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Scienze della Terra: L'interno della Terra - Esercizi e Quiz, Sintesi del corso di Scienze della Terra

Ampio riassunto dell'interno della terra. Con disegni ideale per esame di stato.

Tipologia: Sintesi del corso

2016/2017

Caricato il 01/05/2017

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AALC.1 🇮🇹

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SCIENZE DELLA TERRA
L'INTERNO DELLA TERRA
Sono stati effettuati diversi tentativi per raccogliere informazioni dirette sull'interno della terra, ma i
risultati sono stati sempre scarsi. I pozzi minerari più profondi sfiorano i 4 km di profondità, 2 km si
raggiungono con le grotte, profondità massima di 12 km con le perforazioni. Non si può procedere
oltre, perché la temperatura è così alta che non è possibile lavorare a profondità maggiori. Ben
poca cosa, se si pensa che il raggio terrestre misura oltre 6370 km. Rispetto alle dimensioni della
terra, pozzi minerari, grotte e perforazioni raggiungono una profondità del tutto trascurabile.
Densità della Terra
Il nostro pianeta offre numerosi indizi indiretti sulla sua composizione e struttura interna. A
consentirci di ottenere un quadro dettagliato contribuisce lo studio di alcune caratteristiche fisiche
della Terra: densità, aumento di temperatura con la profondità, presenza di un campo magnetico
planetario. Massa e volume della Terra sono noti. La massa è 5,97 x 10alla24 kg, il volume è 1,08
x 10alla21 mcubi. La densità è pertanto 5,51 x 10alla3 kg/ mcubi. Le rocce in superficie hanno
densità media molto più bassa, circa metà di quella calcolata all’interno del pianeta. L’interno della
Terra deve essere formato da materiali più densi di quelli che osserviamo in superficie. Una prima
conclusione deducibile dalla densità è che la struttura della Terra no è omogenea. L'interno del
pianeta non è costituito dalle stesse rocce e dagli stessi minerali che si trovano in superficie.
Analogie con altri corpi del sistema solare
Secondo l’ipotesi più accreditata, il sistema solare è nato da una nebulosa i cui materiali dispersi si
sono concentrati in corpi compatti e densi: una stella, vari pianeti, numerosi satelliti e tanti corpi
minori. I pianeti più vicini al Sole si sono formati con materiali dello stesso tipo. Studi hanno
confermato l'ipotesi che Mercurio, Venere, Luna e Marte devono essere costituiti in modo molto
simile alla Terra. "
Nel sistema solare si trovano i materiali di una pianeta simile a quelli di tipo terrestre, che però non
si è mai formato. I suoi frammenti, di dimensioni assai variabili, sono dispersi in una vasta area
compresa tra Marte e Giove, dove formano la cosiddetta fascia degli asteroidi. Alcuni di questi
frammenti possono occasionalmente essere attratti dal campo gravitazionale terrestre e cadere
sulla Terra. Le meteoriti sono classificate in tre gruppi, a seconda della loro composizione:
-meteoriti rocciose, formate da silicati, prevalentemente di tipo mafico;
- meteoriti ferrose, formate prevalentemente una lega metallica di ferro e nichel;
-meteoriti roccioso-ferrose, contengono sia silicati che ferro e nichel.
Le meteoriti rappresentano un campione della composizione tipica dei pianeti di tipo terrestre e
quindi anche la terra è costituita in gran parte da silicati e da una lega ferrosa contenente nichel.
La lega ferrosa non può che trovarsi in profondità, all’interno del pianeta. La presenza di questo
materiale spiegherebbe efficacemente il fatto che la densità della Terra è molto più elevata di
quella dei suoi materiali superficiali.
Temperatura e profondità
La temperatura all'interno della Terra, aumenta con la profondità. L'aumento non è ovunque lo
stesso, il valore medio di aumento di temperatura è circa 2,7 °C ogni 100 m. L’incremento di
temperatura, espresso in °C, che si registra ogni 100m di profondità è definito gradiente
geotermico.
Campo magnetico e interno della Terra
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SCIENZE DELLA TERRA

L'INTERNO DELLA TERRA

Sono stati effettuati diversi tentativi per raccogliere informazioni dirette sull'interno della terra, ma i risultati sono stati sempre scarsi. I pozzi minerari più profondi sfiorano i 4 km di profondità, 2 km si raggiungono con le grotte, profondità massima di 12 km con le perforazioni. Non si può procedere oltre, perché la temperatura è così alta che non è possibile lavorare a profondità maggiori. Ben poca cosa, se si pensa che il raggio terrestre misura oltre 6370 km. Rispetto alle dimensioni della terra, pozzi minerari, grotte e perforazioni raggiungono una profondità del tutto trascurabile. Densità della Terra Il nostro pianeta offre numerosi indizi indiretti sulla sua composizione e struttura interna. A consentirci di ottenere un quadro dettagliato contribuisce lo studio di alcune caratteristiche fisiche della Terra: densità, aumento di temperatura con la profondità, presenza di un campo magnetico planetario. Massa e volume della Terra sono noti. La massa è 5,97 x 10alla24 kg, il volume è 1, x 10alla21 mcubi. La densità è pertanto 5,51 x 10alla3 kg/ mcubi. Le rocce in superficie hanno densità media molto più bassa, circa metà di quella calcolata all’interno del pianeta. L’interno della Terra deve essere formato da materiali più densi di quelli che osserviamo in superficie. Una prima conclusione deducibile dalla densità è che la struttura della Terra no è omogenea. L'interno del pianeta non è costituito dalle stesse rocce e dagli stessi minerali che si trovano in superficie. Analogie con altri corpi del sistema solare Secondo l’ipotesi più accreditata, il sistema solare è nato da una nebulosa i cui materiali dispersi si sono concentrati in corpi compatti e densi: una stella, vari pianeti, numerosi satelliti e tanti corpi minori. I pianeti più vicini al Sole si sono formati con materiali dello stesso tipo. Studi hanno confermato l'ipotesi che Mercurio, Venere, Luna e Marte devono essere costituiti in modo molto simile alla Terra. Nel sistema solare si trovano i materiali di una pianeta simile a quelli di tipo terrestre, che però non si è mai formato. I suoi frammenti, di dimensioni assai variabili, sono dispersi in una vasta area compresa tra Marte e Giove, dove formano la cosiddetta fascia degli asteroidi. Alcuni di questi frammenti possono occasionalmente essere attratti dal campo gravitazionale terrestre e cadere sulla Terra. Le meteoriti sono classificate in tre gruppi, a seconda della loro composizione:

- meteoriti rocciose , formate da silicati, prevalentemente di tipo mafico;

- meteoriti ferrose , formate prevalentemente una lega metallica di ferro e nichel;

- meteoriti roccioso-ferrose , contengono sia silicati che ferro e nichel.

Le meteoriti rappresentano un campione della composizione tipica dei pianeti di tipo terrestre e quindi anche la terra è costituita in gran parte da silicati e da una lega ferrosa contenente nichel. La lega ferrosa non può che trovarsi in profondità, all’interno del pianeta. La presenza di questo materiale spiegherebbe efficacemente il fatto che la densità della Terra è molto più elevata di quella dei suoi materiali superficiali. Temperatura e profondità La temperatura all'interno della Terra, aumenta con la profondità. L'aumento non è ovunque lo stesso, il valore medio di aumento di temperatura è circa 2,7 °C ogni 100 m. L’incremento di temperatura, espresso in °C, che si registra ogni 100m di profondità è definito gradiente geotermico. Campo magnetico e interno della Terra

Dati sull’interno della terra possono essere ricavati dal campo magnetico. Il campo magnetico è una regione di spazio in cui si risente dell'influenza di forze magnetiche. Un campo magnetico può essere ad esempio generato da una calamita. La Terra si comporta come una gigantesca calamita, poiché genera un campo magnetico (Gauss) che può essere sfruttato per l’orientamento, il nord e il sud magnetici sono orientati circa come il nord e il sud geografici.. Un campo magnetico può essere generato dalla presenza di un magnete permanente, come una calamita, oppure dal passaggio di una corrente elettrica. Al di sopra di una certa temperatura (di Curie, 600°C) le sostanze magnetiche perdono le proprie caratteristiche. Vi è l'ipotesi che l'interno della Terra sia sede di un flusso di correnti elettriche. Ciò indica la presenza di materiali conduttori di elettricità. I silicati che formano le rocce sono pessimi conduttori di elettricità. I metalli, come Fe e Ni, sono invece buoni conduttori di elettricità. L'ipotesi della presenza di una componente metallica all'interno del pianeta può fornire una efficace giustificazione del fenomeno del magnetismo terrestre. Tutto ciò fa pensare ad un pianeta internamente disomogeneo: un pesante nucleo di Fe e Ni, conduttore di elettricità, è circondato da uno strato meno denso costituito di rocce silicatiche. Modello della dinamo ad autoeccitazione (1948) Inizio formazione sistema solare solare Terra debole campo magnetico, residuo di quello solare Nucleo esterno liquido di Fe e Ni ruota induce un campo elettrico Aumenta il campo magnetico esistente Materiali ferromagnetici Fe, Ni, Co (cobalto) se sottoposti ad un campo magnetico si orientano secondo il campo magnetico e mantengono l'orientamento anche se il campo magnetico viene tolto. Questo avviene solo a certe temperature (temperatura di Curie (500/600°C) Onde sismiche e interno della Terra Le informazioni decisive per lo studio dell'interno del nostro pianeta sono ricavate dallo studio della propagazione delle onde sismiche, in particolare delle onde di volume P e S. Per comprendere il ruolo delle onde sismiche bisogna ricordare le loro caratteristiche di propagazione. Le onde di volume avanzano lungo un fronte sferico centrato sull’ipocentro e si propagano attraverso il pianeta. La loro velocità di propagazione dipende dalle caratteristiche del mezzo in cui si propagano. Quanto più il mezzo è rigido ed elastico tanto maggiore è la velocità. Elasticità : capacità di un materiale di opporre resistenza meccanica alle forze che agiscono su di esso e di riacquistare la forma iniziale al cessare di queste forze. Un corpo elastico è anche rigido, perché resiste alle deformazioni. Se il mezzo in cui avviene la propagazione delle onde è omogeneo, cioè ha sempre la stessa composizione e stesse caratteristiche fisiche, le onde si propagano in linea retta e a velocità costante. Quando un’onda passa da un mezzo ad un’altro nel quale cambia velocità di propagazione, avviene un fenomeno detto rifrazione. La rifrazione consiste in una deviazione nella direzione di propagazione, che si verifica in corrispondenza della superficie che separa i due mezzi, detta superficie di discontinuità. Prima di incontrare la superficie di discontinuità l'onda è chiamata onda incidente, dopo onda rifratta. La zona d’ombra

esterno : tra le discontinuità di Gutenberg e di Lehmann; Nucleo interno : dalla discontinuità di Lehmann al centro della Terra. La crosta può essere di due tipi, differenti per composizione mineralogica e spessore: crosta continentale costituita prevalentemente da silicati felsici e crosta oceanica costituita da silicati mafici. Il mantello ha una composizione più omogenea della crosta. Costituito da silicati ultramafici. I magmi basaltici che si formano nel mantello trascinano a volte in superficie brandelli solidi di roccia che costituiscono il mantello classificati come peridotite. Il nucleo è formato da ferro e nichel. I magmi basaltici che si formano nel mantello trascinano a volte in superficie brandelli solidi della roccia che costituisce il mantello. Questi campioni di roccia sono classificati come perioditite, una roccia formata da silicati ultramafici. La zona a bassa velocità Dallo studio delle onde sismiche si possono ricavare informazioni più articolate, capaci di indicare tutte le caratteristiche che si incontrano all'interno di ciascuno strato. Ad esempio si può osservare l'andamento della velocità di propagazione delle onde P e delle onde S nella parte superiore del mantello. Al brusco aumento di velocità nel passaggio attraverso la Moho, segue un aumento più graduale. Intono ai 100 km di profondità si verifica un fatto imprevisto. La velocità di propagazione delle onde P e S diminuisce. Il rallentamento permane fino a una profondità di circa 200 km, dopo di che la velocità torna gradualmente ad aumentare. Zona a bassa velocità : strato del mantello compreso tra i 100 e 200 km. Litosfera e astenosfera La presenza della zona a bassa velocità suggerisce una ulteriore possibilità di distinzione dei materiali che formano la Terra, questa volta in base alle proprietà meccaniche:

- Litosfera : strato che comprende l'intera

crosta e la parte superiore del mantello Crosta e mantello litosferico si comportano

come un’unico strato, perché molto simili dal punto di vista meccanico anche se diversi dal punto di vista mineralogico. Al di sotto della litosfera la temperatura fonderebbe le rocce se la pressione litostatica non lo impedisse. Il rallentamento della velocità di propagazione delle onde sismiche registrato nella zona a bassa velocità rivela la marcata plasticità dei materiali.

- Astenosfera : strato di materiali parzialmente fusi posto al di sotto della litosfera;

A profondità maggiori l’incremento della temperatura si riduce, mentre la pressione litostatica continua ad aumentare in modo sensibile. L’azione concomitante fa sì che le rocce comincino ad allontanarsi dal punto di fusione: il loro comportamento torna ad essere caratterizzato da rigidità crescente fino alla discontinuità di Gutenberg.

- Mesosfera : strato formato dal mantello al

di sotto dell’astenosfera. Il princio di isostasia La Moho definisce spessori di crosta che variano considerevolmente: sottili sotto gli oceani, spessi sotto i continenti. Ciò significa che le aree meno elevate sono anche quelle dove la crosta è più sottile, mentre le aree più rilevate, sono caratterizzate da uno spessore maggiore. Per il principio di Archimede, un corpo immerso in acqua riceve una spinta idrostatica verso l'alto tanto maggiore quanto maggiore è il volume d'acqua spostato. Ciò vuol dire che, se il corpo è più immerso, sposta più acqua e quindi può emergere maggiormente. Il Principio di isostasia afferma che i blocchi crostali galleggiano sul materiale sottostante a causa di una spinta analoga a quella idrostatica. I blocchi di crosta e il mantello si trovano normalmente in uno stato di equilibrio, che prende il nome di equilibrio isostatico. Per il principio di Isostasia quindi, le parti più rilevate sono anche più sprofondate negli strati sottostanti. Per effetto dell'erosione le aree montuose si alleggeriscono, mentre per effetto della sedimentazione i bacini si appesantiscono. Un nuovo equilibrio isostatico è raggiunto con movimenti verticali, verso l'alto nelle aree montuose e verso il basso in quelle dei bacini di sedimentazione. Geoterma (p108) Geoterma è la curva che rappresenta l'andamento della temperatura all'interno del pianeta. Poiché il mantello è allo stato solido, la temperatura deve essere sempre inferiore a quella di fusione. Pertanto la geoterma è al di sotto della curva del punto di fusione delle rocce del mantello. Poiché il nucleo esterno è allo stato liquido, la temperatura deve essere superiore a quella di fusione. Pertanto la geoterma è al di sopra del punto di fusione della lega ferrosa.