2. LA CARATTERIZZAZIONE DEI MARMI: I PRINCIPALI METOD
2.2. L'analisi mineralogico-petrografica: lo studio delle sezioni sottili
L'analisi mineralogica-petrografica delle sezioni sottili dei marmi bianchi è stata tra le prime metodologie di approccio scientifico introdotta nel campo dello studio della provenienza dei marmi bianchi utilizzati nell'antichità. Il merito di questo apporto è da conferire al già citato geologo tedesco Richard Lepsius, il quale dopo aver campionato la maggior parte delle cave antiche occidentali e della Grecia, riuscì a distinguere le diverse varietà di marmo bianco. Come è già stato accennato, un solo tipo di approccio non è sufficiente per giungere in maniera univoca all'identificazione della provenienza dei marmi, ma lo studio delle sezioni sottili può comunque essere un primo apporto fondamentale e discriminante.
Per caratterizzare una roccia si procede all'identificazione delle specie mineralogiche che la compongono, determinandone anche i rapporti quantitativi e spaziali che legano tra di loro i vari minerali64. Le tappe del lavoro possono essere schematizzate identificando in primo luogo il tipo e la quantità di minerali presenti (minerali essenziali, accessori e secondari), definire la tessitura, ovvero le relazioni spaziali che intercorrono tra i minerali, facendo riferimento anche alla forma, le dimensioni, l'orientazione reciproca ed il tipo di contatti, infine determinare eventualmente la composizione chimica quantitativa dell'intera roccia, in modo da garantire un confronto.
Qualora la granulometria del marmo da studiare sia sufficientemente grande, alcune delle osservazioni che sono state sopra elencate è possibile effettuarle anche ad occhio nudo, per esempio l'identificazione di specie mineralogiche presenti e la loro disposizione in eventuali striature o vene. Lo studio più approfondito avviene però facendo ricorso al microscopio ottico polarizzatore dopo aver realizzato le sezioni sottili del materiale da studiare.
Le sezioni sottili consistono in lamine centimetriche di roccia incollate su un vetrino e ridotte per abrasione ad uno spessore di 30 64 LAZZARINI L., 2004; ATTANASIO D., 2003
micron65. A questo spessore infatti, la maggior parte dei minerali è trasparente e le proprietà ottiche possono essere osservate mediante un polarizzatore, un dispositivo in grado di emettere un fascio di luce con una sola direzione (luce polarizzata).
Nel caso specifico del marmo, questa roccia è costituita essenzialmente da cristalli di calcite o dolomite, ma possono essere presenti anche minerali accessori, rilevabili con altre metodologie di indagine. Lo studio delle sezioni sottili permette, come già accennato, di mettere in evidenza la granulometria del marmo in questione. Si deve tener presente che in gergo strettamente geologico si considerano marmi quei calcari che abbiano subito un metamorfismo e si presentino con una granulometria media superiore a 50 micron. Nell'ambito di studio petrografico il parametro maggiormente usato per determinare la dimensione dei cristalli di calcite è quello del Maximum Grain Size (MGS) il quale si riferisce alla dimensione massima del cristallo più grande osservabile nella sezione sottile del campione. Sulla base di questa misurazione i marmi vengono solitamente suddivisi in marmi a “grana fine”, con MGS uguale o inferiore a 1 mm, marmi a “grana media” ed infine marmi a “grana grossolana” con valori di MGS superiori a 2 mm66.
Per quanto riguarda la tessitura i casi che possono presentarsi sono sostanzialmente due: una tessitura omeoblastica o una tessitura eteroblastica. Nel primo caso (tessitura omeoblastica) è possibile osservare una situazione di sostanziale uniformità, con i cristalli di calcite che hanno tutti la stessa dimensione. Nel caso invece della tessitura eteroblastica si potranno osservare delle variazioni nelle dimensioni dei cristalli, con alcuni di dimensioni molto più grandi degli altri67. Può inoltre presentarsi il caso in cui dei cristalli dalle dimensioni molto più piccole siano distribuiti attorno a dei cristalli di dimensioni più grandi, in una struttura chiamata “a mosaico”68. Le varie tipologie di tessitura sono il risultato dell'azione metamorfica, con temperatura costante nel caso di una struttura omeoblastica e con delle variazioni nel caso di una tessitura 65 LAZZARINI L., 2004; MATTEINI M. et al., 1984; ATTANASIO D., 2003
66 LAZZARINI L., 2004 67 CAPEDRI S. et al., 2004 (1) 68 CAPEDRI S. et al., 2004 (2)
con cristalli di varia dimensione.
Un ulteriore elemento da prendere in considerazione nell'osservazione al microscopio delle sezioni sottili, è quello della tipologia dei giunti di unione tra i vari cristalli. Questi infatti possono aderire uno all'altro in vari modi, ad esempio con dei giunti rettilinei, curvi, a golfi oppure presentarsi suturati tra loro. Cristalli che presentano dei contorni dritti o piani rispecchiano una condizione di equilibrio durante l'azione metamorfica, raggiunta dopo un lungo periodo; al contrario situazioni di metamorfismo intermedio produrranno dei cristalli con contorni curvi o a golfi.
Dall'osservazione delle sezioni sottili al microscopio è possibile mettere in evidenza anche la presenza dei cosiddetti minerali accessori, che a loro volta possono contribuire all'identificazione della provenienza dei marmi bianchi, in particolar modo se associati ad altre tipologie di analisi, quali lo studio del rapporto isotopico del Carbonio e dell'Ossigeno e la dimensione del MGS di calcite69 .
Si definiscono minerali accessori quei minerali che sono presenti nella roccia in minime quantità e che non costituiscono importanza nella classificazione della roccia. Il marmo, come è già stato detto, è una roccia metamorfica che si origina a partire dalle trasformazioni subite da rocce carbonatiche contenenti calcite o dolomite. Pertanto i componenti principali del marmo sono costituiti dal Calcio, dal Carbonio, dall'Ossigeno e, nel caso di un marmo dolomitico, dal Magnesio. Se il calcare, o la dolomia, di partenza è puro, il marmo sarà composto esclusivamente da cristalli di calcite o di dolomite; in casi molto frequenti però avviene che il litotipo di partenza non sia completamente puro ma contenga delle impurità, sotto forma di ossidi di silicio (SiO2), di alluminio (Al2O3), di ferro (FeO, Fe2O3), di sodio (Na2O) o di potassio (K2O) che danno origine nella roccia di nuova formazione a dei componenti diversi dalla calcite, ed influenzano pertanto la mineralogia del marmo che ne deriva70. Talvolta le diverse concentrazioni di alcuni minerali accessori possono influenzare la colorazione del marmo.
69 CAPEDRI S. et al., 2004 (2) 70 CAPEDRI S. et al., 2004 (2)
Per identificare i minerali accessori molto spesso non è sufficiente un microscopio ottico, ma è fondamentale il ricorso al microscopio elettronico SEM, dotato di una risoluzione notevolmente maggiore. Infatti molto spesso tali minerali sono presenti nel marmo con dimensioni eccessivamente ridotte per essere visibili con un normale microscopio ottico.
Tra i minerali accessori che è possibile riscontrare nella maggior parte dei marmi bianchi sfruttati nell'antichità possiamo citare i minerali silicatici, tra i quali il quarzo; il plagioclasio; l'apatite; solfiti ed ossidi; fluorite; anfibolo; clorite; kaolinite; grafite; mica.