1. La Terra come sistema integrato.
La moderna Geologia ha come scopo la ricostruzione dell’intera evoluzione della
Terra. La Terra è un sistema integrato = un insieme di componenti, ciascuno con
una propria individualità, che interagiscono, però, strettamente tra loro.
Nel caso del sistema Terra tali componenti si possono considerare come involucri
a stretto contatto tra loro:
1.
la TERRA SOLIDA (litosfera): massa costituente la maggior parte del
pianeta, formata essenzialmente da minerali e rocce. Si estende dalla
superficie delle terre emerse sino al fondo degli oceani, ancora in profondità
per decine di km.
2.
l’IDROSFERA: coltre di acque che ricopre il 71% della superficie del
pianeta con oceani, mari, acque dolci dei fiumi, dei laghi e del sottosuolo (e
i ghiacciai).
3.
l’ATMOSFERA: involucro gassoso che avvolge e protegge la terra e che
si manifesta in modo vistoso nei grandi ammassi e vortici di nubi.
4.
la BIOSFERA: insieme degli organismi viventi presenti in terraferma,
mare e atmosfera.
LA STRUTTURA DELLA TERRA
1.1 UN PIANETA FATTO A STRATI
Dallo studio delle onde sismiche e di come si propagano quando attraversano il
pianeta si è dedotto che l’interno della Terra non è omogeneo.
La Terra, come molti altri pianeti del Sistema solare, ha una struttura a involucri
concentrici, di diversa natura e spessore:
1
1.
la crosta (la parte più esterna), dello spessore di pochi kilometri (una media di
6-7 sotto gli oceani, e di 35 nei continenti). Si divide in:
crosta continentale che corrisponde ai continenti e alla loro
prosecuzione, nelle immediate vicinanze, sotto il livello del mare
crosta oceanica che costituisce il «pavimento» degli oceani ed è coperta
dalle acque.
La crosta terrestre può galleggiare sul mantello, perché è meno densa. La tendenza
della crosta a raggiungere una posizione di equilibrio attraverso il fenomeno di
galleggiamento è detta isostasia.
2.
il mantello (la parte centrale), si estende dalla Moho fino a 2900 km di
profondità, dove è presente un’altra discontinuità sismica, la superficie di
Gutenberg.
Immediatamente sotto la crosta terrestre, il mantello è solido: la litosfera è
l’insieme della crosta terrestre e di questo primo strato del mantello superiore.
L’astenosfera è uno strato del mantello superiore (non sempre presente) situato tra i
70 e i 250 km di profondità, immediatamente sotto la litosfera, e formato da materiale
parzialmente fuso.
Al di sotto dell’astenosfera abbiamo il mantello inferiore che è fuso.
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DISCONTINUITA’ DELLA TERRA
3. il nucleo, diviso a sua volta in due involucri: il nucleo esterno e il nucleo interno.
Il nucleo ha un raggio di 3470 km, più della metà di quello terrestre. I dati sismici
indicano che il materiale della parte più esterna del nucleo ha le caratteristiche di un
fluido (NUCLEO ESTERNO).
A 5170 km di profondità si incontra la discontinuità di Lehmann, che indica il
passaggio a un nucleo più interno, solido (NUCLEO INTERNO). Il nucleo è
probabilmente metallico, formato soprattutto da ferro e nichel, oltre a qualche
elemento più leggero, come silicio e zolfo.
3
Un continuo flusso termico trasferisce calore per convezione dal nucleo e dalla
profondità del mantello alla superficie del pianeta: i magmi sono il mezzo più potente
per tale trasferimento; dal loro consolidamento si formano le rocce.
La Terra funziona come un motore termico che sfrutta l’energia cinetica delle
particelle emesse dagli isotopi radioattivi; essi, col tempo, decadono, cioè emettono
particelle nucleari, liberando energia, che si trasforma in calore.
Di conseguenza, all’interno del mantello, volumi di rocce profonde, divenute più
calde dei materiali circostanti (a causa del decadimento degli isotopi radioattivi),
tendono a risalire verso la crosta, con movimenti lentissimi (qualche cm all’anno);
invece, i volumi di rocce vicine alla crosta, divenute più fredde, scendono verso il
basso, per poi riscaldarsi nuovamente e risalire. Questi ingenti movimenti
convettivi hanno profonde conseguenze sulla evoluzione della litosfera.
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1.2 - ESPANSIONE DEI FONDI OCEANICI
Oggi, la Geologia ha le sue basi in due teorie, autenticate da innumerevoli studi ed
esperienze: l’Espansione dei fondi oceanici e la Tettonica delle placche.
L’espansione dei fondi oceanici fa riferimento all’intensa attività geologica delle
dorsali oceaniche e delle fosse abissali: le prime sono fondamentali per la formazione
della crosta oceanica e continentale, le seconde per la sua riassimilazione nel
mantello dopo cicli che durano milioni di anni.
La tettonica delle placche esamina i reciproci spostamenti delle placche, parti di
litosfera oceanica e/o continentale, e come gli effetti di tali moti si riflettono in vario
modo sull’evoluzione della crosta terrestre.
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LE STRUTTURE DELLA CROSTA OCEANICA: DORSALI E FOSSE
La crosta oceanica presenta due tipi di strutture molto importanti: si tratta delle
dorsali oceaniche e delle fosse abissali.
DORSALI OCEANICHE
L’esplorazione del fondo oceanico ha messo in luce l’esistenza di rilievi sommersi,
assai diversi dalle montagne di superficie, detti dorsali oceaniche, la cui sommità
raggiunge i 2000-3000 m di altezza rispetto alle piane abissali; in qualche punto essa
emerge dalla superficie del mare.
Quasi ovunque la sommità delle dorsali è percorsa da una depressione larga qualche
decina di kilometri: è la rift valley. Le dorsali non corrono rettilinee, ma sono
suddivise in segmenti da un sistema di fratture trasversali: le faglie trasformi.
La più estesa è la Dorsale Medio-atlantica, che ha un andamento
approssimativamente da nord a sud ed emerge dall’Oceano Atlantico in
corrispondenza dell’Islanda.
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FOSSE ABISSALI
Sui fondi oceanici, oltre alle dorsali, esistono altre strutture caratterizzate da intensa
attività: sono le fosse abissali, strette depressioni, lunghe migliaia di kilometri. Il
vulcanismo associato alle fosse è altamente esplosivo, e sono anche sede di intensa
attività sismica.
Le fosse sono il risultato dell'interazione tra due placche, oceanica-continentale o
oceanica-oceanica, che premono l'una contro l’altra in un movimento compressivo: la
zolla più densa sprofonda sotto quella meno densa (movimento di subduzione).
1) Fossa abissale tra placche oceanica e continentale
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2) Fossa abissale tra 2 placche oceaniche
La fossa più profonda è la Fossa delle Marianne, nell’Oceano Pacifico occidentale.
IL MECCANISMO DELL’ESPANSIONE DEI FONDI OCEANICI
La teoria dell’espansione dei fondi oceanici afferma che, alla formazione e
all’espansione di nuova litosfera oceanica lungo la rift valley deve corrispondere la
subduzione di litosfera in altri settori del globo, in modo tale che la superficie
complessiva rimanga invariata.
Il materiale fuso risalito lungo la rift valley alimenta il vulcanismo basaltico della
dorsale e la formazione di nuova litosfera.
La litosfera oceanica di nuova formazione, trascinata dai movimenti profondi del
mantello, si allontana da un lato e dall’altro della rift valley, si raffredda, divenendo
più pesante, scende di quota, fino a che, raggiunto un nuovo equilibrio isostatico,
forma il pavimento delle vaste piane abissali, ricoperto col tempo da sedimenti.
Contemporaneamente, a distanze variabili dalle dorsali, il materiale del mantello in
movimento, divenuto più freddo e pesante, comincia a ridiscendere in profondità: la
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sovrastante litosfera segue tale movimento, per cui flette verso il basso, formando le
fosse abissali, e si immerge nel mantello. Scendendo verso zone a temperature via via
più elevate, la litosfera si riscalda e comincia a fondere, finchè in profondità risulta
del tutto riassimilata. Il lento movimento della discesa della litosfera è chiamato
subduzione.
(vedi figura sui moti convettivi a pagina 4)
ATTIVITA’ VULCANICA NEI PRESSI DELLE FOSSE
Una parte di questa litosfera fusa risale in superficie, dove alimenta l’attività
vulcanica che si
manifesta a una certa distanza dalle fosse.
Si creano così catene vulcaniche che nel caso di una fossa abissale tra 2 croste
oceaniche danno luogo ad archi insulari, mentre nel caso di una fossa tra
crosta continentale ed oceanica danno origine a cordigliere montuose (esempio
classico sono le Ande, ma anche l’Indonesia, le Filippine, il Giappone e le isole
Sandwich Australi).
Il vulcanismo lungo queste zone è, diversamente dalle dorsali, altamente esplosivo,
dal momento che il magma proviene dalla fusione di rocce della crosta ed è quindi
molto acido.
ATTIVITA’ SISMICA NEI PRESSI DELLE FOSSE
La discesa della litosfera, lenta ma inarrestabile, avviene con violenti attriti, che si
manifestano come terremoti.
L’intensa attività sismica risulta collocata più in profondità a mano a mano che ci si
allontana dalla zolla in subduzione. Questo perché la superficie che scende verso il
mantello, denominata piano di Benioff, friziona contro quello della zolla antagonista,
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causando un attrito tra la litosfera oceanica subdotta e quella continentale o
insulare obdotta. Ciò avviene fino a circa 720 km di profondità, dopodiché l'attività si
interrompe bruscamente in quanto la crosta fonde a causa delle alte temperature.
Una conferma dell’espansione dei fondi oceanici viene dal fatto che l’età del
«pavimento» oceanico, cioè dello strato di basalto sotto i sedimenti, è tanto più antica
quanto più ci si allontana dalle dorsali.
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