formazione e struttura

Cap 1 La Terra: formazione e struttura
Stiamo per conoscere il pianeta Terra, un pianeta in cui viviamo e che
condividiamo con decine di milioni di specie viventi. È un pianeta unico
nell’ambito del Sistema Solare che con condizioni che lo rendono adatto alla vita
pluricellulare (non sappiamo se in altri pianeti o satelliti del sistema solare esista
la vita ma sicuramente non mi aspetto di trovare un animale complesso come
una lumaca). La presenza di acqua in tutti e tre gli stadi di aggregazione, la
composizione atmosferica e le dinamiche crostali lo rendono unico.
1.1 Le sfere Terrestri
L’aria che avvolge la Terra forma l’atmosfera
Fig.1
L’insieme di tutte le terre emerse e sommerse fino a qualche km di profondità
forma la litosfera (litos roccia
I laghi, i fiumi, i ghiacciai e i mari formano l’idrosfera idro acqua
Atmosfera, litosfera e idrosfera nel loro insieme costituiscono la biosfera (bios =
vita)
1.2 Gaia
La Terra è chiamata anche Gaia dal greco Gea. Fino al 1500 si riteneva che fosse Fig. 2
al centro dell'universo secondo il modello geocentrico (fig. 2); poi grazie a
Copernico, Galileo Keplero e Newton si affermò il modello eliocentrico (fig. 3).
Vista dallo spazio la Terra appare come un ellissoide rigonfio all'equatore e
schiacciato ai poli, per le irregolarità questo ellissoide viene chiamato Geoide (fig.
4)
1.3 Le misure della Terra
Raggio Equatoriale
6378 Km
Raggio Polare
6357 Km
Circonferenza equatoriale
40076 Km
Massa
5,98 1024 Kg
Superficie
5,101 108 Km2
Volume
1,083 1012 Km3
Densità media
5,5 g/cm3
Gravità
9,81 m/s2
Fig. 3
Fig. 4
1.4 La storia della Terra
Circa 5 G.y. una nebulosa veniva investita dall'onda d'urto di una supernova.
Inizia così il collasso che porterà la nube a formare una stella di media grandezza.
Alla sua nascita la stella ripulirà lo spazio intorno espellendo tutti gli elementi
volatili dalle sue vicinanze.
Intorno alla stella sono rimasti a questo punto solo gli elementi meno volatili
pertanto i planetesimi (i corpi solidi a partire dai quali, per aggregazione, si sono
formati i pianeti) si che si trovavano nelle sue vicinanze avevano perciò una
composizione ricca di silicati metallici. I nuclei si materia che si sono formati nelle
vicinanze del Sole hanno attratto questo tipo di materiale per cui i 4 pianeti vicino
Fig. 5
al sole hanno un'elevata densità. Il bombardamento meteorico ha liberato su
questi pianeti una grande quantità di energia che ha portato ad un aumento di
massa e temperatura (fig. 5).
1.4.1 La differenziazione gravitazionale della Terra
Il fronte d'urto della supernova ha arricchito il materiale di elementi radioattivi (le
stelle hanno la capacita di sintetizzare elementi chimici, in particolare, nelle
esplosioni di supernova, si sintetizzano gli elementi più pesanti del ferro fra cui gli
elementi radioattivi) il cui decadimento ha ulteriormente aumentato la
temperatura portandola ad un valore prossimo ai 1000°C.
Questa situazione ha favorito la differenziazione gravitazionale dei materiali con i
composti più pesanti che si sono raccolti verso il centro del pianeta formando un Fig. 6
nucleo di ferro e nichel.
Sopra al nucleo si andarono ad addensarsi i minerali silicatici più pesanti mentre
più in superficie si sono concentrati i silicati contenenti calcio, alluminio e altri
componenti più leggeri.
Il vapore acqueo liberato dalla Terra andò a formare il primo nucleo della sua
atmosfera insieme ad altri gas quali metano, ammoniaca
Fig. 7
1.4.2 La formazione della Luna
Quando il pianeta si trovava in queste dimensioni subì l'urto radente di un corpo
delle dimensioni di Marte. Da questo evento, avvenuto dopo circa 20 M.y. dalla
formazione del pianeta, si originò la Luna la cui formazione è avvenuta in un
tempo relativamente breve (fig. 6)
1.4.3 La formazione della crosta terrestre
La superficie del pianeta si è raffreddata rapidamente ma data la sua sottigliezza Fig. 8
era soggetta a continue fratture dovute ai moti convettivi del materiale
sottostante. Si formò così la prima crosta e le prime zolle crostali con un intenso
vulcanismo (fig. 7)
1.4.4 La formazione degli oceani
Al vapore acqueo eruttato dai vulcani si è aggiunto il contributo di acqua
apportato dalla caduta delle comete sulla superficie del pianeta. Data la Fig. 9
temperatura elevata questa acqua si trovava sotto forma si vapore per cui si
formò una densa atmosfera. Quando la temperatura superficiale scese sotto i
100°C si ebbero le prime piogge e la formazione dei primi oceani (fig. 8)
1.4.5 La nascita della vita
L'atmosfera di questo periodo era poco adatta alla vita come la conosciamo noi
ma aveva una composizione ideale per consentire la formazione dei composti
organici precursori della vita.
Fig. 10 Stromatolite,
L'evoluzione di queste molecole negli oceani primordiali portò prima alla cianoficea fotosintetica
formazione di molecole autoreplicanti e infine la selezione di queste molecole
portò alla nascita dei primi organismi viventi (fig. 9)
1.4.6 la comparsa dell’ossigeno
La vita vide la sua comparsa fra 3,9 e 3,5 G.y. e molto presto produsse organismi
in grado di produrre ossigeno a seguito delle attività fotosintetiche da essi svolta
(fig. 10)
L'ossigeno ossidò le rocce presenti sulla superficie per cui nelle rocce di questo Fig. 11 Rocce rosse di 2 G.Y.
periodo comincia a comparire la limonite, un idrossido di ferro (fig. 11). Questo
processo si completò circa 2 G.y. Epoca in cui l'atmosfera iniziò ad arricchirsi di
ossigeno
1.5 L’interno della Terra
La Terra convenzionalmente è suddivisa in tre gusci concentrici: crosta, mantello
e nucleo. Questa suddivisione è stata fatta su dati sismici e geochimici(fig. 12).
Crosta : rappresenta il guscio più esterno. Si può riconoscere una crosta oceanica
(5-10 km di spessore) densa in quanto costituita da rocce silicatiche ricche di Fe e
Mg; una crosta continentale (30-40 km sotto i continenti, 70 km sotto le catene Fig. 12
montuose) meno densa costituita da rocce silicatiche ricche in Al e Si (fig. 13).
Mantello : è solido (tranne una zona parzialmente fusa che forma l’astenosfera) e
il suo inizio è segnato dalla discontinuità di Mohorovicic (Moho).Anche il mantello
si divide in due strati: mantello superiore, fino a una profondità di circa 680 km e
mantello inferiore (fig. 14).
Il mantello superiore non ha una struttura omogenea ma risulta a sua suddiviso in
tre parti dalla presenza di uno stato a bassa rigidità. La parte superiore ha un
comportamento rigido simile a quello della crosta; infatti, insieme a questa,
Fig. 13
forma litosfera. Sotto la litosfera troviamo uno strato a comportamento plastico,
sottoposto a moti convettivi, che prende il nome di astenosfera. Infine troviamo
la mesosfera che è lo strato meno fluido sottostante (fig. 15)
A circa 2900 km di profondità si trova la discontinuità di Gutenberg, che separa il
mantello dal Nucleo che arriva fino a circa 6370 km di profondità.
Anche il nucleo è diviso in due strati: uno esterno liquido e uno interno solido,
entrambi (separati dalla discontinuità di Lehmann) a composizione piuttosto
omogenea caratterizzata da ferro e nichel, separati da una zona di transizione
(fig. 16)
Fig. 14
Fig. 16
Fig. 15