Le strutture sedimentarie: tracce del passato
Una crepa nel fango, l’impronta di una goccia di pioggia, le increspature lasciate dalle onde su una spiaggia di milioni di anni fa: le rocce custodiscono dettagli minuscoli che raccontano mondi scomparsi. I geologi chiamano questi dettagli strutture sedimentarie e li usano per ricostruire ambienti del passato, condizioni climatiche ed eventi improvvisi che hanno modificato un paesaggio
Quando osserviamo una roccia sedimentaria vediamo strati e forme. Non sono semplici dettagli: sono proprio le strutture sedimentarie, cioè le tracce lasciate dai sedimenti e dai processi che li hanno modellati. Ognuna di esse può raccontare una storia: descrivere l’ambiente in cui si sono depositati i sedimenti, indicare la direzione di un’antica corrente o mostrare l’azione dell’acqua, del vento e della gravità.
Le strutture sedimentarie si formano durante la deposizione dei sedimenti o subito dopo. Possono essere piccole increspature, strati con granulometria diversa, crepe, impronte o forme modellate dalle correnti. Per i geologi rappresentano un vero e proprio archivio naturale della storia della Terra.
Dove si conservano le strutture sedimentarie?
Le strutture sedimentarie si osservano soprattutto nelle rocce sedimentarie che derivano dall’accumulo di frammenti di altre rocce, di resti di organismi o di sostanze disciolte nell’acqua.
Fiumi, ghiacciai, vento e correnti marine trasportano questi materiali e li depositano in ambienti molto diversi: fondali oceanici, spiagge, laghi, pianure alluvionali e deserti.
Durante la deposizione, i sedimenti possono organizzarsi in strati, essere incisi dalle correnti o deformarsi sotto l’azione dell’acqua, del vento e della gravità. È proprio in questa fase che si formano molte delle strutture sedimentarie che ancora oggi possiamo osservare nelle rocce.
Con il passare del tempo, nuovi sedimenti si accumulano sopra quelli più antichi. Il loro peso compatta gli strati sottostanti, mentre i minerali presenti nell’acqua possono cementare i granuli tra loro. Questo insieme di trasformazioni, chiamato diagenesi, trasforma lentamente il sedimento sciolto in roccia.
Se le condizioni sono favorevoli, le strutture formatesi durante o subito dopo la deposizione possono conservarsi per milioni di anni.
Quando la roccia viene esposta in superficie dall’erosione o dai movimenti della crosta terrestre, queste strutture diventano tracce del paesaggio e dell’ambiente in cui i sedimenti si sono formati.
Prima della deposizione: l’erosione lascia il segno
Alcune strutture sedimentarie si formano prima della deposizione dello strato successivo. Una corrente può scavare il fondale, in mare o sulla terraferma, creando un solco che viene poi riempito da nuovo sedimento. Nella roccia rimane così una sorta di impronta dell’erosione.
I canali sono solchi allungati, scavati da una corrente e successivamente riempiti di sedimenti. Spesso il materiale che li riempie ha una granulometria diversa da quella del sedimento circostante.
La forma e l’orientamento dei canali possono fornire informazioni sulla direzione del flusso e dell’energia della corrente che li ha generati.
Le flute marks sono piccole cavità allungate, scavate da vortici sul fondo ancora molle. Un’estremità è più larga e arrotondata, mentre l’altra è più stretta e sfrangiata.
Quando un nuovo strato di sedimento ricopre il fondo, può riempire queste cavità. Durante la litificazione, la loro forma può conservarsi sulla base dello strato superiore come una controimpronta, chiamata flute cast: invece di osservare il solco originario, si osserva il rilievo che ne riproduce la forma.
La loro asimmetria indica il verso della corrente. Quando sono ben conservate, le flute marks permettono quindi di ricostruire la direzione di antichi flussi d’acqua
Durante la deposizione: la dinamica dell’ambiente
Altre strutture sedimentarie si formano mentre il sedimento si deposita. Per questo sono particolarmente preziose: registrano ciò che accadeva nell’ambiente in quel momento.
Gli strati
Lo strato è l’unità sedimentaria fondamentale. E’ formato da sedimenti relativamente omogenei, deposti in condizioni ambientali simili e separati dagli strati vicini da superfici di discontinuità. Queste superfici possono indicare una pausa nella sedimentazione oppure un cambiamento nelle condizioni ambientali. Lo spessore di uno strato può variare da pochi millimetri a diversi metri.
Gli strati massivi
Gli strati massivi non mostrano strutture interne evidenti. Questa caratteristica può dipendere dalla deposizione di sedimenti fini in acque molto tranquille, dove non si formano strutture riconoscibili.
L’assenza di strutture può essere dovuta anche alla bioturbazione, cioè il rimescolamento del sedimento da parte degli organismi che scavano gallerie e modificano il fondale.
In altri casi, uno strato può diventare massivo durante un trasporto in massa o gravitativo, quando una grande quantità di sedimento viene spostata e mescolata rapidamente, per esempio durante una frana sottomarina.
Le laminazioni parallele e convolute.
Le laminazioni parallele sono lamine molto sottili, generalmente spesse pochi millimetri, disposte parallelamente alla base dello strato.
Possono formarsi in presenza di correnti regolari e abbastanza intense oppure quando particelle molto fini si depositano lentamente sul fondo di un lago o di un mare.
Queste strutture indicano una deposizione ordinata e possono suggerire condizioni relativamente stabili dell’ambiente sedimentario.
Le lamine convolute sono lamine sottili deformate e piegate, che assumono un andamento ondulato o contorto. Si formano poco dopo la deposizione, quando il sedimento ancora molle viene deformato dall’acqua, dalla gravità o da variazioni improvvise del carico sedimentario.
Le stratificazioni o laminazioni incrociate
Nelle stratificazioni o laminazioni incrociate, gli strati o le lamine sono inclinate rispetto alla superficie principale dello strato.
Queste strutture si formano quando una corrente trasporta i granuli lungo il fondo, per esempio durante la migrazione di dune di sabbia nei deserti, nei fiumi o in ambiente marino. Possono anche svilupparsi durante l’avanzata del fronte di un delta.
L’inclinazione delle lamine segue generalmente la direzione del flusso. Per questo le stratificazioni o laminazioni incrociate permettono spesso di ricostruire il verso della corrente.
I Ripples.
I Ripples sono piccole increspature, di pochi centimetri, che si formano sulla superficie di sabbia o limo. Possono essere prodotte da correnti che scorrono in una sola direzione oppure dal movimento avanti e indietro delle onde. La loro forma aiuta quindi a capire quale tipo di movimento dell’acqua ha modellato il sedimento.
Dopo la deposizione: quando il sedimento si deforma
Altre strutture si si formano dopo la sedimentazione, quando il materiale è ancora poco consolidato e può deformarsi.
Lo Slumping.
Lo slumping consiste nella deformazione di sedimenti ancora molli, che scivolano e si piegano sotto il proprio peso, generalmente su un fondale inclinato. La pendenza può essere molto ridotta. Il risultato è la formazione di strati contorti e complessi. Gli slumping possono indicare un fondale instabile, un accumulo eccessivo di sedimenti oppure eventi improvvisi, come terremoti o variazioni della pendenza del fondale.
Strutture particolari: pioggia, disseccamento e vita
Alcune strutture sedimentarie sono legate a condizioni ambientali particolari e possono fornire informazioni molto precise sul passato.
Le impronte di pioggia sono piccole depressioni lasciate dalle gocce d’acqua quando colpiscono un sedimento fangoso ancora molle. Possono conservarsi soltanto se vengono ricoperte rapidamente da nuovo sedimento. La loro presenza indica che il fondale era temporaneamente emerso ed esposto all’aria.
Le fratture da disseccamento si formano quando il fango perde acqua, si contrae e si spacca, creando spesso un reticolo di poligoni. Sono le tipiche crepe che osserviamo sul terreno dopo l’essiccamento.
Queste strutture sono comuni in ambienti soggetti a periodiche fasi di immersione e asciugatura, come le rive dei laghi, le pianure alluvionali, le piane di marea e alcune zone costiere. La loro presenza dimostra che il sedimento è stato esposto all’aria per un certo periodo.
Le Strutture biogeniche (bioturbazioni) infine sono le tracce lasciate dagli animali: gallerie, piste, sedimento rimescolato. Queste strutture testimoniano la presenza di vita nell’antico ambiente sedimentario e possono fornire informazioni sulla profondità dell’acqua, sull’ossigenazione del fondale e sulla disponibilità di cibo.
Perché le strutture sedimentarie sono importanti per i geologi?
Le strutture sedimentarie permettono di ricostruire ambienti che oggi non esistono più. Una roccia formatasi su un antico fondale marino, per esempio, può trovarsi oggi in cima a una montagna, perché il movimento delle placche tettoniche ha sollevato e deformato i sedimenti. Studiando la forma degli strati, la dimensione dei granuli e l’orientamento delle strutture, i geologi possono capire dove si sono depositati i sedimenti e se l’ambiente era marino, fluviale, lacustre o desertico. Possono inoltre ricostruire la direzione e l’intensità delle correnti, valutare l’azione dell’acqua e del vento, interpretare le condizioni climatiche della regione e riconoscere gli eventi improvvisi che hanno modificato il paesaggio. Queste informazioni sono utili anche nella ricerca di risorse naturali. Le rocce sedimentarie possono contenere acqua sotterranea, petrolio, gas naturale, carbone e materiali da costruzione. Comprendere come si sono formate aiuta a individuare gli ambienti e le strutture in cui queste risorse possono essersi accumulate.
Un libro aperto sulla storia della Terra
Le strutture sedimentarie non sono semplici dettagli estetici: sono indizi per interpretare il passato del nostro pianeta. Ogni struttura racconta qualcosa sull’ambiente e sui processi che hanno modellato la superficie terrestre. Imparare a osservare una roccia sedimentaria con le sue strutture significa imparare a leggere una pagina della storia della Terra, fatta di antichi mari, fiumi scomparsi, deserti, tempeste e cambiamenti climatici avvenuti nell’arco di migliaia o milioni di anni.