Fare scienze: osservare, ricercare, sperimentare

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1 Fare scienze: osservare, ricercare, sperimentare

2 La TERRA e la sua composizione Prof. Califano Maurizio 2

3 Com è fatta la terra? Ben chilometri separano i nostri piedi dal centro della Terra, ma anche le più potenti trivelle non si sono spinte oltre i primi 11 km di profondità. E solo l'ultima piccolissima parte, Profonda da pochi centimetri a qualche decina di metri, riguarda la nostra vita di tutti i giorni: la sottilissima "buccia" che chiamiamo suolo. Prof. Califano Maurizio 3

4 Il "suolo" è profondo 2 metri. Secondo le definizioni attuali, con il termine "suolo" si indica ogni materiale capace di ospitare piante, fino a comprendere le rocce incoerenti (cioè non in blocco compatto), purché esplorabili dalle radici. Per convenzione, comunque, il suo spessore viene definito fino a una profondità massima di 2 metri. Esistono infinite varietà di suolo: da quelli alpini coperti di conifere a quelli coltivati delle pianure, fino a quelli aridi e quasi privi di vegetazione. Prof. Califano Maurizio 4

5 Nel disegno, le componenti del terriccio sono suddivise nelle principali categorie (SOLIDA, GASSOSA, LIQUIDA) senza tener conto delle percentuali relative, perché ci sono grandi variazioni nei vari tipi di terreno. Aria sepolta. I gas, per esempio, costituiscono circa un quarto del volume (nella "terra" di un bosco): oltre all'aria (azoto, ossigeno ecc.) ci sono gas dovuti a processi di decomposizione. Il liquido è quasi soltanto acqua, mentre la parte solida (il 50% del totale) è dovuta in primo luogo a minerali frantumati. Prof. Califano Maurizio 5

6 ma vogliamo scendere ancora più in profondità? La crosta formata da rocce da basiche ad acide, un mantello ultrabasico e un nucleo terrestre composto principalmente da ferro. Rocce acide: rocce con un contenuto di silice superiore o uguale al 63% Rocce basiche: rocce con un contenuto di silice tra 45% e 52% Prof. Califano Maurizio 6 Rocce ultrabasiche: rocce con un contenuto di silice inferiore al 45%

7 La crosta rappresenta il guscio più esterno. Il suo spessore è variabile tra 5-15 km sotto gli Oceani e km sotto i continenti fino a superare i 50 km sotto le grandi catene montuose. Il globo terrestre viene convenzionalmente suddiviso in tre gusci concentrici: la crosta, il mantello e il nucleo. Prof. Califano Maurizio 7

8 La crosta oceanica ha un sottile strato di sedimenti che ricopre lave e prodotti vulcanici basaltici. La crosta continentale inferiore è composta da rocce di tipo gabbrico (ovvero rocce magmatiche) La crosta continentale è meno omogenea di quella oceanica e può essere suddivisa in crosta superiore e crosta inferiore o profonda. La crosta continentale superiore arriva a circa km di profondità. Questo spiega perché la superficie dei continenti si trova per la maggior parte al di sopra del livello del mare e perché i continenti non sprofondino nel MANTELLO come fa il fondo oceanico. Prof. Califano Maurizio 8

9 Perché i laghi non filtrano nel sottosuolo??? L acqua, a causa della forza di gravità, tende a penetrare nel sottosuolo, a meno che non incontri uno strato di materiale impermeabile (un letto di rocce basaltiche, di argilla o di ardesia). Se però il fondo del lago, o le sue "pareti", non sono del tutto impermeabili, col tempo lasciano filtrare l'acqua. Si forma allora una falda, l'insieme delle acque sotterranee che impregnano una roccia porosa. Se il livello della falda è superiore o uguale a quello del lago, si crea un equilibrio e qust ultimo mantiene il Prof. Califano Maurizio 9 proprio livello.

10 Interno della Terra La crosta e la porzione superiore del mantello formano la litosfera, rigida; mentre una porzione intermedia del mantello, che si comporta in un certo senso come un fluido enormemente viscoso, costituisce l astenosfera. Il nucleo è differenziato in un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido, che produce un debole campo magnetico a causa della convezione del suo materiale elettricamente conduttivo. Materiale proveniente dall'astenosfera si riversa continuamente in superficie attraverso vulcani e dorsali oceaniche non conservando però la composizione originale perché soggetto a cristallizzazione Prof. Califano frazionata. Maurizio 10

11 a) l'astenosfera, con i moti convettivi b) zona di formazione dei continenti c) il nucleo caldo Il nucleo del pianeta è costituito da materiale particolarmente pesante. Infatti, si ritiene che il nucleo sia costituito principalmente di ferro (88,8%) con piccole quantità di nichel (5,8%) e zolfo (4,5%). La temperatura negli strati profondi del pianeta cresce con un livello di 30 C ogni chilometro. Quindi a una profondità di 30 km. la temperatura raggiunge i 900, cioè l'incandescenza della roccia. Già questo sottintende che a questa temperatura la roccia non sia più rigida come in superficie bensì molto più fluida. Il calore interno è stato generato in parte durante la formazione del pianeta e da allora ulteriore calore è stato continuamente generato dal decadimento radioattivo di isotopi dell'uranio, del torio e del potassio. Il calore trasmesso dall'interno all'esterno del pianeta deriva dai moti convettivi del mantello. Prof. Califano Maurizio 11

12 La massa della Terra è circa di 5,98x10^24 kg (ovvero quasi 6000 trilioni di tonnellate). È costituita principalmente da ferro (32,1%) ossigeno (30,1%) silicio (15,1%) magnesio (13,9%) zolfo (2,9%) nichel (1,8%) calcio (1,5%) alluminio (1,4%) altri elementi (1,2%) Il geochimico F. W. Clarke ha calcolato che poco più del 47% della crosta terrestre è composta da ossigeno. I costituenti più comuni sono gli ossidi; cloro, zolfo e fluoro sono le uniche importanti eccezioni, sebbene la loro presenza totale nelle rocce sia inferiore all'1%. Gli ossidi principali sono i silicati, gli ossidi di alluminio, di ferro, di calcio, magnesio, potassio e di sodio. I silicati sono la componente acida della crosta terrestre, andando a rappresentare e costituire tutti i principali minerali delle rocce intrusive. Prof. Califano Maurizio 12

13 Tettonica a zolle La CROSTA TERRESTRE non è immobile e compatta ma è divisa in porzioni chiamate ZOLLE o PLACCHE, "gigantesche zattere" (in media alte 40 km su cui sono deposti interi CONTINENTI o parti di oceani e di continenti), che si muovono per effetto dei MOTI CONVETTIVI sul MANTELLO sottostante. Le zolle formate da sola crosta oceanica sono dette Zolle Oceaniche, mentre quelle su cui si trovano interi continenti o parti di essi si chiamano Zolle Continentali. Prof. Califano Maurizio 13

14 In conseguenza di questi MOVIMENTI può accadere che due placche si allontanino l'una dall'altra. In questo caso si parla di PLACCHE DIVERGENTI o di MOVIMENTI DIVERGENTI delle placche. Invece se due placche si avvicinano una all'altra arrivando ad una collisione, allora si parla di PLACCHE CONVERGENTI o di MOVIMENTI CONVERGENTI delle placche. Le aree in cui la CROSTA OCEANICA si distrugge perchè una zolla viene spinta in basso fino a penetrare nel MANTELLO si chiamano zone di SUBDUZIONE. Prof. Califano Maurizio 14

15 Nei punti dove il materiale del MANTELLO scende, due PLACCHE sono trascinate una contro l'altra. Nello SCONTRO, una delle due si deforma e finisce al di sotto dell'altra. L'affondamento di una placca sotto un'altra è detto subduzione, cioè "conduzione al di sotto, sottoscorrimento". Il materiale della CROSTA essendo per lo più leggero, torna in superficie formando catene vulcaniche e dando origine a terremoti. Le zone di subduzione sono aree in cui la CROSTA OCEANICA si distrugge. Se la zona di subduzione si trova in alto mare, ne risulterà un ARCO INSULARE VULCANICO, mentre se si trova ai margini di un continente, si formerà una CATENA DI MONTAGNE, come è avvenuto per le ANDE. Prof. Califano Maurizio 15

16 1- Astenosfera; 2- Litosfera; 3- Punto caldo; 4- Crosta oceanica; 5- Placca in subduzione; 6- Crosta continentale; 7- Zona di rift continentale (Nuovo margine di placca); 8- Placca a margine convergente; 9- Placca a margine divergente; 10- Placca a margine trasforme; 11- Vulcano a scudo; 12- Dorsale oceanica; 13- Margine di placca convergente; 14- Strato vulcano; 15- Arco isola; 16- Placca Prof. Califano Maurizio Astenosfera; 18- Fossa

17 Formazione delle Rocce Per roccia si intende un aggregato naturale di minerali, particelle e solidi di vario tipo; le rocce sono sostanze non esprimibili con una formula chimica e generalmente formano masse ben individuabili Minerale Termine con il quale genericamente si indicano i solidi inorganici naturali che costituiscono la crosta terrestre da cui tutti gli esseri viventi traggono sostanze necessarie al loro metabolismo. In geologia più precisamente viene detto minerale ogni corpo solido omogeneo con composizione chimica definita per composizione e struttura cristallina Prof. Califano Maurizio formatosi in modo naturale in seguito 17a processi inorganici.

18 Le rocce possono essere classificate in vari sistemi: - in base alle proprietà fisico-meccaniche rocce coerenti, compatte, incoerenti, sciolte; - in base alla composizione rocce monomineraliche, polimineraliche; - in base all'origine rocce endogene cioè formatesi all'interno della Terra, rocce esogene (formatesi sulla superficie terrestre) - in base alla genesi rocce magmatiche o ignee (formatesi per cristallizzazione di un magma); rocce sedimentarie (formatesi in seguito al deposito di materiale proveniente dalla degradazione di altre rocce); rocce metamorfiche (formatesi in seguito alla trasformazione di altre rocce sotto l'azione di agenti esterni quali pressione e temperatura). Prof. Califano Maurizio 18

19 Ciclo delle rocce Prof. Califano Maurizio 19

20 Rocce Magmatiche o Ignee Sono rocce formatesi in seguito alla cristallizzazione di un magma. I principali componenti sono: silice (40-75%), allumina (10-20%), ossidi di ferro (2-12%), calcio (1-12%), magnesio (tracce-12%), sodio (1-8%) e potassio (tracce-7%). Nella fase gassosa è presente principalmente acqua; anidride carbonica, acido cloridrico, anidride solforosa, ecc.. In funzione della quantità di silice presente, un magma viene definito acido (percentuale di silice superiore al 65%) o basico (percentuale di silice inferiore al 52%). La temperatura di un magma è compresa fra 1350 C e 750 C. Esiste un ordine di cristallizzazione dei minerali in seguito al raffreddamento del magma. Questo ordine, detto "serie di Bowen", è riportato schematicamente qui di seguito. Plagioclasio di Ca (anortite) Plagioclasio Ca-Na (bytownite) Plagioclasio di Ca-Na (labradorite) Plagioclasio di Na-Ca (oligoclasio) Plagioclasio di Na (albite) Ortoclasio Muscovite Quarzo Olivine di Mg (forsteriti) Olivine di Fe (fayaliti) Pirosseni di Mg Pirosseni di Ca e Mg Anfiboli Biotite Prof. Califano Maurizio 20

21 Si distinguono le rocce plutoniche (o intrusive), formatesi all'interno della crosta terrestre, e le rocce vulcaniche (o effusive), formatesi sulla superficie terrestre. Prof. Califano Maurizio 21

22 Granito Riolite Diorite Andesite Prof. Califano Maurizio 22

23 Sienite Trachite Ossidiana Pomice Prof. Califano Maurizio 23

24 Rocce Sedimentarie Sono rocce costituite da materiali (detti sedimenti) provenienti dalla disgregazione, attraverso processi di varia natura, di rocce preesistenti. La formazione di una roccia sedimentaria può essere suddivisa in quattro fasi, che rappresentano il "ciclo sedimentario". - I fase: alterazione delle rocce preesistenti sulla superficie terrestre con formazione di detriti solidi e di sostanze in soluzione. - II fase: trasporto del materiale detritico e di quello in soluzione ad opera dei fiumi, dei venti, dei ghiacciai, ecc. - III fase: deposizione (sedimentazione) del materiale in ambienti diversi (continentale, marino, ecc.). La sedimentazione avviene per strati successivi. - IV fase: formazione della roccia (litificazione dei sedimenti) dovuta alla pressione esercitata da altri sedimenti che si accumulano via via sopra di essi. I processi nel loro insieme prendono il nome di diagenesi (processi diagenetici). Prof. Califano Maurizio 24

25 Si distinguono due gruppi: le rocce detritiche e le rocce di precipitazione chimica e biochimica. La differenza è basata sui diversi modi di trasporto e di sedimentazione dei materiali. Le rocce detritiche o clastiche derivano dal materiale trasportato in forma solida; le rocce di precipitazione chimica e biochimica derivano dal materiale trasportato in soluzione. Prof. Califano Maurizio 25

26 ROCCE DETRITICHE O CLASTICHE Si suddividono in quattro gruppi: conglomerati, arenarie, argille, tufi ROCCE DI SEDIMENTAZIONE CHIMICA E BIOCHIMICA Si suddividono in tre gruppi: calcari, dolomie, evaporiti. Prof. Califano Maurizio 26

27 Prof. Califano Maurizio 27

28 Rocce Metamorfiche Sono rocce che hanno subìto modificazioni nella composizione mineralogica o nella struttura e nella tessitura in seguito a mutamenti di temperatura e pressione. Prof. Califano Maurizio 28

29 Marmo Gneiss Anfibolite Un frammento di quarzite Prof. Califano Maurizio 29