Shale

Lo scisto è un fango litificato, una roccia sedimentaria composta principalmente da grani di argilla e limo. Esistono diversi modi per definire lo scisto. Alcune definizioni sono piuttosto ristrette. Il glossario di geologia pubblicato dallAmerican Geological Institute definisce lo scisto come una roccia stratificata e indurita con > il 67% di minerali argillosi1. Questa definizione discrimina chiaramente tra scisto e pietra fangosa. Questultima è una roccia simile ma senza laminazione notevole. Separa anche lo scisto dalla siltite, che è una roccia fangosa in cui il limo predomina sullargilla.

Lo scisto è una roccia sedimentaria a grana fine che mostra tipicamente una laminazione fine. Finnmark, Norvegia. Larghezza del campione 9 cm.

A volte, tuttavia, queste rocce vengono trattate come ununica grande famiglia di rocce correlate ed estremamente diffuse che vengono collettivamente denominate shale, mudrock o mudstone. Queste rocce sono sicuramente le rocce sedimentarie più comuni nella crosta. È stato stimato che più della metà2 di tutte le rocce sedimentarie sono vari tipi di argille. Sono seguiti da rocce carbonatiche e arenarie.

Lo scisto è una roccia economicamente importante. Può essere estratto come combustibile fossile (scisti bituminosi), ma ancora più importante, è una roccia madre di petrolio greggio e gas naturale. Lo scisto è anche la roccia da cui estraiamo gli idrocarburi mediante luso della fratturazione idraulica (fracking).

Lo scisto come tipica roccia sedimentaria è chiaramente stratificato e può essere piegato da un successivo evento orogenico. Affioramento di scisto dalla Norvegia settentrionale. Martello per squame.

Fango che ricopre un alveo asciutto a La Palma, Isole Canarie. Lingrediente principale dello scisto è largilla che si trova qui sulla strada dalla roccia disintegrata più in alto nelle montagne verso il mare dove verrà infine depositata. I fiumi fanno il duro lavoro di trasportare tutto il fango nelloceano.

Un affioramento di scisto in Scozia. Martello per scaglie.

Ciottoli di scisto sulla costa dellEstonia. Lo scisto è relativamente facile da identificare. Tende a produrre ciottoli piatti con una superficie opaca di colore scuro.

Una breve panoramica dei nomi delle rocce utilizzati per descrivere le pietre fangose o le rocce da esse derivate:

Roccia fangosa	Descrizione
Shale	Una roccia laminata e compattata. Largilla dovrebbe dominare sul limo.
Pietra argillosa	Come lo scisto ma manca della sua fine laminazione o fissilità. Largilla dovrebbe dominare sul limo.
Roccia argillosa	Un sinonimo di pietra argillosa.
Argillite	Un tipo di roccia piuttosto debolmente definito. È una roccia compatta e indurita sepolta più in profondità della maggior parte delle rocce fangose e può essere considerata una pietra fangosa debolmente metamorfizzata. Largillite non ha la fenditura ardesia e non è laminata come lo è il tipico scisto.
Mudstone	Un fango indurito privo della caratteristica laminazione fine degli scisti. Mudstone ha proporzioni approssimativamente uguali di argilla e limo. “Mudstone” può essere trattato come un termine generale che include tutte le varietà di rocce composte principalmente da fango compattato.
Siltstone	Un mudstone in cui il limo predomina sullargilla.
Mudrock	Un sinonimo di mudstone.
Lutite	Sinonimo di mudstone sebbene usato raramente in modo indipendente. Di solito in combinazione con qualche modificatore (la calcilutite è una pietra calcarea a grana molto fine).
Pelite	Un altro sinonimo di mudstone. Può essere usato per descrivere sedimenti a grana fine non consolidati. Viene anche usato per descrivere i carbonati a grana fine proprio come lutite.
Marl	Un fango calcareo. È una miscela di argilla, limo e granuli di carbonato in varie proporzioni. Può essere consolidato ma in questo caso è spesso chiamato marna.
Sarl	Simile alla marna ma contiene grani biogenici silicei invece di fango carbonatico.
Smarl	Una miscela tura di sarl e smarl.
Scisto nero	Scisto carbonioso nero che deve il suo colore alla materia organica (> 5%). È ricco di minerali solfuri e contiene concentrazioni elevate di diversi metalli (V, U, Ni, Cu).
Scisti bituminosi	Una varietà di scisti ricco di sostanza organica. Produrrà idrocarburi per distillazione.
Alum shale	Simile allo scisto nero ma la pirite si è parzialmente decomposta formando acido solforico che ha reagito con i minerali costituenti del roccia per formare allume (solfato idrato di potassio-alluminio). È ricco di diversi metalli proprio come lo scisto nero ed è stato estratto come fonte di uranio.
Olistostrome	Una massa caotica di fango e clasti più grandi formato sottacqua come una colata di fango guidata dalla gravità.Manca di lettiera.
Torbidite	Un sedimento o una roccia depositata da una corrente di torbidità. Questi depositi si formano sottacqua come una miscela di argilla, limo e acqua che scivola lungo il versante continentale (nella maggior parte dei casi). La torbidite è spesso composta da strati alternati limosi e argillosi.
Flysch	Un vecchio termine oggigiorno in gran parte sostituito da torbidite.
Diamittite	Termine puramente descrittivo usato per descrivere qualsiasi roccia sedimentaria contenente clasti più grandi in una matrice a grana fine. La diamittite può essere formata in molti modi, ma nella maggior parte dei casi sembra essere un fino glaciale litificato.
Tillite	Un litificato scarsamente ordinato ( clasti più grandi in una matrice fangosa) sedimenti depositati da un ghiacciaio. La tillite è una lama litificata.
Slate	Una roccia metamorfica a grana fine che può essere suddivisa in fogli sottili (ha una fenditura slaty). Lardesia nella stragrande maggioranza dei casi è uno scisto / pietra fangosa metamorfizzata.
Metapelite	Qualsiasi pietra fango metamorfizzata. Ardesia, fillite e vari scisti sono metapeliti comuni.
Phyllite	Una roccia metamorfica di grado superiore allardesia e inferiore allo scisto. Presenta una caratteristica lucentezza sulle superfici di scollatura conferitagli dalla mica platinata e / o dai cristalli di grafite.

Le pietre di fango ricche di limo più grossolano tendono ad essere di colore più chiaro e non mostrano una laminazione fine tipica dello scisto corretto. Questa siltite dei Pirenei spagnoli fa parte di una torbidite. Larghezza del campione 12 cm.

Diamictite è una roccia scarsamente smistata con una matrice fangosa. Questa diamittite dalla Norvegia settentrionale è di origine glaciogena (tillite) dalla glaciazione Varangiana. Larghezza del campione 12 cm.

La torbidite è ununità di roccia sedimentaria contenente molte di queste coppie siltstone-mudstone depositate sul fondo del mare durante lo stesso episodio di valanga di fango subacquea guidata dalla gravità. La sequenza di torbidità è tipicamente composta da molti strati alternati di sil e argilla. Il limo si deposita prima dellargilla, motivo per cui ci sono almeno due strati distintivi depositati durante lo stesso evento. I campioni provengono da un singolo affioramento in Spagna, ma non erano uno accanto allaltro lì. La larghezza dei campioni è di circa 20 cm.

Un affioramento di scisto (torbidite) a Loughshinny, Irlanda.

Composizione

Lo scisto è così diffuso perché i suoi principali costituenti (minerali argillosi) sono molto comuni in superficie. Questi minerali si formano come risultato degli agenti atmosferici chimici – disintegrazione delle rocce in condizioni di bagnato / umido. I minerali che danno largilla sono vari silicati che predominano nelle rocce ignee e metamorfiche. I minerali argillosi più importanti sono la caolinite, la smectite (montmorillonite) e lillite. I primi due sono comuni negli scisti più giovani. Lillite tende a dominare negli scisti più antichi (Paleozoici) perché la sepoltura porta al processo di illitizzazione che converte la smectite in illite.

Il fango è una miscela di acqua, argilla e limo (sabbia). Pertanto i mudstones contengono anche varie quantità di limo (granulometria 2-63 micrometri) e sabbia oltre ai minerali argillosi. Se domina il limo, la roccia viene solitamente chiamata siltite. Il limo è composto principalmente da quarzo minerale, ma può anche contenere minerali del gruppo feldspato e altri formatori di rocce, compresi i minerali pesanti.

Costituenti importanti nelle pietre fangose possono essere granuli carbonatici o silicei. Entrambi sono di solito di origine biogenica. I sedimenti fangosi contenenti molti di questi costituenti sono denominati rispettivamente marna e sarl (marna, pietra se litificata).

La pirite è un minerale comune in pietre fangose che si sono formate in condizioni riducenti. Notare il colore verdastro che è anche unindicazione che lossigeno libero non era disponibile durante la diagenesi. Isola dElba, Italia. Larghezza del campione 22 cm. TUG 1608-6763.

Scisto nero contenente cubi eedrali di pirite e vene di quarzo. Larghezza del campione 8 cm. TUG 1608-2799.

Uno scisto con vene di calcite bianca. Queste vene sono post-deposizionali (formate successivamente nella roccia). Loughshinny, Irlanda. Larghezza del campione 10 cm.

Materia organica

Un componente molto importante di molti scisti è il materiale carbonioso. Si tratta di materia organica che di solito si trova nelle rocce sotto forma di cherogeno (una miscela di composti organici ad alto peso molecolare). Sebbene il cherogeno non formi più dell1% circa di tutti gli scisti, la stragrande maggioranza del cherogeno si trova nelle pietre fangose. Gli scisti ricchi di materia organica (> 5%) sono noti come scisti neri. Il colore nero è dato a queste rocce dalla materia organica. La materia organica dovrebbe essere decomposta in condizioni normali dai batteri, ma lalta produttività, la rapida deposizione e interramento o la mancanza di ossigeno possono preservarla.La pirite è un minerale solfuro comune negli scisti neri. La materia organica e la pirite si trovano insieme nella stessa roccia perché entrambe necessitano di condizioni prive di ossigeno per la loro formazione.

Alcuni scisti che sono particolarmente ricchi di materia organica sono noti come scisti bituminosi. Producono idrocarburi per distillazione. Lo scisto bituminoso può essere utilizzato come combustibile fossile, sebbene sia un combustibile relativamente “sporco” perché di solito contiene molti minerali indesiderati (non in fiamme) e per la suddetta pirite che causa danni ambientali dopo la decomposizione in acido solforico in superficie.

Lo scisto nero è una varietà di scisto contenente molta materia organica che gli conferisce un colore nero. Queste rocce sono ricche di pirite e diversi metalli come il vanadio, luranio e così via. In passato sono stati estratti come fonte di uranio. Scisti neri in Estonia.

Un affioramento di scisto nero in Estonia.

Formazione di scisto

I minerali argillosi che si sono formati dalla disintegrazione dei minerali di silicato vengono solitamente portati via dal loro luogo di formazione da acqua corrente. Verranno sedimentati quando la turbolenza del fluido causata da correnti e onde non è più in grado di contrastare la forza di gravità.I minerali argillosi sono abbastanza piccoli da essere trasportati in t egli sospensione per molto tempo. Verranno depositati dopo aver formato aggregati più grandi a causa della flocculazione o per attività biologica (organismi che si nutrono di filtri che espellono pellet fecali contenenti fango).

La maggior parte dei minerali argillosi alla fine arriva nelloceano dove si trovano finalmente depositato sulla piattaforma e sul versante continentale. Questi sedimenti ricchi dacqua sul dolce pendio continentale sono gravitazionalmente instabili. Alcuni meccanismi di attivazione come un terremoto, uno tsunami o semplicemente il peso dei sedimenti sovrastanti possono scatenare correnti di densità cariche di sedimenti enormi e in rapido movimento che si spostano lungo il pendio. Questi flussi sono noti come correnti di torbidità e il sedimento così formato come torbidite. La torbidite è spesso composta da strati alternati ricchi di limo e argilla che si formano perché il limo tende a depositarsi più rapidamente e prima dellargilla, mentre successivamente si formano strati ricchi di argilla e sono più spessi nelle parti più distali della sequenza torbidite. Molti di questi strati possono susseguirsi, formando una spessa unità sedimentaria marina.

Il mudstone depositato contiene aggregati di argilla disorientati che creano molto spazio poroso riempito dacqua. Man mano che si accumulano più sedimenti, il peso dei sedimenti sovrastanti provoca la compattazione: gli aggregati di argilla assumono lorientamento preferito perpendicolare alla direzione dello stress, lo spazio dei pori si riduce e lacqua viene spinta fuori dalle rocce. Man mano che la temperatura e la pressione aumentano, inizieranno i cambiamenti nella mineralogia. Questo non è metamorfismo, però. Questi cambiamenti avvengono a profondità relativamente basse e temperature moderate e il processo è chiamato diagenesi. Non cè, ovviamente, un confine netto tra diagenesi e metamorfismo. In molti casi può essere quasi impossibile dire con certezza se la roccia particolata è ancora sedimentaria o già metamorfica. Le rocce pelitiche nel campione della mano sono generalmente considerate metamorfiche quando mostrano una chiara scissione delle lamelle e hanno una superficie più riflettente a causa di scaglie di mica più grandi cresciute a spese degli ex minerali argillosi.

Turbidite fortemente piegata a Loughshinny, Irlanda.

Il colore verde indica condizioni di formazione ridotte. Finnmark, Norvegia. Larghezza del campione 19 cm.

I segni sulla suola sono caratteristiche comuni (colate) sulle superfici inferiori degli strati di scisto. Possono essere usati per mostrare la salita e le direzioni paleocorrenti.

Affioramento di scisto piegato. Finnmark, Norvegia.

Diagenesi e idrocarburi

Il processo di illitizzazione (la smectite si trasforma in illite) è un cambiamento importante che ha luogo nelle pietre fangose durante la diagenesi. Lillitizzazione consuma potassio (fornito solitamente dal K-feldspato detritico) e libera ferro, magnesio e calcio, che possono essere utilizzati dagli altri minerali formanti come la clorite e la calcite. Lintervallo di temperatura dellilluminizzazione è di circa 50-100 ° C3. Anche il contenuto di caolinite diminuisce con laumentare della profondità di sepoltura. La caolinite si forma nel clima caldo e umido. Il clima temperato più secco tende a favorire la smectite. Il motivo è che molte precipitazioni lavano gli ioni solubili dalla roccia, mentre il clima più secco non svolge questo compito in modo così efficace. La caolinite è favorita nei climi umidi perché contiene solo alluminio oltre a silice e acqua. Lalluminio è altamente residuo mentre i costituenti della smectite (magnesio e calcio, oltre ad alluminio e ferro) vengono portati via più facilmente.

Un altro processo importante ed economicamente molto importante che si verifica durante la diagenesi (a volte questa fase viene definita catagenesi) è la maturazione del cherogeno in idrocarburi. Il cherogeno è una sostanza cerosa intrappolata nella roccia, ma maturerà in idrocarburi più leggeri che sono in grado di uscire dallo scisto e migrare verso lalto. Questo processo può avvenire a temperature comprese tra circa 50-150 ° C4 (finestra dellolio). Ciò corrisponde di solito a 2-4 chilometri di profondità di sepoltura. Gli idrocarburi più leggeri liberati durante i processi (noti come cracking catalitico e termico) sono ora liberi di migrare verso lalto. Possono formare serbatoi di petrolio e gas sfruttabili se bloccati da una sorta di trappola strutturale che può essere un anticlinale o un confine di faglia. Lo strato roccioso che arresta il movimento verso lalto è in molti casi un altro strato di scisto perché lo scisto compattato è una dura barriera per liquidi e gas. Lo scisto può anche formare un acquiclude tra gli strati portanti lacqua per lo stesso motivo: non consente allacqua di fluire facilmente attraverso la roccia (ha una bassa permeabilità).

Questo è anche il motivo per cui alcuni dei gli idrocarburi non sono in grado di migrare dalle rocce madri. Questa risorsa è ancora almeno in parte a nostra disposizione se trapaniamo fori e iniettiamo acqua pressurizzata nella roccia che ne provocherà la frattura. Questo metodo è noto come fratturazione idraulica (fracking). Le crepe formate saranno mantenute aperte dai granelli di sabbia iniettati con lacqua e gli idrocarburi intrappolati nelle rocce diventeranno recuperabili. La frattura in realtà è un processo comune nella crosta. Le vene minerali e le dighe sono crepe nella crosta aperte e sigillate da un fluido o magma altamente pressurizzato.

Uno scisto bituminoso (variery kukersite) da LEstonia continua ad essere utilizzata come combustibile fossile e materia prima per lindustria dellolio di scisto. La roccia è molto ricca di fossili (briozoi, trilobiti, brachiopodi). La kukersite è leggermente laminata.

Scisti ricchi di cherogeno provenienti dalla Russia. Larghezza del campione 10 cm.

Immagini di rocce correlate

Queste sono lastre di ardesia. Sebbene lo scisto dimostri anche fissilità, non si rompe in strati così sottili di roccia dura ed è chiaramente più opaco in apparenza.

Questo è un calcare fangoso in cui strati ricchi di carbonato di colore chiaro si alternano a strati silicoclastici (fangosi). Biri, Oppland, Norvegia. Larghezza del campione 9 cm.

Larenaria, inoltre, non deve essere quarzo puro. Spesso contiene quantità apprezzabili di argilla che possono essere convertite in mica e clorite durante la diagenesi associata alla sepoltura. Larghezza del campione 18 cm.

Una roccia sedimentaria silicoclastica metamorfizzata ora composta da arenaria metamorfizzata (quarzite) con uno strato di fango metamorfizzato (ardesia) .

La metapelite è una roccia metamorfica che ha un protolite di mudstone. Lo scisto staurolite è una metapelite. In primo piano è presente un porfiroblasto staurolite a gemellaggio incrociato. Tohmajärvi, Finlandia. Larghezza del campione 19 cm.

Lardesia è uno scisto metamorfizzato. Ha una fenditura slaty (tendenza a rompersi in sottili fogli di roccia).

La micascisto è una metapelite, un sedimentario ricco di argilla metamorfizzato roccia. I cristalli rossi sono porfiroblasti granato almandino. Narvik, Norvegia. Larghezza del campione 14 cm.

Una roccia fangosa metamorfizzata contenente chiaramente sia materiale ricco di argilla che di quarzo. Larghezza del campione 14 cm.