1. La Terra come sistema integrato.

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1 1. La Terra come sistema integrato. La moderna Geologia ha come scopo la ricostruzione dell intera evoluzione della Terra. La Terra è un sistema integrato = un insieme di componenti, ciascuno con una propria individualità, che interagiscono, però, strettamente tra loro. Nel caso del sistema Terra tali componenti si possono considerare come involucri a stretto contatto tra loro: 1. la TERRA SOLIDA (litosfera): massa costituente la maggior parte del pianeta, formata essenzialmente da minerali e rocce. Si estende dalla superficie delle terre emerse sino al fondo degli oceani, ancora in profondità per decine di km. 2. l IDROSFERA: coltre di acque che ricopre il 71% della superficie del pianeta con oceani, mari, acque dolci dei fiumi, dei laghi e del sottosuolo (e i ghiacciai). 3. l ATMOSFERA: involucro gassoso che avvolge e protegge la terra e che si manifesta in modo vistoso nei grandi ammassi e vortici di nubi. 4. la BIOSFERA: insieme degli organismi viventi presenti in terraferma, mare e atmosfera. LA STRUTTURA DELLA TERRA 1.1 UN PIANETA FATTO A STRATI Dallo studio delle onde sismiche e di come si propagano quando attraversano il pianeta si è dedotto che l interno della Terra non è omogeneo. La Terra, come molti altri pianeti del Sistema solare, ha una struttura a involucri concentrici, di diversa natura e spessore: 1

2 1. la crosta (la parte più esterna), dello spessore di pochi kilometri (una media di 6-7 sotto gli oceani, e di 35 nei continenti). Si divide in: crosta continentale che corrisponde ai continenti e alla loro prosecuzione, nelle immediate vicinanze, sotto il livello del mare crosta oceanica che costituisce il «pavimento» degli oceani ed è coperta dalle acque. La crosta terrestre può galleggiare sul mantello, perché è meno densa. La tendenza della crosta a raggiungere una posizione di equilibrio attraverso il fenomeno di galleggiamento è detta isostasia. 2. il mantello (la parte centrale), si estende dalla Moho fino a 2900 km di profondità, dove è presente un altra discontinuità sismica, la superficie di Gutenberg. Immediatamente sotto la crosta terrestre, il mantello è solido: la litosfera è l insieme della crosta terrestre e di questo primo strato del mantello superiore. L astenosfera è uno strato del mantello superiore (non sempre presente) situato tra i 70 e i 250 km di profondità, immediatamente sotto la litosfera, e formato da materiale parzialmente fuso. Al di sotto dell astenosfera abbiamo il mantello inferiore che è fuso. 2

3 DISCONTINUITA DELLA TERRA 3. il nucleo, diviso a sua volta in due involucri: il nucleo esterno e il nucleo interno. Il nucleo ha un raggio di 3470 km, più della metà di quello terrestre. I dati sismici indicano che il materiale della parte più esterna del nucleo ha le caratteristiche di un fluido (NUCLEO ESTERNO). A 5170 km di profondità si incontra la discontinuità di Lehmann, che indica il passaggio a un nucleo più interno, solido (NUCLEO INTERNO). Il nucleo è probabilmente metallico, formato soprattutto da ferro e nichel, oltre a qualche elemento più leggero, come silicio e zolfo. 3

4 Un continuo flusso termico trasferisce calore per convezione dal nucleo e dalla profondità del mantello alla superficie del pianeta: i magmi sono il mezzo più potente per tale trasferimento; dal loro consolidamento si formano le rocce. La Terra funziona come un motore termico che sfrutta l energia cinetica delle particelle emesse dagli isotopi radioattivi; essi, col tempo, decadono, cioè emettono particelle nucleari, liberando energia, che si trasforma in calore. Di conseguenza, all interno del mantello, volumi di rocce profonde, divenute più calde dei materiali circostanti (a causa del decadimento degli isotopi radioattivi), tendono a risalire verso la crosta, con movimenti lentissimi (qualche cm all anno); invece, i volumi di rocce vicine alla crosta, divenute più fredde, scendono verso il basso, per poi riscaldarsi nuovamente e risalire. Questi ingenti movimenti convettivi hanno profonde conseguenze sulla evoluzione della litosfera. 4

5 1.2 - ESPANSIONE DEI FONDI OCEANICI Oggi, la Geologia ha le sue basi in due teorie, autenticate da innumerevoli studi ed esperienze: l Espansione dei fondi oceanici e la Tettonica delle placche. L espansione dei fondi oceanici fa riferimento all intensa attività geologica delle dorsali oceaniche e delle fosse abissali: le prime sono fondamentali per la formazione della crosta oceanica e continentale, le seconde per la sua riassimilazione nel mantello dopo cicli che durano milioni di anni. La tettonica delle placche esamina i reciproci spostamenti delle placche, parti di litosfera oceanica e/o continentale, e come gli effetti di tali moti si riflettono in vario modo sull evoluzione della crosta terrestre. 5

6 LE STRUTTURE DELLA CROSTA OCEANICA: DORSALI E FOSSE La crosta oceanica presenta due tipi di strutture molto importanti: si tratta delle dorsali oceaniche e delle fosse abissali. DORSALI OCEANICHE L esplorazione del fondo oceanico ha messo in luce l esistenza di rilievi sommersi, assai diversi dalle montagne di superficie, detti dorsali oceaniche, la cui sommità raggiunge i m di altezza rispetto alle piane abissali; in qualche punto essa emerge dalla superficie del mare. Quasi ovunque la sommità delle dorsali è percorsa da una depressione larga qualche decina di kilometri: è la rift valley. Le dorsali non corrono rettilinee, ma sono suddivise in segmenti da un sistema di fratture trasversali: le faglie trasformi. La più estesa è la Dorsale Medio-atlantica, che ha un andamento approssimativamente da nord a sud ed emerge dall Oceano Atlantico in corrispondenza dell Islanda. 6

7 FOSSE ABISSALI Sui fondi oceanici, oltre alle dorsali, esistono altre strutture caratterizzate da intensa attività: sono le fosse abissali, strette depressioni, lunghe migliaia di kilometri. Il vulcanismo associato alle fosse è altamente esplosivo, e sono anche sede di intensa attività sismica. Le fosse sono il risultato dell'interazione tra due placche, oceanica-continentale o oceanica-oceanica, che premono l'una contro l altra in un movimento compressivo: la zolla più densa sprofonda sotto quella meno densa (movimento di subduzione). 1) Fossa abissale tra placche oceanica e continentale 7

8 2) Fossa abissale tra 2 placche oceaniche La fossa più profonda è la Fossa delle Marianne, nell Oceano Pacifico occidentale. IL MECCANISMO DELL ESPANSIONE DEI FONDI OCEANICI La teoria dell espansione dei fondi oceanici afferma che, alla formazione e all espansione di nuova litosfera oceanica lungo la rift valley deve corrispondere la subduzione di litosfera in altri settori del globo, in modo tale che la superficie complessiva rimanga invariata. Il materiale fuso risalito lungo la rift valley alimenta il vulcanismo basaltico della dorsale e la formazione di nuova litosfera. La litosfera oceanica di nuova formazione, trascinata dai movimenti profondi del mantello, si allontana da un lato e dall altro della rift valley, si raffredda, divenendo più pesante, scende di quota, fino a che, raggiunto un nuovo equilibrio isostatico, forma il pavimento delle vaste piane abissali, ricoperto col tempo da sedimenti. Contemporaneamente, a distanze variabili dalle dorsali, il materiale del mantello in movimento, divenuto più freddo e pesante, comincia a ridiscendere in profondità: la 8

9 sovrastante litosfera segue tale movimento, per cui flette verso il basso, formando le fosse abissali, e si immerge nel mantello. Scendendo verso zone a temperature via via più elevate, la litosfera si riscalda e comincia a fondere, finchè in profondità risulta del tutto riassimilata. Il lento movimento della discesa della litosfera è chiamato subduzione. (vedi figura sui moti convettivi a pagina 4) ATTIVITA VULCANICA NEI PRESSI DELLE FOSSE Una parte di questa litosfera fusa risale in superficie, dove alimenta l attività vulcanica che si manifesta a una certa distanza dalle fosse. Si creano così catene vulcaniche che nel caso di una fossa abissale tra 2 croste oceaniche danno luogo ad archi insulari, mentre nel caso di una fossa tra crosta continentale ed oceanica danno origine a cordigliere montuose (esempio classico sono le Ande, ma anche l Indonesia, le Filippine, il Giappone e le isole Sandwich Australi). Il vulcanismo lungo queste zone è, diversamente dalle dorsali, altamente esplosivo, dal momento che il magma proviene dalla fusione di rocce della crosta ed è quindi molto acido. ATTIVITA SISMICA NEI PRESSI DELLE FOSSE La discesa della litosfera, lenta ma inarrestabile, avviene con violenti attriti, che si manifestano come terremoti. L intensa attività sismica risulta collocata più in profondità a mano a mano che ci si allontana dalla zolla in subduzione. Questo perché la superficie che scende verso il mantello, denominata piano di Benioff, friziona contro quello della zolla antagonista, 9

10 causando un attrito tra la litosfera oceanica subdotta e quella continentale o insulare obdotta. Ciò avviene fino a circa 720 km di profondità, dopodiché l'attività si interrompe bruscamente in quanto la crosta fonde a causa delle alte temperature. Una conferma dell espansione dei fondi oceanici viene dal fatto che l età del «pavimento» oceanico, cioè dello strato di basalto sotto i sedimenti, è tanto più antica quanto più ci si allontana dalle dorsali. 10