Gian Carlo PEROSINO SCIENZE DELLA TERRA
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1 Gian Carlo PEROSINO SCIENZE DELLA TERRA Torino, settembre 2012
2 PRESENTAZIONE Le Scienze della Terra costituiscono un insieme di discipline (astronomia, geografia generale fisica e cartografia, geofisica, mineralogia, paleontologia, meteorologia, climatologia, glaciologia, idrologia, pedologia,...) che hanno, come argomento, lo studio della Terra, considerata come un sistema complesso, la cui definizione unitaria è considerata obiettivo prioritario del presente testo. Il presente testo è un manuale scientifico, la cui lettura richiede un livello di prerequisiti normalmente acquisito nella scuola media e/o nel biennio della superiore. Pur non rinunciando ai necessari approfondimenti, l uso di tale testo è accessibile ad un vasto pubblico; infatti le nozioni di base, riguardanti la matematica, fisica e chimica (propedeutiche alle Scienze della Terra), non vengono date per scontate, ma sono riprese ed illustrate con facile linguaggio. L articolazione dei contenuti consente lo studio di singoli argomenti indipendentemente dal contesto del libro è costituisce una raccolta di dati, fatti e fenomeni che ha, come obiettivo, la definizione di un modello di funzionamento del nostro pianeta, mediante una schema di ciclo complessivo della materia a livello globale. Si sviluppa così un ragionamento che, attraverso lo studio dei fenomeni naturali del mondo fisico, tiene conto della moderna metodologia delle scienze sperimentali, non rinunciando a considerare con attenzione anche la fatica degli scienziati che, nel passato, hanno posto le basi per le conoscenza attuali. Il libro è riccamente illustrato. Gli argomenti trattati necessitano di immagini; altrimenti riuscirebbe difficile, con il solo testo, immaginare fenomeni in continua evoluzione e, soprattutto, caratterizzati dalla tridimensionalità. Oltre 650 figure; si tratta di un numero elevato, tenendo conto che si utilizzano poche fotografie. Si tratta infatti di schemi e soprattutto di ricostruzioni di paesaggi che hanno permesso di evitare l abbondanza di particolari, per mettere in evidenza quelli più utili alla comprensione dei fenomeni. Si tratta di un corso di geografia generale fisica per le suole medie superiori e/o di preparazione per l Università. Dall indice si può osservare una articolazione di contenuti rispetto ai quali valgono le seguenti considerazionbi: pur considerando la trattazione dei principali fenomeni dell Universo, l astronomia riguarda soprattutto il Sistema Solare in quanto interessa, in modo più diretto, i fenomeni terrestri; ampio spazio alla geofisica, disciplina che consente un migliore collegamento con le altre materie scientifiche e molto utile per l obiettivo primario succitato; ampliamento dei capitoli riguardanti la meteorologia, la climatologia e la morfologia, discipline descrittive dei fenomeni più facilmente osservabili; grande attenzione all acqua e a tutti i fenomeni ad essa connessi (per esempio un capitolo è dedicato all idrologia, generalmente trascurata nei testi tradizionali); rivalutazione della pedologia in quanto lo studio del suolo (talora trascurato) consente di comprendere meglio i cicli della materia negli ambienti terrestri; II
3 la storia della vita sulla Terra non viene considerata semplicemente come successione di eventi biologici sul nostro pianeta, ma viene dato ampio spazio ai metodi di indagine tipici della paleontologia, disciplina votata allo studio degli ambienti del passato (paleoecologia); ampio spazio alla storia della geologia quale documentazione di complesse ricerche che hanno portato all attuale moderna teoria della tettonica a placche. Il testo che viene proposto è suddiviso in sei moduli, ciascuno comprendente tre unità didattiche. Caratteristica fondamentale di ogni modulo è l indipendenza dagli altri. La rapida evoluzione della scienza porta, quale evidente risultato, alla crescita esponenziale di nuove conoscenze, che vanno ad aggiungersi a quelle tradizionali. Si allunga quindi l elenco dei contenuti e aumentano le pagine dei libri (con incremento dei costi e dei pesi) ed il sapere rischia di diventare più noioso e di tipo enciclopedico, cioè proprio il contrario rispetto a quanto sempre più auspicato. Pertanto, nell ambito della programmazione, gli insegnanti sono chiamati ad effettuare delle scelte, cioè privilegiare gli argomenti più importanti, quelli caratterizzanti la disciplina (contenuti fondanti). Per tali motivi il libro in oggetto propone, per ogni capitolo (unità didattica) alcuni contenuti essenziali e costituenti il testo principale. Esso è accompagnato da schede in modo da arricchire il complesso di contenuti. In tal modo si ha maggiore libertà di gestire il livello di approfondimento in base alle preconoscenze ed ai prerequisiti degli alunni, alle disponibilità di orario, al tipo di scuola,... III
4 I II III IV V VI UNIVERSO, SISTEMA SOLARE, TERRA SCHEMA DEI MODULI E DEI CAPITOLI Modulo capitolo pag. tab. fig. Mbyte 1 La terra nel Sistema Solare ,09 2 Forma, dimensioni e massa della Terra ,41 3 La rappresentazione della Terra ,45 Totali del modulo ,95 1 Composizione chimica della Terra ,80 2 L acqua ,41 COMPOSIZIONE DELLA TERRA METEOROLOGIA, CLIMATOLOGIA ED 3 La chimica del silicio ,95 Totali del modulo ,16 1 La macchina del tempo ,79 2 Elementi di climatologia ,85 IDROLOGIA 3 Elementi di idrologia ,79 Totali del modulo ,43 PROCESSI DI 1 Paesaggi disegnati dall acqua ,43 DISFACIMENTO E DI 2 Paesaggi disegnati dal ghiaccio ,51 TRASPORTO 3 Modellamento dei versanti ,22 Totali del modulo ,16 1 Il ciclo sedimentario ,54 2 Elementi di paleocologia ,51 AMBIENTI DI SEDIMENTAZIONE, STORIA DELLA VITA 3 Dalla litosfera alla biosfera ,55 Totali del modulo ,60 1 Interno della terra, equilibri ed energia ,25 2 Vulcani, magmatismo e metamorfismo ,61 PLACCHE 3 I movimenti della crosta terrestre ,13 Totali del modulo ,99 CICLO DELLE ROCCE E TETTONICA A SCIENZE DELLA TERRA TOTALI DEL TESTO ,29 INDICE I - UNIVERSO, SISTEMA SOLARE, TERRA 1 - LA TERRA NEL SISTEMA SOLARE Osservando il cielo Il moto apparente dei corpi celesti Meteoriti e comete La Terra ed il Sole la Terra e la Luna I pianeti Il Sistema Solare nell Universo Le stelle SCHEDA Orientamento sulla sfera celeste SCHEDA I contributi di KEPLERO, GALILEO E NEWTON SCHEDA Prove della rotazione terrestre SCHEDA Altri movimenti della Terra SCHEDA Il calendario IV
5 SCHEDA Crateri lunari SCHEDA Il mese sinodico SCHEDA Descrizioni dei pianeti SCHEDA L Universo in espansione SCHEDA Processi di fusione e di fissione nucleari SCHEDA Evoluzione dell Universo SCHEDA La materia oscura SCHEDA Origine del sistema solare 2 - FORMA, DIMENSIONI E MASSA DELLA TERRA La forma della Terra La Terra e le stelle Orientamento (localizzazione di un punto sulla Terra) È realmente sferica la Terra? Dimensioni e massa della Terra Densità della Terra SCHEDA Che ora è? SCHEDA Un po di geometria con Eratostene SCHEDA Un po di fisica: massa e peso SCHEDA Perché gli oggetti cadono? SCHEDA Esempi di calcoli con le masse 3 - LA RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA Geografia e carte geografiche La fotografia dall alto Le carte topografiche La rappresentazione del rilievo L Istituto Geografico Militare (I.G.M.) Le carte geografiche generali Il sistema U.T.M. e reticolo chilometrico Coordinate spaziali di un punto SCHEDA Gli enti cartografici italiani SCHEDA Proiezioni prospettiche o azimutali SCHEDA Proiezioni di sviluppo SCHEDA Esempi di applicazioni in cartografia II - COMPOSIZIONE DELLA TERRA 1 - COMPOSIZIONE CHIMICA DELLA TERRA Di che cosa e fatta la Terra Elementi della biosfera, atmosfera ed idrosfera Elementi della litosfera e della terra profonda Una breve sintesi Sostanze organiche, inorganiche: il ciclo del carbonio Il carbonio inorganico Il quarto elemento della biosfera: l azoto Il fosforo SCHEDA Un po di chimica: atomi ed elementi SCHEDA Classificazione degli elementi dei viventi SCHEDA Un po di termodinamica: il gas aria SCHEDA Sostanze elementari e composte, miscugli SCHEDA L esperienza di Miller SCHEDA L eutrofizzazione: un processo naturale V
6 2 - L ACQUA L acqua ed il sale L acqua e l ossigeno Stati della materia Cambiamenti di stato La trasparenza dell acqua La massa dell acqua Il ciclo dell acqua Le acque dolci e salate L acqua nella terra L acqua nell aria SCHEDA La superficie dell acqua SCHEDA Il tetraedro, geometria della natura SCHEDA Come il sale si scioglie nell acqua SCHEDA Esempi di strutture cristalline SCHEDA Il movimento nell acqua SCHEDA Diagrammi di stato pressione/temperatura SCHEDA La trasparenza negli ambienti acquatici SCHEDA Un esperimento sulla densità dell acqua SCHEDA Stratificazione termica nei laghi e nei mari SCHEDA L influenza delle attività umane SCHEDA La gestione delle risorse idriche SCHEDA Equilibrio acido - base nell acqua 3 - LA CHIMICA DEL SILICIO Il legame silicio - ossiggeno I silicati Dove si trovano i silicati Definizione di roccia SCHEDA Non solo silicati SCHEDA Esempi di diagrammi di stato SCHEDA Proprietà fisiche dei minerali SCHEDA Le risorse minerarie III - METEOROLOGIA, CLIMATOLOGIA ED IDROLOGIA 1 - LA MACCHINA DEL TEMPO Composizione e struttura dell atmosfera La radiazione solare Bilancio termico della Terra Misura della temperatura dell aria La temperatura dell aria al suolo I movimenti dell atmosfera La misura del vento Le correnti a getto I venti periodici I fronti e le precipitazioni La misura delle precipitazioni SCHEDA Radiazione del corpo nero SCHEDA Nubi nottilucenti SCHEDA Bilancio della radiazione solare SCHEDA Temperatura dell aria: definizioni utili SCHEDA Temperatura dell aria e correnti marine VI
7 SCHEDA Accelerazione di Coriolis SCHEDA Correnti a getto ed energia SCHEDA Stau e fohn SCHEDA Precipitazioni occulte SCHEDA Cicloni SCHEDA L arcobaleno SCHEDA I colori del cielo 2 - ELEMENTI DI CLIMATOLOGIA Meteorologia e climatologia Le regioni climatiche Il clima in Italia Il clima cambia Le glaciazioni SCHEDA Storia della meteorologia SCHEDA L importanza della meteorologia SCHEDA Diagrammi termo-pluviometrici SCHEDA Clima e storia SCHEDA La dendroclimatologia SCHEDA Il plancton SCHEDA Il ghiaccio ricorda SCHEDA Metodi palinologici SCHEDA Le varve glaciali SCHEDA Aspetti biologici 3 - ELEMENTI DI IDROLOGIA Il bilancio idrologico Regimi idrologici dei corsi d acqua Portate di piena Portate di magra Bilancio idrologico dei laghi naturali Le acque sotterranee Le sorgenti Il carsismo SCHEDA Portata idrica e sezione di alveo SCHEDA L importanza del concetto di bacino imbrifero SCHEDA Afflusi e deflussi SCHEDA Climi, ambienti,... torrenti e fiumi SCHEDA Portate di piena e fasce di pertinenza fluviale SCHEDA L azione chimica dell acqua IV - PROCESSI DI DISFACIMENTO E DI TRASPORTO 1 - PAESAGGI DISEGNATI DALL ACQUA L erosione dell acqua Il reticolo idrografico Gli alvei dei corsi d acqua e le alluvioni Alcune forme tipiche dell erosione Meandri fluviali Evoluzione di un bacino imbrifero Erosione del mare Eorfologia costiera SCHEDA Il fiume cambia da monte a valle SCHEDA L ingegneria idraulica tradizionale VII
8 SCHEDA Ponti (attraversamenti o possibili dighe?) SCHEDA L ingegneria naturalistica SCHEDA Aspetti legati all evoluzione dei bacini SCHEDA L azione del moto ondoso SCHEDA Sesse 2 - PAESAGGI DISEGNATI DAL GHIACCIO Il limite climatico delle nevi persistenti I ghiacciai attuali I processi dell erosione glaciale Le forme glaciali Sistema d erosione periglaciale SCHEDA Il destino climatico della Terra SCHEDA Il ghiacciaio Morteratsch SCHEDA Il ghiacciaio Roseg SCHEDA Il detrito morenico 3 - MODELLAMENTO DEI VERSANTI Non solo acqua I processi termoclastici Paesaggi disegnati dal vento La gravità Le frane SCHEDA Le piramidi di terra V - AMBIENTI DI SEDIMENTAZIONE, STORIA DELLA VITA 1 - IL CICLO SEDIMENTARIO Le rocce sedimentarie I processi di diagenesi Le rocce detritiche Le rocce carbonatiche Le rocce piroclastiche Ambienti di sedimentazione continentali Ambienti di sedimentazione marini Ambienti di sedimentazione di transizione SCHEDA I combustibili solidi SCHEDA I combustibili liquidi e gassosi SCHEDA Le torbiditi 2 - ELEMENTI DI PALEOCOLOGIA Definizione di ecologia La biocenosi La tanatocenosi Stratigrafia e concetto di facies Stratigrafia cronologica con i fossili Scala del tempo geologico Era archeozoica Era paleozoica Era mesozoica Era cenozoica Era neozoica SCHEDA Esempi di relazioni entro le biocenosi SCHEDA Definizioni utili all ecologia VIII
9 SCHEDA Datazioni radiometriche 3 - DALLA LITOSFERA ALLA BIOSFERA La pedosfera La componente minerale La componente organica Gli organismi L acqua L aria Le proprieta del suolo Profilo del suolo La zonazione dei suoli Soprassuolo La deforestazione L erosione del suolo SCHEDA Considerazioni sulla definizione del suolo SCHEDA I microrganismi del suolo SCHEDA I colloidi SCHEDA Caratteri fisici del suolo SCHEDA La capacità d uso delle terre SCHEDA I piani altitudinali della vegetazione VI - CICLO DELLE ROCCE E TETTONICA A PLACCHE 1 - INTERNO DELLA TERRA, EQUILIBRI ED ENERGIA Le onde trasportano energia Microsismi e macrosismi Onde sismiche e la crosta terrestre Isostasia Sotto la crosta terrestre Calore interno della Terra SCHEDA Un po di fisica delle onde SCHEDA Un esempio di onde trasversali: il mare SCHEDA Il sismografo SCHEDA La scala Richter SCHEDA Un po di fisica: calore e temperatura SCHEDA I maremoti SCHEDA Gli effetti dei terremoti 2 - VULCANI, MAGMATISMO E METAMORFISMO Le eruzioni vulcaniche Magmi e lave Le rocce magmatiche Le rocce metamorfiche I fenomeni del vulcanesimo Morfologia delle aree vulcaniche SCHEDA I vulcani italiani SCHEDA I silicati nella classificazione delle rocce magmatiche SCHEDA Tipi di metamorfismo SCHEDA Gli atolli 3 - I MOVIMENTI DELLA CROSTA TERRESTRE Movimenti verticali Cause dei movimenti verticali IX
10 3.3 - Movimenti orizzontali Cause dei movimenti orizzontali Una idea coraggiosa: la deriva dei continenti La storia si ripete Il geomagnetismo Il magnetismo fossile Suggerimenti dal fondo oceanico La tettonica a zolle Il ciclo delle rocce SCHEDA La polemica sulla teoria della deriva dei continenti SCHEDA Il declino della teoria sulla deriva SCHEDA Un po di fisica con l elettromagnetismo SCHEDA Formazione delle Alpi SCHEDA 3.4 Italia ed appennini X
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