STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA

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1 STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA La Terra è schiacciata ai poli e rigonfia all'equatore a causa della sua rotazione (ellissoide di rotazione). Il raggio equatoriale misura km. Il raggio polare misura km. La differenza tra i due raggi è di 21 km. La struttura della Terra è caratterizzata da una serie di gusci concentrici di spessore variabile. La composizione della Terra non è omogenea, ma è differenziata in senso gravitativo, perché in profondità risultano esserci materiali metallici (ferro e nichel), cioè pesanti e in superficie risultano esserci silicati, cioè più leggeri. La migrazione dei metalli più densi verso il centro della Terra e dei meno densi verso la superficie, si è potuta verificare quando la Terra (circa 4 miliardi ci anni fa) era quasi completamente allo stato fuso e dimostra che la Terra si è formata per accrescimento di planetesimi, poiché solo la liberazione di energia potenziale gravitazionale avrebbe potuto liberare il calore necessario alla fusione.

2 Fra un guscio e l'altro ci sono delle superfici di discontinuità, in corrispondenza delle quali le onde sismiche cambiano improvvisamente velocità e direzione, perché le onde incontrano la superficie di separazione tra due mezzi diversi per composizione e densità. Limiti tecnologici impediscono di spingere l'esplorazione diretta della Terra oltre una decina di km dalla superficie. Le informazioni sulla struttura interna della Terra sono ricavate da indagini indirette, basate sullo studio della propagazione delle onde sismiche (naturali o provocate con delle micro esplosioni). Quindi quando queste onde incontrano una superficie di discontinuità vengono riflesse e rifratte. Riflessione: onda che ritorna dallo stesso mezzo Rifrazione: l'onda non ritorna, ma si propaga nel secondo mezzo con un angolo rifratto, diverso dall angolo incidente. LE SUPERFICI DI DISCONTINUITA'

3 1 - Superficie di Moho o Mohorovicic si trova tra i 5 e i 70 km di profondità, separa due mezzi di diversa composizione: la crosta ed il mantello. La prima è formata da silicati di alluminio o magnesio, la seconda da materiale più denso. 2 - Superficie di Gutemberg si trova a circa km di profondità e separa due mezzi diversi per composizione e stato fisico: il mantello che è costituito in prevalenza da ossidi e solfuri dal nucleo esterno che è liquido e formato da metalli più densi. 3 - Superficie di Lehmann si trova a circa km di profondità e separa due mezzi di uguale composizione, ma di diverso stato fisico: il nucleo esterno liquido dal nucleo interno solido. LE ONDE SISMICHE Oltre a riflettersi e a rifrangersi quando incontrano mezzi a densità differente separati da superfici di dicontinuità le onde sismiche possiedono anche altre proprietà 1. Si propagano seguendo una traiettoria rettilinea se la densità del mezzo è costante, altrimenti la traiettoria è curvilinea. Si osserva che all interno della Terra la traiettoria è curvilinea. 2. La velocità è tanto maggiore quanto maggiore è la densità e la rigidità del mezzo. Si osserva che man mano che aumenta la profondità la velocità delle onde aumenta, ad eccezione di due zone: il canale a bassa velocità di propagazione compreso tra 100 e 250 km di profondità (astenosfera), in cui la materia è plastica (contrario di rigida, quindi si deforma in seguito a sollecitazione meccanica e non accumula energia potenziale elastica, come il pongo); il nucleo esterno liquido, pur essendo costituito da metallo. 3. Le onde S non si propagano nei mezzi fluidi e nel nucleo esterno la loro velocità è pari a zero. Se ne deduce che il nucleo esterno è liquido. Le onde sismiche sono propagazioni di energia potenziale elastica che si producono durante i terremoti. Le onde sismiche che si propagano all'interno della Terra sono di due tipi: Onde P o primae (arrivano per prime alle stazioni di rilevamento): sono le più veloci (4-6 km/s) e si propagano nei solidi, nei liquidi e negli aeriformi; sono onde di tipo longitudinale. Nella propagazione delle onde P le particelle del mezzo (roccia) oscillano avanti (pulsi di compressione) e indietro (pulsi di rifrazione) nella stessa direzione di propagazione dell'onda. La velocità delle onde P aumenta quanto più aumenta la rigidità (si riferisce al comportamento del mezzo sottoposto ad azione meccanica, che non si piega, ma si spezza) e la densità (quantità di materia contenuta nel volume, si misura facendo g/cm 3 o g/ml) del mezzo. Nei mezzi plastici le onde si propagano più lentamente, in profondità aumentano la loro velocità e questa osservazione permette di capire che il centro della Terra è denso.

4 Onde S o seconde: sono meno veloci (2,3-4,6 km/s) delle onde P e si propagano solo nei mezzi solidi; sono onde di tipo trasversale. La loro velocità aumenta tanto più la densità e la rigidità sono maggiori. Quando arrivano alla discontinuità di Gutemberg, si fermano e quindi, ciò ha permesso di capire che il nucleo esterno è liquido. Le particelle del mezzo oscillano in alto e in basso tirando con sé anche quelle successive. Esse oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA La crosta è lo strato più superficiale e sottile ed esiste in due tipologie diverse per composizione e spessore: La crosta continentale, più spessa (35-70 km sotto i continenti) e meno densa, perché composta da graniti. La crosta oceanica, più sottile (circa 7 km in corrispondenza degli oceani) e più densa, perché costituita da rocce basaltiche coperte da sedimenti. Isostasia: è una condizione di equilibrio simile al galleggiamento, per cui una maggiore densità viene controbilanciata da un minor spessore e viceversa. Questo meccanismo si evidenzia anche in alcuni casi di orogenesi, ad esempio in Scandinavia, penisola in cui lo scioglimento dei ghiacciai ha provocato un minor peso sulla Moho con conseguente innalzamento litosferico. Il mantello è uno strato che si estende da poco sotto la crosta ad oltre la metà del raggio terrestre. In questo spessore, che costituisce il 67% della massa e l'83% del volume della Terra, si hanno significative variazioni di pressione e temperatura. Esso ha composizione uniforme, cioè è composto esclusivamente di rocce ultrabasiche. Un ulteriore suddivisione in strati tiene conto del comportamento meccanico di essi

5 Litosfera (0/100 km), è la parte superficiale del mantello ed è solida e rigida; comprende tutta la crosta e la parte superiore del mantello. Astenosfera (100/250 km), è uno strato intermedio del mantello che presenta micro gocce di magma ed ha un comportamento plastico, è una canale a bassa velocità di propagazione delle onde sismiche. Mesosfera (250/2.900 km), è la parte più profonda del mantello e torna ad essere interamente solido e rigido. Il nucleo è la parte più interna e densa della Terra ed è costituito da una lega metallica di ferro e nichel (NIFE). L'inizio del nucleo si trova in corrispondenza della discontinuità di Gutemberg a km di profondità. La discontinuità di Lehmann lo separa in due parti: Il nucleo esterno è liquido per effetto delle elevate temperature e presenta correnti che si ritiene siano l'origine del campo magnetico terrestre, per effetto dinamo con il moto della Terra. Questi moti convettivi, inoltre, trasportano calore verso la Terra Il nucleo interno è solido, rigido ed elastico per effetto delle altissime pressioni

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