SCHEMA INTERNO TERRA

SCHEMA INTERNO TERRA
Non potendo conoscere direttamente l’interno della Terra, i geofisici basano le loro teorie
essenzialmente sullo studio della propagazione delle onde sismiche all’interno della Terra stessa.
Il presupposto fondamentale è che le onde sismiche, come quelle elettromagnetiche e gli altri tipi di
onde, cambiano la loro velocità di propagazione (e vengono di conseguenza deviate o, come si
direbbe in fisica, rifratte) quando passano da un materiale a un altro (n.b. non è necessario che
cambi il “tipo” di materiale … basta che cambino le sue caratteristiche fisiche).
La velocità delle onde P aumenta all’aumentare della densità e diminuisce in presenza di materiali
fusi o semifusi, quella delle onde S aumenta anch’essa all’aumentare della densità. Le onde S però,
come abbiamo gia visto, non si trasmettono nei liquidi.
In genere la velocità di propagazione aumenta gradualmente all’aumentare della profondità ma si
osservano, a profondità ben precise, tre brusche variazioni.
La prima variazione si verifica intorno a 30 km di profondità (discontinuità di Mohorovicic o
Moho); la seconda a 2900 km di profondità (discontinuità di Gutenberg); la terza a 5100 km di
profondità (discontinuità di Lehmann). Ciascuna di queste brusche variazioni costituisce una
superficie di discontinuità e suddivide la Terra in 3 gusci concentrici principali: crosta, mantello e
nucleo (separati rispettivamente dalla Moho e dalla Gutemberg). La Lehmann divide invece il
nucleo in due parti, quella esterna liquida e quella interna solida. Si pensa che queste divisioni
dipendano da composizione chimico-mineralogica dei tre strati che esamineremo in breve.
CROSTA: esistono due tipi di crosta
Tipo di crosta
Composizione
Spessore
Densità
Crosta continentale
Rocce
Da 20 (pianure)a 70
2,7 g/cm3
prevalentemente
km (catene montuose)
granitiche e in parte
metamorfiche,
sovrapposte a uno
strato di gabbri. La
superficie e spesso
ricoperta da uno strato
di rocce sedimentarie.
Crosta oceanica
Basalti (lava a cuscini) 6-8 km (vicino alle
3 g/cm3
sovrapposti a uno
dorsali anche meno)
strato di gabbri. Anche
qui c’è una copertura
sedimentaria.
N.B. è importante tener presente la diversità di composizione e soprattutto di densità.
MANTELLO: il mantello sembrerebbe essere costituito da peridotite, costituita quasi
esclusivamente da olivina (densità, nella parte superiore, di 3,3 g/cm3). Una suddivisione di questo
strato, viene fatta studiando in particolare la trasmissione delle onde S. Il mantello viene così
suddiviso in mantello superiore (fino a 700 km) e mantello inferiore. La cosa più interessante è
tuttavia un’altra e cioè che il mantello superiore può essere a sua volta suddiviso in tre strati, diversi
non per la costituzione ma per lo stato fisico dei materiali. Scendendo in profondità, infatti, si
osserva un aumento di temperatura e un contemporaneo aumento di pressione. Sappiamo che lo
stato della materia (solido liquido o gassoso) dipende dalla temperatura e dalla pressione. Variando
la combinazione di queste due grandezze, il mantello superiore è solido in prossimità della crosta e
nello strato più profondo, mentre risulta parzialmente fuso tra i 70 e i 200 km di profondità circa (si
pensa a una fusione parziale della peridotite dall’1 al 10 %). Questi livelli di fusione limitata,
rallentano la trasmissione delle onde S ma non la impediscono; il materiale assume un
comportamento plastico viscoso (a metà tra il solido e il liquido) paragonabile a quello di un miele
molto denso o, se volete un altro esempio, alla resina delle piante.
Queste caratteristiche fisiche del mantello hanno portato a una diversa divisione dello strato più
superficiale della Terra. Crosta e mantello superiore solido costituiscono la litosfera, al di sotto della
quale c’è la parte parzialmente fusa che viene detta astenosfera, per passare poi alla parte
nuovamente solida, detta mesosfera. Questa divisione è di notevole rilevanza per la comprensione
della tettonica a placche.
NUCLEO: Il nucleo si pensa abbia una composizione completamente diversa da quella degli altri
strati della Terra; si tratterebbe di ferro, nichel, con una quantità limitata di silicio (teorie più recenti
parlano anche di zolfo). Tale composizione è avvalorata dalla composizione di alcuni meteoriti,
particolarmente ricchi di ferro e dalla densità media della Terra (5,52 g/cm3 ) che non sarebbe
spiegabile se non ammettendo una composizione del nucleo con materiali di densità elevata (alle
pressioni presenti nel nucleo la densità media dei materiali citati si aggirerebbe intorno ai 10 g/cm3).
Anche qui la divisione in nucleo esterno liquido ed interno solido (dovuto al solito gioco di
pressione e temperatura) viene fatta in base allo studio delle onde. In particolare per quanto riguarda
le onde P, esiste una zona d’ombra a distanze comprese tra 11.000 e 16.000 km dall’epicentro
dovuto a fenomeni di rifrazione nel passaggio di tali onde da un materiale solido a quello liquido,
mentre le onde S non raggiungono direttamente la superficie terrestre a distanze maggiori di 11.000
km dall’epicentro, in quanto non sono in grado di attraversare lo strato liquido del nucleo esterno.
N.B. SE RICORDI POCO O NIENTE DELLE ROCCE E NON SAI COSA SONO LE ROCCE
CITATE, OPPURE VUOI SEMPLICEMENTE RIGUARDARLE, CONVIENE IL DIAGRAMMA
3.9 DI PAG. 27.
L’ISOSTASIA. L’isostasia non è nient’altro che il principio di Archimede applicato alle rocce.
Secondo questa teoria, formulata molto prima della tettonica a placche ma tutt’ora valida, la crosta
terrestre galleggerebbe sopra il sottostante mantello, né più né meno che un pezzo di legno immerso
nell’acqua. Pensando ad un iceberg sappiamo che, considerata la differenza di densità con l’acqua,
circa un nono della sua altezza sporge dall’acqua. Pertanto, tanto più è elevata la parte che emerge,
tanto più si immergerà in profondità la parte sommersa.
Applicando gli stessi concetti alla crosta terrestre possiamo dire che:
1.
la crosta oceanica, essendo più densa, sporge di meno di quella continentale rispetto alla linea
di galleggiamento (in seguito LdG)
2.
d’altra parte, in termini assoluti la crosta continentale, essendo notevolmente più spessa, si
eleva di più rispetto alla LdG
3.
le zone più depresse sono quindi quelle dove c’è la crosta oceanica; per questo motivo è lì che
si raccolgono le acque per formare mari e oceani
4.
la crosta si immerge maggiormente in profondità dove è più elevata, e quindi lungo le catene
montuose
5.
a mano a mano che una catena montuosa viene erosa, si solleva riducendo
contemporaneamente la parte immersa
6.
se si applica un peso sopra la crosta, questa tende a sprofondare (come quando una barca si
riempie di passeggeri). Di quest’ultima cosa abbiamo una prova diretta dalle glaciazioni.
Durante l’ultima glaciazione la Scandinavia è stata completamente ricoperta da una calotta
glaciale spessa 2-3 km, che l’ha fatta sprofondare nel mantello. Allo scioglimento del
ghiaccio, ha cominciato a sollevarsi al ritmo di circa 2 cm all’anno; si è già sollevata di circa
200 metri negli ultimi 10.000 anni e si pensa che per raggiungere l’equilibrio debba sollevarsi
ancora della stessa misura. OSSERVA: i movimenti sono molto lenti in quanto il mantello
non si comporta come l’acqua ma come un “liquido” fortemente viscoso.