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Geology is the Way

Arenaria

Le arenarie sono un tipo di rocce sedimentarie clastiche (terrigene) che derivano, come suggerisce il nome, dal consolidamento di sedimenti sabbiosi. La sabbia è costituita da particelle clastiche prodotte dall’erosione di rocce preesistenti con una granulometria compresa tra 0.0625 e 2 mm. Il limite superiore di 2 mm separa arbitrariamente la sabbia (e le arenarie) dalla ghiaia e le sue controparti litificate: conglomerati e brecce. Il limite inferiore a 0.0625 può apparentemente sembrare arbitrario ma rappresenta il limite dell’occhio umano di riconoscere dei grani. Infatti, il nostro occhio può riconoscere solo granulometrie più grandi di 0.0625 mm di diametro. Le particelle più piccole, note come fango (limo + argilla) non sono visibili all’occhio umano e le rocce da esse costituite, come le peliti, ci appaiono omogenee. Per qualificarsi come arenaria, una roccia sedimentaria clastica deve contenere più del 25% di sabbia rispetto al fango. Inoltre, se sono presenti particelle di granulometria > 2 mm (ruditica) in quantità sufficienti (> 5%), la roccia è un conglomerato (o una breccia).

I granuli di sabbia nelle arenarie sono noti come granuli scheletrici, di origine detritica. Gli spazi tra i granuli (ovvero i pori) sono riempiti da matrice e/o cemento. La matrice è la granulometria più fine, costituita da fango, mentre il cemento è fatto da minerali precipitati nei pori della roccia dopo la deposizione. I cementi più comuni nelle arenarie sono costituiti da materiale siliceo (quarzo, calcedonio, opale…) o carbonatico (es: calcite) ma anche altri minerali come ossidi, feldspati, zeoliti e argille autigeniche possono formare del cemento. I pori possono essere riempiti anche solo parzialmente da matrice e cemento, lasciando degli spazi vuoti (porosità), che in profondità possono contenere liquidi come acque di falda o idrocarburi.

I granuli scheletrici nelle arenarie possono essere monomineralici o litici. I granuli monomineralici sono costituiti da un singolo minerale, mentre i litici sono frammenti di rocce che preservano internamente una tessitura. La maggior parte dei grani monomineralici nelle arenarie sono costituiti da quarzo e feldspati, in particolare K-feldspato e plagioclasio sodico. Questo avviene perché questi minerali sono tra i più resistenti all’erosione fra i minerali fondamentali. Altri minerali accessori resistenti all’erosione (es: zircone, granato, muscovite…) possono essere presenti, mentre la presenza in un’arenaria di minerali suscettibili all’erosione (es: pirosseno, olivina…) indica un trasporto poco prolungato. I granuli scheletrici possono essere in contatto gli uni con gli altri e, in questo caso, l’arenaria è detta granulo-sostenuta. Al contrario, se i grani non si toccano, la roccia è matrice-sostenuta.

Antelope Canyon arenaria

L’Antelope canyon (Page, Arizona) è scavato in arenarie a stratificazione incrociata della formazione della Navajo Sandstone. Foto © Samuele Papeschi/GW

Arenaria
Roccia sedimentaria terrigena
Clasti:
quarzo
feldspato alcalino
plagioclasio
• frammenti litici
Cemento/matrice:
quarzo
calcite
dolomite
minerali argillosi
• ossidi di ferro

Varietà:
• arenite
• grovacca (wacke)

sabbia

Le arenarie sono fatte di sabbia, che mostra una gran varietà di composizione e colori ma che è costituita in gran parte di quarzo, feldspati, e frammenti litici. La sabbia in questa immagine è in gran parte quarzo con un pò di feldspato, miche e granuli biogenici. Botany Bay, Sydney, Australia. Foto di Siim Sepp.

deposito di sabbia poco consolidata

Arenaria poco litificata costituita da sabbia fine. Depositi pliocenici. Volterra, Italia.

arenaria

Arenaria a grana grossa. Arenaria Macigno, Quercianella, Italia.

arenaria laminata

Nell’intervalle 0.0625 – 2 mm, le arenarie mostrano una gran varietà di granulometrie e strutture. Lo strato di arenaria in foto varia da sabbia grossolana con ghiaia alla base fino a sabbia fine al tetto. Sono visibili delle laminazioni piano parallele. Arenaria Macigno, Quercianella (Italia).

Composizione e maturità composizionale delle arenarie
Quando l’erosione riduce le rocce alla granulometria della sabbia, la loro composizione mineralogica cambia in modo significativo. La degradazione chimica e l’erosione tendono a distruggere i minerali che sono instabili e si alterano facilmente sulla superficie della Terra rispetto a quelli che sono stabili o subiscono degradazione a ritmi lenti. Fra i minerali fondamentali, i minerali femici come l’olivina, il pirosseno e l’anfibolo e i sialici ricchi in Ca come il plagioclasio si alterano in minerali argillosi molto rapidamente e hanno poche chances di sopravvivere all’erosione e al trasporto come granuli. I feldspati alcalini, il plagioclasio ricco in Na e le miche (biotite e muscovite) si alterano anch’essi in minerali argillosi ma a ritmi meno serrati e sono pertanto presenti in molti sedimenti sabbiosi e arenarie. Il quarzo è il più stabile fra i minerali fondamentali, dal momento che non si dissolve in acqua e la sua elevata durezza lo rende resistente all’erosione fisica. Il trasporto prolungato concentra il quarzo nel sedimento, dal momento che i feldspati e altri minerali meno stabili vengono progressivamente distrutti dall’erosione. Per esempio, la sabbia di spiaggia ed eolica è il risultato di un trasporto molto prolungato e tende ad essere molto ricca in quarzo. Al contrario, le torbiditi sono sedimenti deposti molto rapidamente e generalmente contengono ancora abbondante feldspato e addirittura miche. Sedimenti ricchi in quarzo possono contenere altri accessori resistenti all’erosione come zircone, tormalina e rutilo.

Tessitura e maturità tessiturale delle arenarie
Quattro parametri principali, oltre alla granulometria, vengono utilizzati per descrivere le arenarie e comprendere l’ambiente sedimentario in cui si sono depositate e il tipo di trasporto che hanno subìto:
forma dei clasti: la forma dei clasti.
classazione: la variabilità di granulometria di una roccia o sedimento clastici.
arrotondamento: quanto la forma esterna dei granuli è stata arrotondata dal trasporto.
addensamento: quanto i granuli sono addensati, rispettivamente gli uni agli altri e alla matrice circostante.

Assieme, questi parametri permettono di definire la maturità tessiturale di un’arenaria. L’idea dietro al concetto di maturità tessiturale è che la tessitura di un sedimento sabbioso continua ad evolvere e a modificarsi durante il trasporto, in funzione dell’energia totale che ha subìto prima della deposizione. Più alta è l’energia, minore è il contenuto di matrice (particelle argillose e silt < 30 μm secondo Folk, 1951), più alta è la classazione e il grado di arrotondamento. Le arenarie immature contengono ancora matrice > 5%. Le arenarie submature hanno matrice < 5% ma i granuli non sono ben classati, al contrario delle arenarie mature, in cui i granuli sono ben classati ma ancora angolosi fino a subarrotondati. Infine, le arenarie supermature hanno matrice < 5%, sono ben classate e hanno granuli arrotondati. Folk (1951) ha vincolato il grado di maturità delle arenarie all’ambiente sedimentario in cui si sono depositate (vedi figura in basso).

maturità tessiturale delle arenarie

Maturità tessiturale delle arenarie. Modificato da Folk (1951).

maturità delle arenarie e ambiente sedimentario

Maturità delle arenarie in relazione al loro ambiente sedimentario. Modificato da Folk (1951).

Nota: la maturità tessiturale e composizionale sono due cose distinte. Un’arenaria può essere molto matura composizionalmente e al contempo immatura tessituralmente e viceversa. Ad esempio, le arenarie Numidiche in Nord Africa e Sicilia sono composizionalmente mature, dal momento che erano alimentate da sedimenti eolici ricchi in quarzo, ma tessituralmente immature, perchè, come molte torbiditi, contengono molta argilla.

Classificazione delle arenarie
Ci sono più di 50 schemi classificativi per le arenarie ma il diagramma di Dott (1964) è quello più usato. Questa classificazione si può usare sia su sabbie che su arenarie. Si basa su (1) la percentuale di matrice, definita come la granulometria < 30 μm e (2) la proporzione di quarzo, feldspato e frammenti litici nei granuli scheletrici > 30 μm. Sulla base di questo diagramma, se la percentuale di matrice è > 75%, la roccia è una pelite. Le arenarie sono suddivise in areniti (matrice < 15%) e wackes o graywackes (matrice > 15%), italianizzate come grovacche. Le areniti e le wackes possono essere suddivise ulteriormente sulla base della loro composizione in termini di quarzo (Q), feldspato (F) e frammenti litici (L). Se il quarzo è > 95% (F + L < 5%), si classificano come quarzareniti e quarzwacke, rispettivamente. Le areniti arcosiche e le wacke arcosiche si hanno quando i feldspati sono dominanti, mentre se i frammenti litici sono più abbondanti si hanno delle arenarie litiche e delle wacke litiche. Si può usare anche il termine ‘feldspatico’ come sinonimo di ‘arcosico’. Ulteriori suddivisioni delle areniti sono subarcose (quarzo tra il 75 e il 95%, feldspato > frammenti litici) e sublitarenite (quarzo tra il 75 e il 95%, frammenti litici > feldspato).

classificazione delle arenarie

Classificazione delle arenarie di Dott (1964).

Suggerimenti per riconoscere le areniti dalle wacke: tutte le arenarie matrice-sostenute e la maggior parte delle arenarie grnulo-sostenute sono wackes. Infatti, le tessitura granulo-sostenute con contatti puntuali permettono la presenza di un buon 25% di matrice (vedi addensamento per una spiegazione più approfondita). Le areniti contengono molto cemento oppure hanno contatti lunghi, concavo-convessi e suturati dominanti, che non permettono a molta matrice di essere presente fra i granuli.

Riconoscere i granuli (clasti) nelle arenarie
Per classificare correttamente le arenarie, è necessario riconoscere i loro tre componenti principali: quarzo (Q), feldspati (F) e frammenti litici (L). Il quarzo può essere riconosciuto per il suo colore sul grigio e la sua trasparenza, che persiste anche in granuli delle dimensioni di granelli di sabbia. Il quarzo può, tuttavia, essere opaco se coperto da patine di minerali argillosi od ossidi, un fenomeno abbastanza comune in ambiente sedimentario. Il quarzo non presenta sfaldature e si rompe lungo fratture concoidi, una caratteristica visibile sulle superfici fresche dei granuli di quarzo con l’aiuto di una lente. Diversamente dal quarzo, i feldspati mostrano dei caratteristici piani di sfaldatura ben sviluppati. E’ difficile osservare le tracce dei piani di sfaldatura sulla superficie di granuli di feldspato delle dimensioni della sabbia (anche se possibile, specialmente nella sabbia a grana grossa). Più comunemente, si intuisce la presenza di sfaldature perché anche piccoli granuli di feldspato tendono a rompersi lungo superfici lisce e nette che riflettono la luce molto bene. Al confronto, i granuli di quarzo mostrano una lucentezza più grassa o resinosa. Inoltre, i feldspati si alterano in minerali argillosi, assumendo colorazioni sul bianco/rosa nelle arenarie ed divenendo spesso opachi. I frammenti litici raggruppano tutti i clasti costituiti da più di un cristallo. Esiste un’infinita varietà di rocce ignee, sedimentarie, o metamorfiche che possono essere preservate nelle arenarie come frammenti litici. In generale, i frammenti litici si riconoscono perché: (1) al loro interno presentano più di un cristallo e (2) contengono una struttura interna ereditata dal materiale di partenza (es: tessiture ignee, sedimentarie o metamorfiche). E’ necessario prestare attenzione ai frammenti di rocce a grana molto fine, perché possono essere scambiati per granuli monomineralici, ad esempio selci o calcari a grana fine. In questo caso, per una corretta identificazione è necessaria una sezione sottile.


Sopra: ritratto di famiglia. Granuli di feldspato con colorazioni dal bianco al trasparente, con piani di sfaldatura evidenti (linee nere tratteggiate). I granuli di quarzo sono trasparenti (grigi). Due frammenti litici di scisti, che preservano internamente una foliazione metamorfica, sono visibili. Larghezza: circa 2 cm. Arenaria Macigno. Navacchio, Pisa, Italia.

quarzo in arenaria

Foto di un’arenaria illuminata dalla luce solare. I granuli di quarzo (come il clasto prominente al centro) sono trasparenti e presentano lucentezza grassa/resinosa, dal momento che non presentano piani di sfaldatura che potrebbero riflettere la luce. Vista: circa 1 cm. Arenaria Macigno. Navacchio, Pisa, Italia.

quarzo in arenaria

Per via della sua elevata durezza, il quarzo è molto resistente all’erosione. Il granulo grigio e trasparente al centro preserva ancora una forma angolare, quadrata. Notare la lucentezza grassa sulla superficie del granulo. I granuli circostanti sono perlopiù di quarzo e feldspati. Vista: circa 2-3 cm. Arenaria Macigno. Navacchio, Pisa, Italia. Suggerimento: quando si trovano granuli di queste dimensioni, è possibile testare la loro durezza, ad esempio con una punta metallica.

feldspato in arenaria

Granulo di feldspato, di colore bianco, circondato da una matrice fine ricca in argilla e dei granuli di quarzo trasparenti in un’arenaria. I colori del feldspato appaiono spesso spenti (biancastri) ed opachi a causa dell’alterazione. Vista: circa 1.5 cm. Arenaria Macigno. Navacchio, Pisa, Italia.

feldspato in arenaria

Granulo biancastro di feldspato, dai contorni netti causati dalla presenza di piani di sfaldatura. Il materiale circostante sono granuli di quarzo (grigi, trasparenti) ed una matrice pelitica verdastra. Vista: circa 2 cm. Arenaria Macigno. Navacchio, Pisa, Italia.

litico in arenaria

Grosso frammento litico di una roccia porfirica – possibilmente una roccia vulcanica – in un’arenaria con una matrice verdastra. Gran parte dei granuli circostanti sono di quarzo, ma è presente anche qualche feldspato. Vista: circa 2 cm. Arenaria Macigno. Navacchio, Pisa, Italia.

feldspato e litico in arenaria

Fra i vari granuli di quest’arenaria, notare il granulo bianco con piani di sfaldatura in alto (feldspato) e il frammento litico di micascisto al centro, che presenta una lucentezza metallica. Vista: circa 1.5 cm. Arenaria Macigno. Navacchio, Pisa, Italia.

mica bianca in arenaria

La muscovite non è rara in arenarie composizionalmente immature. Il cristallo metallico di muscovite in foto preserva ancora una forma esagonale. Vista: circa 1.5-2 cm. Arenaria Macigno. Navacchio, Pisa, Italia.

rip-up clast in arenaria

I rip-up clasts sono un tipo speciale di frammenti litici costituiti da blocchi di fango che sono stati strappati dal fondo e ridepositati in uno strato di arenaria. Arenaria Macigno. Cala del Leone, Quercianella, Italia.

Extra
Un pò di tempo fa avevo disegnato questo diagramma per portare gli studenti sul terreno a vedere delle arenarie. Lo posto qui, liberamente utilizzabile. Attenzione a stamparlo alla giusta dimensione.

Diagramma di terreno per le arenarie. Grafica: Samuele Papeschi/GW.

Riferimenti bibliografici
Dott, R. H. (1964). Wacke, graywacke and matrix; what approach to immature sandstone classification?. Journal of Sedimentary Research34(3), 625-632.
Folk, R. L. (1956). The role of texture and composition in sandstone classification; discussion. Journal of Sedimentary Research26(2), 166-171.
Folk, R. L. (1980). Petrology of sedimentary rocks. Hemphill publishing company.
Garzanti, E. (2019). Petrographic classification of sand and sandstone. Earth-science reviews192, 545-563.
Okada, H. (1971). Classification of sandstone: analysis and proposal. The Journal of Geology79(5), 509-525.
Pettijohn, F. J., Potter, P. E., & Siever, R. (2012). Sand and sandstone. Springer Science & Business Media.
        

Vedi anche
Sandatlas.org – Sand

en_US English
Minerali Detritici e Autigenici
Tessiture
Strutture Sedimentarie
Fossili
Rocce Sedimentarie
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