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Rocce Silicee

Le rocce silicee sono rocce sedimentarie costituite da SiO2,sia nella forma di silice amorfa (opale) che in quella di quarzo microcristallino, criptocristallino o calcedonio. In generale queste rocce vengono chiamate ‘selci’. Il termine ‘selce’ è sinonimo di ‘diaspro’, anche se quest’ultimo termine è indicato perlopiù per indicare la selce come pietra ornamentale in archeologia o la formazione dei Diaspri, affiorante in tutta Italia e costituita da strati di rocce silicee. La maggior parte delle selci si originano per l’accumulo di fango siliceo, costituito da frammenti di alcuni organismi (es: spugne) o gusci di organismi unicellulari (diatomee e radiolari). Le selci Precambriane contengono microfossili di cianobatteri. Le selci possono anche essere presenti come noduli in rocce carbonatiche, dove si formano a seguito di processi diagenetici. Rocce ricche in SiO2 si possono formare anche a seguito di precipitazione chimico-fisica, per esempio in presenza di acque idrotermali sature in silice (es: geysers), ma queste rocce sono poco comuni nel record sedimentario. Le selci contengono anche altre particelle oltre alla silice, come minerali argillosi e ossidi, che si originano dalla deposizione di sedimenti silicoclastici insieme al fango siliceo, comunemente pulviscolo eolico che si deposita negli oceani. Queste rocce possono assumere diverse tonalità di colore, dal bianco al nero al verde al rosso al grigio, a seconda degli elementi in traccia presenti.

Selce dal Mississippiano dell’Indiana, Stati Uniti. Foto di James St. John.

Selci biogeniche
Molti organismi producono gusci o frammenti scheletrici costituiti da silice amorfa. I più importanti produttori di silice sono le diatomee e i radiolari, organismi planctonici unicellulari che vivono nei primi 200 metri della colonna d’acqua. Le diatomee sono alghe unicellulari (protisti) che vivono di fotosintesi e producono gusci di silice opalina di dimensioni variabili tra 2 e 200 micrometri (0.002 – 0.2 mm) in diametro. I radiolari sono protozoi che sono parte dello zooplancton e costruiscono gusci di 0.1 – 0.2 mm di diametro di silice amorfa.

Fango siliceo a radiolari dell’Eocene visto al Microscopio Elettronico a Scansione. Crediti: Yasuhiro Hata

Questi gusci di silice discendono lentamente accumulandosi sul fondale marino dopo la morte di questi organismi: la discesa dei resti attraverso la colonna d’acqua può richiedere alcune settimane fino a mesi e, in questo lasso di tempo, i gusci possono essere consumati da altri organismi o dissolversi parzialmente nell’acqua. La silice amorfa prodotta da diatomee e radiolari è, infatti, molto instabile e tende a dissolversi nelle acque marine sottosature in silice producendo acido silicico (H4SiO4). I processi di dissoluzione sono più intensi nella parte meno profonda della colonna d’acqua, mentre le acque marine profonde, generalmente più acide, sono meno aggressive nei confronti della silice. L’accumulo di fango siliceo sul fondale marino è anche una conseguenza indiretta della dissoluzione dei carbonati, che aumenta all’aumentare della profondità negli oceani attuali. In acque profonde più acide e ricche in CO2 le conchiglie carbonatiche di altri organismi (come foraminiferi) si dissolvono, arricchendo il sedimento risultante in fango siliceo. Infatti, negli oceani attuali fanghi silicei si accumulano in piane abissali a circa 4000 – 5000 metri di profondità.

Dissoluzione dei gusci carbonatici dei foraminiferi e dei gusci silicei dei radiolari vs profondità. I gusci silicei sono altamente solubili nelle acque superficiali, ma possono preservarsi in profondità. Al contrario, la solubilità dei carbonati nell’acqua di mare aumenta esponenzialmente in profondità. Modificato da Berger et al. in Hsu & Jenkins, 1974.

Le selci che si originano dalla litificazione del fango siliceo sono classificate in base ai microfossili prevalenti che li costituiscono come radiolariti (o selci a radiolari), se sono radiolari, o diatomiti, se sono costituite da diatomee. Negli oceani attuali, le selci a radiolari si formano in prossimità delle regioni tropicali, mentre le diatomiti sono più comuni nelle regioni artiche. Esistono altri organismi che possono produrre accumuli importanti di fanghi silicei, come spugne e addirittura cianobatteri nella Terra Precambriana. Le spugne sono organismi bentonici (che vivono ancorati al fondale marino) che producono spicule, framment scheletrici a forma di ago che sostengono l’organismo e offrono difesa contro i predatori. Le spicole possono variare da dimensioni microscopiche fino ad una taglia di alcuni millimetri. Le selci costituite da spicole sono dette spiculiti.

Dopo la deposizione del fango siliceo, la silice subisce una serie di trasformazioni mineralogiche. La silice idrata amorfa, che rappresenta un composto instabile, viene sostituita dapprima da cristobalite e tridimite metastabile, quindi da quarzo microcristallino o criptocristallino. Queste trasformazioni di fase riducono la porosità e cementano il sedimento originario in livelli di selci relativamente forti.

Radiolariti stratificate e fagliate. San Simeon State Park, California, Stati Uniti. Foto: Peter D. Tillman.

Noduli di selce
Molte rocce carbonatiche contengono quantità non trascurabili di particelle ricche in silice, prodotte dai resti di organismi che fissano la silice che si depositano assieme al fango carbonatico. Dal momento che la silice amorfa prodotta dagli organismi è veramente instabile, tende a dissolversi e ricristallizzare dopo la sua deposizione, durante la litificazione e la diagenesi. Come risultato, la silice inizia a migrare all’interno dei sedimenti calcarei e a ridepositarsi in noduli in orizzonti specifici in cui le condizioni di pH permettono la precipitazione della silice. I noduli di selce crescono mentre i carbonati circostanti vengono progressivamente sostituiti dalla silice, producendo calcari selciferi con noduli di selce.

Noduli di selce (giallastri, in rilievo) all’interno di calcari a crinoidi del Buttle Lake Group, Vancouver, Canada. Foto di MarkuMark.

Geyseriti
Le acque di alcune sorgenti termali contengono quantità elevate di silice disciolta, che viene depositata per precipitazione chimico-fisica in prossimità di sorgenti e geysers, a causa di fluttuazioni nel pH e diminuzione della temperatura. Queste acque si originano comunemente per l’interazione di acqua con magma sotterraneo in degassamento, da cui si discioglie la silice. Sono rocce molto rare nel record sedimentario.

Geyserite prodotta dall’attività dello Spasmodic Geyser, Yellowstone National Park, Wyoming, Stati Uniti. Foto di Greg Willis.

Identificazione delle rocce silicee
Le rocce silicee si ritrovano in sequenze sedimentarie, solitamente interstratificate con argilliti/peliti o rocce carbonatiche. Sono costituite da quarzo microcristallino e, per questo motivo, presentano durezza intorno a 7 – non vengono perciò rigate dal metallo. La frattura delle selci è tipicamente concoide, dal momento che questa roccia non contiene specifici piani di debolezza. Le rocce silicee non reagiscono all’HCl, mentre le rocce carbonatiche circostanti sì: questo è una aspetto utile per identificare noduli di selce in carbonati. In sequenze sedimentarie, le selci sono molto resistenti all’erosione e tendono ad essere in rilievo al confronto con i carbonati e le argilliti circostanti. L’identificazione dei microfossili che costituiscono le selci richiede l’ausilio di un microscopio, dal momento che questi fossili sono spesso più piccoli di alcune centinaia di micron. Tuttavia, alcuni radiolari molto grandi possono essere visibili con l’aiuto di una lente.

Le geyseriti differiscono dalle altre rocce silicee, dal momento che si formano per precipitazione chimico-fisica: tipicamente mostrano strutture che indicano deposizione ciclica su un substrato, come livelli concentrici, tessiture botroidali o aggregati globulari. Possono incrostare rocce o fossili, come resti di piante che erano presenti nell’ambiente di precipitazione.

Riferimenti bibliografici
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