La memoria dei minerali

Transcript

1 Sapienza Università di Roma Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali La memoria dei minerali Giovanni B. B Andreozzi Conferenza di Facoltà,

2 Nelle neuroscienze e in psicologia, la memoria è la capacità del cervello di conservare informazioni, nonché l insieme delle informazioni stesse.

3 Le fasi principali nell'elaborazione della memoria sono: La codifica: l'elaborazione delle informazioni ricevute.

4 Le fasi principali nell'elaborazione della memoria sono: L'immagazzinamento: la creazione di registrazioni permanenti delle informazioni codificate

5 Le fasi principali nell'elaborazione della memoria sono: Il richiamo: la decodifica e il recupero delle informazioni immagazzinate, in risposta a qualche sollecitazione

6 Registrazione e conservazione nel tempo delle informazioni modificazioni biochimiche = sequenze di informazioni = ricordi

7 In un computer accade qualcosa di molto simile a quello che accade nel nostro cervello. In ambito informatico la memoria è la parte del computer destinata a conservare informazioni per un certo periodo di tempo.

8 La codifica e l immagazzinamento di informazioni in memoria, così come il richiamo delle medesime, sono operazioni fondamentali per il corretto funzionamento del computer.

9 primaria (memoria centrale) secondaria (memoria di massa) Hard Disk Floppy Disk CD DVD Pen Drive Memory Card Memoria del computer

10 Memoria del computer secondaria (memoria di massa) Hard Disk dischi magnetici: dischi di alluminio o vetro ricoperti di materiale ferromagnetico, "scritti e letti " da una "testina" magnetica

11 Memoria del computer Hard Disk La codifica consiste nella traduzione delle informazioni in codice binario (sequenze di 0 e di 1 che costituiscono i bit ), l immagazzinamento nella scrittura del disco, il richiamo nella sua lettura.

12 Scrittura e immagazzinamento: Memoria del computer Hard Disk variazione della polarità del campo magnetico applicato dalla testina, per variare la polarità magnetica di microscopiche porzioni del disco, dette domini di Weiss.

13 Struttura atomica della materia Comportamento diamagnetico Comportamento paramagnetico o ferromagnetico

14 Elementi e relativo tipo di magnetismo a temperatura ambiente

15 Materiali magnetici e relativo tipo di magnetismo Ossidi, solfuri, carbonati ecc. comportamento paramagnetico (a) ferromagnetico (b) antiferromagnetico (c) ferrimagnetico (d)

16 Materiali magnetici e domini di Weiss I domini di Weiss sono aree dell ordine di 1-10 micron, composte da miliardi di atomi con spin allineato, per cui l'orientazione magnetica di ciascun dominio è ben definita. Di norma, i singoli domini di Weiss sono orientati a caso, per cui la magnetizzazione risultante è nulla.

17 Materiali magnetici e domini di Weiss In presenza di un campo magnetico esterno, i domini di Weiss orientati concordemente con il campo esterno crescono a spese di quelli vicini alla fine il materiale risulterà magnetizzato secondo la polarità del campo esterno

18 Materiali magnetici e domini di Weiss In presenza di un campo magnetico esterno, i domini di Weiss orientati concordemente con il campo esterno crescono a spese di quelli vicini Invertendo la polarità del campo esterno, il materiale assume polarità inversa

19 Memoria del computer Hard Disk Scrittura e immagazzinamento: la testina magnetica dell'hard Disk inverte la sua polarità (N-S e S-N) associando a queste inversioni una sequenza di 0 e 1 (il bit).

20 Paleomagnetismo Nelle Scienze della terra esiste una disciplina chiamata paleomagnetismo Il paleomagnetismo studia il campo magnetico terrestre del passato Negli anni 60 questa disciplina è stata decisiva nella "rivoluzione" delle Scienze della Terra, contribuendo alla formulazione della teoria della "Tettonica delle Placche".

21 Paleomagnetismo Nelle Scienze della terra esiste una disciplina chiamata paleomagnetismo Il paleomagnetismo studia il campo magnetico terrestre del passato Molte rocce conservano una magnetizzazione propria, indotta dal campo geomagnetico esistente al momento della loro formazione Quando una lava si raffredda, al suo interno avviene la cristallizzazione, cioè si formano i minerali, alcuni dei quali hanno suscettività magnetica positiva.

22 Principali minerali magnetici Magnetite (Fe 3 O 4 ) ferrimagnetica

23 Principali minerali magnetici Ematite (Fe 2 O 3 ) antiferromagnetica inclinata

24 Principali minerali magnetici Goethite (FeOOH) ferrimagnetica antiferromagnetica

25 Principali minerali magnetici Pirrotite (Fe 9 S 10 ) antiferromagnetica

26 Questi minerali contengono domini di Weiss e sono quindi sensibili alla presenza del campo magnetico terrestre che esiste durante la cristallizzazione e dalle cui linee di flusso sono attraversati.

27 Dopo la cristallizzazione, la temperatura dei minerali magnetici scende sotto la temperatura di Curie (variabile fra 300 e 600 C, a seconda del minerale), la magnetizzazione diviene stabile e questi minerali diventano minuscole calamite permanenti

28 Nei minerali magnetici esistono domini magnetici singoli e multipli Tuttavia, lo schema generale illustrato per i materiali ferromagnetici rimane valido.

29 Qualcosa di analogo si verifica anche nelle rocce sedimentarie

30 I minerali magnetici delle rocce, sia effusiva sia sedimentarie, durante la loro formazione registrano fedelmente la polarità del campo magnetico terrestre. Se in seguito il campo geomagnetico cambia le sue caratteristiche, la magnetizzazione si conserva inalterata. Questo magnetismo rimanente ("fossile") può essere rilevato e misurato con opportuni strumenti anche dopo milioni di anni.

31 Negli anni 60 lo studio del campo magnetico rimanente delle rocce dei fondali oceanici evidenziò una struttura a bande, simmetrica rispetto a una linea centrale detta dorsale, con polarità alternativamente invertita allontanandosi dalla dorsale stessa.

32 Contemporaneamente fu definitivamente provata l esistenza delle inversioni del campo magnetico terrestre

33 La struttura a bande simmetriche del fondo oceanico ha registrato le inversioni nel tempo della polarità N-S del campo magnetico terrestre (come un supporto ferromagnetico scritto da una testina magnetica)

34 Struttura a bande = Registrazione = "Immagazzinamento"

35 La lettura delle bande e la datazione delle rocce hanno permesso la "decodifica" delle informazioni. In questo modo è stato ricostruito il fenomeno dell'espansione dei fondali oceanici

36

37 Lo studio delle paleodirezioni del campo geomagnetico registrato nei campioni di roccia di età diversa e in diverse zone della Terra ha reso possibile la compilazione di una scala delle polarità geomagnetiche dove sono riportate le inversioni del campo magnetico terrestre nel passato, distinte in Epoche, Eventi ed Escursioni magnetiche

38 Lo studio delle paleodirezioni del campo geomagnetico registrato nei campioni di roccia di età diversa e in diverse zone della Terra ha reso possibile la compilazione di una scala delle polarità geomagnetiche dove sono riportate le inversioni del campo magnetico terrestre nel passato, distinte in Epoche, Eventi ed Escursioni magnetiche

39 Lo studio delle paleodirezioni del campo geomagnetico registrato nei campioni di roccia di età diversa e in diverse zone della Terra ha reso possibile la compilazione di una scala delle polarità geomagnetiche dove sono riportate le inversioni del campo magnetico terrestre nel passato, distinte in Epoche, Eventi ed Escursioni magnetiche

40 Analizzando l'angolo tra il campo magnetico registrato dai minerali al momento della loro formazione e quello odierno, è stato possibile calcolare la posizione delle masse continentali in un determinato tempo geologico

41

42

43 DATAZIONI RADIOMETRICHE Alcuni minerali possono registrare il passare del tempo in maniera assoluta Decadimento radioattivo di isotopi instabili

44 DATAZIONI RADIOMETRICHE Gli elementi chimici possono esistere in diversi isotopi, cioè possono differire per peso atomico, in funzione del numero di neutroni nel nucleo

45 DATAZIONI RADIOMETRICHE Alcuni isotopi sono radioattivi (cioé instabili) e si trasformano in un altro isotopo dello stesso elemento (ma più stabile) o in un elemento "figlio"

46 DATAZIONI RADIOMETRICHE In qualsiasi materiale contenente un isotopo radioattivo, il rapporto tra la quantità di isotopi originari e la quantità di elementi "figli" evolve nel tempo in modo prevedibile a mano a mano che gli isotopi instabili decadono. Questa prevedibilità permette di utilizzare l'abbondanza di determinati isotopi come una sorta di orologio.

47 Il minerale zircone (ZrSiO 4 ) durante la sua formazione può incorporare atomi di uranio nella sua struttura cristallina

48 DATAZIONI RADIOMETRICHE U-238 half-life 4.5 x 10 9 anni U-235 half-life 7 x 10 8 anni Catena di decadimento dell'u-238. I vari isotopi della catena sono instabili e radioattivi, tranne il Piombo-206 che è stabile

49 Granulo di zircone ritenuto il minerale più antico conosciuto sulla Terra (Jack Hills, Western Australia), datato 4.4 miliardi di anni

50 CRISTALLOCHIMICA Isomorfismo = Informazioni registrate nella composizione chimica Tormalina Na(Li,Al,Fe,Mg) 3 Al 6 Si 6 O 18 (BO 3 ) 3 (OH) 4

51 CRISTALLOCHIMICA Polimorfismo = Informazioni registrate nella struttura cristallina

52 TRANSIZIONI DI FASE

53 Diamond Anvil Cell (DAC)

54 Diamond Anvil Cell (DAC)

55 Esperimenti HP: una finestra sull'interno della Terra Crosta: 40 Km - 1 GPa Mantello superiore: 410 Km - 15 GPa Zona di transizione: 670 Km - 25 GPa Mantello inferiore: 2890 Km GPa TRANSIZIONI DI FASE

56 TRANSIZIONI DI FASE olivina (wadsleyte) ringwoodite α-mg 2 SiO 4 Simmetria Pbnm SCRITTURA γ-mg 2 SiO 4 Simmetria Fd3m

57 MINERALI EXTRA-TERRESTRI ringwoodite La risoluzione della struttura (lettura e decodifica) ha rivelato la simmetria Fd3m

58 MINERALI EXTRA-TERRESTRI Pallasite = olivina (Pbnm) + ferro Non dovrebbe essere un'olivina, ma una ringwoodite! Due meteoriti diverse, entrate in collisione fuori dalla Terra

59 MINERALI EXTRA-TERRESTRI Gli astronomi hanno scoperto il più grande diamante di tutti i tempi nello spazio Questo gigantesco diamante spaziale è un enorme cristallo di 4000 chilometri di diametro Il suo peso equivale a circa dieci miliardi di trilioni di trilioni di carati La pietra si trova a una distanza di 50 anni luce dalla Terra, nella costellazione del Centauro.

60 IO SONO L'ETERNAUTA, IL VAGABONDO DELL'INFINITO, IL TRISTE E SOLITARIO PELLEGRINO DEI SECOLI

61 GRAZIE PER L'ATTENZI ONE