STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA

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1 STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA La Terra è schiacciata ai poli e rigonfia all'equatore a causa della sua rotazione (ellissoide di rotazione). Il raggio equatoriale misura km. Il raggio polare misura km. La differenza tra i due raggi è di 21 km. La struttura della Terra è caratterizzata da una serie di gusci concentrici di spessore variabile. La composizione della Terra non è omogenea, ma è differenziata in senso gravitativo, perché in profondità risultano esserci materiali metallici (ferro e nichel), cioè pesanti e in superficie risultano esserci silicati, cioè materiali più leggeri. La migrazione dei metalli più densi verso il centro della Terra e dei meno densi verso la superficie, si è potuta verificare quando la Terra (circa 4 miliardi ci anni fa) era quasi completamente allo stato fuso e dimostra che la Terra si è formata per accrescimento di planetesimi (meteore), poiché solo durante gli urti di questi ultimi si sarebbe potuta liberare l energia e il calore necessari a fondere i materiali (si parla di liberazione di energia potenziale gravitazionale). Fra un guscio e l'altro ci sono delle superfici di discontinuità (in corrispondenza delle quali le onde sismiche cambiano improvvisamente velocità e direzione, perché le onde incontrano la superficie di separazione tra due mezzi diversi per composizione e densità). Limiti tecnologici impediscono di spingere l'esplorazione diretta della Terra oltre una decina di km dalla superficie. Le informazioni sulla struttura interna della Terra sono ricavate da indagini indirette, basate sullo studio della propagazione delle onde sismiche (naturali o provocate con delle micro esplosioni). Quindi quando queste onde incontrano una superficie di discontinuità vengono riflesse e rifratte. Riflessione: onda che ritorna dallo stesso mezzo Rifrazione: l'onda non ritorna, ma si propaga nel secondo mezzo con un angolo rifratto, diverso dall angolo incidente. Struttura della Terra 1. CROSTA (fino a 5-50 km) i) SIAL (crosta continentale 0-50 km più leggera ii) 2. MANTELLO (fino a 2900 km) (OSOL) 3. NUCLEO (fino al centro) NIFE SIMA (crosta oceanica 0-15 km più pesante) i) N. esterno liquido ii) N. interno solido Pag. 1

2 LE SUPERFICI DI DISCONTINUITA' 1 - Superficie di Moho o Mohorovicic si trova tra i 5 e i 70 km di profondità, separa due mezzi di diversa composizione: la crosta ed il mantello. La prima è formata da silicati di alluminio (SIAL) e silicati di magnesio (SIMA), la seconda da materiale più denso, ossidi e solfuri (OSOL) 2 - Superficie di Gutemberg si trova a circa km di profondità e separa due mezzi diversi per composizione e stato fisico: il mantello che è costituito in prevalenza da ossidi e solfuri (OSOL) dal nucleo esterno che è liquido e formato da metalli più densi (ferro e nikel, NIFE). 3 - Superficie di Lehmann si trova a circa km di profondità e separa due mezzi di uguale composizione, ma di diverso stato fisico: il nucleo esterno liquido dal nucleo interno solido. LE ONDE SISMICHE Oltre a riflettersi e a rifrangersi quando incontrano mezzi a densità differente separati da superfici di discontinuità le onde sismiche possiedono anche altre proprietà: 1. Si propagano seguendo una traiettoria rettilinea se la densità del mezzo è costante, altrimenti la traiettoria è curvilinea. Si osserva che all interno della Terra la traiettoria è curvilinea (quindi la densità è variabile). 2. La velocità è tanto maggiore quanto maggiore è la densità e la rigidità del mezzo. Si osserva che man mano che aumenta la profondità la velocità delle onde aumenta, ad eccezione di due zone: a. il canale a bassa velocità di propagazione compreso tra 100 e 250 km di profondità (astenosfera), in cui la materia è plastica (contrario di rigida, quindi si deforma in seguito a sollecitazione meccanica e non accumula energia potenziale elastica, come il pongo); b. il nucleo esterno, pur essendo costituito da metallo. Si considera che quindi il nucleo esterno sia liquido Onde sisimiche 1) Hanno traiettoria curvilinea la densità della Terra aumenta con la profondità 2) Rallentano in corrispondenza dell astenosfera ( km) e del nucleo esterno l astenosfera è plastica e il nucleo esterno è liquido. Pag. 2

3 . Le onde sismiche sono propagazioni di energia potenziale elastica che si producono durante i terremoti. Le onde sismiche che si propagano all'interno della Terra sono di due tipi: Onde P o primae (arrivano per prime alle stazioni di rilevamento): sono le più veloci (4-6 km/s) e si propagano nei solidi, nei liquidi e negli aeriformi; sono onde di tipo longitudinale. Nella propagazione delle onde P le particelle del mezzo (roccia) oscillano avanti (pulsi di compressione) e indietro (pulsi di rifrazione) nella stessa direzione di propagazione dell'onda. La velocità delle onde P aumenta quanto più aumenta la rigidità (si riferisce al comportamento del mezzo sottoposto ad azione meccanica, che non si piega, ma si spezza) e la densità (quantità di materia contenuta nel volume, si misura facendo g/cm 3 o g/ml) del mezzo. Nei mezzi plastici le onde si propagano più lentamente, in profondità aumentano la loro velocità e questa osservazione permette di capire che il centro della Terra è denso. Onde S o seconde: sono meno veloci (2,3-4,6 km/s) delle onde P e si propagano solo nei mezzi solidi; sono onde di tipo trasversale. La loro velocità aumenta tanto più la densità e la rigidità sono maggiori. Quando arrivano alla discontinuità di Gutemberg, si fermano e quindi, ciò ha permesso di capire che il nucleo esterno è liquido. Le particelle del mezzo oscillano in alto e in basso tirando con sé anche quelle successive. Esse oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA La crosta è lo strato più superficiale e sottile ed esiste in due tipologie diverse per composizione e spessore: La crosta continentale, più spessa (35-70 km sotto i continenti) e meno densa, perché composta da graniti. La crosta oceanica, più sottile (circa 7 km in corrispondenza degli oceani) e più densa, perché costituita da rocce basaltiche coperte da Pag. 3

4 sedimenti. CROSTA 1. CONTINENTALE (SIAL): più leggera e più spessa. 2. OCEANICA (SIMA): più pesante e più sottile Il mantello è uno strato che si estende da poco sotto la crosta ad oltre la metà del raggio terrestre. In questo spessore, che costituisce il 67% della massa e l'83% del volume della Terra, si hanno significative variazioni di pressione e temperatura. Esso ha composizione uniforme, cioè è composto esclusivamente di rocce ultrabasiche. Un ulteriore suddivisione in strati tiene conto del comportamento meccanico di essi Litosfera (0/100 km), è la parte superficiale del mantello ed è solida e rigida; comprende tutta la crosta e la parte superiore del mantello. Astenosfera (100/250 km), è uno strato intermedio del mantello che presenta micro gocce di magma ed ha un comportamento plastico, è una canale a bassa velocità di propagazione delle onde sismiche. Mesosfera (250/2.900 km), è la parte più profonda del mantello e torna ad essere interamente solido e rigido. CROSTA MANTELLO 1. LITOSFERA RIGIGA (0-100 km): CROSTA TUTTA E PARTE DEL MANTELLO SUPERIORE. 2. ASTENOSFERA PLASTICA ( km) (ALTRA PARTE DEL MANTELLO SUPERIORE) Il nucleo è la parte più interna e densa della Terra ed è costituito da una lega metallica di ferro e nichel (NIFE). L'inizio del nucleo si trova in corrispondenza della discontinuità di Gutemberg a km di profondità. La discontinuità di Lehmann lo separa in due parti: Il nucleo esterno è liquido per effetto delle elevate temperature e presenta correnti che si ritiene siano l'origine del campo magnetico terrestre, per effetto dinamo con il moto della Terra. Questi moti convettivi, inoltre, trasportano calore verso la Terra Il nucleo interno è solido, rigido ed elastico per effetto delle altissime pressioni Pag. 4

5 Campo Magnetico Terrestre La Terra ha un campo magnetico dipolare (come se ci fosse un grande magnete al centro della Terra) il cui asse forma un angolo di 11 con l asse terrestre. Il campo magnetico è caratterizzato dalle linee di forza che indicano in ogni punto la direzione in cui si disporrebbe un ago magnetico libero di oscillare e l intensità della forza (data dalla densità delle linee di flusso). Come tutti sappiamo l ago della bussola si orienta con il Nord dell ago verso il Nord geografico, segno che il polo Sud magnetico è orientato verso il Nord geografico e viceversa. Per convenzione si indica, al contrario, il Nord magnetico come la direzione verso la quale si orienta l ago magnetico. Anche il campo magnetico origina poli, meridiani e paralleli magnetici che ovviamente non coincidono con quelli geografici. Angolo di inclinazione magnetica: è l angolo compreso tra la superficie terrestre e l ago magnetico libero di oscillare. Aumenta dall equatore ai poli magnetici Angolo di declinazione magnetica: è l angolo compreso tra il meridiano magnetico e quello geografico, viene riportato in tutte le carte nautiche per permettere una correzione della rotta. La bussola è formata da un AGO, sostenuto da un perno, che gira in tutte le direzioni e si dispone secondo le linee di forza del campo magnetico. Cratoni e orogeni Cratoni sono zone stabili, né terremoti, né vulcani (baltico, canadese, brasiliano, africano), si dividono in scudi (rocce metamorfosate) e tavolati (bacini sedimentari). Orogeni sono le montagne, ci sono state più orogenesi nella storia (caledoniana ( milioni di anni fa, è la più antica) -> Scozia in rosa, ercinica -> Massiccio Francese, Vosgi, Europa centrale, Monti Urali, alpino- hymalaiiano -> Alpi, Appennini, Carpazi, Caucaso, Hymalaiia, Ande, Montagne Rocciose Gli orogeni recenti sono i più elevati in quota, presentano attività endogena. Pag. 5

6 Giacimenti (lettura) Formazioni rocciose in cui un minerale o una risorsa è presente in quantità elevate Alcune miniere sono a cielo aperto, dalla roccia si estrae il minerale utile e la ganga di scarto 1. Giacimenti di origine magmatica: il 90% del magma solidifica a temperature tra i 1200 e i 650 C (fase ortomagmatica). A queste temperature si depositano i metalli con alto punto di fusione: Cr, Pt, Fe, Ni, Cu e altri metalli, che quindi saranno associati a rocce basiche e ultrabasiche, come le ofioliti, come ad es a Cipro (foto). Di questa origine è il giacimento di ferro a Kiruna in Svezia. Anche i diamanti si formano per azione di pressioni elevatissime e vengono portati in superficie da attività magmatiche tipiche della rift valley. rocce scure (ultrabasiche) ricche di cromite (Albania) Big Hole (Sudafrica), camino diamantifero diamante Pag. 6

7 La restante parte (fase pneumatolitica) si infiltra come filone (Au, Ag, Sn, As, U) ed è accompagnata da quarzo e pietre preziose come topazio. Minerali della fase idromagmatica (grazie alla penetrazione di soluzioni) sono Au, solfuri con Ag, Zn, Sn, Cu, Pb. Solfuri di Cu, Fe, Zn sono associati alle rift valley. Fumaiola della rift valley con depositi di Cu, Fe, Zn 2. Giacimenti sedimentari detritici o alluvionali (lato interno dei meandri fluviali, delta, conoidi di deiezione): sono sabbie aurifere (sudafrica e Stati uniti, vedi corsa all oro); chimici: NaCl, CaCO3, CaSO4, K,U,Cu e bauxite 3. Giacimenti metamorfici di contatto come pietre preziose, grafite e talco Risorse non rinnovabili Carboni fossili (dalla rivoluzione industriale): sono altamente inquinanti (la combustione produce CO, SO 2 e polveri). Si formano per arricchimento in C ad opera di batteri anaerobi, da resti vegetali sottratti all ossigeno (altrimenti si formano CO 2 e H 2 O): è necessario che l ambiente diventi stagnante e privo di ossigeno, che il suolo sia in subsidenza, in modo da coprire gli strati con strati detritici (argille). In questo modo si formano le torbiere (foto). Le zone ricche di antracite erano zone equatoriali (foreste), con Trasgressione e regressione marina Pag. 7

8 forte sviluppo e crescita della vegetazione (trasgressioni e regressioni marine). Torba -> 65% di C, 3500 cal/kg. Lignite 70% C - >5000 cal/kg. Litantrace, 85% C -> 7000cal/Kg. Antracite, 95%C ->9000cal/Kg, formata nella Ruhr, in Polonia nel periodo carbonifero (300 milioni di anni fa). Per metamorfismo della lignite si può formare la grafite (usata come elettrodi) In una trasgressione marina il mare invade la zona costiera dove c era una foresta (equatoriale), i resti vegetali vengono ricoperti da calcari o argille, in modo da impedire l ossigenazione. Il ciclo deve avvenire più volte. La maggior parte dei giacimenti carboniferi risale alla Pangea e l Europa in quel periodo era posta all equatore. In questo clima si potevano sviluppare foreste equatoriali Sviluppo di foreste equatoriali in Europa (Carbonifero) Distribuzione geografica dei carboni fossili Il 95% è nell emisfero boreale (U.S.A., Cina, ex U.R.S.S.), oltre il 43% si è formato nell era paleozoica (carbonifero, con vegetazione di tipo tropicale, lungo la fascia equatoriale) Secondo Wegener in quel periodo l emisfero boreale era più a Sud e ricopriva la fascia equatoriale Italia è priva di giacimenti, poiché nel Carbonifero non Disposizione dei Pag. 8

9 esisteva proprio (si è formata con l orogenesi alpina) continenti secondo Wegener nel Carbonifero Principali giacimenti carboniferi Idrocarburi. Si formano per arricchimento in C di resti organici animali e vegetali depositati sul fondo del mare. Migrano dalla roccia madre verso l alto fino ad uno strato impermeabile e vengono inglobati in una roccia porosa (roccia serbatoio); in alto il metano, in basso gli idrocarburi liquidi. In genere sono al nucleo di pieghe anticlinali. Origine: in sedimenti marini ricchi di organismi (golfi o lagune protette). Alla morte si forma un fango (sapropel), seppellito da rocce porose (arenarie) prima e impermeabili dopo (argille, equivalenti alle rocce di copertura). Se queste sono disposte a cupola gli idrocarburi vengono intrappolati Ricerca nei tavolati (gli scudi presentano rocce metamorfiche, gli orogeni non devono essere fratturati), nelle zone un tempo coperte da mari poco profondi su cui si sono depositate sabbie e argille Pag. 9