Il sistema Terra Gainotti, Modelli Incontro con le scienze integrate Zanichelli editore 2014

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1 Il sistema Terra

2 Le sfere della Terra La «sfera delle rocce», o litosfera, è il guscio roccioso che costituisce l involucro esterno della Terra e la cui parte più superficiale è chiamata crosta. La «sfera delle acque», o idrosfera, è formata dalle acque salate degli oceani e da quelle dolci dei continenti (laghi, fiumi ecc.). La «sfera dell aria», o atmosfera, è l involucro di gas che circonda interamente la Terra. La sfera della vita, o biosfera, è formata dall insieme degli esseri viventi che popolano le acque, il suolo e l aria.

3 La sfera delle rocce

4 La struttura interna della Terra La Terra, come la Luna e gli altri pianeti più vicini al Sole, è un pianeta roccioso. La Terra è costituita da materiali di densità diversa disposti in gusci concentrici. La struttura «a strati» del nostro pianeta risale alle prime fasi della sua formazione, quando i materiali fusi iniziarono a solidificarsi, stratificandosi: quelli più pesanti al centro, dove formarono il nucleo; quelli più leggeri in superficie, a formare la crosta terrestre.

5 Nucleo, mantello e crosta Il nucleo. È la parte interna più densa, con un raggio di circa 3500 km e con una temperatura superiore a 6500 C; è costituito prevalentemente da ferro (Fe). Il mantello. È lo strato compreso tra il nucleo e la crosta superficiale con uno spessore di circa 2850 km. Esso è formato da silicati «pesanti», in cui il silicio (Si) e l ossigeno (O) sono combinati prevalentemente con ferro e magnesio (Mg). La crosta. È l involucro più esterno, con uno spessore che varia tra i 7 km e i 70 km. Essa è formata da silicati «leggeri» formati da silicio, ossigeno e alluminio (Al).

6 Litosfera, astenosfera e le placche La crosta e la parte superiore del mantello formano insieme uno strato rigido spesso fino a 200 km, chiamato litosfera. Al di sotto della litosfera, le rocce sono parzialmente fuse e relativamente fluide, tanto da scorrere lentamente. Questa parte del mantello, detta astenosfera, mantiene tali caratteristiche fino a circa 300 km di profondità: oltre, il mantello torna a essere solido. La litosfera è rigida ma non è un blocco unico: essa è suddivisa in tanti frammenti, chiamati placche, che compongono una sorta di grande mosaico e che si spostano trascinate dai moti della sottostante astenosfera.

7 Struttura della litosfera La litosfera, dello spessore medio di 100 km è formata in superficie, in corrispondenza dei continenti, dalla spessa crosta continentale, e in corrispondenza degli oceani dalla sottile e densa crosta oceanica.

8 Le rocce della crosta Le rocce vengono classificate in tre gruppi principali: le rocce magmatiche che provengono dal raffreddamento e dalla solidificazione di rocce fuse cioè di magmi o lave; le rocce sedimentarie che provengono dall accumulo, dal consolidamento e dalla compattazione di materiali di origine diversa, come frammenti di altre rocce o resti di organismi; le rocce metamorfiche che derivano da una trasformazione di rocce preesistenti sottoposte a elevate temperature e pressioni.

9 Le rocce sono formate da minerali Tutti i tre tipi di rocce sono formate da aggregati di minerali. I minerali sono solidi inorganici aventi una composizione chimica ben determinata. Alcune rocce sono costituite da un solo tipo di minerale. Per esempio, il calcare è formato da un unico composto chimico, il carbonato di calcio (CaCO 3 ), chiamato calcite. Più spesso le rocce sono costituite da vari minerali. Per esempio, nel granito i minerali principali sono tre: il feldspato, il quarzo e la mica. I loro cristalli appaiono visibili come piccoli granuli.

10 Rocce macrocristalline e microcristalline Una roccia è detta macrocristallina quando, come nel granito, i cristalli dei minerali sono abbastanza grandi da essere distinguibili a occhio nudo o con una lente.

11 LLe rocce magmatiche Le rocce magmatiche (o ignee) si formano in seguito alla solidificazione dei magmi. Esse si distinguono in intrusive se derivano da magmi solidificati all interno della crosta ed effusive se derivano dalla solidificazione di lave, ovvero di magmi fuoriusciti in superficie.

12 LLe rocce magmatiche Da un punto di vista chimico, le rocce magmatiche sono costituite da silicati, formati soprattutto da silicio (Si) e ossigeno (O), cui si aggiungono in misura minore molti altri elementi, tra cui: l alluminio (Al); il ferro (Fe); il magnesio (Mg); il calcio (Ca); il sodio (Na); il potassio (K). Il silicio e l ossigeno combinandosi assieme formano la silice, un composto molto comune nella crosta.

13 Le rocce magmatiche acide Le rocce magmatiche acide. Le rocce magmatiche acide hanno una percentuale in silice elevata, superiore al 65%. Per il contenuto di alluminio, sono di colore chiaro. La loro solidificazione avviene soprattutto all interno della crosta terrestre, dove raffreddandosi formano grandi ammassi chiamati plutoni.

14 Le rocce magmatiche acide I graniti sono i tipici rappresentanti delle rocce acide intrusive. Essi sono i principali costituenti della crosta che forma i continenti o crosta continentale.

15 Le rocce magmatiche basiche Le rocce magmatiche basiche. Hanno una bassa percentuale in silice, inferiore al 52%. Per il contenuto di ferro e magnesio sono di colore scuro. I magmi basici da cui derivano, al contrario di quelli acidi, sono più fluidi e scorrevoli. La maggior parte delle rocce effusive deriva da questo tipo di magma, che si forma principalmente per la fusione di materiali rocciosi nell astenosfera. È soprattutto da lì che provengono i magmi basici che effondono in superficie, sui continenti o sul fondo degli oceani attraverso le eruzioni.

16 Le rocce magmatiche basiche I basalti sono i tipici rappresentanti delle rocce basiche effusive e come tali, sono microcristallini. Essi sono i principali costituenti della crosta oceanica.

17 Differenze tra graniti e basalti (importante) I minerali delle rocce si esaminano al microscopio.

18 Altre rocce effusive (Solo blu) In alcune rocce effusive si osservano dei cristalli ben visibili, detti fenocristalli, circondati da una massa microcristallina. Le rioliti, tra cui troviamo il porfido, sono le rocce più rappresentative di questo tipo. In alcuni magmi particolarmente acidi e viscosi, il rapido raffreddamento porta alla formazione di una roccia vetrosa priva di cristalli: l ossidiana. Un altra roccia effusiva acida è la pomice, una roccia chiara e porosa, così leggera da galleggiare.

19 Le rocce sedimentarie Le rocce sedimentarie sono le rocce più abbondanti negli strati superficiali della crosta. Queste rocce si generano dalla cementazione di particelle originatesi in vario modo. Gli accumuli di queste particelle sono detti sedimenti e il processo che li trasforma in rocce è detto litificazione. La litificazione avviene per opera della pressione dei sedimenti sovrastanti su quelli sottostanti, pressione che allontana l acqua intrappolata nei sedimenti stessi e avvia il processo di cementazione grazie al carbonato di calcio contenuto nell acqua.

20 Classificazione delle rocce sedimentarie L origine dei sedimenti è il criterio con il quale si classificano le rocce sedimentarie nelle seguenti categorie: le rocce sedimentarie di origine clastica (dal greco klastós, spezzato), o terrigene, che si formano per l accumulo di frammenti rocciosi; le rocce sedimentarie di origine chimica, si formano in seguito al depositarsi di Sali presenti nell acqua, quando questa evapora; le rocce sedimentarie di origine organica (rocce organogene), in cui i frammenti sono costituiti principalmente da resti di organismi viventi (gusci e scheletri di organismi fossili).

21 Le rocce sedimentarie di origine organica (Solo blu) Tra le rocce sedimentarie di origine organica abbiamo: i calcari, come quello a nummuliti, a coralli, ad alghe o altri molluschi; le dolomie, formate da un carbonato doppio di calcio e magnesio; le selci: formate da silice; i carboni fossili e il petrolio.

22 Carbone e petrolio Il carbone e il petrolio derivano dall accumulo avvenuto in epoche passate di resti di organismi. Il carbone e il petrolio forniscono più dell 80% dell energia consumata dal mondo industrializzato e sono definiti combustibili fossili in quanto si sono formati nelle ere geologiche passate, decine o centinaia di milioni di anni fa.

23 Il carbone Il carbone è a tutti gli effetti una roccia sedimentaria, solo che i sedimenti sono costituiti da accumuli di piante morte che in condizioni particolari (acque povere di ossigeno e basse temperature) non subiscono il processo di decomposizione. La pressione degli strati vegetali sovrastanti e la temperatura crescente determinano l avvio di processi di carbonizzazione.

24 Il petrolio Il petrolio grezzo è un liquido oleoso di colore scuro, infiammabile. Il petrolio proviene soprattutto dalla trasformazione dei resti di organismi animali e vegetali vissuti milioni di anni fa in ambienti marini o lagunari, rimasti intrappolati nei sedimenti come sabbie e argille. Contemporaneamente alla litificazione dei sedimenti, i resti organici subiscono profonde modificazioni, trasformandosi in petrolio e in altri composti gassosi, come il metano e il propano.

25 Le rocce metamorfiche Le rocce metamorfiche derivano da rocce sedimentarie, magmatiche o da altre rocce metamorfiche che si trasformano in seguito all aumento di pressione e di temperatura dovuto alla loro «sepoltura» in profondità.

26 I minerali I minerali sono i costituenti di base di tutti i tipi di rocce, siano esse magmatiche, sedimentarie o metamorfiche. Esistono tanti tipi di minerali. Alcuni di essi sono semplicemente elementi, formati cioè da un solo tipo di atomo. Ne sono esempi il rame (Cu), lo zolfo (S) e l oro (Au), che in natura si trovano allo stato nativo, ossia non combinati con altri elementi.

27 I minerali Più spesso, però, i minerali sono formati da più elementi. Tra tutti gli elementi chimici che compongono i minerali, i più abbondanti sono l ossigeno e il silicio, che da soli costituiscono i 3/4 della massa della crosta terrestre; seguono, in ordine decrescente, l alluminio (Al), il ferro (Fe), il calcio (Ca), il sodio (Na), il potassio (K) e il magnesio (Mg).

28 La struttura cristallina In alcuni casi i minerali raggiungono dimensioni notevoli e formano cristalli dalle forme geometriche regolari. La grandezza dei cristalli dipende dal tempo e dallo spazio a disposizione all interno della roccia. I cristalli si formano a partire da germi cristallini di piccole dimensioni. Se liberi di crescere, i cristalli assumono forme geometriche tipiche, come accade per esempio con il salgemma, il cui cristallo ha una forma cubica.

29 La forma dei cristalli A che cosa è dovuta la forma regolare? La risposta sta nella disposizione degli atomi che formano il minerale. Nell esempio del cloruro di sodio (il sale da cucina), gli atomi di cui è composto, cloro (Cl) e sodio (Na), sono legati tra loro in modo particolare: ogni atomo di cloro è circondato da 6 atomi di sodio, ognuno dei quali a sua volta è circondato da 6 atomi di cloro e così via.

30 La forma dei cristalli Le disposizioni ordinate degli atomi formano un reticolo cristallino in cui è individuabile la struttura cubica di base con gli atomi disposti ai vertici. La ripetizione dei cubi nello spazio determina la forma finale osservabile nei cristalli del sale da cucina.

31 I piani di sfaldatura I cristalli dei minerali, se percossi, possono rompersi secondo piani ben determinati. Questa caratteristica, detta sfaldatura, dipende dai legami tra gli atomi che possono presentare punti deboli in corrispondenza dei quali, con opportuni sforzi, avviene la rottura del cristallo. Se si percuotono con un martello, il salgemma e la calcite si sfaldano facilmente secondo piani «prestabiliti» lungo i quali le forze di legame sono minori.

32 Come riconoscere i minerali Oltre alla forma cristallina, i caratteri più utili per il riconoscimento dei minerali sono la durezza, la densità, la solubilità, il colore e i caratteri chimici.

33 Caratteristiche fisiche La densità. Il quarzo ha densità maggiore di quella del salgemma: 2,6 g/cm 3 contro 2,1 g/cm 3. La solubilità. Il quarzo è praticamente insolubile in acqua; il salgemma invece è così solubile che per il suo sapore «salato» viene aggiunto ai cibi, nella cui acqua si scioglie facilmente. La durezza. Se si preme fortemente il quarzo contro il salgemma, facendolo scorrere, il salgemma si riga o, più propriamente, viene scalfito. Ciò avviene perché il quarzo ha durezza maggiore di quella del salgemma.

34 La durezza dei minerali: la scala di Mohs La durezza, cioè la capacità di resistere alla scalfittura, viene valutata utilizzando la scala di Mohs, dal nome del mineralogista che la usò per primo nel La scala di Mohs, i cui valori vanno da 1 a 10, fa riferimento a una serie di dieci particolari minerali, ordinati dal più tenero, il talco, a cui è assegnata durezza 1, al più duro, il diamante, a cui è assegnata durezza 10. In questa serie, ogni minerale scalfisce quello che lo precede ed è scalfito da quello che lo segue.

35 I minerali si possono riconoscere dal colore In alcuni casi il colore può essere utile per individuare i minerali. Per esempio, il cinabro (HgS), il più diffuso minerale del mercurio, è tipicamente rosso; la malachite, un carbonato di rame, è azzurra; lo zolfo è giallo.

36 Altre proprietà dei minerali Alcuni minerali infine presentano caratteri distintivi molto particolari. È il caso della magnetite, un ossido di ferro, che ha proprietà magnetiche e si comporta come una piccola calamita naturale. Si trova talvolta nelle sabbie sotto forma di piccoli cristalli neri, che possono essere estratti con un magnete.

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