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scienze della terra

geologia strutturale

La Terra è in continuo movimento e questo provoca delle deformazioni nelle rocce, cioè fa sì che possano cambiare forma. Le rocce subiscono queste deformazioni quando vengono sottoposte a delle forze chiamate sollecitazioni. Le rocce possono reagire in tre modi diversi:  ELASTICAMENTE → si deformano ma, quando la forza finisce, tornano come prima.  PLASTICAMENTE (o in modo DUTTILE) → si deformano in modo permanente e non tornano più come erano.  ROMPENDOSI → se la forza è troppo forte, la roccia si spezza. La reazione di una roccia dipende da alcuni fattori importanti:  TIPO DI ROCCIA: alcune rocce sono più resistenti, altre più deboli.  PRESSIONE: se la pressione è alta, le rocce tendono a piegarsi invece di rompersi.  TEMPERATURA: temperature alte rendono le rocce più morbide, quindi si piegano più facilmente.  PRESENZA DI ACQUA: l’acqua indebolisce le rocce e le rende più facili da deformare. Quando una roccia si rompe, può formare:  FRATTURE (o diaclasi): sono delle semplici crepe, ma i blocchi di roccia non si spostano.  FAGLIE: sono rotture in cui i blocchi di roccia si muovono. Ci sono tre tipi di faglie:

1. FAGLIA NORMALE (o diretta): un blocco scivola verso il basso rispetto all’altro, perché le rocce vengono tirate (forze di trazione).
2. FAGLIA INVERSA: un blocco sale sopra l’altro, perché le rocce vengono schiacciate (forze di compressione).
3. FAGLIA TRASCORRENTE: i blocchi scorrono lateralmente uno accanto all’altro, lungo un piano verticale o quasi verticale.

i terremoti

I terremoti sono improvvise vibrazioni del terreno, causate dal rilascio di energia accumulata nel sottosuolo. Questa energia si libera in parte sotto forma di calore e in parte sotto forma di onde sismiche. Il movimento delle placche tettoniche è la causa principale dei terremoti, ma possono verificarsi anche per altri motivi e si distin guono in:  TERREMOTI TETTONICI → sono i più comuni e avvengono quando le rocce si rompono lungo le faglie, a causa della tensione accumulata dai movimenti delle placche.  TERREMOTI VULCANICI→ si verificano vicino ai vulcani e sono causati dal movimento del magma.  TERREMOTI DI SPROFONDAMENTO E DI ASSESTAMENTO → possono avvenire a causa del crollo di grotte sotterranee, frane o esplosioni artificiali. LA TEORIA DEL RIMBALZO ELASTICO spiega che le rocce si comportano come molle: si deformano fino a un punto critico e poi si rompono, rilasciando energia. Il punto di rottura in profondità si chiama IPOCENTRO, mentre il punto sulla superficie terrestre direttamente sopra di esso è L’EPICENTRO. Da qui si propagano le ONDE SISMICHE, che si suddividono in:  onde P → sono le più veloci e si propagano comprimendo e decomprimendo i materiali attraversati;  onde s → sono più lente e sono caratterizzate da oscillazioni perpendicolari alla direzione di propagazione;  onde superficiali → si formano quando le onde P e S raggiungono la superficie e sono le più distruttive. sono di due tipi:

1. ONDE DI RAYLEIGH: generano movimenti ellittici delle particelle del materiale attraversato dall’onda in piani orientati nella stessa direzione di propagazione dell’onda
2. ONDE DI LOVE: provocano movimenti trasversali e perpendicolari alla direzione di propagazione dell’onda La velocità delle onde P e S cambia a seconda della densità e dello stato fisico dei materiali attraversati, permettendo di studiare l’interno della Terra e individuare le superfici di discontinuità tra gli strati interni del pianeta. I SISMOGRAFI registrano i movimenti del suolo e sono composti da:  un supporto fisso collegato al terreno:  una massa sospesa che resta ferma per inerzia;  un pennino attaccato a una molla che traccia su un rullo rotante le oscillazioni del terreno. Il tracciato risultante è il SISMOGRAMMA, che registra l’arrivo delle onde sismiche e aiuta a calcolare la MAGNITUDO del terremoto → direttamente proporzionale all’energia liberata.

si può calcolare misurando l’ampiezza massima (A) delle onde sismiche registrate in una qualsiasi stazione di rilev amento e mettendola a confronto con un’ampiezza standard (A0 ). M= 𝐥𝐨𝐠𝟏𝟎( 𝑨 𝑨𝟎^ ) La SCALA RICHTER misura la magnitudo, ovvero l’energia liberata dal sisma, analizzando le oscillazioni registrate dal sismografo, mentre la SCALA MERCALLI valuta l’intensità del sisma basandosi sugli effetti su persone, edifici e ambiente. Le ISOSISME sono linee sulle mappe che collegano i punti in cui il terremoto ha avuto la stessa intensità e aiutano a capire come si propagano le onde sismiche in una determinata area. La PERICOLOSITÀ SISMICA rappresenta la probabilità che un terremoto avvenga in una zona specifica in un certo periodo, mentre la VULNERABILITÀ SISMICA indica la fragilità degli edifici e infrastrutture in caso di sisma. L’ESPOSIZIONE SISMICA tiene conto del numero di persone e beni in un’area a rischio e il RISCHIO SISMICO è il risultato del prodotto tra pericolosità, vulnerabilità ed esposizione. Poiché i terremoti non possono essere previsti con precisione, si utilizzano due approcci:

1. la PREVISIONE DETERMINISTICA → cerca di individuare segnali premonitori come piccole scosse o variazioni nei gas sotterranei;
2. la PREVISIONE STATISTICA → analizza i terremoti passati in una certa area per stimare la probabilità di un nuovo evento. Poiché i terremoti non possono essere evitati, la PREVENZIONE è fondamentale. I terremoti sono più frequenti lungo i margini delle placche tettoniche e le zone più colpite includono la cintura di fuoco del Pacifico, che comprende Giappone, California e Su d America, la faglia di San Andreas in California e la zona mediterranea, che coinvolge Italia, Grecia e Turchia.

Il nucleo è la porzione più interna della Terra ed è composto principalmente da ferro e nichel. È diviso in due parti:  Nucleo esterno: è allo stato liquido. Il suo movimento è fondamentale per la generazione del campo magnetico terrestre.  Nucleo interno: è solido a causa delle altissime pressioni che impediscono la fusione del ferro. Dal punto di vista meccanico, la Terra è suddivisa in tre strati principali:  Litosfera: comprende la crosta e la parte superiore del mantello ed è rigida. È suddivisa in placche tettoniche che si muovono grazie alla sottostante astenosfera.  Astenosfera: situata nel mantello superiore, è parzialmente fusa e permette il movimento delle placche litosferiche.  Mesosfera: si estende dalla fine dell’astenosfera fino al nucleo, ed è caratterizzata da materiali ad altissima pressione e temperatura, che si comportano in modo più rigido rispetto all’astenosfera. La crosta terrestre è soggetta a movimenti verticali, noti come movimenti isostatici, che avvengono per compensare variazioni di massa sulla superficie. La teoria isostatica spiega questi fenomeni attraverso due principali ipotesi:  IPOTESI DI PRATT: le variazioni di altitudine sono dovute a differenze di densità. Le aree montuose sono costituite da materiali meno densi rispetto alle zone più basse.  IPOTESI DI AIRY: la crosta ha una densità uniforme, ma uno spessore variabile. Le montagne affondano più in profondità nel mantello, come un iceberg galleggiante sull’acqua. Le correnti convettive sono movimenti circolari del materiale nel mantello terrestre, causati dalle differenze di temperatura e densità. Si tratta di un processo fondamentale per la dinamica interna della Terra e per fenomeni come la tettonica delle placche. → Il calore interno della Terra riscalda il materiale del mantello inferiore, che diventa meno denso e tende a salire verso la superficie. Una volta raggiunte le zone più fredde della litosfera, il materiale si raffredda, aumenta la densità e sprofonda nuovamente. Questo ciclo continuo genera il movimento delle placche litosferiche.  Deriva dei continenti: il movimento delle placche continentali è guidato dalle correnti convettive.  Attività vulcanica e sismica: le aree dove il mantello caldo risale sono spesso caratterizzate da vulcani e terremoti, come le dorsali oceaniche.  Formazione di catene montuose: nelle zone di subduzione, il materiale che sprofonda contribuisce alla formazione di montagne.

Il calore interno della Terra ha due origini principali:

1. Calore primordiale → proviene dalla formazione del pianeta, quando materiali in collisione hanno rilasciato enormi quantità di energia.
2. Calore da decadimento radioattivo → elementi come uranio (U), torio (Th) e potassio (K) presenti nel mantello e nella crosta subiscono il decadimento radioattivo, rilasciando energia sotto forma di calore. Il calore terrestre non è distribuito in modo uniforme. Le aree con maggiore attività geologica (come le dorsali oceaniche o le zone vulcaniche) sono caratterizzate da una maggiore fuoriuscita di calore rispetto alle zone più stabili. Il flusso di calore terrestre è il calore che dall'interno della Terra risale fino alla superficie. Questo calore è molto importante perché fa muovere le placche tettoniche, alimenta i vulcani e influisce sui terremoti. L'origine del calore interno della Terra viene da due fonti principali:
3. IL CALORE PRIMORDIALE, che è il calore rimasto dalla formazione del pianeta, avvenuta miliardi di anni fa.
4. IL DECADIMENTO RADIOATTIVO, cioè la trasformazione di alcuni elementi come uranio, torio e potassio, che rilasciano calore. Il calore si sposta dall'interno all'esterno attraverso tre modi:  Conduzione, che è il passaggio del calore attraverso i materiali solidi, come le rocce della crosta.  Convezione, che avviene nel mantello e fa muovere le placche grazie a grandi correnti di materiale caldo che sale e freddo che scende.  Advezione, che è il trasporto del calore attraverso fluidi in movimento, come il magma nei vulcani o l’acqua calda delle sorgenti termali. Il flusso di calore è più forte nelle zone vulcaniche e nelle dorsali oceaniche, mentre è più debole nelle aree continentali più antiche. Il campo magnetico terrestre è generato dai moti convettivi del ferro fuso nel nucleo esterno, che creano un effetto dinamo. Il campo magnetico può essere misurato attraverso strumenti come il magnetometro e la sua intensità varia nel tempo. Inoltre, studi sulle inversioni magnetiche nei fondali oceanici hanno confermato che il campo magnetico terrestre si è invertito più volte nel corso della storia geologica. Le principali ipotesi sulla sua origine sono:  IPOTESI DELLA DINAMO AUTOECCITATA: il movimento del ferro liquido nel nucleo esterno genera correnti elettriche, che a loro volta producono il campo magnetico.  IPOTESI DELLA CONVEZIONE MAGNETOIDRODINAMICA: spiega che il campo magnetico si forma grazie alla combinazione di moti convettivi e rotazione terrestre.

Studi successivi hanno rivelato che il fondale oceanico non è piatto, ma presenta diverse strutture geologiche importanti:  : lunghe catene montuose sottomarine dove il magma risale e crea nuova crosta oceanica. un esempio è la dorsale medio-atlantica.  : depressioni molto profonde che si formano quando una placca oceanica sprofonda sotto un’altra (subduzione).  : la parte sommersa del continente che si estende dolcemente sotto il mare fino a una certa profondità.  : il punto in cui la piattaforma continentale termina con una brusca pendenza verso il fondo oceanico.  : sinonimo di piattaforma continentale, rappresenta la zona sommersa che circonda i continenti.  : vaste aree piatte del fondo oceanico, tra le dorsali e le fosse.  : montagne sottomarine di origine vulcanica che non emergono dall'acqua.  : montagne sottomarine con la cima piatta, formate dall’erosione di antiche isole vulcaniche. La scoperta della morfologia oceanica è stata resa possibile grazie all’uso del , uno strumento che in origine veniva utilizzato in ambito militare per individuare i sottomarini durante la guerra. Con questa tecnologia, gli scienziati hanno potuto mappare il fondale oceanico e scoprire le sue principali strutture. Questo ha confermato la teoria della tettonica delle placche, che spiega il movimento della crosta terrestre e la continua formazione e distruzione del fondale oceanico. Nel 1962 l’americano Hess ipotizzò che le dorsali fossero grandi fratture, in corrispondenza di moti ascensionali del mantello, dalle quali fuoriesce materiale magmatico che va a creare nuova crosta oceanica. Poiché le dimensioni della Terra restano costanti, ipotizzò l’esistenza di zone (fosse oceaniche) in cui la crosta più antica fosse re-inglobata nel mantello. Tale fenomeno prende il nome di subduzione. La teoria offre una spiegazione dell’instabilità che si osserva nelle aree della crosta prossima alle dorsali, dove si originano molti terremoti e intense attività vulcaniche. Formulata per spiegare le caratteristiche dei fondali oceanici, la teoria di H.H. Hess ha trovato conferma definitiva nello studio del paleomagnetismo delle anomalie magnetiche rilevate su tutti i fondali con estrema regolarità e simmetria. Alcune rocce ricche di minerali ferrosi (magnetite), possiedono una suscettibilità magnetica, ovvero la capacità di acquistare una magnetizzazione permanente che ha la stessa direzione del campo magnetico esistente nell’atto del loro consolidamento. Le rocce che si solidificarono migliaia o anche milioni di anni fa conservano così una “registrazione” della posizione dei poli magnetici terrestri al tempo della loro formazione e per questo motivo hanno un magnetismo fossile o paleomagnetismo.

All’inizio degli anni ‘50 si osservò che rocce della stessa età, in continenti diversi, variavano in polarità magnetica, come se nello stesso momento fossero stati presenti sulla Terra vari assi magnetici. Osservando inoltre la magnetizzazione di rocce di età successiva nella stessa regione risultò evidente una variazione della direzione del polo nord magnetico. Dai dati ricavati dalle rocce del Nord-America e dalle rocce europee, si sono potute tracciare due curve distinte che rappresentano il percorso apparente seguito dal polo nord magnetico negli ultimi 600 milioni di anni e per interpretare questi dati sono possibili 2 alternative: o sono i continenti a migrare oppure migrano i poli mentre rimangono fissi i continenti. Per la coincidenza d’improbabili condizioni fisiche che si dovrebbero presupporre nel caso di un’effettiva migrazione dei poli magnetici, la sola alternativa possibile rimane quella della deriva dei continenti. Appare infatti più probabile che i due continenti in questione, originariamente uniti, si siano allontanati nel tempo fino alla posizione attuale e ad avvalorare questa tesi, vi è l’osservazione che i due percorsi di migrazione presentano andamenti similari se non del tutto sovrapponibili. Studi sul paleomagnetismo hanno evidenziato che nel corso della storia della Terra la posizione dei poli magnetici si è invertita più volte, e dal momento che è impossibile che le rocce invertano da sole il proprio magnetismo, si può concludere che il campo magnetico terrestre inverte la sua polarità. Le cause di questa inversione sembrano dipendere da variazioni d’intensità del campo. Le rocce che presentano direzione di magnetizzazione uguale a quella del campo magnetico attuale sono dette a POLARITÀ NORMALE. Le rocce che presentano direzione di magnetizzazione opposta a quella del campo magnetico attuale, sono dette a POLARITÀ INVERSA Utilizzando metodi radiometrici, è stato possibile costruire una SCALA PALEOMAGNETICA nella quale si distinguono 4 lunghi intervalli di tempo definiti EPOCHE DI POLARITÀ, al cui interno sono stati riconosciuti brevi periodi di cambiamento di polarità detti EVENTI DI POLARITÀ. Nel 1963 i geofisici inglesi Vine e Mathews supposero che la lava basaltica, uscendo dalla fenditura centrale delle dorsali, si magnetizzasse durante il raffreddamento. Secondo la teoria di Hess, man mano che nuovo materiale viene aggiunto lungo la dorsale, le lave solidificate, e già magnetizzate sono allontanate dalla rift valley. Dopo un certo periodo dunque il fondo oceanico risulta costituito da bande a magnetizzazione sia normale sia inversa rispetto alla rift valley. La rift valley viene interrotta da delle zone di frattura che rompono la linearità e la continuità dell’asse delle dorsali: questi siti prendono il nome di faglie trasformi (non hanno superficie piana) e sono costituite da zone, altamente sismiche, di scorrimento relativo e opposto di flussi di lava fuoriuscenti da due tronconi di dorsali.

Nel tentativo di spiegare qual è il meccanismo che aziona il moto di deriva delle placche, le loro scissioni e le loro collisioni, sono state formulate diverse ipotesi:  → Alcuni ritengono che alla radice del movimento vi sia una disomogenea distribuzione del calore all’interno della Terra che provoca la formazione di grandi celle convettive nel mantello.  → la placca migra verso le dorsali quando subduce nel mantello.  → Sono aree oceaniche o continentali con un flusso termico particolarmente elevato, nelle quali si verifica un’emissione di lava basaltica proveniente dal mantello profondo. In corrispondenza di essi s’innalzano formazioni vulcaniche generate da giganteschi pennacchi, colonne di materiale magmatico caldo, che con il loro movimento ascensionale inarcano la crosta formando gli apparati eruttivi. Questo modello spiegherebbe la struttura discontinua delle placche, la presenza delle faglie trasformi ed il loro andamento parallelo al movimento di placca. Nonostante le intense ricerche tuttora in atto, la soluzione completa ed univoca del problema sfugge ancora, ma, forse, si può già concludere che il movimento globale delle placche potrebbe essere dovuto ad una o più combinazioni dei vari meccanismi proposti.