La diagenesi

Premessa: concludo questo lungo escursus sulle rocce sedimentarie e quindi sulle arenarie con questo ultimo articolo "La diagenesi" ribadendo e sottolineando, anche per chi volesse approfondire l'argomento, che tutte queste informazioni nonchè i miei articoli "Granulometria dei sedimenti terrigeni", "Metodi di analisi granulometrica", "Rappresetazione grafica dell'analisi granulometrica", "Distribuzioni dimensionali", "Forma e rotondità dei clasti", "Fabric e Packing, Porosità e Permeabilità", "Ghiaie e conglomerati", "Arenarie", "Arenarie: classificazione di Folk e e Pettijohn", "Arenarie: classificazione di Dickinson", "Arenarie: classificazione di Zuffa e Valloni&Mezzadri", "I minerali pesanti", "I sedimenti fangosi" e "La diagenesi", sono stati scritti basandosi su appunti delle lezioni e principalmente sul libro del prof. Emilio Saccani (docente universitario presso l'Università degli Studi di Ferrara), dal titolo "Petrografia delle rocce sedimentarie terrigene" Anno 2010, dove sono spiegati sicuramente molto meglio e in maniera molto più approfondita.  

Fonte: http://www.andreaantinori.altervista.org/SCUOLA/scol-tutorials/scol01-rocce_sedim/rock-pagine/ 

La diagenesi avviene subito dopo la deposizione del sedimento fino a grandi profondità (15 Km). Le temperature e pressioni variano da quelle tipiche dell'alterazione fino a quelle del metamorfismo: rispettivamente fino a 200-250°C e 0,5 Gpa (dipende dalla profondità che la roccia ha raggiunto e dal come l'ha raggiunta).

Esistono 3 stadi:

1. eogenesi → superficiale;
2. mesogenesi → avviene dopo un effettivo seppellimento della roccia;
3. telogenesi → avviene a bassi livelli di seppellimenti in seguito al sollevamento ed erosione delle rocce.

          EOGENESI

Avviene fino a 10 Km, stesse condizioni dell'ambiente deposizionale.

Si ha:

• interazione tra grani detritici e acqua nei pori del sedimenti;
• influenza dell'attività di organismi (bioturbazioni);
• leggera compattazione.

Il primo punto risulta in una precoce cementazione dei grani (debole litificazione). Le bioturbazioni invece possono portare alla distribuzione delle strutture primarie del sedimento e ad un mescolamento della granulometria originale oltre che ad una modificazione dell'originaria porosità e permeabilità del sedimento.

Questo stadio avviene sia in mare che sul continente e le condizioni possono variare da ossidanti a riducenti.

          MESOGENESI

Caratterizzato da più temperatura e pressione che favoriscono le reazioni chimiche. Le condizioni chimiche (PH e EH) delle acque circolanti sono molto diverse dall'ambiente di deposizione provocando un trasporto in soluzione di molti elementi. La pressione produce compattazione e solubilità dei minerali.

Processi:

• 50-200°C la smecitite diventa illite rilasciando acqua, silice, sodio, calcio, magnesio e ferro;
• aumento della salinità delle acque dei pori delle arenarie per effetto di un filtro molecolare di sedimenti più fini;
• trasformazione materia organica →
  • 80-120°C, si producono acidi organici;
  • 120-200°C, si forma l'anidride carbonica, ne consegue che la provenienza di materia organica può causare sovra-saturazione in CO₂ nei sedimenti associati con conseguenze nella solubilità dei carbonati (dissoluzione cemento carbonatico con aumento della porosità);
  • compattazione, cementazione, de-cementazione, produzione di matrice fine, sostituzione mineralogica delle fasi originarie, produzione di minerali autigeni.

          TELOGENESI

Avviene dopo il sollevamento della roccia ed è caratterizzata da acque meteoriche ossidanti. I minerali formati nel processo di prima possono essere distrutti alle temperature e pressioni di questo processo.

Processi:

• dissoluzione cemento per opera delle acque meteoriche;
• trasformazioni in minerali argillosi dei grani costituenti l'ossatura;
• trasformazione da carbonati a ossidi;
• trasformazione da solfuri a solfati.

Alcune definizioni: 

Cementazione: se i vuoti sono riempiti tutti il cemento sarà 1/3 o ¼ della roccia totale. Essa è l'ultimo passo della formazione di un'arenaria e influisce sulla porosità e permeabilità; produce una roccia compatta in grado di trasmettere fluidi (acqua, petrolio o gas naturali).

Materiali cementati:

• silice →
  • sotto forma di Q (depositato come sovra-crescita in continuità ottica sul Q detritico);
  • sotto forma di opale o calcedonio → correlati alla temperatura e agli ioni;
• minerali carbonatici (calcite);
• dolomite → più rara;
• ossidi di ferro, solfuri di ferro;
• silicati → F, caolinite e zeoliti.

Dissoluzione cemento: quando un'arenaria viene attraversata da fluidi sia i materiali costituenti il cemento che quelli costituenti i grani dell'ossatura potrebbero essere dissolti in base alle condizioni chimico-fisiche del sistema (de-cementazione). I vuoti causati prendono il nome di porosità secondaria. C'è dissoluzione interna diffusa in molti calcari, qui il processo può essere invertito ed i vuoti riempiti successivamente da materiali precipitati.

Soluzione intrastratale: dissoluzioni all'interno degli strati. Molto importanti sono le linee di giunzione stilo-litiche. Le stilo-liti sono presenti nei calcari ma anche nelle arenarie e quarziti. La stilo-lite è una superficie marcata con spessore da pochi mm ad alcuni cm dove la sua superficie è marcata da un deposito sottile di materiale insolubile. Nelle arenarie è carboniosa e nelle quarziti le linee di giunzione sono marcate da ossidi di ferro.

Matrice: alcune arenarie come le Grovacche hanno una matrice sistosa e argillosa di origine diagenetica (distruzione delle particelle detritiche instabili). Questo processo è molto efficace in sabbie con frammenti vulcanici.

Le arenarie più antiche con più seppellimenti hanno più matrice delle sabbie più recenti (origine diagenetica e non deposizionale).

Deformazione e fratturazione dei grani: le arenarie si compattano in modo diverso dalle argilliti anche se si possono osservare evidenze di riadattamento fisico e alla pressione. In alcune arenarie i grani di Q mostrano delle fratture che attraversano grani singoli. Due o più fratture si irradiano dal punto di contatto fra i grani adiacenti ed in alcuni casi una parte di frattura può ruotare rispetto al grano di origine.

Sostituzioni mineralogiche: comportano la dissoluzione di un minerale con contemporanea precipitazione di un altro al suo posto. Questo processo avviene attraverso una sottile pellicola di interscambio vecchio-nuovo minerale ed è quindi sufficiente una sovra-saturazione della nuova fase in uno spazio piccolissimo. Le sostituzioni avvengono senza variazione del volume e le tessiture del vecchio minerale rimangono.

Esempio:

• carbonati ↔ selce;
• F e Q ↔ carbonati;
• matrice argillosa ↔ carbonati;
• plagioclasio e K ↔ albite;
• Lv e/o plagioclasio ↔ zeoliti.

Composizione modale: può variare dopo la deposizione dell'arenaria attraverso i processi di →

• perdita per dissoluzione di grani costituenti l'ossatura;
• alterazione dei grani per sostituzione e ricristallizzazione;
• fenomeni di distruzione dei grani per schiacciamento.

La composizione della roccia viene influenzata dai processi diagenetici:

1. Dissoluzione: anche il Q è soggetto ad una dissoluzione che può essere parziale o totale; dopo la dissoluzione può esserci ricristallizzazione di un altro minerale al posto del precedente (Q ↔ calcite o pirite); alcuni tipi di dissoluzione sono influenzate dalle temperature come il K che ad alte temperature viene sostituito da calcinte o albite; in alcuni casi la dissoluzione può colpire un componente in una certa forma e non in un'altra;
2. Sostituzione → molto frequente durante la diagenesi; un esempio è la sostituzione dei clasti carbonatici con cemento carbonatico, questo produce una sovrastima della porosità della roccia se non è possibile riconoscere l'originaria presenza di un clasto dove attualmente si trova il cemento; questo processo può inoltre produrre un aumento o una diminuzione di volume della roccia a seconda dei casi.
3. Deformazione → può produrre la distruzione di alcuni componenti dopo lo schiacciamento dovuto al carico lito-statico; ci sono 2 tipi di deformazione:
   1. leggera: è possibile riconoscere la natura del clasto originario;
   2. pesante: non è possibile riconoscere la natura del clasto originario.
4. Ossidazione → fenomeno poco frequente e colpisce i frammenti di roccia vulcanica e i minerali ricchi in Fe e titanio.

Fonti: Emilio Saccani, Petrografia delle rocce sedimentarie terrigene, 2010