SCIENZE TERRA. Processi e modelli di. della. Edizione BLU. Progetto Genesis. Gabriele Longhi. per il secondo biennio e il quinto anno dei nuovi licei

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1 Edizione BLU Progetto Genesis Gabriele Longhi Astronomia a cura di Piero Bianucci Processi e modelli di SCIENZE della TERRA per il secondo biennio e il quinto anno dei nuovi licei. LA TERRA E I MATERIALI DELLA TERRA SOLIDA. I PROCESSI ENDOGENI. LA TETTONICA DELLE PLACCHE. LE RISORSE E IL CLIMA. PERCORSO DI ASTRONOMIA SUL LIBRO DIGITALE

2 Ambiente educativo Processi e modelli di Scienze della Terra Edizione BLU Zona Genesis Il blog di scienze per insegnanti e studenti, costantemente aggiornato. Articoli di attualità e approfondimenti sulle scienze Spunti didattici legati agli articoli Materiali multimediali scaricabili Link a video, immagini e siti di istituzioni e riviste scientifiche italiane e internazionali Contributi CLIL Il sito della Casa Editrice: risorse aggiu,ntive a portata di un click! Materiale multimediale aggiuntivo Tabelle per la programmazione didattica Verifiche scaricabili in formato word Contributi CLIL Libro di testo misto Il libro cartaceo: punto di riferimento condiviso da studenti e insegnanti per un apprendimento integrato e completo, supportato dalle risorse digitali online e offline. ebook studente Il libro dello studente in versione digitale scaricabile on line. Tutte le unità didattiche Esercizi interattivi Animazioni e video Strumenti per annotare il testo e costruire mappe concettuali Audiosintesi in inglese Libro digitale per il docente Il testo in formato digitale per il docente sul DVD Win/Mac allegato al corso: tutto in un unico supporto! Tutte le unità didattiche Esercizi interattivi Animazioni e video Possibilità di creare presentazioni interattive da mostrare in classe Strumenti per annotare il testo e costruire mappe concettuali Audiosintesi in inglese In classe, la piattaforma web per distribuire e condividere materiali ed esercitazioni online Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

3 Indice Indice Nel libro digitale UNITÀ Il sistema Terra e le sue sfere La geologia 4. Che cos è la geologia? π. La ricerca geologica Osserva e indaga π Domande chiave Le sfere del sistema Terra 6. La terra luida π. La geosfera e l interno della Terra π. Le scale dello spazio e del tempo Osserva e indaga π Domande chiave Interazioni nel sistema Terra 9. Un sistema dinamico π. L atmosfera dinamica π. L oceano dinamico Osserva e indaga π Domande chiave SInTeSI e mappe di fine unità Le lezioni in sintesi The chapter in review Le mappe dell unità I serbatoi idrici La scala dello spazio Il permafrost e la tundra The chapter in review Test e quesiti area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 4 Prove d interrogazione 4 Test e quesiti 5 Il mio esame di Stato 6 Osservazione e analisi 7 UNITÀ I minerali 8 che cosa sono i minerali 0. I mattoni della Terra π. Gli elementi e la tavola periodica π. I legami chimici nei minerali π 4. I minerali e i loro cristalli π 5. La formazione dei minerali Osserva e analizza π Domande chiave Le proprietà dei minerali 6. Le proprietà ottiche dei minerali π. Altre proprietà dei minerali Osserva e analizza π Domande chiave La classiicazione dei minerali 9. Gli elementi chimici più comuni della Terra π. I silicati π. Alcuni silicati osservati da vicino π 4. I non silicati Domande chiave π Osserva e analizza SInTeSI e mappe di fine unità 4 Le lezioni in sintesi 4 The chapter in review 4 Le mappe dell unità 5 II La forma dei cristalli Le proprietà dei minerali L'impiego dei silicati I silicati più comuni L amianto The chapter in review Test e quesiti Legenda degli strumenti multimediali Video Esercizi autocorrettivi Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara Animazione Sintesi audio

4 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 6 Prove d interrogazione 6 Test e quesiti 7 Il mio esame di Stato 8 Osservazione e analisi 9 UNITÀ Le rocce La classiicazione e il ciclo delle rocce 4. Osserviamo le rocce π. Le rocce e il loro aspetto π. La formazione delle rocce π 4. Il ciclo delle rocce Osserva e analizza π Domande chiave Le rocce ignee 47. Introduzione alle rocce ignee π. Il magma π. L origine del magma π 4. La risalita del magma π 5. La classiicazione delle rocce ignee π 6. La differenziazione magmatica e la serie di Bowen π 7. Le rocce ignee nel paesaggio Osserva e analizza π Domande chiave La degradazione meteorica 55. La disgregazione e l alterazione delle rocce π. La degradazione isica π. La degradazione chimica Osserva e analizza π Domande chiave Le rocce sedimentarie 59. Introduzione alle rocce sedimentarie π. I fossili nelle rocce sedimentarie π. La formazione delle rocce sedimentarie clastiche π 4. La classiicazione delle rocce sedimentarie clastiche π 5. Le rocce sedimentarie organogene π 6. Le rocce sedimentarie chimiche π 7. Gli ambienti sedimentari π 8. Le rocce sedimentarie nel paesaggio Domande chiave π Osserva e analizza Le rocce metamoriche 69. Introduzione alle rocce metamoriche π. Gli agenti del metamorismo π. Le strutture delle rocce metamoriche π 4. I minerali indice e le facies metamoriche π 5. Gli ambienti metamorici π 6. Le rocce metamoriche nel paesaggio Domande chiave π Osserva e analizza SInTeSI e mappe di fine unità 80 Le lezioni in sintesi 80 The chapter in review 80 Le mappe dell unità 8 Le rocce: colore e tessitura Il ciclo delle rocce Formazione e tessitura delle rocce ignee Le rocce sedimentarie The chapter in review Test e quesiti area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 8 Prove d interrogazione 8 Test e quesiti 8 Il mio esame di Stato 84 Osservazione e analisi 85 UNITÀ 4 Le rocce, testimoni del passato 86 La cronologia e i principi della stratigraia 88. Il tempo geologico π. Il principio dell attualismo π. La cronologia relativa e la cronologia assoluta π 4. I concetti e i principi della stratigraia Domande chiave π Osserva e analizza Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara III

5 4 5 Le discordanze e le correlazioni stratigraiche 9. Le discordanze π. I tre tipi fondamentali di discordanze π. Le correlazioni stratigraiche Osserva e indaga π Domande chiave La cronologia assoluta e la scala geocronologica 96. Il decadimento radioattivo e gli isotopi radioattivi π. La datazione radiometrica π. La datazione con il carbonio-4 π 4. La datazione con l uranio π 5. La scala dei tempi geologici Domande chiave π Osserva e indaga La storia della Terra e il precambriano 00. La storia della Terra π. Il Precambriano Osserva e indaga π Domande chiave L eone fanerozoico 0. Il Fanerozoico π. Il Paleozoico π. Il Mesozoico π 4. Il Cenozoico Domande chiave π Osserva e indaga Nel libro digitale I principi della stratigraia La classiicazione dei fossili Il Paleozoico Il Mesozoico Il Cenozoico The chapter in review Test e quesiti SInTeSI e mappe di fine unità 08 Le lezioni in sintesi 08 The chapter in review 08 Le mappe dell unità 09 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 0 Prove d interrogazione 0 Test e quesiti Il mio esame di Stato Osservazione e analisi UNITÀ 5 L attività vulcanica 4 Le eruzioni vulcaniche 6. Il vulcanismo: un processo fondamentale π. Il magma e il processo eruttivo π. Le eruzioni effusive ed esplosive π 4. I prodotti dell attività vulcanica Osserva e indaga π Domande chiave Tipi di eruzione ed ediici vulcanici. Vulcani lineari e centrali π. La classiicazione delle eruzioni π. Gli ediici vulcanici π 4. Le caldere π 5. Fumarole, solfatare e geyser π 6. Rischio vulcanico e previsione Osserva e indaga π Domande chiave L attività vulcanica in Italia 9. I vulcani italiani π. Vulcano e Stromboli π. Il golfo di Napoli π 4. L Etna Domande chiave π Osserva e descrivi Schema di un eruzione La formazione di una caldera Fumarole, solfatare e geyser The chapter in review Test e quesiti SInTeSI e mappe di fine unità Le lezioni in sintesi The chapter in review Le mappe dell unità Iv Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

6 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 4 Prove d interrogazione 4 Test e quesiti 5 Il mio esame di Stato 6 Osservazione e analisi 7 UNITÀ 6 Le deformazioni delle rocce e l attività sismica Le deformazioni delle rocce 40. Le deformazioni π. Le forze che deformano le rocce π. Le faglie e le diaclasi π 4. Le pieghe π 5. I fattori che inluiscono sulle deformazioni delle rocce π 6. Le deformazioni nel paesaggio Osserva e indaga π Domande chiave I terremoti e le onde sismiche 46. Il terremoto π. Le onde sismiche π. La teoria del rimbalzo elastico Domande chiave π Osserva e indaga La misura e gli effetti dei terremoti 50. La misura dell intensità e della magnitudo π. Gli effetti distruttivi dei terremoti π. Gli tsunami Osserva e spiega π Domande chiave Il rischio sismico e la previsione dei terremoti 54. Il rischio sismico π. La previsione dei terremoti Osserva e spiega π Domande chiave L interno della Terra 58. L esplorazione dell interno della Terra π. La propagazione e la velocità delle onde sismiche π. La rilessione e la rifrazione delle onde sismiche π 4. La struttura della Terra e la crosta terrestre π 5. Il mantello e il nucleo π 6. Il principio dell isostasia Osserva e rispondi π Domande chiave Deformazioni delle rocce e faglie Tipi di faglia Il modello del rimbalzo elastico The chapter in review Test e quesiti SInTeSI e mappe di fine unità 68 Le lezioni in sintesi 68 The chapter in review 68 Le mappe dell unità 69 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 70 Prove d interrogazione 70 Test e quesiti 7 Il mio esame di Stato 7 Osservazione e analisi 7 UNITÀ 7 La tettonica delle placche: una teoria unificante 74 La deriva dei continenti e la teoria della tettonica delle placche 76. L ipotesi di Wegener π. La distribuzione delle placche e le deformazioni Osserva e indaga π Domande chiave Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara v

7 I margini divergenti 8. I processi lungo i margini divergenti π. La scala cronologica delle inversioni magnetiche π. Il magnetismo dei fondi oceanici e la separazione delle placche π 4. La profondità del fondo oceanico π 5. Le fosse tettoniche continentali Osserva e spiega π Domande chiave I margini convergenti 87. I margini convergenti π. La convergenza oceano-continente π. Le cause della subduzione π 4. La convergenza oceano-oceano e continente-continente Domande chiave π Osserva e indaga I margini trasformi e l evoluzione della litosfera 9. Le zone di frattura π. La tettonica delle placche e i margini trasformi π. La tettonica delle placche e l evoluzione della litosfera Domande chiave π Osserva e spiega L orogenesi e le regioni continentali stabili 96. L orogenesi nella zona di convergenza oceano-continente π. L orogenesi nella zona di convergenza continente-continente π. La crosta continentale e le regioni interne stabili Osserva e spiega π Domande chiave I punti caldi, i pennacchi e le forze che muovono le placche 0. I punti caldi π. L ipotesi dei pennacchi del mantello π. Le forze che muovono le placche Domande chiave π Osserva e descrivi L evoluzione dei continenti e la formazione dell Italia 07. La grande ricostruzione π. L evoluzione della regione mediterranea dal Triassico all Oligocene π. La formazione dell Italia Osserva e indaga π Domande chiave SInTeSI e mappe di fine unità 4 Le lezioni in sintesi 4 The chapter in review 4 Le mappe dell unità 5 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 6 Prove d interrogazione 6 Test e quesiti 7 Il mio esame di Stato 8 Osservazione e analisi 9 Nel libro digitale I processi lungo i margini divergenti L orogenesi Alpi e Himalaya a confronto Hot spot: i punti caldi della Terra The chapter in review Test e quesiti UNITÀ 8 Le risorse globali 0 I processi che generano le risorse energetiche fossili. La geologia e le risorse π. Le fonti energetiche π. Il processo della combustione π 4. La formazione del carbone π 5. Le miniere di carbone π 6. La formazione degli idrocarburi Osserva e descrivi π Domande chiave vi Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

8 Le riserve, la produzione e l impatto ambientale Le fonti di energia della Terra dei combustibili fossili 0 La formazione del carbone. Le riserve e la produzione di carbone π. Le riserve e la produzione Le energie rinnovabili o alternative di idrocarburi π. Il consumo dei combustibili fossili π 4. L impatto ambientale dei combustibili fossili I metalli più abbondanti della crosta terrestre Osserva e indaga π Domande chiave The chapter in review L energia nucleare 5. L energia nucleare π. I problemi della sicurezza degli impianti nucleari Osserva e descrivi π Domande chiave Test e quesiti 4 5 Le fonti rinnovabili di energia 8. La produzione di elettricità e le centrali termoelettriche π. Dai combustibili fossili alle energie alternative π. L energia solare π 4. L energia idraulica, eolica e dell oceano π 5. L energia geotermica e la biomassa Osserva e commenta π Domande chiave I metalli e altre risorse minerarie 46. I metalli π. Le risorse minerarie non metalliche π. L impatto ambientale delle miniere Osserva e spiega π Domande chiave Nel Libro digitale: I processi che generano le risorse minerarie. I processi di formazione delle risorse minerarie π. I processi magmatici π. I processi metamorfici π 4. I processi superficiali e nelle acque marine Osserva e indaga π Domande chiave SInTeSI e mappe di fine unità 50 Le lezioni in sintesi 50 The chapter in review 50 Le mappe dell unità 5 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 5 Prove d interrogazione 5 Test e quesiti 5 Il mio esame di Stato 54 Osservazione e analisi 55 UNITÀ 9 Fenomeni e modelli del pianeta che cambia 56 La meteorologia e le previsioni del tempo 58. La meteorologia π. Le masse d aria e la pressione atmosferica π. I fronti e i loro simboli π 4. I diversi tipi di fronte π 5. I cicloni delle medie latitudini π 6. Le perturbazioni violente π 7. Le osservazioni meteorologiche π 8. Le previsioni meteorologiche Osserva e descrivi π Domande chiave I cicli biogeochimici 70. L ecosfera e i cicli biogeochimici π. I serbatoi e i movimenti di un atomo di carbonio π. Il ciclo del carbonio organico a breve termine π 4. Il ciclo del carbonio organico a lungo termine π 5. Il ciclo del carbonio inorganico π 6. Il ciclo geochimico dei carbonati e dei silicati π 7. I cicli biogeochimici dell azoto, del fosforo e dello zolfo Osserva e spiega π Domande chiave Il fronte caldo e il fronte freddo Cicloni, tornado e temporali: le perturbazioni violente Il sistema climatico The chapter in review Test e quesiti Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara vii

9 4 5 Il sistema climatico 80. Il tempo atmosferico e il clima π. Le interrelazioni nel sistema climatico Osserva e spiega π Domande chiave Il cambiamento climatico 84. I climi del passato π. Le cause del cambiamento climatico π. Gas serra e riscaldamento globale π 4. Possibili impatti del riscaldamento globale Osserva e commenta π Domande chiave Scienza e politiche ambientali 90. Come rispondere agli impatti ambientali π. Il Protocollo di Kyoto: un progetto per l ambiente Osserva e commenta π Domande chiave SInTeSI e mappe di fine unità 9 Le lezioni in sintesi 9 The chapter in review 9 Le mappe dell unità 9 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 94 Prove d interrogazione 94 Test e quesiti 95 Il mio esame di Stato 96 Osservazione e analisi 97 fare geologia: Attività in laboratorio e sul campo 98 appendice: Verso l Esame di Stato 0 a. materiali per La preparazione delle TeSIne 0 B. percorsi per IL ripasso e La preparazione alla prova orale 0 IndIce analitico viii Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

10 4 4 UNITÀ 0 I moti della Terra La rotazione terrestre 4. Il movimento della Terra π. Prove della rotazione terrestre π. Giorno sidereo e giorno solare π 4. Aurora e crepuscolo π 5. Irregolarità del moto di rotazione π 6. Fusi orari Domande chiave π Osserva e ragiona La rivoluzione terrestre 0. Il moto di rivoluzione π. Prove della rivoluzione terrestre π. Conseguenze della rivoluzione terrestre π 4. L alternarsi delle stagioni π 5. La diversa durata del dì e della notte π 6. Le zone astronomiche π 7. Giorno sidereo e giorno solare π 8. Orbita terrestre ed ere glaciali Osserva e ragiona π Domande chiave gli altri movimenti della Terra 5. Gli altri moti della Terra π. Il moto di precessione π. Il moto di nutazione π 4. Spostamento della linea degli apsidi π 5. Polodia π 6. Il moto della Terra nella Galassia Osserva e ragiona π Domande chiave Il sistema Terra-Luna 8. La Terra e il moto lunare π. Le caratteristiche della Luna π. Le fasi lunari π 4. L origine della Luna π 5. La rotazione della Luna π 6. Eclissi di Luna e di Sole π 7. L esplorazione della Luna π 8. Sei sbarchi sulla Luna π 9. Composizione delle rocce lunari π 0. Nuove esplorazioni Domande chiave π Osserva e ragiona SInTeSI e mappe di fine unità 4 Le lezioni in sintesi 4 The chapter in review 4 Le mappe dell unità 5 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 6 Prove d interrogazione 6 Test e quesiti 7 UNITÀ La Terra nel Sistema Solare 8 otto pianeti intorno a una stella 0. Pianeti a spasso tra le stelle π. Il Sistema Solare π. Pianeti di altre stelle π 4. La nascita del Sistema Solare π 5. La stella Sole π 6. L energia del Sole e delle stelle Osserva e spiega π Domande chiave I quattro pianeti rocciosi 4. Pianeti interni e pianeti esterni π. Mercurio π. Venere π 4. Marte Osserva e ragiona π Domande chiave I pianeti gassosi 46. Giove e le sue Lune π. Saturno π. Urano e Nettuno Domande chiave π Osserva e spiega I corpi minori 5. Plutone tra i «pianeti nani» π. Gli asteroidi π. Le comete π 4. Meteore e meteoriti π 5. La vita nell universo π 6. L origine della vita Domande chiave 4 5 SInTeSI e mappe di fine unità 58 Le lezioni in sintesi 58 The chapter in review 58 Le mappe dell unità 59 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 60 Prove d interrogazione 60 Test e quesiti 6 UNITÀ La Terra nell universo 6 primo sguardo all universo 64. Quante sono le stelle? π. Le costellazioni π. Il cielo nell antichità π 4. La rivoluzione copernicana π 5. Dalle leggi di Keplero a Newton π 6. Le coordinate celesti π 7. Spazio e tempo Domande chiave π Osserva e spiega misurare l universo 70. Le distanze cosmiche π. Prime misure del cosmo π. Tecniche di misura π 4. Il «metro» degli astronomi π 5. Gli strumenti degli astronomi π 6. La spettroscopia Domande chiave π Osserva e ragiona Le stelle 80. Nascita, vita e morte delle stelle π. La luminosità delle stelle π. Tipi spettrali π 4. La varietà delle stelle π 5. L evoluzione delle stelle π 6. Il diagramma H-R π 7. La morte delle stelle π 8. Il destino del Sole π 9. La fucina degli elementi π 0. La Via Lattea: la nostra galassia Osserva e ragiona π Domande chiave galassie a perdita d occhio 90. Tipi di galassie π. Il Gruppo Locale π. Ammassi e superammassi di galassie π 4. Le quasar π 5. La materia oscura π 6. Lenti gravitazionali Osserva e spiega π Domande chiave L origine dell universo 94. Il Big Bang π. Prove a favore del Big Bang π. La fine dell universo π 4. L universo accelera Osserva e spiega π Domande chiave SInTeSI e mappe di fine unità 00 Le lezioni in sintesi 00 The chapter in review 00 Le mappe dell unità 0 area operativa per Lo SvILuppo delle competenze 0 Prove d interrogazione 0 Test e quesiti 0 STraTegIe d IndagIne ScIenTIfIca 04 La fucina delle idee 04 L elaborazione dei dati scientifici 07 L astronomo in laboratorio 08 L astronomo sul campo 09 Nel libro digitale Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara IX IX

11 Presentazione In queste prime pagine ti illustriamo com è fatto il tuo libro di Scienze della Terra. Scoprire e comprendere i processi più complessi delle Scienze della Terra Al Primo biennio hai acquisito un nucleo di fondamenti scientifici e metodologici delle Scienze della Terra. Questo corso ti permetterà di comprendere i processi più complessi della geosfera, di scoprire la struttura e la storia del pianeta su cui viviamo e di potenziare la padronanza del metodo scientifico. Per facilitarti nel raggiungimento di questi obiettivi, il corso ti aiuterà in tre modi: π fornendoti strumenti e materiali per una formalizzazione semplice e logica dei fenomeni, anche quelli più articolati (partendo sempre dall osservazione per giungere in maniera deduttiva al modello); π offrendoti una serie di attività che vanno incontro a differenti attitudini e interessi (troverai attività per chi ama la lettura, per chi è portato per il calcolo e l elaborazione, per chi ha il pallino dell informatica, per chi ha capacità pratica ecc.); π mettendoti a disposizione strumenti multimediali di diretto supporto alla comprensione del testo (animazioni, video, esercizi interattivi ecc.). Grazie ai materiali del corso potrai costruire una solida conoscenza dei processi fondamentali delle Scienze della Terra, che ti permetterà di ampliare la visione critica e globale dell ambiente naturale e umano in cui vivi. Libro digitale Tutto il volume è consultabile anche in formato digitale. L ebook, disponibile per PC, Mac e Tablet, propone un esperienza di lettura ipermediale, arricchita da video, animazioni e approfondimenti. Puoi inoltre esercitarti e valutare la tua preparazione per mezzo di verifiche interattive con autocorrezione, utilizzare strumenti per la costruzione di mappe concettuali e annotare (scrivere, evidenziare, disegnare...) il testo, e produrre presentazioni interattive da proiettare in classe con il videoproiettore o la LIM, con la possibilità di aggregare contenuti provenienti dai libri di testo e da internet e contenuti personali. Le sintesi audio in inglese consentono di consolidare le tue competenze nel campo della comunicazione in lingua inglese delle conoscenze scientifiche. Nel libro digitale puoi accedere, con un semplice click, a interessanti video sui fenomeni della natura e a utili animazioni sui principali processi geologici. Puoi inoltre verificare la tua preparazione con gli esercizi interattivi presenti alla fine di ogni unità. UNITÀ 4 Le rocce, testimoni del passato La cronologia e i principi della stratigrafia Le discordanze e le correlazioni stratigrafiche La cronologia assoluta e la scala geocronologica 4 La storia della Terra e il Precambriano 5 L eone fanerozoico LIBRO DIGITALE Osserva Le rocce dell affioramento rappresentato in questa immagine sembrano testimoni antichi e impassibili del mondo. Ci affascinano con la loro bellezza, che si esprime con la varietà di forme e con i colori ora chiari ora scuri, che si svelano tra fratture, faglie e pieghe. Poche costruzioni antiche o moderne riescono a comunicare la stessa sensazione di forza e di inalterabilità nel tempo. Se abbiamo un indole curiosa, ci vengono spontanee tante domande. È possibile andare indietro nel tempo e determinare l ordine temporale della formazione dei tipi diversi di roccia? È possibile stabilire l età delle rocce dell affioramento? E in generale quali metodi si applicano per individuare l età delle rocce? Le rocce possono aiutare a costruire la scala del tempo geologico? X Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

12 Come è fatto questo libro Il libro si compone di unità articolate in lezioni. Ogni lezione è divisa in paragrafi. È frequente la presenza del Testo-immagine, un tipo di figura nella quale la spiegazione è fornita direttamente sul modello o sulla foto del processo che viene illustrato. Osserva e ANALIZZA A B C D DOMANDE CHIAVE ANALIZZA LEZIONE magma... rocce ignee rocce metamorfiche frammenti di rocce rocce sedimentarie Il ciclo delle rocce 4 Il ciclo delle rocce Esaminiamo quali legami hanno i tre tipi di roccia. Le rocce ignee 4 Il ciclo delle rocce Le rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche si trasfor- mano continuamente le une nelle altre, ma questi pro- cessi avvengono in tempi molto più lunghi della durata della vita umana e quindi in generale non li avvertiamo. Negli schemi sono rappresentati alcuni dei processi geologici che trasformano un tipo di roccia in un altro. Scrivi all interno di ogni freccia il nome del processo. 46 Che cos è un affioramento roccioso? Quali rocce genera la solidificazione di materiale fuso? Quali rocce si possono formare per un processo chimico? Nel tempo geologico i cam- biamenti ambientali e i processi naturali trasformano i materiali e le rocce produ- cendo rocce ignee, sedimen- tarie e metamorfiche. Nello schema sono indicati i tre gruppi di rocce e le frecce indicano i processi di trasformazione delle rocce da un gruppo all altro. Un tipo di roccia viene tra- sformato in un altro me- diante vari processi come l erosione, la fusione, la cri- stallizzazione, la precipita- zione, la sedimentazione, la compattazione. 7 Il ciclo delle rocce fusione e r o s i o n e magma d e g ROCCE METAMORFICHE l i a g e n t i a t m o s f e r i c i cristallizzazione m e t a m o r f i s m o frammenti ed elementi disgregati sedimenti rocce metamorfiche Quando la temperatura del magma diminuisce e inizia il processo di raffreddamento, i materiali fusi cristal- lizzano e si formano le rocce ignee. Tali rocce, quando affiorano, sono continuamente disgregate dagli agenti atmosferici e generano i frammenti da cui avranno origine le rocce sedimentarie; possono inoltre essere spinte in profondità sotto la superficie terrestre e trasformarsi in rocce metamorfiche. Anche le rocce sedimentarie possono essere trasporta- te nell interno della Terra e generare rocce metamorfiche o ignee in base alle condizioni chimiche e fisiche in cui si svolgono i processi, oppure essere a loro volta disgregate e formare altri tipi di rocce sedimentarie. ROCCE IGNEE Le rocce metamorfiche possono essere nuovamente spinte a grandi profondità, entrare a fare parte del magma e generare rocce ignee o subire ulteriori pro- cessi di metamorfismo e originare altre rocce metamorfiche, oppure emergere in superficie e subire un processo di disgregazione generando così rocce sedi- mentarie. Nel tempo geologico le rocce si trasformano continua- mente, cambiando aspetto, struttura e composizione. Per rappresentare i processi che formano, trasformano, distruggono e riformano nuovamente le rocce è stato elaborato un modello, detto ciclo delle rocce o ciclo litogenetico 7,, che è un utile strumento per compren- dere l origine e la formazione dei tre tipi di rocce. trasporto e sedimenti deposizione 7 m e t a m o r f i s m o frammenti processo di precipitazione compattazione e r o s i o n e d e g elementi disciolti precipitati l i a g e n t ROCCE SEDIMENTARIE i a t m o s f e r i c i Introduzione alle rocce ignee cce igne Le rocce ignee Il vulcano Kilauea è il più attivo delle isole Ha- waii. Il magma fuoriesce sulla superficie e un fiume di lava incandescente, alla temperatura di circa 000 C, inizia a scorrere lungo i fianchi del vulcano allontanandosi dal cratere. Il materiale fuso si raffredda rapidamente, la lava diventa meno calda e fluida, rallenta la sua corsa e inizia a solidificare coprendosi di una crosta nera. Dopo poche settimane la solidificazione è completa. LEZIONE TESTO-IMMAGINE TESTO-IMMAGINE TESTO-IMMAGINE La formazione delle rocce ignee Ambienti di formazione delle rocce ignee La rapida solidificazione della lava in superficie for- ma le rocce ignee effusive. Nella figura si possono osservare tre situazioni diver- se: una colata di lava coperta in parte da una crosta nera, le pomici e le ceneri ritrovate vicino a un vulcano dopo un eruzione esplosiva, una massa magmatica solidificata in profondità in un lontano passato e ed emersa in super- ficie. In ciascuna delle tre situazioni siamo in presenza di rocce ignee. Le rocce ignee si formano in seguito alla solidificazione e alla cristallizzazione per raffreddamento del magma. Questo processo, che è tuttora in atto, è stato responsabile della formazione della crosta terrestre. Le rocce ignee costituiscono circa l 80% della crosta e sono suddivise dai geologi in due grandi gruppi: rocce ignee intrusive o plutoniche e rocce ignee effusive o vulca- niche (da Vulcano, dio del fuoco). Le rocce ignee intrusive sono generate dalla solidifica- zione per raffreddamento di una massa magmatica che ristagna in profondità all interno della crosta. Poiché il processo di raffreddamento è molto lento e la velocità di consolidamento è bassissima, i cristalli hanno il tempo di accrescersi e raggiungere anche grandi dimensioni. In questo modo si forma una struttura granulare con cri- stalli ben formati e di grandezza omogenea come quelli del granito, la più diffusa roccia intrusiva della crosta terrestre. Le rocce intrusive sono quindi ben cristallizzate, a grana grossa. Nella crosta continentale, da poche centinaia di metri a qualche decina di kilometri dalla su- perficie, si trovano masse di rocce intrusive di dimensio- ni anche molto grandi, i plutoni. La maggior parte dei plutoni è costituita da granito. Masse intrusive molto più grandi dei plutoni che si possono estendere per migliaia di kilometri quadrati sono i batoliti,, formati in genere da graniti o granodioriti. La lenta solidificazione e cristalliz- zazione del magma in profondità forma le rocce ignee intrusive. Le rocce ignee effusive hanno origine dalla solidificazione del magma che è traboccato sulla superficie terrestre sotto forma di lava. Sono effusive le rocce ignee generate dalla solidificazione di una colata lavica e i frammenti solidi di varie dimensioni emessi dai vulcani in un eru- zione esplosiva. Questi frammenti, noti con il nome di prodotti piroclastici, includono ceneri, lapilli, pomice, bombe e blocchi vulcanici. La parte superficiale di una colata lavica, direttamente a contatto con l aria, perde rapidamente calore raffreddan- dosi. La velocità del processo non consente la crescita di cristalli ma solo la formazione di una massa vetrosa. La crosta solida che si forma in questo modo sulla superfi- cie della lava incandescente isola in parte la massa di lava sottostante, dove il raffreddamento diventa meno veloce e consente la formazione di piccolissimi cristalli, osservabili solo al microscopio. In questo modo si forma il basalto, la più diffusa roccia effusiva della crosta terrestre. Le rocce effusive sono rocce a grana fine o addirittura vetrosa. Ambienti di formazione delle rocce ignee La cima del vulcano Mayon nelle Filippine nell eruzione del 000 fu coperta da una nuvola scura di gas e furono scagliati nell aria frammenti incandescenti di cenere, pomice, lapilli e altri materiali che ricaddero anche a grande di- stanza dal cratere. GeoParole Igneo dal latino ignis,, «fuoco» Igneous Batolite dal greco bathýs, «profondo» e líthos, «pietra» Batholith Le pareti rocciose del- la parte occidentale del gruppo del monte Bianco sono costituite da granito derivato da una grande massa di magma solidifi- cata in profondità e suc- cessivamente emersa in superficie a causa di gran- di movimenti tettonici Ogni lezione si chiude con domande che permettono una prima verifica della capacità di osservazione (Osserva e...) e della comprensione dei concetti (Domande chiave). Nelle lezioni sono presenti box lessicali (GeoParole), che forniscono l etimologia dei principali termini scientifici nonché la traduzione in lingua inglese. L area operativa di fine unità si articola su sei pagine. π La prima pagina (Le lezioni in sintesi) ti permette di rivedere rapidamente il percorso dell unità attraverso un riassunto delle lezioni. In questa pagina trovi anche un breve estratto dell unità in lingua inglese (The Chapter in Review) e i termini chiave in versione bilingue (Termini chiave/key Terms). π La seconda pagina (Le mappe dell unità) ti permette di riconoscere e stabilire connessioni tra i concetti attraverso mappe da completare in italiano e in inglese. π Con i percorsi di domande della terza pagina (Prove d interrogazione) puoi esercitarti nell esposizione in forma orale, preparandoti così all interrogazione. π Nella quarta e nella quinta pagina un set completo di Test e quesiti ti permette di applicare e verificare le conoscenze e il linguaggio scientifico acquisiti. La quinta pagina offre anche esercizi in lingua inglese (In English) e attività per esercitarsi nei diversi tipi di prove previsti dall esame di maturità (Il mio esame di Stato). π La sesta pagina (Osservazione e analisi) ti sottopone attività di 00 ATTIVITÀ IN LABORATORIO E SUL CAMPO Attività. Sa COME OSSERVARE VARIAZIONI DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE NEL CORSO DEL TEMPO bussola di precisione foglio della carta geografica del Sistema Cartografico Italiano Competenza disciplinare. Saper organizzare ed eseguire attività sperimentali in laboratorio Come sai il polo Nord magnetico non coincide con il polo Nord geografico ma si trova in un punto circa ca 500 k m all interno del circolo polare Artico. Questa separazione azione è all origine di una discordanza danza non trascurabile tra la direzione del Nord indicata dalle carte geografiche e la direzione del Nord indicata dalle bussole. La discordanza danza non è da attribuire alla precisione delle bussole, quanto piuttosto alla distanza angolare che separa i due poli. Questa distanza angolare è nota come declinazione magnetica e cambia con la longitudine e anche con la latitudine del luogo sulla superficie della Terra nel quale si osserva l ago della bussola. La declinazione magnetica aumenta allontanandosi dal meridiano del punto in cui si trova il polo Nord magnetic netico ed è riportata sulle carte topografiche di maggiore precisione, come le carte UTM della cartografia ufficiale italiana prodotte dall Istituto Geografico Militare. Inoltre il polo Nord magnetico si sposta nel tempo. Nel 00 la sua posizione è stata misurata accuratamente 78 8 Nord e 04 Ovest vicino alle isole Ellef Ringnes nes a nord del Canada. Dal 970 in poi si è spostato di 00 km procedendo verso est a una velocità che è cambiata da un minimo di 9 km/anno alla velocità massima di 64 km/anno nel 009. Se lo spostamento del polo Nord magnetico continuasse con l attuale velocità, tra 50 anni si troverebbe ebbe all interno dei territori i della Siberia. D al moment o che la declinazione magne tica riportata sulle carte geografiche corrisponde per lo più a quella misurata nel corso degli anni Quaranta e Cinquanta del XX secolo, a causa dell avvenuto spostamento del polo Nord magnetico, essa non è più attuale, almeno nella maggior parte dei casi. Utilizzando una bussola di precisione, durante un uscita in una qualsiasi località per la quale disponi di un fo oglio della Cartografia Ufficiale Italiana IGM, puoi cercare di valutare la discordanza tra la declinazione magnetica riportata dalla carta geografica e la declinazione magnetica attuale. Che cosa mi serve? Che cosa devo fare? Una v olta scelta la località di r iferimento procedi a effettuare due misure angolari. Misura l azimut geografico o la distanza angolare dal Sud geografico, misurata in direzione ovest di un punto evidente sul territorio io (ad esempio la cima di un monte o di una collina). Effe ettua la misura sulla carta geografica mediante un compasso di precisione e un goniometro. Sulla stessa carta misura l azimut magnetico del medesimo punto geografico cioè l angolo compreso tra la direzione del Sud magnetico e la direzione del punto. C alcola la difffe erenza tra le due misure angolar i ottenendo il valore della declinazione magnetica. Confronta la declinazione magnetica che hai ottenuto con la declinazione magnetica riportata sulla carta geografica. A titolo di esempio osserva i dati misurati per alcune località comprendente la località dove effettui le misure (nella carta deve e essere riportata la declinazione magnetica media delle località rappresentate) osservazione e ragionamento più complesse, per verificare la tua capacità di riconoscere fenomeni e formulare ipotesi. La sezione finale Fare Geologia offre una serie di attività sperimentali da svolgere in laboratorio e sul campo per toccare con mano i molti aspetti della ricerca scientifica in ambito geologico. Il volume si chiude con l appendice Verso l Esame di Stato. In queste pagine trovi: π materiali per la preparazione delle tesine (ti vengono presentati brani originali di letteratura scientifica e non, che ti consentono di riflettere e discutere con i compagni su temi scientifici particolarmente attuali); π percorsi per il ripasso e la preparazione alla prova orale (ti vengono offerte attività basate sull analisi di dati sperimentali finalizzate a verificare e consolidare le tue competenze scientifiche e spunti per sviluppare la tua capacità di esposizione orale attraverso l uso di strumenti informatici; con Be a Teacher! puoi esercitarti anche in lingua inglese). compasso goniometro della Liguria riportati ti nella tabella (tr atti dagli Atti del XVI Congresso nazionale CNR, Storia della Fisica e della Astronomia, 5 maggio 996). Azimut M. Leco M. Taccone Bric di Guana M. Pesucco M. Larvego Bric Bastia Pietralavezzara Q.m. 57 s.l.m. Media Geografici Magnetici Differenza ,000 Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara XI

13 UNITÀ Il sistema Terra e le sue sfere Osserva Dallo spazio la Terra appare come una gemma di colore blu e bianco, di straordinaria bellezza. Visto dalla Luna, il nostro pianeta sembra incontaminato e senza imperfezioni. Si intravedono i continenti in parte coperti dalle nuvole, le acque degli oceani, l Antartide coperta dai ghiacci. I continenti fanno parte della Terra solida, o geosfera; le nuvole appartengono all atmosfera; gli oceani e tutte le acque del pianeta formano l idrosfera. Insieme alla biosfera, che comprende tutti gli esseri viventi, geosfera, idrosfera e atmosfera fanno parte di un unico sistema: il sistema Terra. L energia che «fa funzionare» il sistema Terra è dovuta al Sole, per la maggior parte, e al calore generato nell interno del pianeta. Le montagne, le rocce, i iumi, i ghiacciai, gli oceani, gli animali e le piante come li vediamo oggi sono il risultato di processi che durano da miliardi di anni, alcuni sin dall origine del nostro pianeta (circa 4,6 miliardi di anni fa). Tali processi devono essere misurati sulla scala dei tempi geologici.

14 La geologia Le sfere del sistema Terra Interazioni nel sistema Terra Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

15 La geologia LEZIONE GeoParole Geologia dal greco ghe, «terra» e loghía, «studio» Geology Fenomeni e processi sulla supericie terrestre Che cos è la geologia? Durante un eruzione esplosiva, dalla bocca di un vulcano vengono emessi con violenza materiali incandescenti e gas: qual è la causa di questo spettacolare fenomeno? Un violento terremoto lascia edifici distrutti, strade dissestate, ponti crollati e molte vittime: quali sono i processi che provocano queste devastanti manifestazioni? In una giornata serena osserviamo uno scorcio delle Dolomiti: qual è la loro origine e come si sono formate le loro rocce? Capire questi fenomeni non è semplice. Le scienze che li esaminano e li interpretano sono la geologia e le discipline che fanno parte delle scienze della Terra. Complessivamente le scienze della Terra, che comprendono anche branche come l oceanografia, la meteorologia e la climatologia, studiano tutti i fenomeni che riguardano la Terra. Fenomeni, processi e meccanismi sono inseriti in un quadro concettuale globale che consente di interpretarli mediante teorie unificanti. La geologia è divisa tradizionalmente in geologia fisica e geologia storica. La geologia fisica studia la Terra solida, o geosfera, e a questo scopo analizza i materiali della Terra, i fenomeni che avvengono sotto e sopra la superficie terrestre e i processi geologici quali l erosione fluviale o la formazione di una montagna. E poiché il nostro è un pianeta in continua evoluzione, la geologia studia anche i cambiamenti, quelli naturali e quelli provocati dall uomo: il modellamento del paesaggio per opera degli agenti atmosferici, il cambiamento climatico, l impatto dell uomo sull ambiente. L obiettivo della geologia storica è invece quello di applicare scienze come l astronomia, la fisica, la chimica e la biologia al fine di comprendere l origine della Terra e la sua evoluzione nei circa 4,6 miliardi di anni della sua storia. In questo testo studieremo le rocce e le risorse minerarie, le pietre usate nell arte e nell architettura, le cave, i processi erosivi e la loro origine, i movimenti franosi e le loro cause, i terremoti e le eruzioni vulcaniche, l impatto dell uomo sulla geosfera. E al termine ci confronteremo con le sfide per il futuro, tra le quali, in particolare, lo sviluppo nel rispetto dell ambiente. 4 Un eruzione del vulcano Stromboli. Una via dell Aquila dopo il terremoto che ha colpito l Abruzzo nel 009. Una veduta delle Dolomiti Friulane. La ricerca geologica Svolgere un attività scientifica nell ambito della geologia significa analizzare e interpretare la geosfera e le sue interazioni con l idrosfera, l atmosfera e la biosfera mediante l applicazione del metodo scientifico. Questo consiste nella formulazione di una domanda su un fenomeno sconosciuto, nella successiva costruzione di un ipotesi che risponda alla domanda e infine nella verifica rigorosa dell ipotesi. Come e dove i geologi compiono le loro ricerche? Parte del lavoro è svolto nei laboratori, dove si eseguono esperimenti per studiare le proprietà fisiche e chimiche dei minerali e delle rocce e misurare grandezze proprie dei fenomeni geologici, come la densità, il peso, la pressione ecc. In molti casi i geologi elaborano al computer simulazioni di sistemi complessi e le utilizzano per comprendere i meccanismi dei fenomeni e formulare previsioni per il futuro. In una simulazione i fenomeni sono ricreati mediante formule matematiche, ma, poiché un fenomeno naturale ha un numero di variabili troppo alto per essere riprodotto con precisione assoluta, il modello matematico rappresenta una situazione semplificata rispetto alla realtà. La simulazione di un fenomeno naturale consente Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

16 UNITÀ Il sistema Terra e le sue sfere TESTO-IMMAGINE La supericie terrestre e i suoi paesaggi I processi geologici cambiano la supericie terrestre, che ofre una grandissima varietà di paesaggi. Il monte Bianco, alto 4807 m sul livello del mare, è la vetta più alta delle Alpi. Montagne e catene montuose dominano molti paesaggi della Terra. L oceano ha scolpito le scogliere di Dover, che formano parte della costa meridionale della Gran Bretagna, erodendo le rocce che si afacciavano sul mare. L erosione oceanica ha originato spiagge e scogliere su tutta la supericie terrestre. quindi senza dubbio di comprendere meglio i processi e di svelare molti meccanismi nascosti, ma allo stesso tempo, non tenendo conto di tutte le variabili, dà risultati non del tutto precisi e in generale validi solo in un immediato futuro. La realizzazione di computer sempre più potenti e veloci consente però di applicare modelli matematici via via più complessi e con l avanzare della ricerca le simulazioni si avvicinano sempre di più ai sistemi reali. Consideriamo ad esempio un sistema complesso come il tempo meteorologico. Questo sistema è caratterizzato da un numero molto elevato di variabili (temperatura, umidità, pressione, riscaldamento dell aria, velocità del vento, gradiente di pressione ecc.) e da numerosi processi (formazione dei fronti, creazione di zone di alta e bassa pressione, formazione di perturbazioni ecc.). Di conseguenza, le simulazioni dello stato del tempo devono semplificare notevolmente i fenomeni e i processi meteorologici. Fino a qualche anno fa le previsioni del tempo erano affidabili solo per un periodo molto breve; oggi, con l applicazione di modelli matematici più complessi, si riesce a descrivere con sufficiente precisione l evoluzione del sistema per un periodo fino a -4 giorni. Oltre alla complessità, i processi geologici hanno anche la caratteristica di svolgersi spesso in tempi estremamente lunghi anche milioni di anni e non possono quindi essere direttamente osservati mentre si svolgono. Per ricostruirli, gli scienziati utilizzano come laboratorio la Terra, cercando tracce del lontano passato mediante il lavoro sul campo. In conclusione, le ricerche geologiche si svolgono secondo il metodo scientifico e si basano su metodologie e strumenti diversi: analisi di laboratorio, simulazioni al computer e osservazioni dirette sul campo. Osserva e INDAGA Quale fenomeno geologico è rappresentato nella fotograia e quali componenti del sistema Terra interagiscono prevalentemente nell ambito di tale fenomeno? L osservazione diretta ti sembra adatta come metodo di lavoro di un geologo? Motiva la tua risposta. L osservazione diretta è fondamentale nell attività di un geologo Nelle Langhe, in Piemonte, anche l uomo ha contribuito a cambiare il paesaggio, che è il risultato di processi geologici e antropici. DOMANDE CHIAVE. Quali scienze fanno parte delle Scienze della Terra?. Che cosa studia la geologia isica?. In che cosa consiste il metodo scientiico? 5 Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

17 LEZIONE Le sfere del sistema Terra La terra luida Gli studiosi delle scienze della Terra considerano il nostro pianeta un sistema. In generale un sistema è un entità composta da varie parti correlate che funzionano come un tutto unico. Ogni parte di un sistema è chiamata componente. I componenti del sistema Terra sono le sue «sfere»: idrosfera, atmosfera, geosfera, biosfera. I componenti interagiscono tra loro scambiandosi materia ed energia, come vedremo nella prossima lezione. L IDROSFERA La Terra ha un idrosfera da più di 4 miliardi di anni. Senza l acqua, la vita così come noi la conosciamo non sarebbe possibile. Nel tempo le dimensioni e le forme dei serbatoi idrici sono cambiate e oggi oltre il 97% di tutta l acqua del pianeta è contenuta negli oceani e nei mari e solo meno del % negli altri serbatoi idrici. Anche se le acque non oceaniche rappresentano una piccola frazione del totale, sono molto importanti per la vita e per tutto il sistema Terra. L acqua della Terra è in costante movimento da un serbatoio all altro: evapora dalla superficie terrestre ed entra nell atmosfera, cade verso il suolo con le precipitazioni, entra in esso e alimenta i fiumi, i ghiacciai e le acque sotterranee, si forma con la fusione dei ghiacci ed è trasportata dai corsi d acqua e, più in generale, dal deflusso superficiale e sotterraneo verso gli oceani. La neve e il ghiaccio che coprono in parte la superficie terrestre e che fanno parte dell idrosfera sono indicati complessivamente con il nome di criosfera. La criosfera e le falde acquifere rappresentano le più grandi riserve di acqua dolce del pianeta e possono essere considerate vere e proprie «miniere» di acqua. Solo le acque sotterranee, però, costituiscono una riserva accessibile. TESTO-IMMAGINE acque sulla Terra oceani 97,% Distribuzione dell acqua sulla Terra Sulla Terra i serbatoi idrici sono costituiti dagli oceani, dai ghiacciai (indicati globalmente con il nome di criosfera), dalle acque sotterranee, dai laghi, dai iumi, dal suolo, dalle paludi, dal vapore acqueo atmosferico. Nello schema sono riportate le percentuali relative delle acque contenute nei serbatoi idrici della Terra. Composizione dell aria secca anidride carbonica circa 0,04% altri gas circa 0,9% (argon, neon, elio, metano, kripton, idrogeno) ossigeno circa % altri serbatoi idrici,8% azoto circa 78% altri serbatoi idrici ghiacciai 85% acque sotterranee 4% La troposfera e la stratosfera acque di superficie e vapore atmosferico piante e animali 0,8% fiumi,6% acque di superficie e vapore atmosferico 0,% permafrost 0,8% laghi d acqua dolce 67,4% altre aree umide 8,5% 6 vapore acqueo 9,5% paludi,% Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

18 UNITÀ Il sistema Terra e le sue sfere L ATMOSFERA L idrosfera è strettamente legata all atmosfera, con la quale interagisce continuamente attraverso numerosi processi. L atmosfera è il sottile involucro d aria che scalda il pianeta, rende possibile la vita e protegge gli esseri viventi dalle radiazioni nocive del Sole. L aria è un miscuglio di gas la cui composizione cambia nel tempo e da luogo a luogo. Oggi l aria secca vicino alla superficie terrestre è composta in media da circa il 78% di azoto, il % di ossigeno, lo 0,04% di anidride carbonica e lo 0,9% di altri gas. L ossigeno, l azoto e l argon sono distribuiti abbastanza uniformemente e sono pressoché costanti nel tempo, mentre la quantità di anidride carbonica cambia da zona a zona e anche nel tempo. Molto variabile nello spazio e nel tempo è anche la concentrazione del vapor d acqua nella troposfera, che può variare dallo 0 al 5-6%. Gas come vapore acqueo, anidride carbonica e metano hanno particolari effetti sul tempo meteorologico e più in generale sul clima. Questi gas, noti con il nome di gas serra, sono attraversati dalla radiazione visibile del Sole, ma trattengono la radiazione infrarossa (calore o energia termica) e contribuiscono a mantenere caldo il pianeta. L atmosfera ha una struttura a strati, le sfere, che sono diversi per composizione, temperatura e altre proprietà. La troposfera, a diretto contatto con la superficie terrestre, contiene la maggior parte della massa dell atmosfera e confina con la stratosfera, che comprende lo strato di ozono, la barriera che ci difende dalle radiazioni ultraviolette del Sole. Al crescere dell altitudine, la temperatura diminuisce nella troposfera e aumenta nella stratosfera. Gli scambi di energia e materia tra l atmosfera, la geosfera, l idrosfera e lo spazio causano i processi che regolano il tempo meteorologico e il clima. La litosfera è relativamente fredda e rigida e comprende la crosta e la parte superiore più fredda del mantello. La litosfera ha uno spessore di circa 0 km sotto i continenti e di circa 70 km sotto i bacini oceanici. L astenosfera si trova sotto la litosfera e ha uno spessore medio di circa 00 km. Le rocce dell astenosfera si trovano in condizioni di pressione e temperatura vicine al punto di fusione e nella parte inferiore sono parzialmente fuse. Per questo motivo l astenosfera ha un comportamento plastico. Secondo la teoria della tettonica delle placche, che studieremo più avanti, la litosfera è suddivisa in placche rigide che si muovono molto lentamente le une rispetto alle altre sulla plastica astenosfera. Le placche possono contenere solo masse continentali, solo oceani o sia continenti sia oceani. Durante i movimenti delle placche, le rocce che si trovano lungo i loro bordi si piegano, si fratturano e in generale si deformano. Lungo i margini delle placche avvengono svariati fenomeni geologici quali terremoti, eruzioni vulcaniche e altri. 4 TESTO-IMMAGINE idrosfera (liquida) litosfera (solida e rigida; spessore 00 km) crosta oceanica atmosfera (gas) La struttura interna della Terra crosta continentale litosfera Geo Parole Mantello. È composto in prevalenza da peridotite. Si divide in mantello inferiore e mantello superiore. Litosfera dal greco líthos, «pietra» e sphaira, «sfera» Lithosphere Astenosfera dal greco asthenés, «debole» e sphaira, «sfera» Asthenosphere La geosfera e l interno della Terra La geosfera si estende dalla superficie fino al centro della Terra. All origine il pianeta era composto da una materia omogenea, ma in seguito, a mano a mano che acquisiva energia attraverso diversi processi e diventava più caldo, i metalli pesanti hanno cominciato a fondere e i materiali fusi si sono gradualmente separati in diversi strati, con le sostanze più dense nel centro. La Terra ha così acquisito una struttura a strati o gusci concentrici 4. Nella parte più interna, dove le temperature sono elevatissime, si trova un nucleo composto principalmente da ferro con una piccola percentuale di nichel ed elementi leggeri. Il nucleo è diviso in nucleo esterno, allo stato liquido, e nucleo interno, solido a causa dell altissima pressione esistente nel centro del pianeta. Il nucleo è circondato dal mantello, un guscio roccioso solido, che costituisce circa il 67% della massa della Terra ed è per la maggior parte formato da peridotite, una roccia ricca di composti di ferro e magnesio. Il mantello è suddiviso in mantello inferiore e mantello superiore. Al di sopra si trova la crosta, un sottile strato solido che comprende la superficie terrestre. Se si tiene conto della plasticità dei materiali, a partire dalla superficie si possono individuare due zone, la litosfera e l astenosfera. mantello superiore 660 km astenosfera (solida; ma plastica) Crosta. È l involucro più esterno e forma un sottile strato solido. Nucleo. È la parte più interna. È diviso in nucleo esterno, di spessore pari a circa 55 km, e nucleo interno, spesso circa 5 km. nucleo esterno (liquido) stratificazione in base alle proprietà fisiche 660 km mantello superiore (solido) mantello inferiore (solido) 890 km nucleo interno (solido) 555 km stratificazione in base alla composizione chimica crosta (rocce a bassa densità; spessore 5-85 km) mantello (rocce ad alta densità) nucleo (ferro + nichel) 67 km 7 Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

19 Osserva e INDAGA Marte Urano Sole Mercurio Giove Saturno Venere Terra Nettuno GALASSIA (VIA LATTEA) SISTEMA SOLARE TERRA Descrivi ciò che vedi nelle fotograie dal punto di vista delle scienze della Terra indicando a quale componente del sistema Terra appartengono i vari elementi. ATOMO Nello studio della Terra si possono considerare le disposizioni degli atomi di un minerale, i granelli di sabbia, una montagna, la Terra, il Sistema Solare o le galassie. In altri casi oggetto di studio può essere la superficie oceanica o un corso d acqua dalla sorgente alla foce. I fenomeni e i processi relativi ai casi citati riguardano lunghezze che vanno dalle dimensioni atomiche, alcuni ångström ( Å = 00 m), alle dimensioni e alle distanze delle galassie (milioni o miliardi di anni luce). Le scienze della Terra si occupano quindi di fenomeni su una scala dello spazio molto estesa 5. Nella vita quotidiana abbiamo a che fare con fenomeni e processi che durano secondi, ore, giorni, mesi o anni, mentre i tempi geologici, cioè i tempi che molti processi geologici impiegano per svolgersi, sono a volte lunghissimi e durano milioni di anni, come accade nella formazione delle montagne. Per questa ragione un paio di secoli fa i geologi hanno costruito la scala dei tempi geologici, che suddivide i circa 4,6 miliardi di anni della storia della Terra in differenti unità di tempo in modo da rendere chiari gli eventi del lontano passato. 5 La scala dello spazio Con le scienze della Terra si studiano fenomeni in un intervallo di lunghezza che va dalle dimensioni atomiche a quelle delle galassie. RETICOLO CRISTALLINO Le scale dello spazio e del tempo MINERALE MONTAGNA LEZIONE DOMANDE CHIAVE. Com è chiamata una parte di un sistema?. Quale struttura ha la Terra?. Qual è il maggiore serbatoio idrico? 8 Genesis - Processi e modelli di Scienze della Terra 0 De Agostini Scuola SpA Novara

20 LEZIONE Interazioni nel sistema Terra Un sistema dinamico Assistiamo allo scatenarsi di un temporale: un forte vento scuote le chiome degli alberi, la pioggia cade con forza, l acqua scorre sul terreno e in parte s infiltra nel sottosuolo, lampi solcano il cielo, fulmini cadono sulla superficie. Il temporale è una manifestazione violenta che ha luogo nella troposfera ed evidenzia molte interazioni tra l idrosfera, l atmosfera e la geosfera. Il sistema Terra è un sistema dinamico i cui componenti interagiscono continuamente tra loro scambiandosi energia e materia. Esaminiamo alcuni esempi. Gli organismi viventi, che fanno parte della biosfera, interagiscono con l atmosfera attraverso la respirazione. La superficie terrestre interagisce con l atmosfera trasmettendo all aria una parte del calore ricevuto dal Sole e l acqua che evapora dagli oceani e dai continenti. Le acque oceaniche superficiali interagiscono con l atmosfera assorbendo anidride carbonica dall aria. Il nostro pianeta inoltre è un sistema aperto e scambia energia con lo spazio: riceve dal Sole energia sotto forma di onde elettromagnetiche e invia nello spazio energia termica sotto forma di radiazioni infrarosse. L atmosfera dinamica LA CIRCOLAZIONE ATMOSFERICA Un esempio di interazione tra geosfera, idrosfera e atmosfera è la circolazione atmosferica. Il motore di tutti i processi coinvolti è l energia solare. I movimenti delle masse d aria dell atmosfera sono causati dal Sole, che riscalda in modo disuguale le diverse regioni della superficie terrestre e dell atmosfera. Se una massa d aria è riscaldata si espande, diventa meno densa ed esercita una pressione minore: si creano così differenze di pressione tra le masse d aria. Per riequilibrare la situazione si originano venti che soffiano dalle zone di alta pressione a quelle di bassa pressione (subendo una deviazione a causa de lla rotazione terrestre). I venti creano spostamenti orizzontali dell aria, ma nell atmosfera esistono anche movimenti ascensionali. Da che cosa hanno origine? Quando il Sole riscalda la superficie terrestre, l aria a contatto con la superficie si riscalda a sua volta e diventa meno densa e più leggera. In questo modo diviene instabile e tende a salire richiamando aria fredda che la sostituisce. Si creano così correnti verticali (ascendenti e discendenti) e orizzontali, che rendono la superficie terrestre meno calda e gli strati superiori dell aria meno freddi. Il calore, trasportato da materia (l aria), è trasmesso per convezione. Le correnti sono definite correnti convettive. IL RUOLO DEL VAPORE ACQUEO Uno degli elementi fondamentali della circolazione atmosferica e dei processi atmosferici in generale è il vapore acqueo, che ha un ruolo basilare nel trasporto del calore all interno dell atmosfera. Il vapore acqueo è generato dall energia solare, che riscaldando la superficie terrestre fa evaporare l acqua superficiale. Durante l evaporazione l acqua assorbe calore dall ambiente circostante. L energia termica rimane «imprigionata» nel vapore acqueo sotto forma di calore latente. Quando il vapore acqueo viene spinto Geo Parole Convezione dal latino tardo convectio, «trasporto» Convection Un temporale Durante un temporale la geosfera, l idrosfera e l atmosfera interagiscono tra loro. Le interazioni tra i componenti del sistema Terra ENERGIA SOLARE atmosfera biosfera geosfera idrosfera ENERGIA TERMICA Nello schema è rappresentato il sistema Terra con i suoi componenti e le loro interazioni. Il sistema scambia energia con l esterno: entra energia solare ed esce energia termica. 9