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Atmosfera: È un involucro gassoso che circonda la terra e i gas atmosferici sono trattenuti vicino alla terra attraverso la forza di gravità. L’atmosfera insieme alla terra partecipa al moto di rotazione ed è un involucro inodore e incolore , con una densità molto più bassa rispetto a quella dell’acqua. L’atmosfera non è inerte, ovvero interagisce con le altre sfere della terra, ad esempio l’atmosfera contiene ossigeno e l’ossigeno è fondamentale per la vita degli esseri, che viventi costituiscono la biosfera. Essa è fondamentale anche per attivare il ciclo dell’acqua, quindi interagisce con l’idrosfera, infatti nell’atmosfera è presente vapore acqueo, che è fondamentale per i fenomeni metereologici. L’atmosfera è fondamentale, perché ci protegge dai raggi ultra violetti del sole e contribuisce a distribuire il calore e permette di mantenere una temperatura intorno ai 15 gradi e quindi di avere acqua allo stato liquido -> tutte queste motivazioni confermano che non sia inerte. L’atmosfera è costituita da gas, che diventano più rarefatti man mano che saliamo di quota, mentre più densi vicino alla terra. Possiamo distinguere la bassa atmosfera e l’alta atmosfera:
- Bassa atmosfera -> fino a circa 100 km di altezza dalla superficie terrestre e questa bassa atmosfera ha una composizione omogenea, infatti è formata per il 78% di azoto, per il 21% da ossigeno e l’1% di altri gas, tra cui l’anidride carbonica. L’anidride carbonica è uno dei gas responsabile dell’effetto serra che è un fenomeno benefico, ma negli ultimi anni sta aumentando notevolmente a causa delle attività antropiche, ma ciò non è benefico perché stiamo andando incontro al riscaldamento globale. Nell’1% troviamo anche vapore acqueo, a seconda della quantità del vapore acqueo l’aria può essere secca o umida. La bassa atmosfera può contenere anche pulviscolo atmosferico, causato da ceneri vulcaniche, polline e polveri.
- Alta atmosfera -> oltre i 100 km troviamo l’alta atmosfera, qui non c’è un rimescolamento dei gas, la composizione non è omogenea, ma c’è una stratificazione dei gas e quindi avremo alla base l’azoto e l’ossigeno che sono più pesanti, poi salendo troviamo l’elio e per ultimo l’idrogeno, che è il più leggero. I gas che troviamo nell’atmosfera si trovano in un equilibrio dinamico , sono continuamente consumati e prodotti. L’atmosfera è divisa in involucri concentrici, chiamati zone e sono separate le une dalle altre da delle superfici di discontinuità, chiamate pause. Le temperature variano all’interno degli involucri concentrici -> in base alla variazione di temperatura l’atmosfera è suddivisa in involucri concentrici : Troposfera -> formata dalla maggiore parte di gas, quindi risulterà più densa. La troposfera è più spessa all’equatore e più sottile ai poli, perché all’equatore è maggiore l’irraggiamento, ovvero i raggi solari arrivano quasi perpendicolarmente e quindi la superficie all’equatore risulterà più calda. La troposfera è riscaldata dal basso, dalla superficie, quindi se la superficie è più calda e scalderà uno spessore maggiore di atmosfera -> all’equatore il riscaldamento è maggiore e quindi pure la sua temperatura sarà maggiore. Mentre ai poli la superficie terrestre è più fredda, quindi l’atmosfera risulterà più sottile. Nella troposfera l’aria calda è meno densa quindi tende verso l’alto e sale, quindi salendo si raffredda, perché si allontana dalla fonte di calore e raffreddandosi diventa più densa e scende -> quindi c’è un continuo rimescolamento dell’aria. Nella troposfera essendoci un rimescolamento dell’aria e la presenza del vapore acqueo (è presente solo nella troposfera), quindi solo nella troposfera avvengono i fenomeni atmosferici. Dopo la
troposfera c’è la zona di transizione, chiamata tropopausa, che segna il confine della troposfera. Stratosfera -> ha la stessa composizione della troposfera, ma le particelle di gas sono più lontane le une dalle altre quindi la densità sarà minore. Qui, non avvengono fenomeni metereologici, a causa dell’assenza di vapore e tra i 30 ed i 50 km di altezza si trova la ozonosfera , che si forma a causa dei raggi ultravioletti del sole che colpiscono l’ossigeno presente in atmosfera, trasformandolo in ozono. L’ozonosfera è fondamentale perché ci protegge dai raggi del sole, si parla di buco dell’ozono perché l’ozonosfera si sta assottigliando a causa dell’inquinamento. La temperatura nella stratosfera, per la presenza dell’ozono che riscalda l’atmosfera. Successivamente inizia la stratopausa. Mesosfera -> nella mesosfera la temperatura scende rapidamente, i gas sono ancora più rarefatti e nella mesosfera si disintegrano la maggior parte delle meteoriti, a causa dell’attrito. Poi c’è la mesopausa. Termosfera -> nella termosfera i gas perdono elettroni, sono ionizzati dai raggi ultravioletti e dai raggi x del sole. A causa di questa ionizzazione le particelle dei gas si muovono più velocemente, quindi la temperatura aumenta, però anche se la temperatura raggiunge i 1000 gradi, non viene percepito caldo perché le particelle sono molto lontane tra di loro, e il calore si crea dall’urto delle particelle, ma essendo lontane il calore non si propaga. La termosfera, chiamata anche ionosfera. grazie alla ionosfera sono possibili le radiocomunicazioni perché le onde radio sono riflesse dalla ionosfera. Nella termosfera si verifica il fenomeno delle aurore polari, dovute alla particelle del vento solare che ionizzano i gas atmosferici, che si eccitano e rilasciano degli aloni colorati. Intervallo -> termopausa. Esosfera -> la superficie esterna non è ben definita, ma si stima attorno dai 2000-2500 km, perché qui non si risente più della forza di gravità, è costituita principalmente da idrogeno ed elio, e la temperatura rimane costante attorno ai 2000 gradi. 04.02. Temperatura e pressione atmosferica: La temperatura dell’aria si misura con il termometro e per calcolare la temperatura media si fa una media tra temperatura massima e minima. La differenza tra temperatura massima e minima si chiama escursione termica , si può calcolare nel corso di un anno, di un mese o di un giorno. Unendo tutti i punti che hanno la stessa temperatura si ottengono delle linee, che si chiamano, isoterme. La temperatura dipende da diversi fattori:
Nebbia, nuvole e precipitazioni: L’umidità assoluta -> è la quantità di vapore acqueo presente in un metro cubo di aria, ad una determinata temperatura e pressione. Esiste il limite di saturazione, che è la quantità massima di vapore acqueo presente in un metro cubo di aria, presente ad una certa temperatura. L’umidità relativa -> è il fattore fondamentale per definire i fenomeni meteorologici, è il rapporto tra umidità assoluta e limite di saturazione. Quando la quantità di vapore acqueo supera il limite di saturazione, quindi è presente più vapore acqueo di quello che può esserci, il vapore acqueo in eccesso condensa, passa dallo stato aeriforme allo stato liquido e così si formano la nebbia e le nuvole, però si formano per due motivi diversi. La nebbia si forma quando l’aria viene a contatto con una superficie fredda, così si formano delle goccioline d’acqua che rimangono in sospensione che rinfrangono la luce del sole, e quindi l’aria non ci apparirà trasparente ma vedremo la nebbia. Invece le nuvole sono dovute sempre a vapore acqueo in eccesso che condensa, ma la trasformazione non è dovuta ad uno scambio di calore, ma ha una variazione di pressione. Quando una massa d’aria sale, diminuisce la pressione e si espande ed espandendosi si raffredda, così la temperatura diminuisce ed è presente del vapore acqueo in eccesso che condensa. Quando queste goccioline di acqua in sospensione, che si sono formate a causa di nebbia e nuvole, diventano troppo pesanti non riescono a vincere la forza di gravità e cadono al suolo e così hanno origine le precipitazioni. Le precipitazioni possono essere liquidi (pioggia) o solide (neve e grandine): -La pioggia cade quando le gocce diventano troppo pesanti e rimangono allo stato liquido perché la temperatura è superiore agli 0°. -I cristalli di ghiaccio (fiocchi di neve) si formano quando la temperatura raggiunge gli 0° o più bassi. -La grandine si forma dalle nuvole temporalesche -> nelle nuvole temporalesche si originano dei moti convettivi, ovvero aria calda che sale e fredda che scende, nell’aria fredda man mano che l’acqua scende si formano degli strati di ghiaccio attorno alla goccia d’acqua, che viene riportata verso l’alto da moti turbolenti di aria (massa d’ara), ricadendo si forma un nuovo strato di ghiaccio, che viene riportato in alto e ricade formando un altro strato di ghiaccio, così facendo fino a quando raggiunge un peso che non può più essere sospeso e cade sottoforma di grandine. Temporali: I temporali si formano a causa di instabilità atmosferica , ovvero quando abbiamo una massa d’aria calda, che salendo incontra una massa d’aria più fredda, che genera instabilità e si formano così le nuvole che portano i temporali. I fulmini: Sono dovuti a differenze di carica elettrica , o tra nuvola e nuvola o tra nuvola e suolo, che generano la scarica elettrica. Lampo e tuono: Il lampo arriva prima del fulmine. Il fulmine è associato al tuono che è causato dall’aria che si scalda a causa del fulmine così l’aria calda si espande e genera un boato. Il tuono arriva sempre dopo il lampo perché la luce è più veloce del suono.
MINERALI E ROCCE
Litosfera -> involucro più esterno della superficie terrestre costituito da rocce e comprende la crosta e la parte superiore del mantello. Rocce -> sono aggregati di minerali, costituiti a loro volta da atomi, ioni e molecole. Esiste una grande varietà di rocce e minerali, ciascuna formata in condizioni diverse oppure le condizioni si sono modificate durante la loro storia di vita. Minerale -> composto inorganico , cioè non deriva da esseri viventi e si è formato in seguito ad un processo spontaneo, naturale e ciascun minerale ha una composizione chimica ben definita. I minerali possono essere costituiti da elementi, sostanze che non possono essere ulteriormente suddivise, oppure possono essere formati da composti, ad esempio il salgemma, che è il comune sale da cucina, formato da uno ione sodio (Na) e uno ione cloro (Cl), in rapporto uno a uno. Quarzo costituito da atomi di silicio e di ossigeno in rapporto 1 a 2. Ogni minerale è caratterizzato da una struttura interna ordinata e precisa, che prende il nome di reticolo cristallino. Ogni minerale ha un reticolo cristallino proprio. La struttura interna è ordinata e precisa, mentre quella esterna non è sempre ben precisa, perché non sempre il minerale è libero di formarsi in tutte le dimensioni dello spazio, ad esempio potrebbero esserci minerali vicini che bloccano la formazione. I cristalli hanno dimensioni molto ridotte e non sempre sono distinguibili ad occhio nudo. Il reticolo è costituito da piccole unità che si ripetono più volte nello spazio e queste
Formazione dei minerali: I minerali possono formarsi in superficie o all’interno della litosfera, in seguito a variazioni di temperatura e pressione. Se la formazione di un minerale avviene lentamente allora il minerale ha tempo di organizzare il suo reticolo cristallino, mentre se le condizioni di pressione e temperatura cambiano velocemente il minerale sarà amorfo, perché non ha tempo di organizzarsi. I minerali possono formarsi: -Per solidificazione del magma, in superficie o in profondità -> man mano che si raffredda si formano i minerali. Si solidificheranno prima i minerali con una temperatura di solidificazione più alta, successivamente man mano che la temperatura ascende si solidificano tutti gli altri. -Per precipitazione, ad esempio i cristalli di sale, si depositano sul fondo quando la temperatura dell’acqua diminuisce, perché non riescono a passare in soluzione. -Per sublimazione passaggio diretto da vapore a solido, senza passare dallo stato liquido, questo si verifica soprattutto nelle solfatare, dove si forma lo zolfo. -Per attività degli organismi, grazie ai loro gusci, che possono essere formati ad esempio da carbonato di calcio. Una volta che i minerali sono formati, possono subire delle modifiche per azione degli agenti atmosferici, quindi reagiscono con l’ossigeno dell’aria o con l’acqua e si formano nuovi minerali. In profondità cambiano le condizioni di temperatura e pressione e così cambia il reticolo, oppure uno ione si sostituisce ad un altro ione, quindi cambia la composizione chimica e così si formano nuovi minerali, diversi da quelli di partenza. 09.03. Specie mineralogiche: esistono migliaia di specie mineralogiche, alcune più rare altre più comuni e la loro percentuale dipende dalla composizione della crosta terrestre. Possiamo identificare 8 elementi più abbondanti nella crosta terrestre e il più abbondante è l’ossigeno. Il carbonio anche se essenziale per la vita è poco abbondante nella crosta, però è fondamentale perché interviene nei processi dinamici che avvengono tra litosfera, atmosfera, idrosfera e negli esseri viventi infatti noi produciamo anidride carbonica attraverso la respirazione. Altro elemento essenziale è il silicio, secondo elemento più abbondante dopo l’ossigeno, sulla base della composizione chimica i minerali possono essere classificati in 8 classi e i nomi derivano dallo ione negativo, che costituisce il minerale. I minerali più abbondanti sulla crosta terrestre sono i silicati, formati da silicio e ossigeno. I minerali hanno un reticolo cristallino e quello dei silicati è costituito da tetraedri, hanno un atomo di silicio centrale e ai vertici 4 atomi di ossigeno, ad ogni ossigeno è associato una carica negativa, infatti la formula di un singolo tetraedro è SiO 4 ⁴¯ questa carica negativa deve essere eliminata, quindi affianco all’atomo di ossigeno può esserci o uno ione positivo oppure vengono uniti più tetraedri, in mondo che ogni atomo di ossigeno è legato contemporaneamente a due atomi di silicio. Si può pero verificare anche una condizione intermedia, ci sono alcuni ioni positivi che vanno a neutralizzare la carica negativa e alcuni atomi di ossigeno legati a quelli di silicio. Un silicato particolare è il quarzo (SiO 2 ), formato esclusivamente da silicio e ossigeno, quindi in questo caso non ci sono ioni positivi e quindi tutti i tetraedri mettono in condivisione un atomo di ossigeno. I silicati si dividono in due categorie:
- Silicati femici o mafici -> caratterizzati da un’alta percentuale di ioni positivi e una bassa percentuale di tetraedri -> questi minerali sono scuri e densi e spesso questi ioni positivi sono ferro o magnesio. Qui il rapporto tra silicio e ossigeno è basso.
- Silicati sialici o felsici -> hanno una bassa percentuale di ioni positivi e un’alta
percentuale di tetraedri, sono chiari e meno densi e spesso contengono alluminio. Il rapport tra ossigeno e silicio è alto. Rocce: Una roccia è un aggregato solido formato da uno o più minerali, la composizione delle rocce dipende dalla loro genesi, ovvero dal processo che ha portato alla loro formazione, possiamo distinguere 3 processi: -Magmatico -Sedimentario -Metamorfico Le rocce non hanno una formula chimica, come per i minerali, perché la composizione non è regolare. Sono costituite da diverse percentuali di elementi chimici, per questo non può esserci una formula chimica precisa. Quindi la grande varietà di rocce che troviamo sul pianeta sono dovute alle migliaia di specie mineralogiche presenti e alla loro diversa combinazione. Le rocce possono essere o grandi e compatte, chiamate quindi rocce coerenti, ma sono considerate rocce anche i frammenti sciolti come ghiaia e sabbia, chiamate rocce incoerenti. Per studiare e riconoscere una roccia, bisogna riconoscere la composizione e la tessitura:
- Composizione -> consiste nel riconoscere i minerali che costituiscono la roccia e questo si può fare ad occhio nudo o con una lente e così si possono riconoscere il colore, alcune proprietà fisiche e anche alcune proprietà chimiche (ad esempio si può fare la prova con dell’acido cloridrico). In alcuni casi però non riescono ad essere riconosciuti ad occhio nudo o con la lente, quindi viene utilizzato il microscopio dopo averne tagliato una sezione.
- Tessitura -> disposizione spaziale dei minerali, la loro forma e le loro dimensioni. Individuando composizione e tessitura si riesce a riconoscere una roccia. -Le più abbondanti sono le rocce magmatiche, che derivano dalla solidificazione del magma, che può avere una composizione varia a seconda della composizione della litosfera e può solidificare in profondità o in superficie. -Invece le rocce sedimentarie, si formano per l’accumulo di detriti derivati da rocce preesistenti, a causa di fenomeni atmosferici oppure per l’accumulo di scheletri di organismi, oppure attraverso precipitazioni di Sali, questo processo avviene o in superficie o subito al di sotto, in condizioni di temperatura e pressione che variano in un campo ristretto. -Invece il processo metamorfico si ha quando la roccia va incontro a grandi variazioni, di temperatura pressione o entrambe. Ma la roccia rimane allo stato solido e così si originano le rocce metamorfiche. Ciclo litogenetico: I processi che portano alla formazione di una roccia, prendono il nome di ciclo litogenetico , che è un ciclo che si ripete e quindi la roccia può passare da una tipologia all’altra nel corso della storia, perché la roccia non è un corpo immutabile, ma si trasforma nel corso del tempo. Le rocce non sono corpi immutabili ma si trasformano continuamente perché i minerali si aggregano in maniera diversa per formare nuovi tipi di rocce. Ciò che noi possiamo osservare in un certo istante è la roccia in una determinata fase, ma la roccia può avere attraversato il ciclo più volte, trasformandosi da un tipo all’altro nel corso della storia. nel ciclo litogenetico c’è un continuo scambio tra atmosfera, litosfera e materiali della crosta e del mantello. Esempio 1 : il magma è una massa fluida, che dopo la sua formazione può andare incontro a solidificazione e raffreddamento, così da esso si forma la roccia magmatica, successivamente la roccia viene sollevata a causa di movimenti della terra e può andare a formare delle catene montuose. Queste rocce sono esposte ad agenti
Il magma ha una composizione variabile e a seconda della sua composizione, porta alla formazione di rocce, costituite da minerali diversi. Il magma viene classificato in base alla presenza di silice (silico e ossigeno), quindi abbiamo: -Il magma sialico, che ha un’alta percentuale di silice e forma le rocce sialiche. -Il magma femico, che ha una bassa percentuale di silice e forma le rocce femiche. 06.04. Rocce metamorfiche: A seguito a variazioni di temperature e o pressione si formano le rocce metamorfiche. Durante il processo metamorfico la roccia rimane allo stato solido. Il metamorfismo avviene in un intervallo di temperatura abbastanza vario, tra i 200 e gli 800 gradi. Queste elevate temperature causano un cambiamento della forma e della dimensione dei cristalli, che può portare alla formazione di nuovi minerali. Non si può definire la temperatura a cui avviene il metamorfismo, perché questa dipende dalla composizione della roccia e dalla pressione a cui è sottoposta. Per quanto riguarda la pressione, abbiamo due tipi:
- La pressione litostatica -> è il peso delle rocce sovrastanti, perché le rocce che stanno sopra esercitano pressione su quelle sottostanti, quindi le rocce tendono ad essere compatte.
- La pressione orientata -> dovuta alla formazione di fratture quindi abbiamo blocchi rocciosi che si spostano, quindi questi movimenti delle rocce deformano i minerali secondo delle direzioni preferenziali. Il metamorfismo avviene sempre sotto la crosta terrestre, occasionalmente ad esempio quando cadono le meteoriti, si possono creare rocce metamorfiche in superficie, ma questo è un evento raro. Esistono 3 tipi di metamorfismo:
- Il metamorfismo regionale -> che si ha quando la roccia è sottoposta a variazioni sia di temperatura, che di pressione e si può ad esempio verificare quando una roccia è coperta da nuovi sedimenti, oppure è coinvolta nella formazione di catene montuose.
- Il metamorfismo di contatto -> che si ha quando la roccia viene a contatto con il magma, quindi una massa calda, ci sarà una variazione di temperatura mentre la pressione non esercita un ruolo fondamentale.
- Il metamorfismo cataclastico -> in cui agiscono delle pressioni orientate che deformano i minerali. Esistono diversi gradi di metamorfismo, basso, medio, alto e con il processo metamorfico, varia sia la struttura che la composizione mineralogica della roccia: -Per struttura si intende che i minerali, si organizzano con una diversa forma e dimensione. -Mentre quando varia la composizione mineralogica , sia che si rompono dei legami chimici e si formano nuovi minerali, diversi da quelli di partenza, ma con stessa composizione chimica. Nel processo mineralogico, ci sono alcuni minerali indice che si formano a determinate temperature e pressione, quindi attraverso quei minerali si può dedurre a che temperatura e pressione si sia formata a roccia. La facies metamorfica , è un grafico che comprende tutte le rocce, che possono avere origine e composizione diversa, che si sono formate nelle stesse condizioni di temperatura o pressione, e ciò lo deduciamo attraverso i minerali indice, che ci permettono di risalire alla temperatura e pressione di formazione. 08.04.
Processo sedimentario: Le rocce sedimentarie, si formano per l’accumulo di detriti derivati da rocce preesistenti, a causa di fenomeni atmosferici oppure per l’accumulo di scheletri di organismi, oppure attraverso precipitazioni di sali, questo processo avviene o in superficie o subito al di sotto, in condizioni di temperatura e pressione che variano in un campo ristretto. Il processo sedimentario avviene in decine di milioni di anni e segue una serie di eventi: 1 Degradazione meteorica -> può essere di due tipi, chimica o fisica meccanica. Nell’alterazione chimica si ha una trasformazione dei minerali che costituiscono la roccia e questa alterazione è dovuta ai gas dell’atmosfera e o all’acqua piovana. I principali responsabili sono quindi acqua, ossigeno e anidride carbonica. L’ossigeno agisce con i minerali e forma delle patine di diverso colore, a seconda dello ione a con cui reagisce, l’acqua della pioggia contiene al suo interno dei sali, che reagiscono con i minerali della pioggia e la alterano, anche l’anidride carbonica contribuisce all’alterazione dei minerali. Può esserci anche una disgregazione fisica-meccanica, in questo caso il fattore maggiormente responsabile è la temperatura, con il riscaldamento la roccia si dilata, con il raffreddamento si contrae. La roccia ha una bassa conducibilità termica e quindi solamente gli strati più esterni sono esposto a variazioni di temperatura e quindi questi strati più esterni iniziano a frantumarsi, man mano che essi si frantumano sono sottoposti alla temperatura anche gli strati più interni, che si frantumano e così via. Nelle regioni a clima freddo, nelle ore calde l’acqua penetra nelle fessure, perché è allo stato liquido, poi diventa freddo l’acqua congela e il ghiaccio allarga le fessure e la roccia si sgretola. Invece nel deserto l’agente principale della disgregazione è il vento, alla disgregazione della roccia possono contribuire anche gli organismi, attraverso le sostanze prodotte durante la loro vita o prodotte alla loro morte, con la decomposizione. Alla disgregazione della roccia, contribuiscono anche le radici delle piante, esercitano un’azione meccanica sulle rocce e poi le piante possono anche assorbire dei sali minerali, sottraendoli alla roccia e causandone un’alterazione chimica. Nel primo punto si ha l’erosione e la disgregazione della roccia. 2 Trasporto -> a causa della forza di gravità e con i movimenti dell’acqua e del vento trasportano questi sedimenti a valle, causando un arrotondamento delle superficie di questi detriti e porta ad una selezione granulometrica (vengono distinti quelli, grandi da quelli piccoli). 3 Sedimentazione -> con il termine sedimentazione si intende un accumulo di detriti, oppure precipitazione di sali oppure un accumulo dei resti degli organismi, e questo accumulo avviene perché non c’è più l’agente esterno che le sposta. 4 Diagenesi -> si ha quando le rocce da frammenti incoerenti si compattano sempre di più per formare delle rocce coerenti vere e proprie. Una caratteristica delle rocce sedimentarie è la stratificazione, che è la formazione di più strati all’interno della roccia, ciascuno strato corrisponde ad un processo sedimentario. Ciascuno strato avrà una composizione e dimensione diversa da quello successivo e man mano che ci sono eventi sedimentari si formerà uno strato sopra quello precedente. Classificazione rocce sedimentarie: ci sonno tre tipi di rocce sedimentarie:
- Rocce detritiche -> si formano per l’accumulo di detriti di rocce preesistenti, queste rocce possono essere sia magmatiche, che sedimentarie, che metamorfiche. Prima di formare la roccia i detriti subiscono il trasporto e se il trasporto è breve i detriti sono a spigolo vivo, sono appuntiti, se invece è lungo gli spigoli sono arrotondati. Le rocce detritiche sono classificate in base alla dimensione dei detriti che le formano. Se
