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SCIENZE DELLA TERRA
La terra è rocciosa, ha tre strati: crosta, mantello e nucleo. La terra a 4,5 miliardi di anni e inizialmente era una “sfera di materiali” e il nucleo era caldo e fuso. Il nucleo ha tre sorgenti di calore: la gravità, infatti i materiali più pesanti vanno verso il centro (nichel e ferro), la radioattività, infatti sono presenti diversi materiali radioattivi che creano molto calore (Uranio e Torio) e infine l’impatto meteorico, trasferimento di energia in forma cinetica. Il nucleo irradia fonti di calore che hanno indebolito il mantello. La terra scalda l’atmosfera, infatti arrivano i raggi ultravioletti arrivano dall’esterno dell’atmosfera e vengono irradiati raggi, che escono dall’atmosfera, creando l’effetto serra. Un processo geologico è l’effetto di più fenomeni che produce rocce:
- Processo magmatico – processo endogeno, ovvero interno alla terra
- Processo metamorfico – processo endogeno
- Processo sedimentario – processo esogeno, ovvero che dipende da fattori esterni (es: clima)
PROCESSO MAGMATICO
I principali costituenti di questo processo sono:
- Lava/magma – il magma è più propriamente un fuso magmatico costituito principalmente da minerali di vario tipo detti silicati. Il maga si forma in alcune parti del mantello e può solidificare all’interno o all’esterno
- Silicati – costituiscono il 90% della crosta
- (^) Rocce magmatiche –possono essere di due tipi: ignee e eruttive
Il silicio è un non metallo del quarto gruppo sotto al carbonio, si accoppia con l’ossigeno ed è il costituente principale dei silicati.
(SiO 4 ) -
Ha quattro elettroni da accoppiare e la struttura basa è il tetraedro silicio-ossigeno, che non esiste in natura ed è insaturo, perché l’ossigeno deve legare gli elettroni attraverso dei ponti metallici. Gli elettroni hanno due tipi di legami:
- Diretto ossigeno-ossigeno
- Ponti metallici –ossigeno si lega ai metalli
Nesosilicati – silicati a isola
- Sono una combinazione di tetraedri isolati
- Ha quattro ponti metallici con Fe e Mg
- Ha una struttura flessibile
- Il nesosilicato più rappresentativo è l’ olivina – minerale tipico delle rocce terrestri
(SiO 4 ) -
Inosilicati – silicati a catena doppia
- Tetraedri a catena singola
- Ponti metallici con Fe e MG
- Struttura rigida
- Inosilicati più rappresentativi – pirosseni
(SiO 3 )-
Inosilicati a catena doppia
- sono tetraedri a catena doppia
- Ha ponti metallici con Ca, Fe e MG
- I più rappresentativi – anfiboli
Fillosilicati
- Silicati femici – nera o biotite, sono scuri e basici. Hanno meno silicio (olivina, pirosseni e anfiboli). Sono il basalto e il gabbro
- Silicati sialici – bianca o muscovite, sono chiari, acidi e hanno più silicio. (quarzo, moscovite, ortoclasio, albite). Sono il granito e la riolite.
- Tetraedri che condividono tre vertici
- Hanno ponti metallici con Fe, Mg. Al, K e Na
Tectosilicati
- Tetraedri che condividono tuti quatto vertici
- Sono di due tipi: contengono solo Si e O e non hanno ponti metallici (quarzo)
- Sono di due tipi: contengono solo Si e O e non hanno ponti metallici, quarzo
- Feldspati – Al prende il posto di Si, ha solo tre cariche positive, manca un legame che crea un squilibrio
- Plagioclasi – Anortite (Ca) e Albite (Na)
- K-feldspati – Ortoclasio (K)
- I feldspati e il quarzo sono i minerali più abbondanti nella crosta
Il processo magmatico è frutto della cristallizzazione del fuso silicato mediante la diminuzione della temperatura e della pressione. La cristallizzazione può essere continua e discontinua.
Cristallizzazione discontinua Cristallizzazione continua 1200°C – cristalli di olivina 1110°C – pirosseni e olivina 1000°C – anfiboli, pirosseni e olivina diminuiscono 900°C – anfiboli e biotite , no olivina 800°C – biotite, muscovite, ortoclasio, no pirosseni 700°C – muscovite, ortoclasio e quarzo, no anfiboli
Avviene con i plagioclasi 1200°C – formazione anortite (Ca) 800°C – albite (Na) + anortite
Le rocce magmatiche sono di due tipi: intrusive ed effusive. Rocce intrusive – si formano sotto la superficie nelle camere magmatiche dove ristagna il magma che cristallizzando forma le rocce intrusive. Hanno una struttura equigranulare con cristalli della stessa dimensione.
Rocce effusive –il magma esce dalla camera magmatica tramite alcune fuoriuscite e le rocce si formano all’esterno. Hanno una struttura porfirica con cristalli di diverse dimensioni. Fenocristalli (grandi) che si formano prima e la pasta di fondo che si formano dopo.
(SiO2 (SiO2.5 (SiO5.5 ) ) ) -1 -
PROCESSO SEDIMENTARIO
La sedimentazione avviene tramite un processo che i compone delle seguenti fasi:
1. Degradazione fisico-chimica
2. Erosione
3. Trasporto
4. Sedimentazione
5. Diagenesi – sedimentazione della sabbia, diventa più dura (arenaria, cementato)
DEGRADAZIONE FISICO-CHIMICA
Per quanto riguarda la degradazione, tutte le rocce sono soggette a cambiamenti che ne modificano le caratteristiche e ciò avviene quando si trovano in condizioni fisico-chimiche radicalmente diverse. Perciò le rocce cominciano ad indebolirsi in tempi geologici Disgregazione (modificazione dello stato) chimica diversa dall’alterazione chimica. La temperatura ha un ruolo fondamentale – CRIOCLASTISMO – dovuto dalla solidificazione dell’acqua nelle fratture delle rocce, frammentazione che avviene a causa del ghiaccio. Forze meccaniche: - Azione Radicale – tipica delle radici delle piante in grado di rompere le rocce
- Uomo
- Consumo suolo – viene utilizzato ciò per cui l’ha predisposto
ALTERAZIONE CHIMICA – agenti chimici più importanti:
- Ossigeno – si tratta di u agente aggressivo come l’acqua. Ossigeno e ferro sono importanti in natura, si forma il solfuro di ferro (FeO; FeS) pirite ; dove c’è molto ossigeno (FeO 3 ; FeO 2 ) si formano minerali ossidi come la magnetite, limonite e ematite. Queste ultime tendono a formarsi nelle zone superficiali
- Acqua e sostanze in essa disciolte – acqua bagna le rocce bagnamento , se temperatura inferiore allo 0 crioclastismo Idratazione – quando le particelle di acqua entrano in altre particelle di acqua. Es anidride (senza H 2 O); CaSO 4 – solfato di calcio; alcune molecole di acqua possono entrare formazione del gesso (CaSO 4 · (H 2 O) – più fragile Soluzione – scioglimento, portare in soluzione dei sali (con poche cariche elettriche), grazie alla sua costante di dielettrica l’acqua diventa più aggressiva e traduce il grado di polarità della molecola. L’acqua tende a sciogliere i sali, ad esempio il cloruro di Sodio (NaCl) mentre fa più fatica a sciogliere il carbonato di calcio (CaCo 3 ). Anche gli organismi viventi possono partecipare alla degradazione delle rocce, più alto è il grado di costante dielettrica, più si sciolgono i minerali. Anche le piogge acide causano il deterioramento perché nitrati e solfati, ovvero ossidi non metalli (zolfo e azoto) che combinandosi con l’acqua danno origine alle piogge acide. Esse si verificano nelle zone più industrializzate. L’acidificazione dell’acqua avviene quando la pressione è maggiore, mentre la temperatura è minore.
H 2 O + CO 2 (acqua acidificata da anidride carbonica) H 2 CO 3 (acido carbonico) ↔ H+^ +H 2 O 3 -
Idrolisi – è una complessa reazione chimica di alterazione dei silicati ad opera dell’acqua. L’ortoclasio è un K-Feldspato (KAlSi 3 O 8 ) e i n ambienti caldi avviene l’idrolisi e si forma così KOH (parte cationica) + HALSiO 4 (parte anionica) che da origine alle argille.
ARGILLE
Le argille sono sostanze colloidali , i colloidi hanno la capacità di flocculale, quando flocculano. I collodi sono nello stato di sol, mentre quando si stabilizzando, sono nello stato di gel. Colloidali sono fillosilicati di origine secondaria, non sono sottoposti alla forza di gravità e hanno cariche negative. Le argille sono rocce sedimentarie possono essere di due tipi:
- Caolinite – formate da due strati: uno di alluminio e l’altro di silicio
- Montmorillonite – formato da tre strati, uno di silicio, uno di alluminio e l’altro ancora di silicio Le argille sono fillosilicati di origine secondaria, perché derivati dall’idrolisi di silicati (F-feldspato), inoltre le argille possono essere pericolose quando assorbono l’acqua, perché tendono a franare. L’argilla più pericolosa è la montmorillonite. Le argille sono anche utili per lo smantellamento dei liquami perché assorbono tutto.
EROSIONE
L’erosione è considerata un’azione fisico-chimica ed è il fenomeno ambientale ad opera di agenti atmosferici quali vento, acqua, ghiaccio o per effetto di movimenti gravitativi o di organismi viventi. I frammenti di diverse dimensioni in cui vengono disgregate le rocce possono depositarsi sul posto, o come più spesso accade, essere trasportati altrove da diversi agenti di trasporto come: le piogge, i ghiacciai, i fiumi, il vento e la forza di gravità. Le zone della superficie terrestre in cui si accumulano i sedimenti, dette ambienti di sedimentazione, sono numerose e possono essere raggruppate in ambienti continentali, di transizione e marini. Ciascuno di questi ambienti è caratterizzato da particolari tipi di sedimenti. EROSIONE-TRANSPORTO-SEDIMENTAZIONE sono sottoposti a forze agenti e forze resistenti. Le forze agenti sono l’acqua, il clima, vento, ghiaccio, le forze resistenti si riferiscono a materiali integri come massi enormi. Le forze agenti prevale nell’alterazione fisico-chimica del terreno e anche nella resistenza delle rocce. Durante l’erosione la forza agente è maggiore della forza resistente.
TRANSPORTO
Durante questo processo la forza agente è maggiore della forza resistente
SEDIMENTAZIONE
Durante questo processo, invece, la forza agente è minore dalla forza resistente
DIAGENESI
L'accumularsi di frammenti di diverse dimensioni in vari ambienti porta alla formazione di sedimenti sciolti, incoerenti; la trasformazione di questi in rocce compatte, coerenti, avviene per mezzo della diagenesi, fenomeno molto complesso, che si compie in un arco di tempo lunghissimo e che dipende da molti fattori, tra i quali la natura dei sedimenti, l'ambiente di sedimentazione, la pressione degli strati sovrastanti, la temperatura e la profondità degli strati. Durante la diagenesi avvengono la compattazione e la cementazione dei sedimenti. Questo processo è potenziale, può infatti non esserci. La diagenesi è composta da costipamento , schiacciamento per far uscire l’acqua, e da cementazione, acqua unita a sostanze che cementano CaCO (^3) (carbonato di calcio) e SiO 2 (cemento siliceo)
CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE SEDIMENTARIE
1. DETRITICHE O CLASTICHE
2. CHIMICHE
3. ORGANOGENE
4. PIROCLASTICHE
ROCCE CLASTICHE – Si formano per la sedimentazione dei clasti, cioè frammenti di varie grandezze che
derivano dalla degradazione di rocce affioranti sulle superficie terrestre. Queste rocce possono essere:
SCIOLTE CEMENTATATE
- Ghiaia o Pietrisco
- Sabbia – Composta da granuli visibile a occhi nudi
- Limo – minuscola non colloidale
- Argilla – colloidale non minuscola
- Conglomerato – cementazione di natura calcarea
- Arenaria – sono formate per la sedimentazione di piccoli frammenti di sabbie, es: arenaria verde della Val d’Aveto
- (^) Marna – limo e argilla cementata, dalla marna nasce il calcare. -Se ha più cemento è calcareo -Se ha più argilla è marnoso
Calcare è una roccia sedimentaria , che deriva dalla sedimentazione del carbonato di calcio, è rappresentato dal minerale dal minerale calcite.
La lava eruttata è una lava acida, quindi più ricca di silice, è più spessa e viscosa, solitamente è già solida quando fuoriesce. È in grado di trattenere molto gas, che solo dopo la rottura del tappo che avviene all’aumentare della pressione, fuoriescono anche i materiali interni. L’ostruzione dei pezzi, detta piroclasti, viene frantumata. In questo momento possono uscire anche ceneri inglobate dai gas che sdanno origine alla nube ardente. Questo tipo di eruzioni sono molto pericolose e mortali.
LA SISMICA
I terremoti, o sismi, sono una serie di rapide oscillazioni del terreno causate dal movimento delle placche terrestri. Tutto inizio dall’ipocentro, solitamente situato in profondità, le onde sismiche si propagano poi in tutte le direzioni. Il punto situato sulla superficie sulla verticale dell’ipocentro viene chiamato epicentro. I movimenti del suolo sono descritti come ondulatori e sussultori a seconda che siano provocati da onde sismiche a bassa o alta frequenza. TEORIA DEL RIMBALZO ELASTICO – in base a tale modello roccioso sottoposto ad uno sforzo, risponde in modo elastico deformandosi. Al cessare dello sforzo cessa il processo di deformazione e il corpo restituisce quasi immediatamente l’energia accumulata riprendendo la forma iniziale. Quando viene superato il valore massimo, il corpo roccioso non risponde più elasticamente ma si rompe lungo un piano di faglia (zona di debolezza). Questa teoria fa ricondurre la maggior parte dei terremoti alle faglie che si formano o si riattivano nella litosfera. Tale meccanismo però non è l’unico possibile, infatti una piccola percentuale di terremoti può avere origine vulcanica.
TRE FASI SISMICHE
- PRESISMICA – l’energia si accumula
- COSISMICA – la struttura si rompo e si formano le faglie (spaccature)
- POST-SISMICA – il materiale si stabilizza
- INTER-SISIMICA – tra il post e il pre
TIPI DI ONDE: Onde primarie o a compressione: sono le onde che si propagano più rapidamente e sono le prime ad esser avvertite e registrate dai sismografi (hanno una velocità di 4/8 km/s). La roccia oscilla avanti e indietro nella stessa direzione di propagazione dell’onda. Onde di taglio o secondarie: sono onde molto più lenti rispetto alle precedenti (2/4 km/s), la loro velocità è in funzione della rigidità e della densità del materiale in cui si propagano. Le ondo di taglio spesso non vengono trasmesse dal materiale del nucleo terrestre.
SCALE DI MISURA Lo strumento utilizzato per misurare le scosse è il sismografo , che sfrutta anche il principio di inerzia.
