Il sistema
Terra
Gainotti, Modelli Incontro con le scienze
integrate © Zanichelli editore 2014
Le sfere della Terra
• La «sfera delle rocce», o litosfera, è il guscio roccioso che
costituisce l’involucro esterno della Terra e la cui parte più
superficiale è chiamata crosta.
•
La «sfera delle acque», o idrosfera, è formata dalle acque salate
degli oceani e da quelle dolci dei continenti (laghi, fiumi ecc.).
•
La «sfera dell’aria», o atmosfera, è l’involucro di gas che circonda
interamente la Terra.
•
La sfera della vita, o biosfera, è formata dall’insieme degli esseri
viventi che popolano le acque, il suolo e l’aria.
La sfera delle
rocce
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La struttura interna della Terra
La Terra, come la Luna e gli altri pianeti più vicini al Sole, è un
pianeta roccioso.
La Terra è costituita da materiali di densità diversa disposti in gusci
concentrici.
La struttura «a strati» del nostro pianeta risale alle prime fasi della
sua formazione, quando i materiali fusi iniziarono a solidificarsi,
stratificandosi: quelli più pesanti al centro, dove formarono il nucleo;
quelli più leggeri in superficie, a formare la crosta terrestre.
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Nucleo, mantello e crosta
• Il nucleo. È la parte interna più densa, con
un raggio di circa 3500 km e con una
temperatura superiore a 6500 °C; è
costituito prevalentemente da ferro (Fe).
• Il mantello. È lo strato compreso tra il
nucleo e la crosta superficiale con uno
spessore di circa 2850 km. Esso è formato
da silicati «pesanti», in cui il silicio (Si) e
l’ossigeno (O) sono combinati
prevalentemente con ferro e magnesio (Mg).
• La crosta. È l’involucro più esterno, con
uno spessore che varia tra i 7 km e i 70 km.
Essa è formata da silicati «leggeri» formati
da silicio, ossigeno e alluminio (Al).
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Litosfera, astenosfera e le placche
La crosta e la parte superiore del mantello formano insieme uno
strato rigido spesso fino a 200 km, chiamato litosfera.
Al di sotto della litosfera, le rocce sono parzialmente fuse e
relativamente fluide, tanto da scorrere lentamente.
Questa parte del mantello, detta astenosfera, mantiene tali
caratteristiche fino a circa 300 km di profondità: oltre, il mantello
torna a essere solido.
La litosfera è rigida ma non è un blocco unico: essa è suddivisa in
tanti frammenti, chiamati placche, che compongono una sorta di
grande mosaico e che si spostano trascinate dai moti della
sottostante astenosfera.
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Struttura della litosfera
La litosfera, dello spessore medio
di 100 km è formata in superficie,
in corrispondenza dei continenti,
dalla spessa crosta continentale,
e in corrispondenza degli oceani
dalla sottile e densa crosta
oceanica.
Le rocce della crosta
Le rocce vengono classificate in tre gruppi
principali:
• le rocce magmatiche che provengono dal
raffreddamento e dalla solidificazione di rocce
fuse cioè di magmi o lave;
• le rocce sedimentarie che provengono
dall’accumulo, dal consolidamento e dalla
compattazione di materiali di origine diversa,
come frammenti di altre rocce o resti di
organismi;
• le rocce metamorfiche che derivano da una
trasformazione di rocce preesistenti sottoposte
a elevate temperature e pressioni.
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Le rocce sono formate da minerali
Tutti i tre tipi di rocce sono formate da aggregati di minerali.
I minerali sono solidi inorganici aventi una composizione chimica
ben determinata.
Alcune rocce sono costituite da un solo tipo di
minerale. Per esempio, il calcare è formato da
un unico composto chimico, il carbonato di
calcio (CaCO3), chiamato calcite.
Più spesso le rocce sono costituite da vari minerali.
Per esempio, nel granito i minerali principali sono
tre: il feldspato, il quarzo e la mica. I loro cristalli
appaiono visibili come piccoli granuli.
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Rocce macrocristalline e
microcristalline
Una roccia è detta macrocristallina
quando, come nel granito, i cristalli
dei minerali sono abbastanza grandi
da essere distinguibili a occhio nudo
o con una lente.
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LLe rocce magmatiche
Le rocce magmatiche (o ignee) si formano in seguito alla
solidificazione dei magmi.
Esse si distinguono in intrusive se derivano da magmi solidificati
all’interno della crosta ed effusive se derivano dalla solidificazione di
lave, ovvero di magmi fuoriusciti in superficie.
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LLe rocce magmatiche
Da un punto di vista chimico, le rocce magmatiche sono costituite da
silicati, formati soprattutto da silicio (Si) e ossigeno (O), cui si
aggiungono in misura minore molti altri elementi, tra cui:
• l’alluminio (Al);
• il ferro (Fe);
• il magnesio (Mg);
• il calcio (Ca);
• il sodio (Na);
• il potassio (K).
Il silicio e l’ossigeno combinandosi assieme formano la silice, un
composto molto comune nella crosta.
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Le rocce magmatiche acide
Le rocce magmatiche acide. Le rocce magmatiche acide hanno una
percentuale in silice elevata, superiore al 65%. Per il contenuto di
alluminio, sono di colore chiaro.
La loro solidificazione avviene soprattutto all’interno della crosta
terrestre, dove raffreddandosi formano grandi ammassi chiamati
plutoni.
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Le rocce magmatiche acide
I graniti sono i tipici rappresentanti delle rocce acide intrusive. Essi
sono i principali costituenti della crosta che forma i continenti o
crosta continentale.
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Le rocce magmatiche basiche
Le rocce magmatiche basiche. Hanno una bassa percentuale in
silice, inferiore al 52%. Per il contenuto di ferro e magnesio sono di
colore scuro.
I magmi basici da cui derivano, al contrario di quelli acidi, sono più
fluidi e scorrevoli.
La maggior parte delle rocce effusive deriva da
questo tipo di magma, che si forma principalmente per la fusione di
materiali rocciosi nell’astenosfera. È soprattutto da lì che
provengono i magmi basici che effondono in superficie, sui
continenti o sul fondo degli oceani attraverso le eruzioni.
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Le rocce magmatiche basiche
I basalti sono i tipici rappresentanti delle rocce basiche effusive e
come tali, sono microcristallini. Essi sono i principali costituenti della
crosta oceanica.
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Differenze tra graniti e basalti (importante)
I minerali delle rocce si
esaminano al microscopio.
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Altre rocce effusive (Solo blu)
In alcune rocce effusive si osservano dei
cristalli ben visibili, detti fenocristalli,
circondati da una massa microcristallina.
Le rioliti, tra cui troviamo il porfido,
sono le rocce più rappresentative
di questo tipo.
In alcuni magmi particolarmente acidi e
viscosi, il rapido raffreddamento porta
alla formazione di una roccia vetrosa
priva di cristalli: l’ossidiana.
Un’altra roccia effusiva acida è la
pomice, una roccia chiara e porosa, così
leggera da galleggiare.
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Le rocce sedimentarie
Le rocce sedimentarie sono le rocce più
abbondanti negli strati superficiali
della crosta.
Queste rocce si generano dalla
cementazione di particelle originatesi
in vario modo.
Gli accumuli di queste particelle sono detti
sedimenti e il processo che li trasforma in
rocce è detto litificazione.
La litificazione avviene per opera della
pressione dei sedimenti sovrastanti su
quelli sottostanti, pressione che allontana
l’acqua intrappolata nei sedimenti stessi e
avvia il processo di cementazione grazie al
carbonato di calcio contenuto nell’acqua.
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Classificazione delle rocce
sedimentarie
L’origine dei sedimenti è il criterio con il quale si classificano le rocce
sedimentarie nelle seguenti categorie:
• le rocce sedimentarie di origine clastica (dal greco klastós,
spezzato), o terrigene, che si formano per l’accumulo di frammenti
rocciosi;
• le rocce sedimentarie di origine chimica, si formano in seguito al
depositarsi di Sali presenti nell’acqua, quando questa evapora;
• le rocce sedimentarie di origine organica (rocce organogene), in
cui i frammenti sono costituiti principalmente da resti di organismi
viventi (gusci e scheletri di organismi fossili).
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Le rocce sedimentarie di origine organica
(Solo blu)
Tra le rocce sedimentarie di origine organica abbiamo:
• i calcari, come quello a nummuliti, a coralli, ad alghe o altri molluschi;
• le dolomie, formate da un carbonato doppio di calcio e magnesio;
• le selci: formate da silice;
• i carboni fossili e il petrolio.
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Carbone e petrolio
Il carbone e il petrolio derivano dall’accumulo avvenuto in epoche
passate di resti di organismi.
Il carbone e il petrolio forniscono più dell’80% dell’energia consumata
dal mondo industrializzato e sono definiti combustibili fossili in quanto si
sono formati nelle ere geologiche passate, decine o centinaia di milioni
di anni fa.
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Il carbone
Il carbone è a tutti gli effetti una
roccia sedimentaria, solo che i
sedimenti sono costituiti da
accumuli di piante morte che in
condizioni particolari (acque
povere di ossigeno e basse
temperature) non subiscono il
processo di decomposizione.
La pressione degli strati vegetali
sovrastanti e la temperatura
crescente determinano l’avvio
di processi di carbonizzazione.
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Il petrolio
Il petrolio grezzo è un liquido oleoso di
colore scuro, infiammabile.
Il petrolio proviene soprattutto dalla
trasformazione dei resti di organismi
animali e vegetali vissuti milioni di anni fa
in ambienti marini o lagunari, rimasti
intrappolati nei sedimenti come sabbie e
argille.
Contemporaneamente alla litificazione
dei sedimenti, i resti organici subiscono
profonde modificazioni, trasformandosi in
petrolio e in altri composti gassosi, come
il metano e il propano.
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Le rocce metamorfiche
Le rocce metamorfiche derivano
da rocce sedimentarie,
magmatiche o da altre rocce
metamorfiche che si trasformano
in seguito all’aumento di pressione
e di temperatura dovuto alla loro
«sepoltura» in profondità.
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I minerali
I minerali sono i costituenti di base di tutti i tipi di rocce, siano
esse magmatiche, sedimentarie o metamorfiche.
Esistono tanti tipi di minerali. Alcuni di essi sono semplicemente
elementi, formati cioè da un solo tipo di atomo.
Ne sono esempi il rame (Cu), lo zolfo (S) e l’oro (Au), che in
natura si trovano allo stato nativo, ossia non combinati con altri
elementi.
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I minerali
Più spesso, però, i minerali sono formati da più elementi.
Tra tutti gli elementi chimici che compongono i minerali, i più abbondanti sono
l’ossigeno e il silicio, che da soli costituiscono i 3/4 della massa della crosta
terrestre; seguono, in ordine decrescente, l’alluminio (Al), il ferro (Fe), il
calcio (Ca), il sodio (Na), il potassio (K) e il magnesio (Mg).
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La struttura cristallina
In alcuni casi i minerali raggiungono
dimensioni notevoli e formano cristalli dalle
forme geometriche regolari.
La grandezza dei cristalli dipende dal tempo
e dallo spazio a disposizione all’interno della
roccia. I cristalli si formano a partire da
germi cristallini di piccole dimensioni.
Se liberi di crescere, i cristalli assumono
forme geometriche tipiche, come accade per
esempio con il salgemma, il cui cristallo ha
una forma cubica.
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La forma dei cristalli
A che cosa è dovuta la forma regolare? La risposta sta nella disposizione
degli atomi che formano il minerale.
Nell’esempio del cloruro di sodio (il sale da cucina), gli atomi di cui è
composto, cloro (Cl) e sodio (Na), sono legati tra loro in modo particolare:
ogni atomo di cloro è circondato da 6 atomi di sodio, ognuno dei quali a
sua volta è circondato da 6 atomi di cloro e così via.
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La forma dei cristalli
Le disposizioni ordinate degli atomi formano un reticolo cristallino in
cui è individuabile la struttura cubica di base con gli atomi disposti ai
vertici.
La ripetizione dei cubi nello spazio determina la forma finale osservabile
nei cristalli del sale da cucina.
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I piani di sfaldatura
I cristalli dei minerali, se percossi, possono
rompersi secondo piani ben determinati.
Questa caratteristica, detta sfaldatura,
dipende dai legami tra gli atomi che possono
presentare punti deboli in corrispondenza
dei quali, con opportuni sforzi, avviene la
rottura del cristallo.
Se si percuotono con un martello, il
salgemma e la calcite si sfaldano facilmente
secondo piani «prestabiliti» lungo i quali le
forze di legame sono minori.
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Come riconoscere i minerali
Oltre alla forma cristallina, i caratteri più utili per il riconoscimento
dei minerali sono la durezza, la densità, la solubilità, il colore e i
caratteri chimici.
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Caratteristiche fisiche
La densità. Il quarzo ha densità maggiore di quella del
salgemma: 2,6 g/cm3 contro 2,1 g/cm3.
La solubilità. Il quarzo è praticamente insolubile in acqua;
il salgemma invece è così solubile che per il suo sapore «salato»
viene aggiunto ai cibi, nella cui acqua si scioglie facilmente.
La durezza. Se si preme fortemente il quarzo contro
il salgemma, facendolo scorrere, il salgemma si riga o, più
propriamente, viene scalfito. Ciò avviene perché il quarzo ha
durezza maggiore di quella del salgemma.
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La durezza dei minerali: la scala di Mohs
La durezza, cioè la capacità di resistere alla scalfittura, viene valutata
utilizzando la scala di Mohs, dal nome del mineralogista che la usò per primo
nel 1822.
La scala di Mohs, i cui valori vanno da 1 a 10, fa riferimento a una serie di
dieci particolari minerali, ordinati dal più tenero, il talco, a cui è assegnata
durezza 1, al più duro, il diamante, a cui è assegnata durezza 10.
In questa serie, ogni minerale scalfisce quello che lo precede ed è scalfito da
quello che lo segue.
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I minerali si possono riconoscere dal
colore
In alcuni casi il colore può
essere utile per individuare i
minerali.
Per esempio, il cinabro
(HgS), il più diffuso minerale
del mercurio, è tipicamente
rosso; la malachite, un
carbonato di rame, è azzurra;
lo zolfo è giallo.
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Altre proprietà dei minerali
Alcuni minerali infine presentano caratteri
distintivi molto particolari.
È il caso della magnetite, un ossido di ferro,
che ha proprietà magnetiche e si comporta
come una piccola calamita naturale.
Si trova talvolta nelle sabbie sotto forma di
piccoli cristalli neri, che possono essere
estratti con un magnete.
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