argilla
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Lessico
sf. [sec. XIV; latino argilla]. Roccia sedimentaria che per assorbimento d'acqua forma una massa plastica facilmente lavorabile e in grado di mantenere la forma anche dopo essiccamento. Per similitudine: essere come un vaso d'argilla tra vasi di ferro, essere debole e indifeso in un mondo avverso. In senso fig., corpo dell'uomo (creato da Dio con l'argilla, secondo il racconto biblico): mortale argilla; essere fatto della stessa argilla, essere in tutto simile.
Petrografia
Roccia costituita in prevalenza da minerali argillosi e argillosomicacei e subordinatamente da cloriti, ossidi di ferro, quarzo e silice idrata allo stato colloidale; come componenti scarsi, e non sempre presenti, si possono avere feldspati, calcite e altri carbonati, anfiboli e pirosseni; come minerali accessori si hanno quelli che di solito sono contenuti nelle rocce eruttive e metamorfiche, di notevole resistenza sia per durezza sia per inalterabilità (per esempio minerali titaniferi e zircone). Da un punto di vista granulometrico le argille sono costituite da due frazioni, una grossolana e una fine. Nella frazione grossolana, costituita dagli stessi minerali che formano le sabbie, i granuli hanno dimensioni comprese fra 1/16 e 1/256 di mm; in quella fine, costituita da minerali argillosi e argilloso-micacei, le dimensioni sono ancora inferiori. A seconda che prevalga la frazione grossolana o quella fine, si parla di argille limose (silt) o di argille fini, che corrispondono (nella terminologia usata nell'industria dei refrattari e delle ceramiche) rispettivamente alle argille magre (ricche di scheletro sabbioso) e alle argille grasse (povere di scheletro sabbioso). La maggior parte delle argille ha origine sedimentaria, derivando dal deposito e dall'accumulo delle torbide più fini trasportate in sospensione dalle acque superficiali. L'ambiente di sedimentazione è generalmente marino, di zone deltizie o poco lontane da esse; si è portati tuttavia ad ammettere che quasi tutte le argille marine abbiano subito fenomeni di risedimentazione, venendo così ad accumularsi in zone relativamente lontane da quelle del deposito originario. Meno frequentemente l'ambiente sedimentario è di natura continentale. Nella sedimentazione delle argille fini hanno grande importanza i fenomeni di flocculazione, regolati dalle condizioni chimico-fisiche delle acque e particolarmente dalla presenza di elettroliti. Durante il trasporto in ambiente continentale, il materiale argilloso si trova in sospensione; quando raggiunge un bacino marino (o lagunare o lacustre) con elevata concentrazione di sostanze in soluzione, i granuli più fini si raggrumano attorno agli elettroliti, formando delle micelle che sedimentano con rapidità. Questo fenomeno spiega perché la deposizione delle argille avviene di solito nelle regioni deltizie o nelle immediate vicinanze. Alcune argille hanno origine idrotermale, derivando dalla trasformazione di rocce eruttive a opera di acque calde di provenienza profonda.
Minerali argillosi e argilloso-micacei
"Per i minerali argillosi vedi schemi al lemma del 2° volume." Questi minerali, componenti fondamentali delle argille, sono idrofillosilicati, o sialliti, generalmente di alluminio o magnesio, talora di ferro, caratterizzati da un reticolo cristallino costituito da strati di tetraedri [SiO4]4‒ o [SiO₃OH]4‒, in cui ciascun atomo di silicio è al centro del tetraedro ed equidistante da quattro atomi di ossigeno o da ossidrili, disposti sui vertici del tetraedro stesso, e da strati di ottaedri, al centro dei quali si trovano atomi di alluminio, magnesio o ferro, coordinati da sei atomi di ossigeno o da sei ossidrili, occupanti i vertici "Per i minerali argillosi vedi lo schema a pg. 407 del 2° volume." . A seconda delle modalità con cui questi strati ottaedrici e tetraedrici sono uniti nel reticolo cristallino, si possono distinguere quattro tipi di unità strutturali, in base ai quali è possibile differenziare i diversi minerali delle argille. Nel tipo a due strati si ha l'accoppiamento di uno strato ottaedrico con uno tetraedrico; è caratteristico dei minerali appartenenti ai gruppi della caolinite e dell'halloysite. Nel tipo a tre strati, due strati tetraedrici comprendono uno strato ottaedrico; l'esistenza di deboli legami tra due unità adiacenti favorisce l'ingresso tra di esse di molecole d'acqua e di molecole organiche, di cationi, ecc. Questa configurazione è tipica dei minerali del gruppo montmorillonite-saponite e delle idromiche o illiti. Nel tipo a strati misti si verifica una regolare alternanza di strati di minerali diversi; è tipico delle cloriti. Infine, nel tipo con struttura a catena si hanno catene tetraedriche simili a quelle degli inosilicati, collegate tra loro da ottaedri, al centro dei quali si hanno atomi di alluminio e di magnesio, coordinati da atomi di ossigeno e da gruppi ossidrilici, disposti ai vertici. Questa struttura è presente nella sepiolite e nella palygorskite. I minerali delle argille sono: montmorillonite, beidellite, nontronite, volchonskoite, vermiculite, batavite, saponite, sauconite, hectorite, halloysite, sepiolite, palygorskite (attapulgite), gyrolite, crisocolla, caolinite, dickite, nacrite, anauxite, donbassite e hisingerite. Un altro gruppo di minerali presenti nelle argille è costituito dai cosiddetti minerali argilloso-micacei, che hanno in genere reticoli intermedi fra quelli delle miche e quello delle montmorilloniti, in seguito alla graduale sostituzione dei cationi alcalini che stanno fra i triplici legami delle miche con molecole d'acqua. Dalla muscovite e dalla biotite si originano così due serie che comprendono, rispettivamente, le idromuscoviti, le illiti, le Al-andreattiti, le Al-montmorilloniti, e le idrobiotiti, le Mg-andreattiti, le Mg-montmorilloniti. Un altro minerale che entra spesso nella costituzione delle argille è l'allofane, un silicato idrato di alluminio con composizione chimica molto simile a quella della caolinite e amorfo ai raggi X. Le argille con abbondanza di questo minerale vengono dette allofaniti e la loro composizione chimica può essere così espressa: xAl₂O₃∤ySiO₂∤zH₂O. La formazione dei minerali argillosi e argilloso-micacei avviene direttamente a spese di altri silicati; agenti di questa trasformazione sono le acque superficiali e sotterranee, che idrolizzano i silicati asportandone selettivamente i componenti del reticolo (argillificazione). I primi a essere allontanati sono i grossi cationi, come sodio, potassio, calcio e magnesio; il reticolo risulta così indebolito e si disunisce, dando origine a tetraedri e ottaedri variamente uniti tra loro. Nello stesso ambiente che ha provocato la distruzione reticolare dei silicati (specie dei feldspati) avviene la costruzione dei minerali argillosi. A volte, quando il silicato originario aveva già un reticolo a strati (miche), la trasformazione mineralogica non presuppone necessariamente una distruzione completa del reticolo cristallino, ma semplicemente la sostituzione di alcuni suoi elementi con molecole d'acqua.
Geologia delle argille
Fra le rocce sedimentarie antiche le argille rappresentano i termini più diffusi, ca. la metà in volume. Gli ambienti nei quali si può avere formazione di depositi argillosi sono vari; una prima distinzione va fatta fra argille residuali, che si trovano nello stesso ambiente in cui si sono formate attraverso i fenomeni chimico-fisici prima descritti, e argille trasportate, che si sono invece accumulate in luoghi diversi. Le argille residuali, generalmente in giacimenti limitati sia come estensione sia come potenza, sono da considerarsi dei paleosuoli derivati dall'alterazione di rocce acide, eruttive o metamorfiche; in esse il minerale più abbondante è la caolinite. Un particolare tipo di argilla residuale è il ferretto (di colore rossastro per la presenza di idrossidi di alluminio e di ferro) delle Prealpi italiane, che deriva dall'alterazione meteorica dei depositi morenici e fluvioglaciali di età quaternaria. Il gruppo delle argille trasportate è molto più vasto e la loro distinzione è fatta in relazione all'ambiente di sedimentazione: glaciali, se si sono accumulate in bacini lacustri al margine di regioni glaciali; fluviali, quando sono state deposte dalle piene dei fiumi; lacustri, lagunari, marine. A mano a mano che ci si allontana dal luogo di erosione, si nota una netta evoluzione nei depositi risultanti, nel senso di una più spiccata argillificazione del sedimento. Così, per esempio, nelle argille glaciali e in quelle fluviali i minerali caratteristici delle argille sono presenti solo se nell'area erosa dal ghiacciaio o dal fiume affioravano depositi argillosi. Nelle argille marine è frequente il carbonato di calcio, sia proveniente da precipitazione chimica diretta, sia di provenienza organica; quando è presente in misura inferiore al 25% si hanno le argille calcaree; fra il 25 e il 75% si passa dalle argille marnose alle marne; oltre il 75% ai calcari argillosi. In alcuni tipi di argilla si può avere quantità rilevante di silice, derivante da precipitazione chimica e non da detrito quarzoso o da organismi silicei: per aumento percentuale di silice si passa alle porcellaniti. Varietà particolari di argille marine sono le argille nere, il cui colore è dovuto alla presenza di sostanze organiche e solfuri di gesso e che sono il risultato di una deposizione lenta in ambienti tranquilli; e le argille rosse, il cui colore è dato dalla presenza di ossidi e idrossidi di ferro e che si depositano in vaste aree dei fondi oceanici (fanghi rossi abissali). Generalmente le argille si presentano trasformate da processi diagenetici in rocce relativamente compatte, molto spesso laminate, con assenza quasi totale di quelle proprietà di plasticità che caratterizzavano la roccia originaria. La ricristallizzazione è il processo che più di ogni altro contribuisce alla diagenesi di queste rocce: le minute lamelle di minerali argillosi, argilloso-micacei e cloritici sono soggette a ingrandimenti e a perdita d'acqua, trasformandosi in miche e in cloriti. Per metamorfismo le argille possono dare origine a rocce diverse, a seconda delle condizioni metamorfosanti. Così si avranno filladi per effetto del metamorfismo tettonico di epizona; micascisti e paragneiss di vario tipo nel metamorfismo di mesozona e di catazona; migmatiti e rocce simili ai graniti se interviene un metamorfismo di granitizzazione; rocce di contatto di vario tipo (specie cornubianiti) nel metamorfismo di contatto. Tra le formazioni argillose di maggior potenza e di maggior estensione presenti in Italia, ricordiamo le argille di età permiana che costituiscono gli scisti di Collio (Lombardia), le argille varicolori e le argille nerastre di età triassica (sempre in Lombardia), altre argille triassiche diffuse in altre zone delle Alpi, argille del Cretaceo inferiore in Lombardia e nel Veneto, del Cretaceo superiore (si tratta di argille bituminose) in vaste regioni dell'Italia settentrionale e centrale; principalmente del Cretaceo sono le cosiddette argille scagliose dell'Appennino Settentrionale; molto sviluppati in tutta Italia sono i depositi di argilla di epoca terziaria. La facilità con la quale le argille vengono degradate dagli agenti esogeni e la loro plasticità quando sono impregnate d'acqua causano in tutte le regioni con notevoli affioramenti di rocce argillose (in Italia molte zone dell'Appennino Settentrionale) numerose frane di smottamento; il primo dei due fattori ricordati è poi il principale agente nella formazione dei calanchi. Da un punto di vista pedologico le rocce argillose (specialmente quando abbondano le montmorilloniti) rivestono grandissimo interesse: esse conferiscono ai terreni l'importante funzione di adsorbire le acque circolanti e di cederle gradualmente alle radici delle piante. Importante è anche la funzione delle formazioni argillose nei confronti dei fenomeni di inquinamento derivanti dallo scarico di rifiuti liquidi e dal deposito di rifiuti solidi nel suolo e sottosuolo. Infatti, le formazioni argillose con il loro elevato potere di cattura esercitano un'azione di trattenimento nei confronti delle sostanze inquinanti proteggendo le falde acquifere.
Utilizzazione delle argille
Le proprietà tecniche delle argille consentono la loro utilizzazione in numerose industrie. Principali proprietà sono la plasticità, l'indurimento, il ritiro, la porosità, la fusibilità, il colore. La plasticità, che dipende principalmente dalla finezza dei granuli costituenti e dalla presenza di acqua di costituzione, oltre che dalla facilità a impregnarsi d'acqua igroscopica, consente una classificazione delle argille a seconda della loro durezza (paste secche, dure, semidure, normali, molli, semiliquide). L'indurimento si ottiene eliminando, mediante riscaldamento, l'acqua igroscopica e quella di costituzione: si ottengono in tal modo prodotti diversi, porosi, che conservano la forma del prodotto di partenza. Ad alte temperature, oltre i 1000 ºC, l'argilla fonde: ne esistono però particolari tipi che possono sopportare temperature dell'ordine dei 1500-1600 ºC senza fondere e sono perciò usati come materiali refrattari. Il ritiro durante la cottura è conseguenza dell'eliminazione dell'acqua igroscopica e di costituzione, così come la porosità: tanto maggiore è il ritiro, tanto minore è la porosità. Se si vogliono ottenere manufatti molto porosi, si possono aggiungere all'impasto sostanze, come segatura di legno e polvere di carbone, che vengono poi eliminate durante la cottura. Il colore delle argille, che in natura è comunemente grigio, verde, azzurro, bruno, nero, varia sensibilmente durante la cottura per cui la tinta del prodotto finito è difficilmente prevedibile. A seconda della loro composizione chimica, delle loro proprietà tecnologiche e delle loro applicazioni industriali, le argille vengono variamente classificate. Tra le numerose classificazioni, la più razionale sembra essere quella proposta dall'United States Bureau of Mines, che considera le seguenti sei classi: caolini, argille plastiche chiare, argille da refrattari, bentoniti, terre da follone, argille diverse. I caolini sono costituiti da caolinite a notevole grado di purezza; a volte contengono anche discrete quantità di halloysite e in questo caso trovano impiego nella preparazione di catalizzatori nell'industria petrolifera. Nei caolini di buone caratteristiche il tenore di Al₂O₃ deve oscillare fra il 37 e il 40%, quello di SiO₂ fra il 45 e il 55%; basso, inferiore all'1%, deve essere il contenuto in Fe₂O₃. I caolini con tali requisiti chimici hanno un colore sufficientemente bianco per poter essere utilizzati come carica della carta e come materia prima per porcellane pregiate. Il caolino viene anche usato per la preparazione di refrattari: in questo caso deve contenere piccole quantità di alcali che durante la cottura agiscono da fondenti. Le argille plastiche chiare sono costituite da caolinite e da altri minerali argillosi che ne migliorano le qualità plastiche; il tenore in Fe₂O₃ è più alto che nei caolini; vengono utilizzate per i comuni manufatti ceramici dando luogo a prodotti di color avorio. Le argille da refrattari non hanno una costituzione chimico-mineralogica costante (possono essere silicee, caolinitiche o alluminose): loro caratteristica comune è il punto di fusione sempre superiore ai 1500 ºC. Sono destinate alla preparazione di mattoni per forni e all'industria dei laterizi. Le bentoniti sono costituite in massima parte da minerali del gruppo della montmorillonite, con impurezze di quarzo, feldspati, biotite e gesso: sono caratterizzate da una notevole plasticità e rigonfiabilità in sospensione acquosa. Sono utilizzate in quantità rilevante nell'industria petrolifera per la preparazione dei fanghi di perforazione. Le terre da follone sono quelle argille utilizzate nella raffinazione e nella decolorazione di oli vegetali, animali e minerali (argille smettiche) e di prodotti industriali vari. Non hanno una costituzione mineralogica ben definita (possono essere costituite da materiali argillosi a base di montmorilloniti o di minerali fibrosi). Quando vengono utilizzate come sostanze decoloranti possono essere attivate con trattamenti di vario tipo che ne migliorano le qualità adsorbenti. Nelle argille diverse si comprendono infine quei materiali argillosi, più o meno puri, che non rientrano nelle altre cinque classi: trovano impiego prevalentemente nella fabbricazione dei laterizi e nell'industria del cemento. Tra queste ricordiamo l'argilla espansa, un inerte ottenuto da cottura di argilla con procedimento speciale ad alta temperatura; si presenta in granuli di varie misure, con struttura interna cellulare clinkerizzata e una superficie esterna resistente. Può essere usata in grani sciolti (drenaggi, isolamenti) e nella formazione di calcestruzzo per la produzione di blocchi, lastre, ecc.