Ruota girevole dei tipi di roccia

Tutte le rocce sulla Terra appartengono a una delle tre famiglie in base a come si sono formate: (1) Rocce ignee — formate quando la roccia fusa (magma sottoterra, lava in superficie) si raffredda e solidifica. Le rocce ignee intrusive (come il granito) si raffreddano lentamente in profondità nel sottosuolo, formando cristalli grandi. Le rocce ignee effusive (come il basalto) si raffreddano rapidamente in superficie, formando grani fini o tessiture vetrose. (2) Rocce sedimentarie — formate da sedimenti compressi e cementati (sabbia, fango, conchiglie, materiale vegetale) depositati in strati nel corso di milioni di anni. (3) Rocce metamorfiche — rocce esistenti trasformate da calore intenso, pressione o fluidi chimicamente attivi in profondità nella crosta terrestre, senza fondere.

Il ciclo delle rocce descrive la trasformazione continua delle rocce da un tipo all'altro nel tempo geologico: il magma si raffredda per formare roccia ignea → la roccia ignea si disgrega ed erode in sedimento → il sedimento si compatta in roccia sedimentaria → la roccia sedimentaria viene sepolta e riscaldata/pressata per diventare roccia metamorfica → la roccia metamorfica viene sepolta più in profondità, fonde nuovamente in magma, e il ciclo ricomincia. Qualsiasi roccia può trasformarsi in qualsiasi altro tipo date tempo sufficiente e le giuste condizioni. Il ciclo è guidato dalla tettonica a placche (che seppellisce e fonde le rocce) e dall'erosione (che le scompone in superficie).

La differenza riguarda interamente dove e quanto velocemente si è raffreddato il magma: le rocce ignee intrusive (plutoniche) si formano quando il magma si raffredda lentamente in profondità nel sottosuolo (profondità 1–50 km, nel corso di migliaia o milioni di anni), permettendo ai cristalli grandi e visibili di crescere — il granito è l'esempio classico, con i suoi grani facilmente visibili di quarzo, feldspato e mica. Le rocce ignee effusive (vulcaniche) si formano quando la lava erutta in superficie e si raffredda rapidamente nell'aria o nell'acqua — il rapido raffreddamento impedisce la formazione di cristalli grandi, producendo rocce a grana fine (basalto) o persino vetro (ossidiana). Stessa composizione chimica, tessitura completamente diversa.

Le rocce metamorfiche foliate hanno una tessitura stratificata o fasciata causata dalla ricristallizzazione dei minerali sotto pressione direzionale — i minerali lamellari si allineano perpendicolarmente alla direzione della pressione. Esempi: ardesia (basso grado, strati sottili), scisto (grado medio, lamelle di mica visibili) e gneiss (alto grado, distinte bande scure e chiare). Le rocce metamorfiche non foliate mancano di questa tessitura direzionale perché si sono formate da rocce con pochi minerali lamellari, o perché la pressione era uguale in tutte le direzioni. Esempi: marmo (calcare ricristallizzato in calcite) e quarzite (arenaria ricristallizzata in quarzo interconnesso). La distinzione è importante per capire quanto in profondità nella crosta terrestre si è formata la roccia.

Lo Gneiss di Acasta nei Territori del Nord-Ovest del Canada ha un'età di 4,03 miliardi di anni — uno dei più antichi affioramenti rocciosi confermati sulla superficie terrestre. La cintura di rocce verdi di Nuvvuagittuq in Quebec è stata datata a 3,77–4,28 miliardi di anni (con alcuni ricercatori che sostengono la data più elevata). La Terra stessa ha 4,543 miliardi di anni, quindi queste rocce si sono formate nei primi 300–500 milioni di anni di esistenza della Terra. Singoli cristalli di zircone (minuscoli grani minerali all'interno delle rocce) sono stati datati ancora più antichi: gli zirconi di Jack Hills in Australia hanno 4,404 miliardi di anni — il materiale terrestre più antico conosciuto, che conserva prove chimiche della primissima crosta terrestre.

Il carbone è una roccia sedimentaria organica — materiale vegetale antico compresso e trasformato chimicamente, principalmente dal periodo Carbonifero (358–299 milioni di anni fa). Il processo: antiche foreste (felci arboree giganti, licopodi e equiseti) morirono e si accumularono in paludi tropicali anaerobiche, dove l'ossigeno limitato impedì la completa decomposizione batterica. Nel corso di milioni di anni, la sepoltura e la pressione trasformarono la materia vegetale attraverso stadi: torba (materia vegetale parzialmente decomposta, ~55% di carbonio) → lignite (~60–70% di carbonio) → carbone bituminoso (~80% di carbonio) → antracite (~95% di carbonio, il carbone più duro). Tutto il carbone contiene il carbonio di antichi organismi viventi — bruciarlo rilascia carbonio che è stato rimosso dall'atmosfera durante il Carbonifero.

Le rocce metamorfiche sono tra le più commercialmente preziose: Marmo — materiale da costruzione, scultura, pavimenti e piani di lavoro (Taj Mahal, David di Michelangelo, Partenone); Ardesia — tegole per tetti, pavimenti, lavagne, letti da biliardo; Quarzite — aggregato per costruzioni, base stradale, fonte di silice per la produzione di silicio; Sciato — uso diretto limitato ma spesso porta minerali preziosi (depositi d'oro si trovano frequentemente in formazioni di scisto — i giacimenti d'oro del Witwatersrand in Sudafrica sono ospitati in scisti); Gneiss — pietra da costruzione, aggregato. I terreni metamorfici ospitano spesso depositi minerali economicamente critici perché il calore intenso e il flusso di fluidi che creano le rocce metamorfiche concentrano anche minerali preziosi.