5 Terra e roccia

Fare scienze:
osservare, ricercare, sperimentare
La TERRA e la sua composizione
Prof. Califano Maurizio
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Com’è fatta la terra?
Ben 6.370 chilometri separano i nostri piedi dal centro
della Terra, ma anche le più potenti trivelle
non si sono spinte oltre i primi 11 km di profondità.
E solo l'ultima piccolissima parte,
Profonda da pochi centimetri a qualche
decina di metri, riguarda la nostra vita
di tutti i giorni: la sottilissima "buccia"
che chiamiamo suolo.
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Il "suolo" è profondo 2 metri.
Secondo le definizioni attuali, con il termine "suolo" si indica ogni
materiale capace di ospitare piante, fino a comprendere le rocce
incoerenti (cioè non in blocco compatto), purché esplorabili dalle
radici.
Per convenzione, comunque, il
suo spessore viene definito fino a
una profondità massima di 2
metri.
Esistono infinite varietà di
suolo: da quelli alpini coperti di
conifere a quelli coltivati delle
pianure, fino a quelli aridi e quasi
privi di vegetazione.
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Nel disegno, le componenti del
terriccio sono suddivise nelle
principali categorie (SOLIDA,
GASSOSA, LIQUIDA) senza tener
conto delle percentuali relative,
perché ci sono grandi variazioni nei
vari tipi di terreno.
Aria sepolta. I gas, per esempio, costituiscono circa un quarto del volume
(nella "terra" di un bosco): oltre all'aria (azoto, ossigeno ecc.) ci sono
gas dovuti a processi di decomposizione.
Il liquido è quasi soltanto acqua, mentre la parte solida (il 50% del totale)
è dovuta in primo luogo a minerali frantumati.
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…ma vogliamo scendere ancora più in profondità?
La crosta formata da rocce da
basiche ad acide,
un mantello ultrabasico
e un nucleo terrestre
composto principalmente da ferro.
Rocce acide: rocce con un contenuto di silice superiore o uguale al 63%
Rocce
basiche: rocce con un contenuto di silice tra 45% e 52% 6
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Rocce ultrabasiche: rocce con un contenuto di silice inferiore al 45%
• La crosta rappresenta il guscio
più esterno. Il suo spessore è
variabile tra 5-15 km sotto gli
Oceani e 30-40 km sotto i continenti
fino a superare i 50 km sotto le grandi
catene montuose.
•
Il globo terrestre viene
convenzionalmente suddiviso in
tre gusci concentrici: la crosta, il
mantello
e il nucleo.
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Maurizio
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• La crosta oceanica ha un sottile
strato di sedimenti che ricopre lave
e prodotti vulcanici basaltici. La
crosta continentale inferiore è
composta da rocce di tipo gabbrico
(ovvero rocce magmatiche)
• La crosta continentale è meno
omogenea di quella oceanica e può
essere suddivisa in crosta superiore
e crosta inferiore o profonda. La
crosta continentale superiore arriva
a circa 10-20 km di profondità.
Questo spiega perché la superficie dei continenti si trova per la maggior
parte al di sopra del livello del mare e perché i continenti non sprofondino
nel MANTELLO come fa il fondo oceanico.
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Perché i laghi non filtrano nel sottosuolo???
L’acqua, a causa della forza di gravità, tende a
penetrare nel sottosuolo, a meno che non incontri uno
strato di materiale impermeabile (un letto di rocce
basaltiche, di argilla o di ardesia).
Se però il fondo del lago, o le sue "pareti", non sono del
tutto impermeabili, col tempo lasciano filtrare l'acqua.
Si forma allora una falda, l'insieme delle acque
sotterranee che impregnano una roccia porosa.
Se il livello della falda è superiore o uguale a quello del
lago, si crea un equilibrio e qust’ultimo mantiene il
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proprio livello.
Interno della Terra
La crosta e la porzione superiore
del mantello formano la litosfera,
rigida; mentre una porzione
intermedia del mantello, che si
comporta in un certo senso come
un fluido enormemente viscoso,
costituisce l‘astenosfera.
Il nucleo è differenziato in un
nucleo interno solido e un nucleo
esterno liquido, che produce un
debole campo magnetico a causa
della convezione del suo materiale
elettricamente conduttivo.
Materiale proveniente dall'astenosfera si riversa continuamente in superficie attraverso
vulcani e dorsali oceaniche non conservando però la composizione originale perché soggetto a
Prof. Califanofrazionata.
Maurizio
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cristallizzazione
a) l'astenosfera, con i moti convettivi
b) zona di formazione dei continenti
c) il nucleo caldo
Il nucleo del pianeta è costituito da materiale
particolarmente pesante. Infatti, si ritiene che
il nucleo sia costituito principalmente di ferro
(88,8%) con piccole quantità di nichel (5,8%)
e zolfo (4,5%).
La temperatura negli strati profondi del pianeta cresce con un livello di 30° C ogni
chilometro. Quindi a una profondità di 30 km. la temperatura raggiunge i 900°, cioè
l'incandescenza della roccia. Già questo sottintende che a questa temperatura la
roccia non sia più rigida come in superficie bensì molto più fluida.
Il calore interno è stato generato in parte durante la formazione del pianeta e da allora
ulteriore calore è stato continuamente generato dal decadimento radioattivo di isotopi
dell'uranio, del torio e del potassio. Il calore trasmesso dall'interno all'esterno del
pianetaProf.
deriva
daiMaurizio
moti convettivi del mantello.
Califano
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Il geochimico F. W. Clarke ha
La massa della Terra è circa di
calcolato che poco più del 47% della
5,98x10^24 kg (ovvero quasi 6000 trilioni di
crosta terrestre è composta da
tonnellate).
ossigeno. I costituenti più comuni
È costituita principalmente da
sono gli ossidi; cloro, zolfo e fluoro
sono le uniche importanti eccezioni,
•ferro (32,1%)
sebbene la loro presenza totale nelle
•ossigeno (30,1%)
rocce sia inferiore all'1%. Gli ossidi
•silicio (15,1%)
principali sono i silicati, gli ossidi di
•magnesio (13,9%)
alluminio, di ferro, di calcio,
•zolfo (2,9%)
magnesio, potassio e di sodio. I
•nichel (1,8%)
silicati sono la componente acida
•calcio (1,5%)
della crosta terrestre, andando a
•alluminio (1,4%)
rappresentare e costituire tutti i
•altri elementi (1,2%)
principali minerali delle rocce
intrusive.
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Tettonica a zolle
La CROSTA TERRESTRE non è
immobile e compatta ma è divisa
in porzioni chiamate ZOLLE o
PLACCHE, "gigantesche zattere"
(in media alte 40 km su cui sono
deposti interi CONTINENTI o
parti di oceani e di continenti), che
si muovono per effetto dei
MOTI CONVETTIVI sul
MANTELLO sottostante.
Le zolle formate da sola crosta
oceanica sono dette Zolle
Oceaniche, mentre quelle su cui si
trovano interi continenti o parti di
essi si chiamano Zolle
Continentali.
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In conseguenza di questi MOVIMENTI può accadere che due placche si allontanino l'una
dall'altra. In questo caso si parla di PLACCHE DIVERGENTI o di MOVIMENTI
DIVERGENTI delle placche.
Invece se due placche si avvicinano una all'altra arrivando ad una collisione, allora si parla di
PLACCHE CONVERGENTI o di MOVIMENTI CONVERGENTI delle placche.
Le aree in cui la CROSTA OCEANICA si distrugge perchè una zolla viene spinta in
basso fino a penetrare nel MANTELLO si chiamano zone di SUBDUZIONE.
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Nei punti dove il materiale del
MANTELLO scende, due PLACCHE
sono trascinate una contro l'altra. Nello
SCONTRO, una delle due si deforma e
finisce al di sotto dell'altra.
L'affondamento di una placca sotto
un'altra è detto subduzione, cioè
"conduzione al di sotto,
sottoscorrimento". Il materiale
della CROSTA essendo per lo più
leggero, torna in superficie formando
catene vulcaniche e dando origine a
terremoti. Le zone di subduzione sono
aree in cui la CROSTA OCEANICA si
distrugge. Se la zona di subduzione si
trova in alto mare, ne risulterà un
ARCO INSULARE VULCANICO,
mentre se si trova ai margini di un
continente, si formerà una CATENA
DI MONTAGNE, come è avvenuto
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per le ANDE.
1- Astenosfera;
2- Litosfera;
3- Punto caldo;
4- Crosta oceanica;
5- Placca in subduzione;
6- Crosta continentale;
7- Zona di rift continentale (Nuovo
margine di placca);
8- Placca a margine convergente;
9- Placca a margine divergente;
10- Placca a margine trasforme;
11- Vulcano a scudo;
12- Dorsale oceanica;
13- Margine di placca convergente;
14- Strato vulcano;
15- Arco isola; 16- Placca
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17- Astenosfera;
18- Fossa
Formazione delle Rocce
Per roccia si intende un
aggregato naturale di minerali,
particelle e solidi di vario tipo;
le rocce sono sostanze non
esprimibili con una formula
chimica e generalmente formano
masse ben individuabili
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Minerale
Termine con il quale genericamente si
indicano i solidi inorganici naturali che
costituiscono la crosta terrestre da cui tutti
gli esseri viventi traggono sostanze
necessarie al loro metabolismo.
In geologia più precisamente viene detto
minerale ogni corpo solido omogeneo con
composizione chimica definita per
composizione e struttura cristallina
formatosi in modo naturale in seguito17a
processi inorganici.
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Le rocce possono essere classificate in
vari sistemi:
- in base alle proprietà fisico-meccaniche
rocce coerenti, compatte, incoerenti,
sciolte;
- in base alla composizione
rocce monomineraliche, polimineraliche;
- in base all'origine
rocce endogene cioè formatesi all'interno
della Terra, rocce esogene (formatesi
sulla superficie terrestre)
- in base alla genesi
rocce magmatiche o ignee (formatesi
per cristallizzazione di un magma);
rocce sedimentarie (formatesi in seguito
al deposito di materiale proveniente dalla
degradazione di altre rocce);
rocce metamorfiche (formatesi in
seguito alla trasformazione di altre rocce
sotto l'azione di agenti esterni quali
pressione e temperatura).
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Ciclo delle rocce
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Rocce Magmatiche o Ignee
Sono rocce formatesi in seguito alla cristallizzazione di un magma.
I principali componenti sono: silice (40-75%), allumina (10-20%), ossidi di ferro (2-12%),
calcio (1-12%), magnesio (tracce-12%), sodio (1-8%) e potassio (tracce-7%).
Nella fase gassosa è presente principalmente acqua; anidride carbonica, acido cloridrico,
anidride solforosa, ecc..
In funzione della quantità di silice presente, un magma viene definito acido (percentuale di
silice superiore al 65%) o basico (percentuale di silice inferiore al 52%).
La temperatura di un magma è compresa fra 1350°C e 750°C.
Esiste un ordine di cristallizzazione dei minerali in seguito al raffreddamento del magma.
Questo ordine, detto "serie di Bowen", è riportato schematicamente qui di seguito.
Plagioclasio di Ca (anortite)
Plagioclasio Ca-Na (bytownite)
Plagioclasio di Ca-Na (labradorite)
Plagioclasio di Na-Ca (oligoclasio)
Plagioclasio di Na (albite)
Ortoclasio
Muscovite
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Quarzo
Olivine di Mg (forsteriti)
Olivine di Fe (fayaliti)
Pirosseni di Mg
Pirosseni di Ca e Mg
Anfiboli
Biotite
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Si distinguono le rocce plutoniche (o intrusive), formatesi all'interno della crosta terrestre, e le
rocce vulcaniche (o effusive), formatesi sulla superficie terrestre.
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Granito
Diorite
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Riolite
Andesite
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Sienite
Trachite
Ossidiana
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Pomice
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Rocce Sedimentarie
Sono rocce costituite da materiali (detti sedimenti) provenienti dalla disgregazione,
attraverso processi di varia natura, di rocce preesistenti.
La formazione di una roccia sedimentaria può essere suddivisa in quattro fasi, che
rappresentano il "ciclo sedimentario".
- I fase: alterazione delle rocce preesistenti sulla superficie terrestre con formazione di
detriti solidi e di sostanze in soluzione.
- II fase: trasporto del materiale detritico e di quello in soluzione ad opera dei fiumi, dei
venti, dei ghiacciai, ecc.
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- III fase: deposizione (sedimentazione) del
materiale in ambienti diversi (continentale,
marino, ecc.). La sedimentazione avviene per
strati successivi.
- IV fase: formazione della roccia
(litificazione dei sedimenti) dovuta alla
pressione esercitata da altri sedimenti che si
accumulano via via sopra di essi. I processi
nel loro insieme prendono il nome di
diagenesi (processi diagenetici).
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Si distinguono due gruppi: le rocce detritiche e le rocce di precipitazione chimica e
biochimica.
La differenza è basata sui diversi modi di trasporto e di sedimentazione dei materiali.
Le rocce detritiche o clastiche derivano dal materiale trasportato in forma solida; le rocce di
precipitazione chimica e biochimica derivano dal materiale trasportato in soluzione.
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ROCCE DETRITICHE O CLASTICHE
Si suddividono in quattro gruppi: conglomerati, arenarie, argille, tufi
ROCCE DI SEDIMENTAZIONE CHIMICA E BIOCHIMICA
Si suddividono in tre gruppi: calcari, dolomie, evaporiti.
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Rocce Metamorfiche
Sono rocce che hanno subìto modificazioni nella composizione mineralogica o nella
struttura e nella tessitura in seguito a mutamenti di temperatura e pressione.
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Marmo
Gneiss
Anfibolite
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Un frammento di quarzite