e degli scheletri di molti organismi e costituiscono un importante gruppo di rocce: le rocce carbonatiche.

La calcite è il carbonato più abbondante sulla Terra. É una delle forme del carbonato di calcio (CaCO3) e il suo nome deriva dalla parola Latina per calce, calx, e dalla relativa parola Germanica calcit. Il nome è stato assegnato al minerale da Gaio Plinio Secondo (Plinio il vecchio) nel 79 D.c.

diagramma calcite-aragonite

Diagramma pressione (P) – temperatura (T) che mostra i campi di stabilità della calcite e del suo polimorfo di alta pressione, l’aragonite. Modificato dalle slide del Prof. Stephen A. Nelson.

Struttura e chimismo
La calcite è il polimorfo del CaCO3 più stabile sulla superficie della Terra: gli altri sono l’aragonite (stabile ad alta pressione, metastabile in condizioni ambientali) e la rarissima e metastabile vaterite. La calcite ha una struttura di prim’ordine che è simile al sale da cucina (alite; NaCl9, che ha una disposizione cubica, regolare, di ioni Na+ e Cl nel suo reticolo. Nella struttura della calcite, lo ione positivo è il Ca2+, con un raggio ionico simile al Na+. Tuttavia, lo ione [CO3]2- è molto più grande dello ione Cl ed è caratterizzato da una disposizione triangolare di atomi di ossigeno attorno ad un atomo di carbonio centrale. Di conseguenza, il ‘cubo’ nella calcite è distorto, producendo un romboedro a faccia centrata con simmetria trigonale.
Da un punto di vista chimico, la calcite tende ad essere un minerale quasi puro, sebbene alcune sostituzioni possano avvenire nel suo reticolo cristallino. Il CaCO3 presenta delle soluzioni solide parziali con MgCO3 (magnesite), MnCO3 (rodocrosite) e FeCO3 (siderite) e, infatti, calciti contenenti Mg, Mn e Fe si ritrovano in natura. Un altro elemento che può sostituire il Ca è lo Sr.

struttura cristallina della calcite

La cella romboedrica della calcite e la disposizione dei cationi calcio e degli anioni bicarbonato nel retico. Grafica: Samuele Papeschi/GW.

abito della calcite

La simmetria trigonale della calcite permette diversi abiti cristallini. Sopra: abiti romboedrici, che possono essere più appiattiti o più acuti. In basso a sinistra: abito prismatico. In basso al centro: abito scalenoedrico, simile a una bipiramide doppia ma costituito dalla combinazione di triangoli scaleni. In basso a destra: abito tabulare. Questi sono alcuni esempi, dato che sono noti più di 400 diversi abiti per la calcite. Modificato da Encyclopædia Britannica, 1911.


Calcite con abito romboedrico complicato da faccette di crescita orientate. Dimensioni: 5.6 x 5.4 x 3.8 cm. Miniera di Wessels, Northern Cape Province, Sudafrica. Foto di Robert M. Lavinsky.

Proprietà
Abito: romboedrico, scalenoedrico, prismatico, tabulare, fibroso, aciculare
Durezza: 3
Sfaldatura: {10-11} sfaldatura romboedrica perfetta
Geminazione: {01-12} lamellare: molto comune; {0001}: comune; {10-11}: non comune
Colore: incolore fino a bianco, meno comunemente grigio, giallo, verde, blu, rosa
Lucentezza: vitrea, perlacea
Struscio: bianco
Alterazione: si dissolve in acque leggermente acidiche
In sezione sottile…
ε: 1.486-1.550
ω: 1.658-1.740
Colore: incolore
Pleocroismo: forte pleocroismo di rilievo
Birifrangenza (δ): 0.172-0.190 (colori del quinto ordine)
Rilievo: alto
Segno ottico:
[Mindat]

reazione della calcite con l'acido cloridrico

L’interazione fra molti carbonati e acido cloridrico diluito al 10% produce una reazione effervescente. Questo è utile per identificare la calcite, un componente primario delle rocce carbonatiche. Foto di Alessandro e Damiano.

Caratteristiche di terreno
La calcite è il costituente principale delle rocce carbonatiche e si ritrova comunemente nel terreno come una fase fondamentale di calcari, marne e fossili, ma si può ritrovare anche in vene, come cemento di altre rocce sedimentarie, e come un componente di molte rocce ignee e metamorfiche /es: marmo). Quando è rinvenuta nella sua forma cristallina, la calcite forma romboedri con sfaldatura romboedrica e colore da bianco a trasparente. Varietà di calcite possono mostrare colorazioni dal rosa al verdastro, per la presenza di Mn, Fe o Mg. In questo caso può essere confusa con magnesite e rodocrosite, anch’essi con un abito simile. La calcite ha durezza molto bassa (3) e quindi può essere incisa con il vetro o con l’acciaio. Il metodo primario per riconoscere la calcite sul terreno e distinguerla dalla dolomite è il test dell’HCl: la calcite reagisce con l’HCl (acido cloridrico) diluito in una soluzione acquosa al 10%, producendo una reazione effervescente, mentre la dolomite non reagisce. L’aragonite si distingue invece dalla calcite perché è ortorombica e quindi ha un abito prismatico e non presenta sfaldature romboedriche (l’aragonite ha delle sfaldature prismatiche perfette).


Sopra: piani di sfaldatura romboedrici in un cristallo di calcite molto grande (larghezza > 10 cm) in una vena. Moriglion di Penna, Lucca, Italia. [vedi post]


Sopra: piani di sfaldatura e (possibilmente) geminazioni lamellari in un grosso cristallo di calcite (circa 10 cm). Moriglion di Penna, Lucca, Italia. [vedi post]

cristallo di calcite in vena

Un cristallo euedrale di calcite con forma romboedrica perfetta, attraversata da piani di sfaldatura romboedrici molto ben sviluppati. Moriglion di Penna, Lucca, Italia. [vedi post]

calcare

Il calcare è una roccia carbonatica costituita in gran parte da calcite. Di solito, però, è troppo fine per permettere il riconoscimento di singoli cristalli di calcite, ma reagisce comunque con l’HCl diluito al 10%. Avane, Pisa, Italia.

calcare nummulitico

I fossili nei calcari, come i macroforaminiferi bentonici qui sopra, sono spesso costituiti da calcite prodotta direttamente dagli organismi quando erano in vita o che ha sostituito altri minerali dopo il seppellimento. Larghezza: 10 cm. Mura di pietra di Girona, Catalogna, Spagna. [vedi post]

marmo

Il marmo è una roccia metamorfica costituita in gran parte da cristalli di calcite. Ogni oggetto luccicante in questa foto è un piccolissimo cristallo di calcite. Marmo di Ortano, Ortano, isola d’Elba, Italia.

concrezioni di calcite

Concrezioni di calcite sono comuni in ambiente carsico e idrotermale. Questi sono aggregati concentrici e stratificati di calcite depositata in vene tardive associate a mineralizzazioni idrotermali. Le bande di colore differente contengono dolomite e vari minerali di Fe. Cava Maffei Campiglia Marittima, Livorno, Italia.

Galleria – cristalli di calcite sul terreno (Monti Pisani, Italia) [Blog post]

La birifrangenza della calcite
Tutti i minerali sono birifrangenti, ma la birifrangenza della calcite è così forte (> 0.172) che è visibile anche su campioni a mano. Quando un fascio di luce attraversa la calcite, si divide in due raggi diversi, ciascuno con onde che vibrano perpendicolarmente rispetto all’altro. Un raggio attraversa il cristallo in modo diretto (raggio ordinario), l’altro viene leggermente sfalsato durante la rifrazione (raggio straordinario). Quando i raggi emergono dal cristallo, sono ormai separati. Guardando attraverso un cristallo di calcite grande a sufficienza è possibile osservare questo fenomeno come uno sdoppiamento delle immagini. Ruotando il cristalli, le immagini sdoppiate ruotano anch’esse, dal momento che stiamo cambiando l’orientazione del cristallo (e quindi dei suoi assi ottici) rispetto al fascio di luce entrante.

spato d'islanda

La luce è divisa in due raggi dalla forte birifrangenza della calcite. Foto di Pixabay.

La calcite in sezione sottile
In sezione sottile, la calcite mostra rilievo molto alto e appare incolore a N//, mentre a NX presenta caratteristici colori di interferenza elevati fino al quinto ordine. Ha una sfaldatura romboedrica perfetta e mostra spesso geminazioni lamellari. La dolomite è identica alla calcite in sezione sottile e distinguerle è estremamente difficile [consiglio: controllare la presenza di dolomite sul campione a mano prima di preparare la sezione sottile]. Il modo più semplice è usare un colorante di alizarina rossa, che colora la calcite di rosa e lascia la dolomite incolore. Un altro modo per distinguere dolomite e calcite è controllare i piani di geminazione in cristalli euedrali. Sia la calcite che la dolomite mostrano geminati lamellari paralleli alle facce romboedriche (geminati {0001}), ma la calcite mostra geminazioni solo lungo l’asse maggiore dei rombi ({10-12}), mentre nella dolomite le geminazioni sono parallele ad entrambi gli assi dei rombi a ({11-20} e {02-21}). Tuttavia, queste geminazioni sono favorite dalla deformazione (quindi più comuni in rocce metamorfiche) e queste osservazioni richiedono cristalli euedrali (molto rari in aggregati di calcite e dolomite).

differenza tra calcite e dolomite

Piani di geminazione in calcite e dolomite. Modificato da Tulane.edu (prof. Stephen A. Nelson).

NX
NX
NX
N//
N//

Above: aggregato di cristalli di calcite con geminazioni e contorni lobati in un marmo. Immagine a NX. Larghezza: 3.2 mm. Marmi di Ortano, Il Porticciolo, Isola d’Elba, Italia. Foto Samuele Papeschi/GW.

NX
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N//

Above
: grosso cristallo di calcite con geminazioni evidenti circondato da calcite a grana più fine in un marmo. Immagine a NX. Larghezza: 4 mm. Monte Brugiana, Massa, Italia. Foto Samuele Papeschi/GW.

NX
NX
NX
N//
N//

Above
: cristalli geminati di calcite in marmo. Immagine a NX. Larghezza: 1.8 mm. Monte Brugiana, Massa, Italia. Foto Samuele Papeschi/GW.

Ritrovamento
La calcite è un minerale primario in molti ambienti sedimentari. Diversi organismi utilizzano la calcite per produrre gusci e parti scheletriche e quindi la calcite forma fossili, bioclasti e fango in ambienti carbonatici. Precipita inoltre dall’acqua per evaporazione o attività fotosintetica, nonché per vari processi chimici, andando a costituire rocce carbonatiche ed evaporiti. La facilità con cui precipita la rende un cemento comune anche in altre rocce sedimentarie, come arenarie, conglomerati e peliti. Nelle rocce ignee, la calcite si può ritrovare come minerale secondario, ad esempio come riempimento in vescicole, e come minerale primario in alcune rocce sottosature in silice. La calcite è uno dei costituenti primari delle carbonatiti, rocce rare derivanti dalla solidificazione di magmi o lave carbonatiche. La calcite è comune anche in rocce metamorfiche, specialmente quelle derivanti da sedimenti ricchi in carbonati come marmi e calcescisti. Infine, la calcite si ritrova spesso in vene e in ambienti idrotermali, associata ad una vasta gamma di minerali.

Riferimenti bibliografici
Falini, G., Albeck, S., Weiner, S., & Addadi, L. (1996). Control of aragonite or calcite polymorphism by mollusk shell macromolecules. Science271(5245), 67-69.
Lorens, R. B. (1981). Sr, Cd, Mn and Co distribution coefficients in calcite as a function of calcite precipitation rate. Geochimica et Cosmochimica Acta45(4), 553-561.
Teng, H. H., Dove, P. M., Orme, C. A., & De Yoreo, J. J. (1998). Thermodynamics of calcite growth: baseline for understanding biomineral formation. Science282(5389), 724-727.
Turner, F. J., Griggs, D. T., & Heard, H. (1954). Experimental deformation of calcite crystals. Geological Society of America Bulletin65(9), 883-934.
Wray, J. L., & Daniels, F. (1957). Precipitation of calcite and aragonite. Journal of the american chemical society79(9), 2031-2034.

        

Risorse in Italiano
Glauco Gottardi – I minerali
Klein – Mineralogia
Klein & Philpotts – Mineralogia & Petrografia
Peccerillo & Perugini – Introduzione alla petrografia ottica

en_US English
Proprietà dei Minerali
Minerali

 

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