Scienze delle Terra GFGeol STAN File 01 1

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1 Scienze delle Terra Aspetti teorici, di base Conoscenza del Sistema Terra formazione delle rocce formazione delle montagne, i vulcani trasporto dei sedimenti Ciclo idrogeologico Aspetti applicati, pratici Ricerca di idrocarburi e minerali utili Rischio vulcanico e sismico: individuazione aree sismiche, Rischio idrogeologoico: difesa dalle frane, inondazioni, dalle catastrofi naturali geologia generale geologia applicata/ ambientale GFGeol STAN File 01 1

2 Le basi della geologia I minerali I vulcani L interno della Terra I fossili e la stratigrafia Il ciclo delle rocce (Sedimentarie, magmatiche metamorfiche) I terremoti La tettonica delle placche L origine e l evoluzione della vita Il funzionamento del Sistema Terra GFGeol STAN File 01 2

3 Le applicazione della Geologia Frane, alluvioni, erosione delle coste, esondazioni, tsunami, gestione del territorio rischio idrogeologico Individuazione e gestione delle risorse idriche (falde, sorgenti) Inquinamento: metalli pesanti, idrocarburi, mercurio. Nello spazio e nel tempo Ricostruzione dei cambiamenti climatici nel passato (da pochi anni ai milioni di anni) Protezione delle Natura: Individuazione e valorizzazione dei luoghi di interesse geologico (geositi) Geoarcheologia Petrolio, minerali utili (Fe, Al, Litio, diamanti..) GFGeol STAN File 01 3

4 Alcuni concetti preliminari Concetto di tempo e di spazio nelle scienze della Terra Principio dell attualismo GFGeol STAN File 01 4

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6 Principio dell Attualismo James Hutton ( ): The theory of the earth; or an investigation of the laws observable in the composition, dissolution and restoration of land upon the globe. Memoria letta alla Royal Society of Edimburgo nel la storia passata del nostro pianeta deve essere spiegata attraverso processi che si possono osservare in atto oggi.. Questo concetto andava contro le ipotesi dei catastrofisti (diluvio universale) e, ovviamente, contrastava l idea che la terra fosse stata creata esattamente il 24 ottobre 4004 a.c.come aveva stabilito l arcivescovo James Usher a metà del GFGeol STAN File 01 6

7 Attualismo: Charles Lyell ( ) il passato geologico (l origine delle rocce) poteva essere compreso meglio in termini di processi naturali che ancora oggi possiamo osservare, quali sedimentazione nei corsi d acqua e alle foci, erosione eolica ed idrica, avanzamento o ritiro dei ghiacciai (ATTUALISMO); i cambiamenti sono lenti e costanti (GRADUALISMO); le leggi naturali sono costanti ed eterne, operanti nel passato con la stessa intensità di oggi. GFGeol STAN File 01 7

8 Principio dell Attualismo: eccezioni Influenza dei fenomeni biologici sulla composizione dell atmosfera. Ipotesi dell atmosfera riducente: Vapore acqueo, anidride carbonica, molto meno ossigeno, più ammoniaca e metano 5 milioni di anni fa un meteorite ha causato l estinzione dei dinosauri??? una singola piena fluviale o una grossa tempesta modificano la forma dell alveo del fiume e influenzano la sedimentazione costiera più dei fenomeni accaduti in anni Paradosso del sole giovane (e debole) GFGeol STAN File 01 8

9 Dov è l errore GFGeol STAN File 01 9

10 Stime dell età della Terra Autore Data ETA' ETA' Metodo minima massima Ushher J BIBBIA, osservazioni astronomiche Conte di Buffon Velocità di raffreddamento H. von Helmholtz ?? Philips Spessore serie sedimentarie Lord Kelvin Conducibilità termica delle rocce, misure in miniera Haughton Spessore serie sedimentarie Croll Spessore serie sedimentarie Wallace Spessore serie sedimentarie Walcott Spessore serie sedimentarie Lord Kelvin Joly Quantità di sali negli oceani Sollas Spessore serie sedimentarie Sollas Spessore serie sedimentarie Holmes Disintegrazione atomica Attualmente le rocce più antiche conosciute hanno 3.8 Mld di anni > 4 mld GFGeol STAN File 01 10

11 Ipotesi delle nebulosa di Kant - Laplace Nuvola rotante di gas (H e He) e polveri cosmiche Planetesimali Blocchi di polvere «incollati» dalla gravità GFGeol STAN File 01 11

12 Formazione del Sistema solare Formazione del protosole: a 1.e6 gradi (1 milione di gradi) inizia la fusione nucleare: la trasformazione di Idrogeno in Elio con emissione di energia Massa solare: attrazione gravitativa GFGeol STAN File 01 12

13 Pianeti interni (piccoli rocciosi) e pianeti esterni (piccolo nucleo roccioso, poi gas e ghiaccio), Plutone è una «palla di neve»: metano, gas e rocce Solo Marte e Venere sembrano geologicamente attivi..nb ormai è certo Marte è geologicamente attivo GFGeol STAN File 01 13

14 La formazione della Terra e la sua trasformazione da corpo omogeneo a pianeta differenziato Circa 4.6 miliardi di anni fa: la terra è un agglomerato di frammenti di materia la massa della Terra tendeva ad aumentare in quanto, per le leggi della gravitazione, la terra attirava planetesimali ovvero piccoli agglomerati di materia in via di condensazione la temperatura della Terra tendeva ad aumentare per tre motivi GFGeol STAN File 01 14

15 1) l impatto di nuova materia sulla superficie trasforma energia cinetica in energia termica (NB non c è ancora atmosfera):nb 4.47 miliardi di anni fa si forma la Luna per l impatto di un corpo delle dimesioni di Marte 2) la compressione gravitazionale 3) la presenza di elementi radioattivi, più frequenti dell attuale, erano anche presenti isotopi GFGeol con STAN tempi File 01 di dimezzamenti brevi.. 15

16 La formazione della terra (NB densità dell intero pianeta: 5.5; densità crosta: 2.7 g/cm3) Questi tre processi, ma è l impatto «lunare» il principale colpevole, hanno fatto crescere la temperatura della Terra fino a circa C A questa temperatura il Ferro, che rappresentava l elemento più pesante, con una massa pari a circa 1/3 del totale, ha iniziato a fondere, sprofondando verso l interno, mentre gli elementi più leggeri tendevano a risalire. Successivamente sulla superficie della terra si formò un oceano di magma fuso, profondo oltre 100 km GFGeol STAN File 01 16

17 La Terra 4 miliardi di anni fa.. Il raffreddamento del Magma genera la crosta primitiva DIFFERENZIAZIONE GRAVITATIVA: Nucleo di ferro molto denso, crosta superficiale leggera, mantello interposto tra crosta e nucleo, di densità intermedia Atmosfera: H, CO 2, N, NH 3, CH 4 vapore acqueo e pochi gas rari..gli stessi gas emessi anche ora dai vulcani.. E l Ossigeno..(attualmente il 20% della bassa atmosfera). era praticamente assente.. Vedi slide 9 GFGeol STAN File 01 17

18 ELEMENTI LEGGERI: Ossigeno, Silicio Elementi intermedi: Magnesio Alluminio Elementi pesanti: Calcio, Ferro GFGeol STAN File 01 18

19 Composizione chimica della terra e della crosta terrestre A Tutto il pianeta (crosta + mantello + nucleo) B Solo la parte superficiale (crosta) GFGeol STAN File 01 19

20 Come facciamo a conoscere l interno della Terra? sulla superficie: il geologo è capace di riconoscere le rocce!! sotto la superficie: grotte, miniere, ma la miniera più profonda ha km di profondità, mentre il raggio equatoriale del pianeta è di?? km Sondaggi profondi L interno della terra: indagini indirette, geofisica GFGeol STAN File 01 20

21 Le onde sismiche: i sismografi Rivelatore di terremoti di Zang Heng 130 d.c. GFGeol STAN File 01 21

22 Le onde sismiche, strumento di indagine per l interno della terra. Onde P (prime): onde di compressione e rarefazione Onde S (seconde): onde di taglio Onde superficiali (quelle che fanno danni, ma non servono all esplorazione del Pianeta) GFGeol STAN File 01 22

23 DUE REGOLE FONDAMENTALI - La velocità delle onde (sia P che S) è funzione della rigidità / densità delle rocce. - Le onde P sono rallentate dai fluidi Le onde S NON passano attraverso i fluidi GFGeol STAN File 01 23

24 La struttura dell interno della terra A sua volta rigidità e densità sono funzione della profondità e della GFGeol STAN File composizione

25 Discontinuità È una superficie lungo la quale le onde sismiche subiscono un sensibile cambiamento della loro velocità di propagazione e quindi anche fenomeni di rifrazione e riflessione Perché?? GFGeol STAN File 01 25

26 La struttura di crosta e mantello Velocità onde P Crosta : 6-7 km/s (6 nei graniti, 7 nei gabbri) Mantello r. ultrabasiche (peridotiti): > 8 km/s NB La figura non è corretta!a Moho Mantello litosferico Velocità densità composizione GFGeol STAN File 01 26

27 La struttura dell interno della Terra CROSTA: spessore 5-10 km sotto gli oceani, km sotto i continenti, max km. Densità: crosta oceanica : 2.9 g/cm 3, crosta continentale da MANTELLO: Rappresenta l 82 % del volume e arriva fino alla prof. di circa 2900 km. Parte superiore: densità: ; parte inferiore: : tra 70 e 200 km: astenosfera, parte parzialmente fusa (1-10 %) NUCLEO: 16 % del volume, densità g/cm 3 NB densità dell intero pianeta: 5.45 GFGeol STAN File 01 27

28 La composizione dell interno della Terra CROSTA: Crosta continentale: rocce sialiche (silicio + alluminio) di varia natura. Graniti, rocce metamorfiche e sedimentarie. Crosta oceanica: sedimenti non litificati+ lave basaltiche + dicchi gabbrici (tutte e due rocce femiche: ferro + magnesio. Mediamente + pesante delle continentale MANTELLO: rocce peridotitiche (rocce ultrafemiche), con olivina (Silicato di Fe e Mg) NUCLEO: 16 % del volume, densità g/cm 3. Composizione: Fe + nichel (6%) % Silicio e/o Zolfo GFGeol STAN File 01 28

29 ASTENOSFERA NB è parte del mantello, ma NON è a contatto con la crosta Mantello superiore o mantello litosferico GFGeol STAN File 01 29

30 Struttura interna della Terra: modello composizionale A (di che cosa è fatto l interno della terra) e modello reologico B (come si comporta..) NB Litosfera: crosta terrestre + mantello litosferico B A GFGeol STAN File 01 30

31 Ma come si dimostra lo stato fluido dell astenosfera?? Isostasia (Bouguer, metà del 700) Sotto le grandi catene montuose c è un..difetto di massa GFGeol STAN File 01 31

32 Isostasia (Pratt e Airy, metà 800) «Sial» «Sima» C è un altro fenomeno che porta ad una..veloce..diminuzione del peso GFGeol STAN File della crosta terrestre.

33 Le glaciazioni GFGeol STAN File 01 33

34 Spiagge rialzate (max 18 m) a Inexpressible Island, Terra Nova Bay, Antartide ff Sollevamento..a scatti. GFGeol STAN File 01 34

35 Sabbie eoliche Depositi di spiaggia con conchiglie Isostasia e spiagge sollevate in Patagonia Fanghi glaciali NB: 6-8 m sul livello del mare GFGeol STAN File ff