GEOCHIMICA
GEOCHIMICA
. La geochimica è la scienza che contempla la costituzione chimica del globo terrestre, determinando la frequenza e la distribuzione degli elementi che lo compongono, allo stato libero o di combinazione, e i processi chimico-fisici a cui tali elementi possono prendere parte e che questi stati determinano.
A tali fini, la geochimica si vale delle conoscenze acquisite in varî rami delle scienze fisiche, chimiche e naturali, giovandosi a volta a volta dei mezzi di osservazione e d'indagine che coteste scienze offrono. La chimica analitica e la spettroscopia, sia a luce ordinaria sia con i raggi Röntgen, le prestano i mezzi per la determinazione dei singoli elementi e per lo studio dei complessi che essi formano in natura. La petrografia le apporta il contributo della conoscenza delle formazioni rocciose, mentre la mineralogia, col sussidio della cristallografia, permette l'individuazione macroscopica e microscopica delle entità, dette minerali, che costituiscono le rocce stesse.
Qualunque tipo di materia si consideri, corpo semplice o composto, le sue condizioni sia fisiche sia chimiche in ogni istante rappresentano stati di equilibrio più o meno stabile determinati dall'ambiente chimico e dai campi termodinamici nei quali esso viene a trovarsi. In conseguenza lo studio dei processi geochimici consiste in un'applicazione dei metodi e delle leggi della chimico-fisica ai varî sistemi, comprendenti fasi solide, liquide e gassose, che costituiscono il globo.
Dalla geologia stratigrafica la geochimica ricava, oltre che dati circa l'età relativa delle formazioni rocciose costituenti la crosta terrestre, importanti indicazioni circa le condizioni termodinamiche a cui tali formazioni sono state sottoposte prima di arrivare al loro stato attuale, gettando quindi luce sulla parte che hanno potuto avere nei fenomeni petrogenetici quei parametri essenziali dei processi chimico-fisici che sono la pressione, la temperatura e il tempo. La biochimica, e cioè lo studio dei processi che si elaborano sia in seno alla materia vivente sia fra questa e la materia inanimata, permette di tracciare il quadro assai vasto e importante dell'azione della vita nel complesso delle trasformazioni chimiche di cui è sede la parte superficiale del globo terrestre, alla quale viene dato perciò da qualcuno il nome di biosfera.
Finalmente l'astrofisica, e particolarmente quel ramo di essa che è la spettrografia astrale, col rivelarci la costituzione del Sole e delle altre stelle, sia pure limitatamente alle loro parti esterne, presta un prezioso ausilio alle induzioni circa l'evoluzione chimico-fisica del nostro pianeta.
Si può dunque dire che dall'esame dei corpi sia semplici sia composti, i quali, in fase solida, liquida o gassosa, costituiscono la parte a noi accessibile del globo e dall'osservazione dei processi a cui essi partecipano, la geochimica tende a fornire oltre che un quadro dello stato attuale della Terra, anche una storia chimico-fisica di essa, che dal presente si estende al passato e all'avvenire. Dal punto di vista pratico, la geochimica, con lo studio delle condizioni in cui viene a effettuarsi in natura la segregazione e la concentrazione dei varî corpi, concorre in maniera ogni giorno più preziosa all'identificazione dei giacimenti di materiali utili all'uomo.
Le nostre conoscenze circa la composizione chimica del globo sono limitate, per quel che concerne l'osservazione diretta, a un certo spessore di quella massa di materiali solidi a cui diamo il nome di rocce e che costituiscono la cosiddetta crosta terrestre (litosfera), alla massa liquida da cui tale crosta è in parte ricoperta e anche permeata (idrosfera), e alla parte inferiore (troposfera) del complesso di materia allo stato gassoso (atmosfera) che circonda la litosfera e l'idrosfera, essendo per il momento assai scarsi i dati d'indagine diretta concernenti la parte superiore dell'atmosfera, detta stratosfera.
La porzione di litosfera della cui costituzione avremmo conoscenza in base all'esperienza diretta, se fossimo ridotti a basarci soltanto sulle perforazioni praticate per scopi utilitarî, sarebbe assai limitata, avendo la più profonda trivellazione fino a oggi praticata dall'uomo raggiunto poco più di 2500 m. Ma possiamo considerare di conoscere con soddisfacente approssimazione la composizione della litosfera su uno spessore di una quindicina di km., che rappresenta la massima sezione ideale che, in base ai dati della geologia stratigrafica, possiamo ricostruire tra gli estremi strati superficiali di formazione attuale e quelle rocce d'origine più antica e più profonda, che oggi affiorano in conseguenza di fenomeni di sollevamento, di erosione e altre circostanze concomitanti, quale l'assenza in quel punto di ricoprimenti dovuti a estrusioni magmatiche o a formazioni sedimentarie di età più recente. Se si tiene presente che il raggio medio terrestre è di circa 6.365 km. si vede quanto piccola sia tuttavia la porzione del globo accessibile alla nostra indagine diretta.
F. W. Clarke, considerando come nota la composizione della litosfera su uno spessore di 10 miglia inglesi (circa 16.000 km.) calcola che le masse rispettive di tale strato di litosfera, dell'idrosfera e dell'atmosfera stanno fra loro nel rapporto di 93%, 6,97%, 0,03%. Quanto alla litosfera, essa è costituita per eirca 95% da rocce eruttive, per circa 4% da rocce metamorfiche e per circa 1% da rocce sedimentarie.
Le rocce risultanti dalla solidificazione del materiale emesso allo stato di fusione (magma lavico) dai vulcani sia attualmente in attività sia spenti (rocce ignee effusive), come pure le masse rocciose derivanti dalla solidificazione di materiali magmatici in parti più o meno profonde della crosta terrestre (rocce ignee intrusive), non sembrano poterci fornire dati circa la costituzione chimica di regioni più profonde del globo, data l'ubicazione relativamente superficiale che si ritiene debbano avere i serbatoi da cui tali materiali magmatici provengono (v. Vulcani). Ciò posto, dai dati che possediamo circa la composizione chimica e la frequenza relativa dei varî tipi di rocce costituenti l'anzidetta parte a noi nota della litosfera, aggiungendovi i dati che possediamo circa la composizione dell'idrosfera e dell'atmosfera, possiamo, secondo G. Berg, stabilire una tabella di costituzione centesimale della porzione di globo a noi nota (v. pag. prec.).
Per quanto concerne la composizione chimica sia dell'atmosfera sia dell'idrosfera, v. queste due voci. Per la litosfera, la tabella di composizione centesimale differisce di poco da quella data per l'insieme delle tre fasi, salvo una notevole diminuzione della proporzione dell'azoto, quasi totalmente concentrato nell'atmosfera, e dell'idrogeno contenuto sotto forma di acqua nell'idrosfera. Nei riguardi dello stato di combinaxione in cui i varî elementi si trovano in seno alle diverse formazioni rocciose costituenti la crosta terrestre, P. Niggli stabilisce la seguente tabella in cui i composti sono raggruppati in base ai radicali acidi, il primo gruppo essendo costituito dagli elementi allo stato libero.
Per ciò che riguarda la composizione chimica come pure lo stato fisico delle parti interne del globo, sottostanti alla parte superficiale di crosta accessibile alla nostra indagine diretta, siamo ridotti a induzioni.
I dati sulla densità del nostro pianeta, che è compito della geofisica determinare (v. terra), concordano soddisfacentemente intorno a un valore medio di 5,6 rispetto all'acqua. Siccome la densità media della litosfera, ricavata dalle densità dei varî tipi di rocce e dalla loro frequenza relativa, raggiunge appena 2,7, dobbiamo ammettere che alla parte interna, a noi ignota, corrisponda una densità media superiore a 5,6. D'altra parte tale maggiore densità non sembra attribuibile all'azione di compressione che i materiali subiscono nelle parti centrali del globo per effetto delle masse sovraincombenti. Occorre quindi ammettere una composizione diversa da quella della porzione di litosfera a noi nota.
Una prima conferma di ciò appare dal sensibile incremento di densità che si osserva già passando dalle rocce acide, più ricche di costituenti silico-alluminosi, che prevalgono alla superficie della litosfera, alle rocce basiche, più ricche di silicati ferro-magnesiaci, che diventano predominanti nelle masse di formazione più profonda a noi accessibili.
Inoltre, poiché dobbiamo eonsiderare le meteoriti come frammenti derivanti dalla disgregazione di corpi celesti appartenenti al nostro sistema planetario, e poiché tutto fa pensare a una certa omogeneità chimica per gli astri appartenenti al sistema solare, e in particolare per quei pianeti e asteroidi che gravitano in orbite poco discoste da quella della Terra, è lecito ritenere che la composizione chimica media delle meteoriti rappresenti all'incirca la composizione media della Terra stessa. Ora nelle meteoriti si passa, attraverso tipi di densità a mano a mano decrescente, dalle sideriti, essenzialmente costituite da ferro nichelifero e la cui densità si aggira intorno a 8, alle forme prettamente litiche, la cui densità è compresa fra 3 e 4 e che sono costituite prevalentemente da minerali che caratterizzano le rocce ignee più basiche della crosta terrestre, cioè da ortosilicati di ferro e di magnesio (olivine), da ortosilicato di calcio e alluminio (anortite), da metasilicati ferro-magnesiaci (pirosseni), con ossidi di ferro, cromo, titanio, ecc., e con solfuri metallici (v. meteoriti).
È difficile rendersi conto di quale possa essere lo stato fisico della materia alle temperature e alle pressioni esistenti nelle regioni profonde del globo, anche ammettendo che il gradiente geotermico vada decrescendo con la profondità, e che la temperatura del nucleo centrale non oltrepassi i 3000° C. come il Wiechert ritiene. Quel che si può dire è che lo studio della propagazione delle onde sismiche attraverso alle parti centrali del globo conduce ad ammettere che la materia ivi esistente, anche se supposta in fase liquida, o persino gassosa, deve essere dotata di una rigidità paragonabile a quella che, nei campi termodinamici della nostra sperimentazione, caratterizza le fasi solide più tipicamente compatte, quale per esempio l'acciaio (stati di fluidità latente). Tale studio ci porta altresì ad ammettere l'esistenza di due zone di brusca variazione di densità, rispettivamente a 1200 e 2900 km. circa dalla superficie, alle quali va aggiunta una zona di variazione di densità situata a non più di 120 km. di profondità. Allo stato attuale delle nostre conoscenze si può, tenendo presenti gli studî di H. S. Washington, V. M. Goldschmidt, G. Tammann e altri, riassumere la questione della composizione chimica dell'intero globo nel seguente modo, assumendolo costituito da:
1. una crosta superficiale, dello spessore di circa 120 km., con una densitȧ media di 2,8 e costituita nella parte esterna prevalentemente da rocce in cui predominano gli allumino-silicati di sodio, potassio e calcio e la silice libera, e nella parte interna da rocce in cui, a mano a mano che si discende, diventano sempre più prevalenti le forme basiche rispetto a SiO2 essendo gli ortosilicati e i metasilicati ferro-magnesiaci i minerali più abbondanti. Eslsterebbe poi una zona di passaggio, più o meno marcata dall'uno all'altro tipo di roccia, a una profondità di circa 60 km., da porre in relazione con la teoria dell'isostasi;
2. un involucro di 1200 km. di spessore, costituito in prevalenza da metasilicati e ortosilicati ricchi di ferro e di magnesio, di elevata densità (3,6-4) cioè formati sotto condizioni di elevata pressione, quali sono i granati e gli ortoporisseni ferro-magnesiaci (zona eclogitica);
3. un involucro di 1700 km. di spessore e di densità 5-8: in prevalenza ossidi di ferro, cromo, titanio, stagno, ecc., e solfuri, arseniuri, antimoniuri, ecc., di ferro, rame, piombo, argento, zinco, ecc.;
4. il nucleo centrale metallico, di densità circa 8, avente la composizione delle sideriti, cioè ferro e nichelio con tracce di cobalto, rame, cromo, ecc., e di solfuri, fosfuri e carburi metallici.
Tali concetti non differiscono che poco da quelli di E. Suess (Antlitz der Erde, III, 11, p. 626) il quale designò col termine Sial la crosta superficiale a rocce silico-alluminose, con Sima il sottostante strato a silicati di magnesio e ferro, con Crofesima la parte superiore dell'involucro di 1700 km. da lui supposta più ricca di cromo (che ha gran tendenza a unirsi al ferro sotto forma di cromite, cioè FeO2Cr2O3) con Nifesima la sua parte inferiore, ritenuta più ricca di nichelio, e finalmente col termine Nife il nucleo metallico centrale. Ammettendo che la materia oggi costituente la parte solida del nostro pianeta abbia attraversato un periodo in cui essa era nella sua totalità allo stato di fusione, si può ritenere che le differenziazioni suddette siano il risultato di segregazioni in fase liquida di tre sistemi fusi, costituiti in prevalenza rispettivamente da silicati, da solfuri e da metalli liberi. Per ciò che riguarda la distribuzione degli elementi nei diversi involucri V. M. Goldschmidt ritiene che essi possano venire raggruppati in tre categorie, cioè:
Elememi siderofili, con tendenza a seguire il ferro metallico costituente il nucleo centrale, e questi sono Ni, Co, P, C, Mo, e Pt con quasi tutti i metalli del suo gruppo.
Elementi calcofili, con tendenza all'accumulamento nella parte inferiore dell'involucro di 1700 km. e a formare composti non ossigenati, quali solfuri, arseniuri, antimoniuri, ecc. o a isolarsi allo stato libero; e sono Cu, Ag, Pb. Zn, Cd, Bi, Sh, Se, As, Te, Pd, Ga, In, Tl, Hg, Au. In questa zona esisterebbero anche notevoli quantità di ossidi, specialmente di ferro e di cromo.
Elementi litofili, prevalenti nella porzione periferica del globo, e sono O, Si, Al, Ca, Mg, Ba, Sr, Na, K, Li, Rb, Cs, Mn, Ti, Zr, F, Cl, Br, B, Be, V, W, U, Sn, con Sc, Th, Y e le altre terre rare.
Il Goldschmidt raccoglie sotto una quarta categoria gli elementi H, N, Ar, Ne, Kr, Xe, He che egli chiama atmofili.
È facile vedere tuttavia che questa classifica, come pure altre tentate da varî autori, non è che assai incerta e approssimativa, mostrando molti elementi, primo fra i quali il ferro, la tendenza ad assumere le caratteristiche di elemento siderofilo, calcofilo o litofilo a seconda che l'ambiente chimico e il campo termodinamico nel quale viene a trovarsi, lo portino a permanere allo stato libero, a formare solfuri oppure ossidi o silicati.
Comunque, in base a considerazioni di questo genere, oltreché ai risultati delle analisi dei varî tipi di rocce note e alla loro frequenza relativa, sono stati da varî autori effettuati computi presuntivi circa la costituzione chimica centesimale dell'intero globo terrestre. H.S. Washington assume in tal modo per l'intero globo la costituzione centesimale seguente, in cui sono omessi gli elementi più rari considerati conglobati come tracce nelle masse dei singoli elementi più frequenti, che essi generalmente accompagnano:
La geochimica ha per base essenziale l'applicazione dei metodi e dei concetti della chimico-fisica sperimentale e teoretica allo studio dei fenomeni naturali a cui partecipa la materia costituente il globo. Si tratta in altre parole di situare i suddetti fenomeni naturali nel quadro dei principî e delle leggi della chimico-fisica, applicando, ad es., la legge delle fasi e i concetti di equilibrio stabile, metastabile e labile all'interpretazione dei processi di solidificazione dei liquidi magmatici oppure alla formazione dei depositi salini e sedimentarî in seno all'idrosfera, i concetti d'isomorfismo e di soluzione solida alla costituzione chimica dei cosiddetti cristalli misti, i principî della termodinamica e della termochimica ai fenomeni di polimorfismo, la teoria dei fenomeni colloidali ai sistemi dispersi di cui le soluzioni saline dell'idrosfera costituiscono il dispersoide, e così di seguito. Una delle particolarità più notevoli dei fenomeni geochimici consiste nel carattere ciclico dei processi a cui la maggior parte degli elementi partecipano attraverso alle varie fasi, solide, liquide e gassose di cui il nostro pianeta è formato, potendo determinati stadî del ciclo costituire, in date condizioni del campo termodinamico e chimico, dei tempi di rallentamento, se non d'arresto, del processo ciclico, e quindi delle possibilità di accumulazione di determinati corpi sia semplici sia composti, accumulazioni che vengono a costituire i cosiddetti giacimenti di quei particolari corpi. Una delle principali difficoltà che s'incontra nella interpretazione dei fenomeni geochimici consiste nell'impossibilità di mettere in relazione, in molti casi, i risultati delle nostre esperienze di laboratorio con quelli che possono essere i processi svolgentisi in natura, specialmente per quel che riguarda l'azione di massa, da una parte, e l'azione di durata, dall'altra. Questi due fattori assumono infatti nei fenomeni naturali un ordine di grandezza che non consente quei confronti soddisfacenti che, dati gli odierni mezzi di laboratorio, si possono per contro fino a un certo punto raggiungere, almeno per estrapolazione, quando si tratti dell'azione della temperatura e della pressione.
La geochimica può venire suddivisa in varî rami comprendenti lo studio chimico-fisico: a) dei sistemi fusi, chiamati magmi, dalla cui solidificazione derivano i minerali cosiddetti pirogenetici e le rocce ignee; b) delle soluzioni saline e delle sospensioni, sia meccaniche sia colloidali, che costituiscono l'idrosfera, e dei processi di formazione dei depositi salini e delle rocce sedimentarie; c) dei fenomeni di cui è sede e a cui partecipa la fase gassosa costituente l'atmosfera; d) dei processi d'alterazione e di decomposizione della superficie della litosfera a contatto dell'idrosfera e dell'atmosfera; e) dei fenomeni di metamorfismo, cioè dei processi di alterazione e trasformazione profonda che può subire l'intera massa d'una roccia già formata, oppure qualcuno dei minerali che la compongono, per effetto di variazioni del campo termodinamico e chimico. Avranno naturalmente particolare interesse dal punto di vista pratico quei processi naturali che conducono alla separazione e alla concentrazione, sotto forma di giacimenti, dei varî corpi sia semplici sia composti utili all'uomo.
Chimica fisica dei complessi magmatici. - La chimica fisica dei complessi magmatici, e in particolare dei processi secondo cui tali complessi solidificano, ha grande importanza in quanto la maggior parte delle rocce costituenti la litosfera va considerata come il risultato della solidificazione di tali complessi magmatici, per raffreddamento e con perdita più o meno considerevole di costituenti volatili (acqua, idrogeno, anidride carbonica, cloro, fluoro, boro, zolfo e loro composti, ecc.) che contribuiscono ad abbassare in varia misura il punto di fusione del magma diminuendone la viscosità e favorendo quindi con la mobilità delle molecole in seno alla massa fusa la cristallizzazione dei singoli minerali.
In alcuni casi tali corpi più volatili, oltre a esercitare una semplice azione di presenza come fondenti, reagiscono con le molecole non volatili del magma, entrando a far parte di alcuni dei minerali formati, o costituendo eventualmente, con alcuni dei corpi presenti, dei composti, immiscibili anche in fase liquida con la restante massa fusa, oppure di questa più fusibili e più volatili, il che può determinare delle separazioni di corpi in fase solida (prime cristallizzazioni), liquida (magmi residuali e soluzioni idrotermali) o gassosa (segregazioni pneumatolitiche). Di qui l'origine di molte concentrazioni di corpi originariamente dispersi in seno a un magma e che vengono in tal modo a costituire giacimenti sfruttabili; di qui anche l'origine delle esalazioni dei vulcani, dei soffioni, dei geyser, ecc., nonché di una parte delle acque cosiddette minerali e termali, la cui composizione salina non sarebbe spiegabile mediante una semplice azione di solubilizzazione delle rocce superficiali attraversate dalle acque stesse, supposte di origine atmosferica, e che perciò vanno considerate come il risultato della condensazione, nei meati della litosfera, di vapor d'acqua emesso da masse magmatiche in corso di solidificazione (acque giovanili). Senza addentrarci nella discussione circa l'esistenza nelle profondità della crosta terrestre di masse magmatiche di diversa natura, o di un magma unico dal quale proverrebbero per processi di differenziazione in fase liquida i varî tipi di complessi magmatici (questione della miscibilità o dell'immiscibilità dei silicati fusi), noi possiamo ricondurre la genetica delle rocce di origine magmatica (rocce ignee) a processi di solidificazione più o meno graduale di sistemi fusi, costituiti essenzialmente da un certo numero di ossidi, tra i quali il biossido di silicio assume una funzione preponderante come radicale acido, potendosi considerare i varî tipi di magmi come sostanzialmente formati in origine da soluzioni di silicati contenenti piccole proporzioni di altri composti (ossidi, solfuri, ecc.), qualche elemento allo stato libero, e infine i costituenti volatili.
Chimica fisica dei processi di alterazione e di decomposizione superficiale della litosfera. - Tali processi sono grandemente favoriti da tutte quelle azioni che si traducono in una riduzione meccanica e quindi in un aumento di superficie scoperta dei materiali che costituiscono le singole rocce (sgretolamento clastico, per dilatazione termica oppure dovuto al gelo e al disgelo, corrosione ed erosione per opera di materiale solido trasportato dalle acque o dai venti, ecc.; (v. rocce, alterazione delle).
L'agente più importante dei susseguenti processi di alterazione chimica e decomposizione è l'acqua, agisca essa sia semplicemente come solvente dell'uno o dell'altro dei minerali costitutivi di una roccia, sia per idrolisi, sia finalmente come soluzione contenente sostanze capaci di attaccare tali minerali dando origine a nuovi complessi molecolari, che possono passare in soluzione o in sospensione colloidale, oppure costituire minerali diversi dai primi.
Alla superficie di contatto fra litosfera e atmosfera i fenomeni di alterazione sono prevalentemente costituiti da ossidazioni e idratazioni; tipica fra queste l'ossidazione e l'idratazione dei minerali di ferro con formazione di sesquiossido di ferro idrato (limonite). Altri processi comuni di decomposizione superficiale sono la formazione di bauxite, di caolino o di argilla, di laterite, ecc.
Particolare importanza assumono come fattori d'alterazione sia fisica sia chimica della superficie della litosfera, i processi biologici. Molti organismi viventi, animali e vegetali, esercitano un'azione intensa di disgregamento e di triturazione dei materiali rocciosi, alla quale si aggiunge l'azione chimica esercitata da varie sostanze, e in particolare dagli acidi, sia minerali sia organici, che essi secernono e che vengono disciolti dalle acque circolanti nei meati delle formazioni superficiali della litosfera. Le suddette soluzioni acide, costantemente rinnovate, attaccano un gran numero di minerali solubilizzando o portando allo stato di sospensione colloidale, e rendendo quindi assimilabili per parte degli organismi viventi, le sostanze loro necessarie. L'insieme di questi processi, continuamente rinnovantisi, conduce alla formazione di quel complesso di materia chiamata humus che forma la parte attiva del cosiddetto terreno vegetale.
È interessante, a proposito dei processi biochimici di cui è sede la superficie della litosfera, rilevare il fatto che precipuamente a tali processi è dovuta la concentrazione sotto forma sfruttabile dall'uomo di alcuni elementi che non hanno la tendenza a formare minerali e ad accumularsi in masse notevoli attraverso ai processi geochimici di natura inorganica. Così, per citare qualche esempio, la concentrazione del carbonio nella cellulosa e nella lignina dei vegetali da cui derivano poi carboni fossili, ligniti, torbe, e negl'idrocarburi d'origine animale o vegetale da cui derivano bitumi e petrolî; la concentrazione dello iodio nelle alghe, del rubidio nella barbabietola; e così quella del fosforo nelle ossa di animali e nei gusci di molluschi, da cui derivano i giacimenti di fosforite, e negli escrementi di uccelli da cui sono costituiti i depositi di guano, ecc.
Chimica-fisica dell'idrosfera (per la composizione chimica v. acqua). - I liquidi costituenti l'idrosfera si possono considerare come soluzioni idriche a varie concentrazioni di sali provenienti dai processi di alterazione delle rocce costituenti la litosfera, e di gas provenienti sia dall'atmosfera sia dalle masse magmatiche sottostanti alla litosfera e da processi chimici di natura inorganica e soprattutto organica di cui l'idrosfera stessa è sede: soluzioni idriche che contengono altresì sotto forma di sospensione sia meccanica sia colloidale parte dei materiali non solubili derivanti dall'alterazione della litosfera.
Tra i processi chimico-fisici svolgentisi nell'idrosfera hanno particolare importanza quelli che conducono alla formazione dei depositi da cui derivano le cosiddette rocce sedimentarie. Alle acque dei mari, dei laghi, dei fiumi, e a quelle di condensazione atmosferica, le quali permeano la litosfera a profondità più o meno grandi, occorre aggiungere, come fattore geochimico appartenente all'idrosfera, l'acqua di condensazione del vapore emesso, insieme ad altri corpi volatili, dai magmi in corso di solidificazione. Queste acque, dette giovanili per distinguerle dalle acque superficiali di origine piovana, dette vadose, possono, come già si è accennato, raggiungere le parti superficiali della litosfera, apportandovi sali e gas disciolti, e formando i depositi cosiddetti idrotermali o reagendo con le rocce incontrate sul loro percorso (metamorfismo idrotermale).
Chimica fisica dell'atmosfera (per la composizione chimica v. atmosfera). - La sola porzione d'atmosfera che prende parte attiva al chimismo del globo terrestre è la parte inferiore, designata sotto il nome di troposfera, che ha uno spessore di una decina di migliaia di metri, e in cui, data la loro densità relativamente alta, si accumulano tra l'altro l'ossigeno libero e l'azoto, mentre i gas più leggieri, tra cui l'idrogeno e l'elio, hanno evidentemente la tendenza a elevarsi in zone di sempre maggiore rarefazione, finché sfuggono all'attrazione terrestre.
L'atmosfera è sede di processi chimico-fisici importanti, quali il ciclo dell'acqua, che evapora dalla superficie dell'idrosfera, per poi ricondensarsi e ricadere caricandosi di ossigeno e di anidride carbonica e trascinando il pulviscolo in sospensione, i sali risultanti dall'evaporazione delle goccioline strappate dai venti alla superficie dei mari.
È da ricordare che l'atmosfera è diventata nell'ultimo ventennio, attraverso allo sviluppo industriale dei processi di fissazione dell'azoto, la riserva più ricca di questo elemento tanto necessario all'agricoltura.
Chimica-fisica dei fenomeni di metamorfismo. - È lo studio dei processi di trasformazione che possono subire le rocce di qualsiasi natura e origine in regioni più o meno profonde della crosta terrestre, in seguito a variazioni dell'ambiente chimico e del campo termodinamico. (v. metamorfismo).
Dal punto di vista chimico-fisico la formazione dei minerali metamorfici è governata essenzialmente da alcune leggi principali: la legge di van 't Hoff, per cui dato un processo geochimico reversibile, un innalzamento della temperatura, a pressione costante, determinerà uno spostamento di equilibrio nel senso della reazione endotermica, cioè verso il minerale nella cui formazione viene assorbito calore; la legge di Le Chatelier, per cui a temperatura costante un aumento di pressione determina uno spostamento di equilibrio nel senso del minerale di minor volume e cioè di maggiore densità; il principio di Riecke, per cui un minerale subente una compressione tra due piani rigidi tende, sotto l'azione del calore o di un solvente a fondere o a sciogliersi nei punti di maggior pressione, ricristallizzando nei punti di pressione minore (origine della struttura lamellare degli scisti cristallini, in piani ortogonali alla direzione della compressione).
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