06b. Laboratorio: le rocce
Presentazione del laboratorio
Il laboratorio prevede di:
osservare e descrivere delle rocce
ricostruire un "ciclo delle rocce" indicando i processi geologici coinvolti
compilare una scheda didattica su uno dei processi (scarica file o compila online)
Laboratorio online
Una raccolta di rocce di diversa origine è stata inviata a studenti (1) che frequentano il corso a distanza. Le stesse attività si svolgeranno in aula e su Teams.
Introduzione
Parliamo di un tema concettualmente 'importante' come il ciclo delle rocce, presente tra l'altro sia nelle "Indicazioni per il curricolo" per le scuole secondarie di primo grado, sia nei programmi dei nuovi Licei e dei Tecnici.
L'idea è quella di ricostruire l'intero ciclo, partendo dall'osservazione delle rocce e procedendo passo dopo passo dalle proprietà (visione statica) alle trasformazioni (visione dinamica).
Il nostro primo problema sarà quello di riconoscere se la roccia che abbiamo in mano si è formata in un ambiente magmatico (altissime temperature), in un ambiente metamorfico (temperatura e pressione da medie ad altissime) o in ambiente sedimentario (temperatura e pressione basse). Se riportiamo in un grafico la temperatura sull'asse x e la pressione sull'asse y, i tre ambienti di formazione delle rocce occupano quindi tre campi distinti.
Cristallo di feldspato nel porfido di Punta Falcone (Gallura, Sardegna) (foto M. D'Orazio)
Flysch a Lydienne (Cretacico Inferiore), Balagne, Corsica (foto L.Pandolfi)
Pieghe ripiegate nel metacalcare selcifero (Orto di Donna, Alpi Apuane) (foto R.Carosi)
Metodologia
Lavoriamo in piccoli gruppi. A ciascun gruppo vengono affidate due rocce, con l'obiettivo di metterne in evidenza le differenze e le eventuali somiglianze.
Poi i gruppi si scambiano le rocce e confrontano i risultati. Se ci sono ipotesi sulla genesi delle diverse rocce si propongono e si discutono.
Alla fine, mettiamo un foglio di carta (da pacchi) bianca su un tavolo e disegniamo con un pennarello tre grossi cerchi, rispettivamente per le rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche. Mano a mano che esaminiamo le rocce, metteremo i campioni nel cerchio corrispondente.
Osservazione
Per arrivare a questo punto dobbiamo esaminare attentamente le rocce, cercando di capire come possono essersi formate. Nessuno di noi parte da zero, perché l'argomento è noto almeno in teoria anche agli studenti o laureati in biologia o altri corsi di studio. Però il riconoscimento pratico di alcuni caratteri distintivi per i tre tipi di genesi delle rocce - in molti casi - non è facile e immediato e richiede alcune abilità.
Osservare, per noi, vorrà dire registrare una serie di informazioni che, tutte insieme, potranno aiutarci a comprendere qualcosa in più sulla roccia stessa, sulla sua possibile genesi, sulla sua storia geologica.
"Si vede solo ciò che si osserva, e si osserva solo ciò che già esiste nella mente" (Alphonse Bertillon)
Può sembrare banale, ma il primo passo è imparare a descrivere quello che si vede. Si fa presto a dire 'è una roccia...' ma basta dare un'occhiata alle rocce che abbiamo di fronte (durante il laboratorio, ndr) per accorgerci delle diversità tra un campione e l'altro.
Il modo in cui osserviamo dipende dal nostro obiettivo. Se fossimo degli scultori, per esempio, ci interesserebbe esaminare la roccia per immaginare come potremmo lavorarla, le difficoltà che incontreremmo (durezza della roccia, punti di debolezza ecc.), i particolari effetti che potremmo ricavarne, i problemi legati alla stabilità della nostra opera nell'ambiente esterno ecc. Se costruissimo case, le rocce ci potrebbero interessare come materiali da costruzione, o da decorazione, ecc.
Poiché oggi siamo qui nelle vesti di ricercatori, ci interesserà soprattutto capire il perché delle loro differenze. Come ricercatori di geologia, inoltre, ci interesserà capire se e come possiamo utilizzare le rocce per scoprire qualcosa di più sulla storia geologica del luogo in cui queste rocce si trovano.
(In Giappone esiste un museo molto particolare in cui le rocce sono classificate sulla base della loro somiglianza a facce umane...)
Cosa osservare?
“L’osservazione non consiste in una registrazione passiva di un fenomeno …… Si tratta invece di un processo attivo col quale l’osservatore controlla le proprie percezioni confrontandole con le proprie aspettative…. Finché le osservazioni non servono a rispondere ad una domanda posta con chiarezza è possibile che i ragazzi non registrino accuratamente quel che vedono”. (Ausubel, Educazione e processi cognitivi, Angeli, Milano, 1987)
(ricordatevi del gorilla sul campo da basket della prima lezione....
Occorre per prima cosa chiarire cosa si deve osservare in una roccia. Una prima fase è quella della condivisione e della decisione comune di quali siano le caratteristiche ritenute "importanti" di cui prendere nota. Di solito è abbastanza frequente che vengano citate proprietà come il colore, le dimensioni, la compattezza... Possiamo prendere nota di alcune caratteristiche che sono chiaramente legate al modo in cui la roccia si è formata. Possiamo osservare se nella roccia riusciamo a distinguere dei grani distinti, se sono diversi tra loro come colore o dimensioni, ed anche come sono disposti geometricamente nello spazio, e tra di loro. Ci si può aiutare con disegni e schemi. Per esempio, lo schema in figura può essere utile per confrontare rocce diverse:
(Nel primo caso i diversi grani che formano la roccia sono tenuti insieme da un 'cemento' che si trova tra un grano e l'altro. Nel secondo caso si 'incastrano' tra loro).
Nota didattica: Le proprietà concordate verranno scritte alla lavagna, ed al termine della discussione, scritte da ciascuno sul proprio quaderno di laboratorio.
Un elenco di domande che può essere utile:
1) Dove è stata trovata la roccia? ***
2) Riesco a distinguere alcuni o tutti i grani che compongono la roccia?
3) Se sì, come sono? Come nella prima figura, tenuti insieme da un cemento, o come nella seconda?
4) Nel primo caso, i grani sono arrotondati o appuntiti?
5) Riesco a distinguere una stratificazione?
6) Se non riesco a distinguere i grani che formano la roccia, posso dire che la mia roccia è simile al vetro?
7) Ci sono dei pori? Delle "bollosità"?
8) Riesco a scalfire la roccia con un coltello ?
9) Se verso sulla roccia una goccia di acido (acido cloridrico diluito...) vedo delle bollicine?
10) .......
*** La località in cui è stata trovata una roccia è una informazione fondamentale per un geologo, e quindi sarebbe bene che fosse segnalata per i campioni in esame. Non sempre è possibile, nelle collezioni didattiche a disposizione delle scuole, ma occorre fare uno sforzo per tenerne nota almeno per i campioni in cui ciò è fattibile (nuove acquisizioni, campioni portati a scuola direttamente dai ragazzi che li hanno trovati nelle località di vacanza ecc.).
La seconda fase è quella di prendere una roccia tra quelle disponibili e scrivere (individualmente) sul proprio quaderno le caratteristiche visibili (a) ad occhio nudo e (2) utilizzando una semplice lente di ingrandimento. Non sarebbe male riportare sul quaderno anche un disegno della roccia esaminata.
Confrontare e fare ipotesi
Sul piano di lavoro, adesso, possiamo raggruppare le rocce che hanno proprietà simili.
Si tratta adesso di decidere se le caratteristiche osservate per una certa roccia ci consentono di ipotizzare qualcosa sul modo in cui si è formata.
Il nostro obiettivo principale (distinguere le rocce sulla base della loro genesi) è sicuramente significativo per un 'esperto'. Se parlo di 'gneiss' ad un geologo, immediatamente scattano tutta una serie di input:
– roccia metamorfica
– formata ad alta pressione ed alta temperatura
– in profondità all'interno della Terra
– portata in superficie da meccanismi di risalita ed erosione
– probabilmente formata in un margine convergente
e così via. Non si tratta solo di nomi, un esperto associa ai nomi un gran numero di concetti, di ipotesi, di appigli ai quali aggancerà successive osservazioni, controlli ecc.
Tutto questo, naturalmente, non avviene con uno studente. Il quale, però, non è una 'tabula rasa': è assai probabile che si sia già fatto un'idea - anche se non strutturata - di 'roccia', 'roccia magmatica', 'sedimentaria', 'metamorfica'. All'interno di queste concezioni di solito ce ne sono molte che non sono corrette, o lo sono solo parzialmente.
Vediamone alcune (Kortz et al., 2009)
Tra le due rocce magmatiche seguenti è assai probabile che un non esperto riconosca come di origine magmatica solo la prima (perché "è completamente scura" ed è "bollosa", e quindi probabilmente più vicina a quello che ci immaginiamo con la parola "magma"). Per quanto riguarda la seconda, il fatto che sia formata da grani diversi tra loro lo indurrà a ritenere piuttosto che sia una roccia di origine sedimentaria.
Per evidenziare la struttura "magmatica" della seconda roccia (nel senso di completamente "cristallizzata da un magma") può essere utile osservarla con una lente di ingrandimento e provare a disegnarla, così:
Un disegno analogo per quanto riguarda una roccia magmatica raffreddata velocemente (in superficie durante una eruzione vulcanica) potrebbe dare i seguenti risultati:
Oppure:
Se proviamo a disegnare il contorno dei cristalli... non ci riusciamo. La pomice è formata da vetro "bolloso", non ci sono cristalli.
Anche una roccia metamorfica a bande alternate chiare e scure potrebbe essere facilmente interpretata dagli studenti come sedimentaria.
Viceversa, una roccia in cui sono presenti dei fossili viene spesso classificata come metamorfica perché "evidentemente ha subito una trasformazione", scambiando così il concetto di fossilizzazione con quello di metamorfismo.
Dalla classificazione ai processi geologici
Alla fine del laboratorio (studenti 3° media; studenti 3° superiore) dovremmo essere in grado di fare questo:
Quanto appena visto rappresenta un ciclo. La crosta si forma, si trasforma, si modella; la Terra è dinamica
Abbiamo visto che attribuire una roccia ad una delle tre categorie sembra tutt'altro che intuitivo. E' per questo motivo che occorre passare da una visione statica ad una dinamica e cominciare ad esplorare meglio i processi che portano una roccia ad assumere quel particolare aspetto.
Suggerimenti per attività di laboratorio
(in costruzione)
Quelle che seguono sono proposte di attività didattiche correlate in qualche modo al ciclo delle rocce, e che fanno uso di modelli e di attività di laboratorio. Possono essere uno spunto per la scheda del laboratorio 3.
La genesi dei magmi e la loro "messa in posto"
La densità. Misuro la massa e il volume (col righello? col calibro? col cilindro graduato? col principio di Archimede?) e ricavo la densità di una roccia
Crosta, mantello, nucleo...
Scoprire quello che non si vede Indagine su due oggetti esternamente simili ma diversi “dentro”… Analogie con lo studio geofisico della Terra.
Guardo con la lente le dimensioni dei cristalli.
Modello formazione di cristallo o vetro.
Simulazione della cristallizzazione con il cartoncino
Confrontare la forma dei diversi minerali in un granito
Esaminare una geode e fare ipotesi sulla sua genesi.
Roccia piroclastica/effusiva/intrusiva: il tempo per cristallizzare.
Il ruolo della viscosità. Viscosità di vari materiali
Chi si è formato prima e chi dopo...: lo spazio per cristallizzare.
I gas vulcanici e le eruzioni esplosive e effusive
Modello di una eruzione. Esempi: stappare una bottiglia di acqua gassata. Cosa succede quando si agita? Quando si apre?
Era un calcare, è un marmo. Osservazioni con la lente.
Effetti della pressione e della temperatura. Le rocce si deformano? In che modo?
i difficili modelli per il metamorfismo
Deformare livelli stratificati a diversa competenza in una vaschetta, plastilina, modelli di faglie...
Processi sedimentari: l'erosione
Progetto didattico sulla sabbia (pdf)
Principi della stratigrafia: chi è più giovane/vecchio? Un aiuto da fossili e datazioni di rocce.
Guardo una sezione geologica e ricostruisco una storia.
Il passaggio 2D-3D (modelli).
Le rocce come serbatoi di risorse.
La porosità (accessibile/chiusa: la pomice galleggia, la spugna imbevuta può affondare).
Arenarie e argille, guardare con la lente. Misuro quanta acqua possono contenere.
Problemi
Nel compilare la scheda didattica ci troveremo di fronte ad alcune difficoltà
Spazio
Come sempre, quando si affrontano argomenti di scienze della Terra nella "didattica laboratoriale", si incontra un primo grosso problema: c’è una enorme differenza di scala tra il sistema che intendiamo studiare (la Terra, appunto) e l’aula o il laboratorio in cui ci si trova.
Le soluzioni possibili sono solo tre:
portare i materiali della Terra nella classe;
andare sul terreno (o, come seconda opzione, usare foto e video);
costruire dei modelli.
Perché l'apprendimento sia significativo, è opportuno utilizzare tutte e tre le modalità, avendo ben chiari i loro punti di forza e di debolezza (oggetto della discussione).
Tempo
Il successivo problema da considerare è quello della diversa scala dei tempi: decine di minuti in laboratorio, ai quali possono corrispondere milioni di anni nella realtà.
La consapevolezza della scala dei tempi geologici è uno di quegli obiettivi "a lungo termine" che occorre costruire in un percorso che parte dalla scuola primaria (con gli aspetti qualitativi delle trasformazioni dei vari materiali, con l'osservazione delle variazioni che riguardano l'atmosfera, i cicli giorno-notte, stagionali ecc..), si consolida nella scuola media (quando si introducono le modificazioni del paesaggio ed i cambiamenti globali alla scala planetaria), ma che probabilmente non si conclude nemmeno con quanto è possibile fare in una scuola superiore. Dopotutto, se provate a chiedere ad un adulto di un paese europeo da quali animali dovesse difendersi un uomo 'primitivo', c'è una buona probabilità che vi parli dei dinosauri (più del 20 percento! Dati della Commissione Europea 2005...).
