Capitolo 1 Fondamenti di Geologia Generale TERRA: sferoide con raggio medio 6370 km Struttura non omogenea: - Densità media 55 kn/m 3 - Densità rocce superficiali 20-30 kn/m 3 Indagine geologica diretta: limitata solo alla parte superficiale, pertanto la struttura interna della Terra è nota in base a metodi indiretti, in particolare in base allo studio della propagazione delle onde elastiche generate dai terremoti 1 kn = 102 kgf (kg forza) 1 Onde longitudinali (P o di compressione): moto delle particelle nella stessa direzione di propagazione delle onde; si propagano sia nei solidi che nei fluidi Onde trasversali (S o di taglio): moto particelle perpendicolare alla direzione di propagazione delle onde; si propagano solo nei solidi, con velocità inferiore alle onde P 2
Le onde percorrono traiettorie concave e ritornano in superficie: in base ai tempi intercorsi ed alle distanze percorse, è stato possibile calcolare le velocità nei vari strati, le quali sono funzione della densità dei materiali attraversati, ricavando così un modello costitutivo della Terra 3 La velocità delle onde sismiche varia con la profondità in funzione della densità del mezzo che le attraversa 4
Crosta: spessore da pochi km a 60 km Mantello: mantello superiore e inferiore, spessore totale circa 2900 km Nucleo: nucleo esterno e interno, spessore totale circa 3470 km 5 Crosta: spessore da pochi km a 60 km Mantello: mantello superiore e inferiore, spessore totale circa 2900 km Nucleo: nucleo esterno e interno, spessore totale circa 3470 km 6
Discontinuità: - Mohorovicic (Moho): separa crosta e mantello - Gutenberg: separa mantello e nucleo Individuazione delle discontinuità basata su variazioni delle caratteristiche di propagazione delle onde sismiche 7 Litosfera: crosta terrestre e spessore di mantello di circa 60 km rigido (mantello litosferico) Astenosfera: rimanente parte del mantello superiore con comportamento viscoelastico 8
Crosta oceanica: spessore di circa 6-7 km, composizione: sedimenti fini e basalti Crosta continentale: spessore variabile da 20 a 60 km (massimo sotto catene montuose), composizione variabile 9 Litosfera divisa in circa 15 placche che variano forma e posizione a causa di correnti convettive all interno dell astenosfera dovute a differenze di temperatura che provocano il movimento passivo delle placche tra loro 10
Deriva dei continenti: spostamenti subiti dai continenti nel passato e che subiscono attualmente 11 Wegner indicò come evidenza geologica della deriva dei continenti la distribuzione, nel tardo Paleozoico (Permiano), dei depositi glaciali e delle piante fossili conosciute collettivamente come Successione di Gondwana (in onore tribù Gond dell India centrale, la cui regione contiene molti di questi fossili) Antiche piante terrestri e depositi glaciali a loro associati si trovano solo in Sud America, Africa, India, Australia e Antartide, che occupavano la parte meridionale della Pangea (dal greco tutta la Terra ) 12
(a) La direzione delle strie glaciali conservate sui continenti nelle rocce in posto mostra la direzione del movimento dei ghiacciai durante il Permiano (Successione di Gondwana); (b) le direzioni delle strie sono spiegate con l unificazione dei continenti e con una calotta glaciale su un Polo Sud situato in corrispondenza dell attuale Sud Africa; (c) strie glaciali (Australia) formate nel Permiano (più di 200 milioni di anni). 13 Correnti convettive risalgono in corrispondenza delle dorsali oceaniche. Poiché non si ha accrescimento del volume della Terra, esistono zone in cui si ha compensazione: zone di subduzione o zone di obduzione. 14
La maniera più efficace per liberare calore dall interno della Terra è mediante il rimescolamento convettivo di roccia nel mantello, come avviene in una pentola scaldata su di un fornello Convezione (a) in una pentola su di un fornello; (b) nel mantello, con rimescolamento dell intero mantello; (c) un modello alternativo di convezione del mantello che interessa più strati, ipotesi probabilmente più verosimile rispetto ad (a) 15 Dorsali oceaniche La fuoriuscita di materiale in corrispondenza delle dorsali oceaniche determina un progressivo fenomeno di espansione degli oceani (strisce di diversi colori: aree con la stessa età) 16
I geofisici hanno scoperto che ogni qualche centinaio di migliaia o pochi milioni di anni accade i poli magnetici si scambiano reciprocamente le loro posizioni. Si definisce normale l attuale campo magnetico ed inverso quello di altre epoche. Le rocce magmatiche effusive registrano il campo magnetico, a seguito dell allineamento di piccoli grani di minerali contenenti ferro che si ha quando una lava raffreddandosi forma una roccia all interno del campo magnetico terrestre: i minerali si comportano come minuscoli aghi di una bussola naturale e registrano la direzione del polo nord magnetico che esisteva al momento della solidificazione della lava. Si arrivò alla conclusione che se l espansione dei fondi oceanici era effettivamente avvenuta, in questi si dovevano registrare strisce di anomalie magnetiche con distribuzione simmetrica rispetto alla dorsale. E stato effettivamente dimostrato che vi sono state 170 inversioni negli ultimi 76 milioni di anni. 17 Le inversioni del campo magnetico sono avvenute periodicamente lasciando un magnetismo fossile nelle rocce dei fondali oceanici 18
Il processo di subduzione consiste nello sprofondamento del fondo oceanico e dello spesso strato di rocce sottostanti verso l interno del pianeta. Questo processo può scatenare terremoti violentissimi e produrre il magma che alimenta la catena di vulcani in prossimità del margine della massa continentale in sovrascorrimento. Mentre l espansione dei fondi oceanici nelle dorsali medio-oceaniche crea nuova crosta oceanica, la subduzione la distrugge. 19 Modello della tettonica a placche. Sono mostrati margini divergenti e convergenti e le loro relazioni con i fondi oceanici e i vulcani continentali. 20
Zone di subduzione: una delle placche si inflette sotto l altra e viene riassorbita dal mantello. Possono essere di due tipi: 1. Arco-fossa: placca oceanica che immerge sotto una placca formata da zona continentale (arco magmatico) e zona oceanica (bacino retroarco) 21 Zone di subduzione: 2. Arco-cordigliera: placca oceanica che immerge sotto placca continentale In entrambi i casi si formano le fosse oceaniche, zone molto profonde dove si accumulano sedimenti 22
Zone di obduzione: due placche continentali non possono essere subdotte, avendo densità simile, quindi si accavallano l una sull altra Orogenesi: insieme dei processi che portano alla formazione delle catene montuose 23