Le strutture della Terra

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1 Pubblicata su G.M.P.E. ( Home > Printer-friendly Le strutture della Terra Da: DO.GE., Conoscere la Terra, Markes, Milano 1983, p La superficie terrestre I cratoni I cratoni sono le aree interne dei continenti, asismiche, formate da un nucleo molto antico, lo scudo, che si presenta piatto o debolmente inarcato, in quanto da moltissimo tempo è stato sottoposto ad erosione. Queste zone rappresentano ciò che resta dallo spianamento di antiche catene montuose, costituite da rocce prevalentemente metamorfiche e magmatiche intrusive, databili attorno ai 2 3 miliardi di anni, ricche di giacimenti di oro, rame, nichel e ferro. Il 24% della superficie terrestre è occupato dai seguenti cratoni: canadese, groenlandese, baltico, ucraino, siberiano, indiano, centroafricano, brasiliano, antartico e australiano. 1 of 8 28/02/ :49

2 I margini continentali passivi rappresentano la zona di transizione tra la parte emersa del continente e l'oceano, costituiti da crosta continentale che gradualmente passa a crosta oceanica. Sono i tipici bordi dell'oceano Atlantico. Nel margine continentale passivo si possono distinguere tre aree: la piattaforma continentale, la scarpata continentale ed il rialzo continentale. La piattaforma continentale è la parte sommersa dei continenti, che può estendersi fino a 900 km, con una profondità compresa tra 20 m e 550 m sotto il livello del mare, come le piattaforme russa e americana. In quest'area si depositano grandi quantità di sedimenti; generalmente sono sedimenti glaciali alle alte latitudini, sedimenti terrigeni alle medie latitudini, scogliere coralline sono invece presenti alle basse latitudini. La scarpata continentale rappresenta il raccordo tra la piattaforma ed il rialzo continentale. È poco inclinata (1-6 ) ma con dislivelli notevoli, ed è incisa da canyons sottomarini, soprattutto in corrispondenza delle foci dei grandi fiumi, probabilmente a causa delle correnti di torbidità, costituite da acqua e fango con elevata velocità. Il rialzo continentale è formato da grandi conoidi sottomarine, larghe da 200 a km, dovute al depositarsi dei sedimenti franati lungo la scarpata o depositati dalle correnti di torbidità. Gli orogeni Attorno ai cratoni si trovano gli orogeni, catene montuose formate da rocce molto deformate, interessate da fenomeni metamorfici e vulcanici. Il nucleo di molte montagne è costituito dai batoliti, che sono probabilmente le radici di antichissime catene montuose ormai erose. I bacini oceanici I bacini oceanici sono ampie depressioni, profonde circa m sotto il livello del mare, che occupano il 41% della superficie terrestre. Sono formati da crosta oceanica di roccia basaltica, ricoperta da sedimenti con uno spessore variabile. Il fondo può essere pianeggiante: piana abissale, oppure solcato da rilievi come i monti sottomarini e le colline abissali. I monti sottomarini, allineati in catene montuose, oppure isolati, sono dei coni vulcanici con un'altezza superiore a m rispetto al fondale. Quando emergono danno origine ad isole vulcaniche. I guyots sono invece caratterizzati 2 of 8 28/02/ :49

3 da una sommità piatta, sulla quale si possono sviluppare imponenti scogliere coralline. Quando la forma dei rilievi sottomarini è allungata e l'altezza è compresa tra 50 e m sul fondo degli oceani, si parla di colline abissali. Le dorsali oceaniche sono catene montuose larghe fino a km, alte metri rispetto al fondo oceanico, che attraversano tutti gli oceani per una lunghezza di quasi Km. Quando emergono in alcuni punti formano isole vulcaniche come l'islanda e le Azzorre. Le fosse oceaniche sono depressioni larghe Km, profonde fino a metri, che rappresentano le zone lungo le quali la crosta oceanica subduce sotto un'altra placca litosferica. Parallelamente si trovano vulcani ad attività esplosiva. L'interno della Terra Lo studio dell'interno Per ricavare informazioni sulla composizione e sulla struttura interna della Terra non possiamo procedere con un'indagine diretta, poiché i pochi chilometri esplorabili attraverso le miniere o le stratificazioni sedimentarie delle catene montuose, sono nulla se paragonati ai 6371 km del raggio medio terrestre. Per questo motivo ci si serve di analisi indirette, come quelle effettuabili dallo studio dei meteoriti, che presentano analoga composizione a quella della Terra, se si suppone che derivino dalla medesima nebulosa originaria con cui si sono formati i pianeti del Sistema Solare. Molto importanti sono le informazioni che si ricavano dalla sismologia, che studia le modalità di propagazione delle onde sismiche all'interno della terra. Poiché le onde modificano la loro velocità in base alla densità del mezzo che attraversano, possono essere riflesse, rifratte o bloccate (nel caso delle onde trasversali), è possibile ricostruire la struttura dell'interno terrestre. Discontinuità sismiche all'interno della Terra L'esame dei dati ricavati dai terremoti ha permesso di individuare una serie di strati concentrici all'interno della Terra. Infatti, in tre aree precise, che costituiscono delle vere e proprie superfici di discontinuità, ci sono dei repentini cambiamenti di velocità e 3 of 8 28/02/ :49

4 direzione delle onde sismiche, mentre all'interno di ciascuno strato i cambiamenti sono abbastanza graduali. La prima discontinuità si trova ad una profondità media di circa 30 km, con valori compresi tra i 20 e i 70 km sotto i continenti, e 4 10 km sotto i bacini oceanici. In alcune aree oceaniche particolarmente instabili è situata a 1 km di profondità, mentre sotto l'himalaya è a circa 90 km. Questa superficie di discontinuità è chiamata discontinuità di Mohorovičić, o più semplicemente Moho. La zona sopra la Moho è chiamata crosta, mentre quella al di sotto è rappresentata dal mantello. Il mantello si estende fino a 2900 km, quando incontra una nuova superficie di discontinuità: la discontinuità di Gutenberg. Le onde sismiche arrivano in ogni parte della Terra, ma quelle trasversali si fermano in questo strato, generando una zona d'ombra che si trova a una distanza sempre costante dall'epicentro, con un angolo compreso tra 103 e 180. Questo significa che la zona sottostante deve trovarsi allo stato fuso. La terza superficie di discontinuità, la discontinuità di Lehmann, che si trova a circa km di profondità, suddivide in due parti lo strato più interno della Terra, il nucleo, individuando il nucleo esterno e il nucleo interno. Da: R. C. PERETTI R. TORCHIO, Conoscere il nostro pianeta, Bulgarini, Firenze 1996, p La crosta La crosta continentale, che comprende la superficie dei continenti e la piattaforma continentale fino alla scarpata, presenta uno spessore medio di km, ma può superare gli 80 km sotto le grandi catene montuose, con una densità media di 2,7 g/cm 3. La parte più superficiale è formata principalmente da rocce acide ricoperte da uno spessore variabile di sedimenti. Subito sotto si trovano diversi tipi di rocce magmatiche, sedimentarie o metamorfiche, che indicano i differenti tipi di attività e le intense deformazioni che si sono succedute a partire da circa 3.8 miliardi di anni fa. Più difficile stabilire la composizione della parte più interna della crosta, in quanto non è 4 of 8 28/02/ :49

5 raggiungibile direttamente. Si suppone che, a causa della pressione e della temperatura assai elevate, le rocce abbiano subito intensi processi metamorfici, e presentino una composizione simile a quella della crosta oceanica, con densità di circa 3 g/cm 3. La crosta oceanica ha uno spessore di 6 8 km, con una composizione più basica rispetto alla crosta continentale, una densità più elevata, che si aggira intorno ai 3 g/cm 3, ed è abbastanza giovane, non raggiungendo i 200 milioni di anni. Lo strato più superficiale è formato da sedimenti oceanici con spessore variabile da 0 a 3 km; lo strato centrale è formato da basalto con uno spessore medio di 1,5 km e una struttura a cuscini, mentre quello più profondo è costituito da gabbro, quindi della medesima composizione dello strato precedente ma solidificatosi molto più lentamente, con uno spessore di circa 5 km. Da: E. LUPIA PALMIERI M. PAROTTO, La Terra nello spazio e nel tempo, Zanichelli, Bologna 2002, p. B79. Il mantello Il mantello si estende da 30 a 2900 km di profondità, ed è probabilmente costituito da una roccia ultrabasica, la peridotite, più rigida e più densa del gabbro e del basalto. Esso può essere suddiviso in due parti: il mantello superiore, fino a circa 700 km, e il mantello inferiore, fino alla discontinuità di Gutenberg. Le onde sismiche hanno individuato un'ulteriore suddivisione del mantello superiore. Subito sotto la Moho c'è il mantello litosferico, molto rigido e denso; tra i 70 e i 200 km si trova lo strato a bassa velocità o L.V.L. (Low Velocity Layer), dove le onde rallentano probabilmente a causa di una fusione parziale della peridotite. Dopo i 400 km, le onde aumentano rapidamente la velocità, forse perché l'elevata pressione litostatica produce un addensamento dei minerali. Nel mantello la temperatura sale progressivamente con la profondità, fino a raggiungere i 3000 C, così come aumenta la pressione (da 9 a circa kbar) e la densità (da 3,3 a 5,6 g/cm 3 ). 5 of 8 28/02/ :49

6 Il nucleo A km di profondità si trova il nucleo, che le onde sismiche evidenziano suddiviso dalla discontinuità di Lehmann in: nucleo esterno, allo stato fuso, con un raggio di circa 2270 km; nucleo interno, rigido ed elastico, dello spessore di 1200 km, con una temperatura prossima al punto di fusione, ma che si comporta come un solido per l'elevatissima pressione. Si suppone che il nucleo sia composto essenzialmente di ferro, probabilmente mescolato con silicio e zolfo e con altri metalli come il nichel. La densità si ricava indirettamente conoscendo la densità media della Terra e quella della sua superficie, e si aggira attorno a g/cm 3. Siccome gli elementi, come il ferro, in superficie hanno una densità inferiore, si pensa che valori così elevati siano dovuti all'altissime pressione litostatica. Ci sono due ipotesi per spiegare la formazione del nucleo, ciascuna con pregi e difetti. La prima ipotesi suppone che la Terra fosse già in origine stratificata, con un nucleo ferroso fuso, il primo a formarsi, che generava un campo magnetico, come si può rilevare dalla magnetizzazione di rocce molto antiche. Quest'ipotesi non spiega però perché altri ossidi non si siano solidificati insieme al ferro e non si trovino nel nucleo. La seconda ipotesi afferma invece che all'origine la Terra era di composizione omogenea, e solo in seguito gli elementi pesanti, come il ferro e il nichel, sarebbero sprofondati, mentre i silicati, più leggeri, si ponevano in superficie. Non si spiega, tuttavia, come da una nebulosa originariamente eterogenea si sarebbe formato un pianeta a composizione omogenea. Litosfera e astenosfera 6 of 8 28/02/ :49

7 Utilizzando la differenza di stato fisico, invece che quella di composizione, si possono distinguere i seguenti strati: litosfera, astenosfera, mesosfera e nucleo. La litosfera è lo strato più superficiale mobile, rigido ed elastico della Terra, che comprende la crosta e il mantello litosferico. Ha uno spessore di circa qualche chilometro sotto i bacini oceanici e km sotto i continenti. Sotto la litosfera c'è uno strato che termina a 200 km di profondità, dal comportamento più plastico, l'astenosfera, in cui le rocce, della stessa composizione del mantello litosferico, si troverebbero allo stato parzialmente fuso. All'astenosfera segue la mesosfera, che termina a km, dove si trova il nucleo terrestre. Da: G. MARCHETTI L. PELLEGRINI R. ROSSETTI M. VANOSSI, La Terra ieri e oggi, La Nuova Italia, Scandicci 1986, p. 87. Il principio dell'isostasia L'isostasia è il principio secondo cui i grandi blocchi di crosta, oceanica o continentale, si pongono in equilibrio gravitazionale secondo la loro densità e il loro spessore (applicazione del principio di Archimede alle rocce). In altre parole, poiché i blocchi di crosta presentano una differenziazione laterale di composizione e spessore, tendono a comportarsi come 7 of 8 28/02/ :49

8 dei corpi in galleggiamento sulla zona sottostante, che assume un comportamento plastico, per cui si elevano o sprofondano rispetto alla linea di galleggiamento. La crosta oceanica è più sottile e densa, perciò emerge poco, mentre le catene montuose, meno dense e più spesse, sporgono maggiormente dal mantello. Quanto più la montagna è alta, tanto più ha radici profonde, come dimostra anche la disposizione della Moho. Man mano che la montagna si erode, per riequilibrare il peso si solleva progressivamente, mentre dove si accumulano sedimenti si ha un abbassamento della Moho. Un esempio di questo fenomeno è verificabile nella Scandinavia, nel Canada e nella Groenlandia. Queste aree, durante l'ultima glaciazione hanno subito un abbassamento dovuto al peso del ghiaccio accumulatisi. Al ritorno di un clima più caldo il ghiaccio cominciò a sciogliersi e le zone si sollevarono progressivamente. Il fatto è dimostrato dalla presenza di linee di costa che oggi si trovano a diverse quote. Da: C. MERCATALI, Geodinamica, Giunti 1990, p. 122 URL di origine: 8 of 8 28/02/ :49