e la sua evoluzione primordiale

Capitolo 1B La Terra: uno sguardo introduttivo Lezione 2B La formazione della Terra e la sua evoluzione primordiale Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 2

1.4 La Terra primordiale Circa 4,6 miliardi di anni fa una densa nebulosa, molto fredda e in lenta rotazione, costituita da polveri e gas, iniziò a contrarsi. Nebulosa 1 Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 3

1.4 La Terra primordiale La materia si concentrò nella zona centrale, dove si formò il protosole, attorno al quale le polveri e i gas residui si disposero a formare un disco in rotazione. Protosole 2 1 Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 4

1.4 La Terra primordiale Nella parte più esterna del disco, i gas e le polveri originarono granuli che collidendo si aggregarono in piccoli agglomerati, i planetesimi. Protosole 1 2 3 Planetesimo Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 5

1.4 La Terra primordiale Dalle ripetute collisioni dei planetesimi si originarono i pianeti terrestri; dalla concentrazione dei gas si originarono i pianeti gioviani e si strutturò il sistema solare. 2 Sole 1 3 Pianeta Sistema solare 4 Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 6

1.4 La Terra primordiale La Terra si formò per aggregazione di planetesimi, per effetto dell attrazione gravitazionale. 1 2 3 4 Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 7

1.4 La Terra primordiale Circa 4,5 miliardi di anni fa la Terra entrò in collisione con un corpo celeste delle dimensioni di Marte. L impatto scagliò nello spazio uno sciame di frammenti, dalla cui aggregazione si formò la Luna. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 8

1.4 La Terra primordiale La pioggia ininterrotta di planetesimi continuò a colpire i vari corpi celesti fino a 3,8 miliardi di anni fa, distruggendo ogni traccia di crosta primitiva sulla Terra. Per questa ragione sulla Terra non si conoscono rocce con più di 3,8 4,2 miliardi di anni. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 9

1.4 La Terra primordiale La Terra iniziò in breve tempo a surriscaldarsi per tre differenti fenomeni. Accrescimento per impatti L energia cinetica prodotta dall impatto dei planetesimi sulla superficie terrestre si trasformava in energia termica, che in parte veniva dissipata nello spazio, ma in parte veniva trattenuta. Compressione gravitativa L enorme peso dei materiali che si accumulavano nelle parti esterne della Terra provocava un aumento della pressione a cui erano soggette le parti interne. Disintegrazione di elementi radioattivi La radioattività di elementi, quali uranio, torio e altri allora molto abbondanti, veniva assorbita dai materiali circostanti. I primi due fenomeni da soli possono aver portato la temperatura interna del pianeta a 1000 C. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 10

1.5 «Catastrofe del ferro» e differenziazione L aumento della temperatura portò alla fusione del ferro che, a causa della sua elevata densità, sprofondò verso il centro della Terra (catastrofe del ferro). Materiali più leggeri Ferro Questo fenomeno liberò energia gravitazionale, con conseguente fusione di larga parte del pianeta e successivo processo di differenziazione gravitativa. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 11

1.5 «Catastrofe del ferro» e differenziazione La Terra si stratificò diventando un pianeta «zonato». Crosta (0 40 km) Nucleo esterno di ferro fuso (2890 5150 km) Nucleo interno di ferro solido (5150 6370 km) Mantello (40 2890 km) Un terzo della massa primordiale della Terra si addensò al centro e costituì un nucleo a base di ferro. I materiali più leggeri migrarono verso l esterno e formarono la crosta primitiva. Tra crosta e nucleo si collocarono materiali con caratteristiche intermedie che originarono il mantello. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 12

1.6 Zonazione chimica della Terra Il 90 % del pianeta Terra nel suo insieme è formato da soli quattro elementi: ferro, ossigeno, silicio e magnesio. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 13

1.6 Zonazione chimica della Terra Ossigeno, silicio e alluminio, invece, formano da soli l 80% della crosta terrestre. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 14

1.6 Zonazione chimica della Terra La zonazione chimica verticale dei vari elementi non fu dovuta al loro diverso peso specifico. Fu determinata dalle proprietà fisiche e chimiche dei minerali che gli elementi andarono a formare: nella crosta i feldspati, così come uranio e torio sotto forma di ossidi e di silicati; nel mantello, silicati di ferro e di magnesio; nel nucleo, oro e platino, che hanno poca affinità con ossigeno e silicio. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 15

1.6 Zonazione chimica della Terra Il calore radioattivo fu facilmente disperso nell atmosfera, perché i materiali radioattivi si erano concentrati nel guscio esterno. Anche il nuovo meccanismo della convezione contribuì a trasferire il calore verso la superficie. L aumento della temperatura interna della Terra rallentò molto e il pianeta poté raffreddarsi in tempi relativamente brevi. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 16

1.7 Atmosfera, idrosfera e crosta primitive Le continue eruzioni vulcaniche liberarono grandi quantità di gas, principalmente idrogeno, vapore acqueo, azoto e diossido di carbonio. L idrogeno, molto leggero, sfuggì nello spazio, mentre i gas più pesanti avvolsero la Terra, andando a formare l atmosfera primordiale. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 17

1.7 Atmosfera, idrosfera e crosta primitive Quando la temperatura superficiale scese sotto il punto critico dell acqua, il vapore acqueo iniziò a condensare e a riempire le parti depresse della superficie terrestre. Si formarono i primi oceani e si formò l idrosfera primordiale. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 18

1.7 Atmosfera, idrosfera e crosta primitive Si ritiene che i materiali che costituiscono la crosta si siano formati gradualmente attraverso vari processi: emissioni di lava, seguite da rifusione parziale delle rocce appena consolidate; degradazione per opera degli agenti atmosferici, con formazione di un primitivo regolite; riassorbimento e riciclo dei sedimenti all interno della Terra per opera di processi vulcanici e tettonici. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 19

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» L insieme delle diverse parti del nostro pianeta e le loro reciproche interazioni costituiscono il sistema Terra. La Terra può essere idealmente suddivisa in «sfere», in base alla densità dei materiali che la costituiscono. Atmosfera Biosfera Idrosfera Litosfera Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 20

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» L idrosfera è la componente liquida della Terra e comprende le acque dei mari e quelle continentali, fiumi, laghi e ghiacciai. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 21

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» L atmosfera è la componente gassosa della Terra ed è costituita dall aria, che avvolge tutto il pianeta. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 22

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» La litosfera è la componente solida superficiale ed è costituita dalle rocce. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 23

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» La biosfera, comprende gli organismi viventi e l ambiente con cui questi interagiscono. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 24

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» Vi sono due diversi criteri di suddivisione della Terra solida. Criterio chimico-mineralogico Criterio basato sullo stato fisico dei materiali Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 25

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» Il sistema Terra è caratterizzato da complesse relazioni tra le diverse «sfere» che avvengono con scambi di materia e di energia. Questi processi sono attivati e sostenuti dal calore interno della Terra e dall energia solare che arriva alla sua superficie. Il calore interno favorisce i processi endogeni (movimenti nel mantello, nel nucleo, fusione delle rocce, formazione di catene montuose, ecc.). L energia solare favorisce i processi esogeni (movimenti di fluidi, passaggi di stato, tempo atmosferico, clima, modellamento superficiale, ecc.). Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 26

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» Il sistema Terra può essere suddiviso in 3 sottosistemi, o geosistemi, che operano su scala globale: Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 27

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» Il sistema clima coinvolge tutte le componenti del sistema Terra; le loro interazioni concorrono a determinare il clima su scala globale e le sue variazioni nel tempo. Il clima non esprime soltanto il comportamento dell atmosfera, ma è influenzato anche dai molteplici processi che coinvolgono l idrosfera, la litosfera e la biosfera. Il sistema tettonica delle placche è attivato dal calore interno della Terra. Esso si compie attraverso flussi di materia e di energia (moti convettivi) tra mantello profondo, astenosfera e litosfera. Il ciclo delle rocce, le deformazioni alle quali sono sottoposti i materiali litosferici, i terremoti, le eruzioni vulcaniche, la formazione degli oceani e delle catene montuose sono tutte conseguenze delle interazioni tra le varie componenti della Terra solida. Il sistema geodinamo, responsabile dell esistenza del campo magnetico terrestre, ha origine profonda, ma è in grado di interagire con le componenti più esterne del sistema Terra, come la biosfera e l atmosfera. Alfonso Bosellini Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti Italo Bovolenta editore 2014 28