Un cuore cubico per la Terra
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Capitolo 16 L’interno della Terra Capitolo 17 La tettonica delle placche Capitolo 18 I fondi oceanici e i margini continentali Capitolo 19 Le montagne e la loro formazione la ricerca Un cuore cubico per la Terra S e pensiamo al nucleo della Terra, viene spontaneo immaginarlo di forma sferica. In effetti, il “cuore” del nostro pianeta è da tempo descritto proprio come una sfera di 1200 km circa di raggio, costituita per la maggior parte da ferro. Le cose, però, potrebbero stare diversamente. Da alcuni anni, infatti, un gruppo di ricercatori svedesi propone un nuovo modello teorico, secondo cui il nucleo terrestre assomiglierebbe piuttosto a un cubo. Il modello è sostenuto da una serie sempre più convincente di osservazioni sperimentali e simulazioni al computer, riportate in vari articoli pubblicati sulle riviste “Nature” e “Science” da Börje Johansson e colleghi, dell’Università di Uppsala. A mettere in dubbio l’ipotesi tradizionale sulla forma del nucleo della Terra sono stati anzitutto i risultati di alcuni esperimenti condotti con le onde sismiche, utilizzate come “strumento” per indagare la struttura interna del pianeta. Quello che ci si aspettava nel caso di una forma sferica del nucleo – e, di conseguenza, di una massa omogenea – era che le onde si propagassero in modo uniforme in tutte le direzioni. Al contrario si è osservato che le onde viaggiano più velocemente lungo una direzione parallela all’asse di rotazione che lungo una direzione parallela al piano equatoriale. Proprio per spiegare questa anomalia Johansson e colleghi hanno proposto un modello alternativo di nucleo: a variare sarebbe in particolare la struttura cristallina assunta dagli atomi di ferro al suo interno. Secondo l’ipotesi tradizionale, infatti, gli atomi sarebbero disposti in una struttura di tipo esagonale compatto, mentre per Johansson sarebbero disposti in una struttura cubica “a corpo centrato”, con otto atomi ai vertici di un cubo e un ulteriore atomo al centro. Se si assume © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 246 9-02-2009 16:16:14 Unità 6 Un modello globale che il cubo sia ripetuto nello spazio e sia disposto con la diagonale maggiore lungo l’asse di rotazione terrestre, quella che si ottiene è una struttura fortemente orientata, con proprietà differenti nelle diverse direzioni. Una delle prove più consistenti a favore di questo modello è venuta da alcune simulazioni effettuate con i più potenti supercomputer a disposizione. In pratica, i ricercatori hanno riprodotto al computer la propagazione delle onde sismiche in diversi tipi di cristalli di ferro, scoprendo così che era proprio il ferro con struttura cubica “a corpo centrato” a determinare una propagazione analoga a quella osservata nella realtà. I risultati di ques ti esperimenti virtuali sono apparsi all’inizio del 2008 su “Science”, a dimostrazione che le simulazioni sono oggi tra gli strumenti di indagine più potenti e versatili in molte discipline scientifiche. Ulteriori spunti di ricerca e approfondimento a pagina 305 # In che modo lo studio delle onde sismiche consente di indagare la struttura interna del nostro pianeta? # Qual è la relazione tra le caratteristiche della superficie terrestre e la composizione dell’interno della Terra? I capitoli di questa unità ti aiuteranno a rispondere a queste domande. © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 247 9-02-2009 16:16:48 In questo capitolo La struttura interna della Terra e lo studio delle onde sismiche 16.1 Gli strati della Terra 16.2 L’andamento della temperatura all’interno della Terra 16.3 La struttura tridimensionale della Terra e il campo magnetico terrestre 16.4 Se immaginassimo di tagliare la Terra a metà come un frutto, in senso orizzontale nella vita sul nostro pianeta. Per composizione e nella indagare le caratteristiche temperatura dei materiali. degli strati più profondi della ci accorgeremmo facilmente che è divisa in strati distinti. I materiali Le rocce delle porzioni Terra è necessario ricorrere più esterne sono in costante a metodi indiretti: come lo movimento e passano dalla studio delle onde sismiche, più pesanti, cioè i metalli, superficie agli strati interni dei minerali e del campo si trovano al centro, le rocce, più profondi. Inoltre, parte magnetico terrestre. Nel loro più leggere a metà, dell’acqua e dei gas che insieme, tutti questi diversi i materiali allo stato liquido costituiscono gli oceani e campi di studio ci descrivono e gassoso (oceani l’atmosfera provengono la Terra come un pianeta e atmosfera) all’esterno. dall’interno della Terra, e dinamico, vario e complesso All’interno di ciascuno sono proprio quelli che hanno che continua a cambiare strato esistono variazioni consentito l’origine della e a evolvere nel tempo. Le parole chiave astenosfera asthenosphere geoterma geotherm mantello mantle crosta continentale gradiente geotermico nucleo core continental crust crosta oceanica oceanic crust flusso di calore heat flow geodinamo geodynamo geothermal gradient inversione del campo magnetico magnetic field reversal litosfera lithosphere tomografia sismica seismic tomography zona di transizione transition zone © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 248 9-02-2009 16:17:12 16 Capitolo L’interno della Terra 16.1 La struttura interna della Terra e lo studio delle onde sismiche La struttura interna dei pianeti, e quindi anche della Terra, è legata ai processi che hanno portato alla loro formazione. Per effetto della gravità, gli elementi più pesanti, come il ferro, si trovano nel nucleo, la parte più interna dei pianeti, le rocce costituite da elementi più leggeri vanno a formare le parti intermedie, chiamate mantello e crosta, mentre i gas formano l’atmosfera (Figura 16.1A, parte destra della sezione, a pagina seguente). Un altro effetto della gravità sono le variazioni di densità. La densità infatti cambia non solo passando da uno strato all’altro, ma anche all’interno dello stesso strato perché, se sottoposti a grandi pressioni, i materiali si comprimono. Una roccia con la composizione chimica del mantello superiore, sulla superficie terrestre presenta una densità di circa 3,3 g/cm5; nella parte più interna del mantello, la stessa roccia ha una densità quasi doppia, pari a 5,6 g/cm5. L’incremento di densità è dovuto in parte all’aumento della pressione, che causa la riduzione di volume degli atomi, in parte a cambiamenti di fase mineralogica, dovuti alla riorganizzazione delle strutture di alcuni minerali. ◾ Onde sismiche per “vedere” l’interno della Terra Il modo migliore per studiare l’interno della Terra sarebbe quello di compiere indagini dirette, cioè scavare un foro ed esaminare direttamente gli strati profondi. Sfortunatamente questa tecnica si può applicare soltanto alla parte più superficiale del pianeta. La perforazione più profonda mai realizzata si è spinta fino a 12,3 km di profondità, circa 1/500 del raggio terrestre. Anche questo risultato è però da considerarsi straordinario date le alte pressioni e temperature che si incontrano man mano che si scende in profondità. Le indagini che consentono di ricavare il maggior numero di informazioni sulla struttura della Terra sono indagini geofisiche indirette, che si basano sullo studio della propagazione delle onde sismiche all’interno della Terra. Ogni anno infatti si verificano 100-200 terremoti abbastanza forti (M W >6 circa) da produrre onde sismiche che vengono registrate dai sismografi di tutto il mondo. In particolare vengono studiate la velocità di propagazione delle onde sismiche e la loro direzione: proprio perché l’interno della Terra non è omogeneo, le onde sismiche non viaggiano a velocità costante e non seguono percorsi rettilinei, ma subiscono varie riflessioni, rifrazioni e diffrazioni. La velocità delle onde sismiche dipende da due diversi fattori: la densità e le proprietà elastiche (rigidezza, compressibilità) delle rocce in cui si propagano. Le proprietà elastiche sono influenzate dalla temperatura. A parità di composizione, le onde sismiche si propagano più velocemente nelle rocce più rigide e meno comprimibili, quindi a temperature inferiori, mentre all’aumentare collegamenti Secondo l’ipotesi più accreditata, descritta nel Capitolo 6, il Sistema Solare ha avuto origine a partire da una nebulosa primordiale formata da polveri e gas, che per contrazione gravitazionale ha dato origine al protosole e in un secondo momento ai pianeti, per aggregazione e stratificazione dei materiali. © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 249 9-02-2009 16:17:38 un modello globale idrosfera (liquida) atmosfera (gassosa) crosta oceanica litosfera (solida ed elastica, spessa 100 km) mantello superiore crosta continentale stratificazione in base alle proprietà fisiche litosfera astenosfera (solida ma plastica) su Earth’s Interior o) id mantello inferiore (solido) mantello (rocce ad alta densità) nucleo esterno (liquido) nucleo (ferro + nichel) m nucleo interno (solido) 5150 k 289 0 ma nt ell o Figura 16.1 La struttura interna stratificata della Terra. A La parte destra della sezione mostra i tre strati in cui può essere suddiviso l’interno della Terra sulla base delle differenze nella composizione chimica: crosta, mantello e nucleo. La parte sinistra illustra i sei strati principali della Terra, suddivisi in base alle proprietà fisiche, e quindi anche alla resistenza meccanica: crosta, mantello inferiore, nucleo esterno e nucleo interno. B Il disegno in alto a sinistra mostra un ingrandimento degli strati superiori della Terra. lezione multimediale crosta (rocce a bassa densità, spessore da 7 a 70 km) m 0k 660 km ▶ FORCES WITHIN stratificazione in base alla composizione chimica 9 28 zona di transizione 660 km 410 km B ol (s km 6 pe rio re 250 UNITÀ 63 71 km A della temperatura la roccia diventa meno rigida, e le onde sismiche rallentano. Inoltre, la velocità aumenta con la profondità e quindi la traiettoria delle onde sismiche assume un andamento curvilineo (Figura 16.2) a causa di continue deviazioni. Le onde che si propagano all’interno della Terra vengono deviate nel loro corso in diversi modi: esse vengono ri- flesse dalle superfici che separano i diversi strati; vengono rifratte (cambiano cioè la loro direzione) quando passano da uno strato all’altro; vengono infine diffratte intorno a ogni ostacolo che incontrano. Come vedremo tra breve, proprio questi diversi comportamenti delle onde sono stati utilizzati per identificare le superfici di discontinuità esistenti all’interno della Terra. terremoto Il paragrafo in breve ▶ Figura 16.2 La traiettoria delle onde sismiche. Questa sezione del mantello terrestre mostra alcune delle traiettorie (raggi sismici) che le onde sismiche prodotte da un terremoto possono seguire. Le traiettorie sono curve (a causa della rifrazione) e non rettilinee perché nel mantello la velocità delle onde sismiche aumenta con la profondità, a causa del concomitante aumento di pressione. mantello nucleo esterno nucleo interno 1. La Terra, come gli altri pianeti, ha una struttura stratificata ed è divisa in # nucleo # mantello # crosta 2. La gravità determina anche l’aumento di densità dall’esterno verso l’interno, per un aumento della pressione 3. Si può studiare l’interno della Terra # mediante la velocità delle onde sismiche, che dipende da – composizione delle rocce – profondità – proprietà elastiche (che dipendono dalla temperatura) # mediante la direzione di propagazione delle onde sismiche, influenzata da processi di – riflessione – rifrazione – diffrazione © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 250 9-02-2009 16:17:47 CAPITOLO 16 l’interno della terra 251 mantello superiore zona di transizione astenosfera 0 410 660 1000 onde P onde S litosfera ◀ 2000 mantello inferiore 3000 profondità (km) 4000 nucleo esterno 5000 onde S 2 4 nucleo interno Figura 16.3 La velocità delle onde sismiche all’interno della Terra. Questa sezione illustra i diversi strati della Terra e la velocità media delle onde P e delle onde S al variare della profondità. Le onde S forniscono informazioni sulla rigidità del materiale attraversato: il nucleo interno è meno rigido rispetto al mantello mentre nel nucleo esterno, che è allo stato liquido, le onde S non si propagano. 6000 6 8 10 velocità (km/s) 16.2 Gli strati della Terra Il confronto tra i dati ricavati dallo studio delle onde sismiche e quelli ottenuti grazie allo studio delle proprietà fisiche dei minerali ha permesso di costruire un modello attendibile della struttura stratificata dell’interno della Terra. Conoscendo il comportamento di diversi tipi di rocce alle pressioni corrispondenti a diverse profondità, i geologi sono risaliti alla composizione della crosta terrestre, del mantello e del nucleo. La Figura 16.1A (parte sinistra della sezione) e la Figura 16.1B illustrano il modello di struttura definito in base al comportamento tipico dei materiali. La Figura 16.3 riporta l’andamento della velocità delle onde sismiche in funzione della profondità. La crosta continentale Mentre la crosta oceanica ha caratteristiche quasi uniformi in tutti gli oceani, la struttura e la composizione della crosta continentale variano da una regione all’altra. Lo spessore medio della crosta continentale è di 40 km, anche se può raggiungere i 70 km in alcune aree montuose. La velocità delle onde sismiche nella crosta continentale è molto variabile e sismografo 2 sismografo 1 terremoto onda diretta sismografo 3 onda rifratta Moho A terremoto sismografo 1 onda diretta sismografo 2 sismografo 3 onda rifratta Moho B terremoto sismografo 1 sismografo sismografo 3 2 onda diretta onda rifratta Moho C La crosta oceanica I modelli dedotti dallo studio delle onde sismiche indicano per la crosta oceanica uno spessore medio di 7 km. Nella crosta oceanica la velocità delle onde P è di 5-7 km/s e la densità è di circa 3,0 g/cm5, valori che si accordano con quelli ricavati sperimentalmente per basalti e gabbri. 14 indica una grande disomogeneità nella composizione delle rocce che la costituiscono. In generale, comunque, la densità delle rocce dei continenti è di circa 2,7 g/cm5, un valore molto inferiore a quello della crosta oceanica e del mantello. ◾ La crosta terrestre Procedendo dalla superficie verso l’interno la prima discontinuità nell’andamento della velocità delle onde sismiche corrisponde alla superficie di separazione tra la crosta terrestre e il mantello, chiamata discontinuità di Mohorovičić, o più brevemente Moho, dal nome del sismologo croato Andrija Mohorovičić (1857-1936) che la scoprì nel 1909. In corrispondenza di questa discontinuità si osserva un brusco aumento della velocità sia delle onde P sia delle onde S. La Figura 16.4 illustra come viene determinata la profondità della discontinuità Moho. La profondità alla quale si trova questa discontinuità oscilla tra i 7 km e i 40 km. Sono stati infatti identificati due tipi di crosta terrestre: la crosta continentale e la crosta oceanica, molto diverse per composizione, età e modalità di formazione (rivedi anche la Figura 16.1B). La crosta oceanica in effetti è molto più simile alle rocce del mantello. 12 1 tempo onda diretta onda rifratta 2 3 3 1 distanza D ▲ Figura 16.4 La scoperta della discontinuità tra crosta e mantello. Il diagramma illustra le onde sismiche prodotte da un terremoto, che raggiungono tre diversi sismografi. Su una distanza breve, come quella del sismografo 1, l’onda diretta (cioè non rifratta) arriva per prima (A). Su distanze maggiori, come quella del sismografo 3, arriva per prima l’onda rifratta, perché ha viaggiato in rocce in cui la velocità di propagazione delle onde sismiche è maggiore (C). Il punto di crossover, che in questo diagramma coincide con il sismografo 2, viene raggiunto da entrambe le onde nello stesso momento (D). La distanza tra l’epicentro e il punto di crossover aumenta proporzionalmente alla profondità della Moho, e può dunque essere usata per determinare lo spessore della crosta. © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 251 9-02-2009 16:17:56 252 UNITÀ 6 un modello globale terremoto ◾ Il mantello terrestre L’esistenza nella Terra di un nucleo centrale distinto fu dimostrata nel 1906 dal geologo Richard D. Oldham (1858-1936), mentre nel 1914 Beno Gutenberg (1889-1960) calcolò la profondità del limite tra nucleo e mantello indicando un valore di 2900 km tuttora accettato. A tale profondità si trova la discontinuità di Gutenberg, in corrispondenza della quale si registra una brusca diminuzione della velocità delle onde P e si interrompe la propagazione delle onde S (rivedi la Figura 16.4). Oldham aveva osservato che a una distanza angolare di 100° oltre 100° dall’epicentro di un forte terremoto, le onde P e le onde S erano assenti o molto deboli. In altri termini il nucleo centrale dava origine a una “zona d’ombra” priva di onde sismiche, come illustrato nella Figura 16.5. A Oltre l’82% del volume della Terra è costituito dal mantello, un guscio di spessore pari a quasi 2900 km che si estende dalla discontinuità Moho fino al nucleo esterno. Dato che le onde S si propagano ancora all’interno del mantello, posterremoto siamo dedurre che si tratti di rocce allo stato solido, costituite da silicati ricchi di ferro e magnesio. Tuttavia, pur essendo solide, le rocce del mantello si trovano a temperature molto elevate e possono avere un comportamento plastico. onde P dirette In base agli studi condotti sulla propagazione delle onde sismiche, il mantello può essere distinto in mantello superiore e mantello inferiore nucleo (rivedi la Figura 16.1). etimologia Il mantello superiore onde P dirette nucleo interno nucleo esterno mantello 100° 100° zona d’ombra per le onde P 140° 140° 180° onde P registrate (e terremoto onde S dirette interno nucleo nucleo esterno Il mantello superiore si estende dallaesterno discontinuità Moho Astenosfera deriva dal nucleo fino alla profondità di 660 km e può essere a sua volta sudtermine greco asthenos: interno mantello costi100° “debole”. diviso in tre strati diversi. Lo strato più superficiale 100° mantello tuisce, insieme a una porzione di crosta sovrastante, la li- 100° tosfera, più rigida; sotto di essa si trova l’astenosfera, meno rigida. Questa stratificazione dipende dall’andamento della zona d’ombra temperatura all’interno della Terra, e verrà quindi presa per leinonde P esame più avanti nel capitolo. La parte inferiore del mantello superiore, 140° da 410 fino a 660 km di profondità, è costituita B dalla zona di transizione (rivedi la Figura 140° 16.3), il cui limite superiore è segnalato da un improvviso aumento della denonde P 180° zona d’ombra per le onde S registrate sità da 3,5 a 3,7 g/cm5. Questa discontinuità non corrisponde (eventuali onde deboli diffratte) a una variazione della composizione chimica, ma solo a un ▲ Figura 16.5 cambiamento di fase mineralogica del minerale più abbonL’effetto del nucleo sulle onde P e sulle onde S. dante, l’olivina: alle pressioni caratteristiche per questa zona A Quando le onde P interagiscono con il nucleo esterno, composto da ferro allo stato liquido, le loro traiettorie vengono rifratte. In questo l’olivina si trasforma in spinello. modo si crea una zona d’ombra dove non si registra alcuna onda La velocità delle onde sismiche registrata nel mantello P diretta (anche se le onde P diffratte vi si propagano). B Il nucleo superiore corrisponde a quella della peridotite, una roccia rappresenta un ostacolo per le onde S perché queste onde non si ultramafica composta in prevalenza da olivina e pirosseno. propagano nei liquidi. Esiste quindi un’ampia zona d’ombra per le onde Le rocce del mantello vengono talvolta portate in superfiS. Alcune onde S tuttavia vengono diffratte intorno al nucleo e possono essere registrate dall’altra parte del pianeta. cie da alcuni processi geologici: in alcune lave basaltiche di origine molto profonda compaiono inclusi strappati dalle parti inferiori del condotto vulcanico e questi frammenti, ◾ Il nucleo terrestre chiamati xenoliti, sono effettivamente di composizione peLa discontinuità di Gutenberg, che separa il mantello dal nuridotitica. cleo, è la più significativa all’interno della Terra in termini di variazione delle proprietà dei materiali. La velocità delle Il mantello inferiore onde P si riduce da 13,7 a 8,1 km/h, mentre quella delle onTra i 660 km e il limite superiore del nucleo, a una profondità de S scende drasticamente da 7,3 km/h a zero. Dato che le di 2891 km, si trova il mantello inferiore. In questo strato onde S non si propagano nei liquidi, si ipotizza che la parte l’olivina e il pirosseno si trasformano nel minerale chiamapiù esterna del nucleo sia allo stato liquido. Anche la variato perovskite, con formula (Fe, Mg)SiO . Poiché il mantello 5 zione di densità osservata, da 5,6 a 9,9 g/cm5, è addirittura inferiore è di gran lunga lo strato più spesso della Terra e comaggiore di quella che si registra sulla superficie terrestre stituisce il 56% del volume del pianeta, la perovskite è, in un nel passaggio dalla roccia all’aria. certo senso, il minerale più abbondante della Terra. 100° © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 252 9-02-2009 16:18:02 CAPITOLO 16 l’interno della terra 253 terremoto irette ° 100° mbra nde P dirette 00° Nel 1936 la sismologa danese Inge Lehmann (18881993) intuì che alcune onde P venivano fortemente rifratte onde S dirette in seguito a un loro improvviso incremento di velocità in corrispondenza di una superficie di discontinuità all’interno del nucleo, un fenomeno opposto a quello che determina la formazione della zona d’ombra per le onde P (Figura 16.5A). nucleo Questa superficie di discontinuità, chiamata discontinuità esterno nucleo di Lehmann, si trova a circa 5170 km di profondità e segna interno il limite tra la parte più esterna del nucleo, 100°chiamata nucleo mantello esterno, e quella più interna, cioè il nucleo interno (rivedi la Figura 16.1). In base alle conoscenze attuali sui meteoriti e sul Sole, i geologi ritengono che la Terra contenga una grande quantità di ferro, che però nella crosta e nel mantello non è molto abbondante. Da questa considerazione, e dall’elevata densità del nucleo, si può dedurre che questa parte della Terra sia costituita in prevalenza da ferro e nichel. zona d’ombra per le onde S Il nucleo corrisponde a circa 1/6 del volume della Terra (eventuali onde deboli diffratte) ma, a causa della sua alta densità, costituisce 1/3 della massa terrestre; il ferro, se si considera la massa, è dunque l’elemento più abbondante della Terra. Il nucleo esterno non è costituito da ferro puro. La densità e la velocità delle onde sismiche in questo guscio suggeriscono che esso sia formato, per il 15% circa, da altri elementi più leggeri del ferro, probabilmente zolfo, ossigeno, silicio e idrogeno. Il nucleo interno è invece una sfera solida costituita da ferro e da quantità minori di nichel. Questa parte del nucleo è molto piccola, e costituisce solo 1/142 (meno dell’1%) del volume del nostro pianeta. Nelle prime fasi della formazione della Terra, caratterizzate da temperature molto elevate, il nucleo interno non esisteva. Con il successivo raffreddamento però il ferro cominciò a cristallizzare al centro del pianeta, formando il nucleo interno solido, in cui mancano gli elementi più leggeri che sono invece presenti nel nucleo esterno. 16.3 L’andamento della temperatura all’interno della Terra La temperatura della Terra è mediamente di circa 5500 °C al centro e 0 °C in superficie. Perciò il calore si trasferisce continuamente dalle zone più interne a quelle più esterne, un flusso di calore che genera una circolazione di materiali nel nucleo e nel mantello. Misurazioni condotte in varie zone del pianeta indicano che il flusso di calore medio in superficie è di circa 87 mW/m4. Non si tratta di un valore elevato: con questo flusso di calore, infatti, l’energia emessa da una superficie di 690 m4, poco più grande di un campo di pallacanestro, basterebbe solo per alimentare una lampadina da 60 W. Tuttavia, dato che la superficie della Terra è molto ampia, in un anno il calore emesso corrisponde a circa il triplo dell’energia totale consumata. Nella Figura 16.6 si può notare che il flusso di calore (in mW/m4) sulla superficie terrestre non è uniforme, ma è più elevato in corrispondenza delle dorsali oceaniche, dove grandi quantità di magma risalgono verso l’alto, e in alcune regioni continentali, per la presenza di concentrazioni particolarmente alte di isotopi radioattivi. Nelle piane abissali, antiche e fredde, il flusso di calore è invece molto basso. L’origine del calore terrestre Come tutti i pianeti del Sistema Solare, durante le prime fasi della sua formazione la Terra è stata caratterizzata da un incremento molto rapido della temperatura interna, seguito da un periodo di lento e graduale raffreddamento, che è ancora oggi in atto. L’iniziale aumento della temperatura terrestre è stato causato da diversi fenomeni, tra cui la formazione del nucleo interno, dovuta alla fusione del ferro e al suo conseguente sprofondamento verso il centro del pianeta. Tuttavia, Il paragrafo in breve 1. La struttura interna della Terra viene studiata mediante • indagini dirette (scavi profondi) • indagini geofisiche indirette (studio della propagazione delle onde sismiche) 2. In base all’andamento della velocità e della direzione delle onde sismiche si distinguono • discontinuità di Moho, tra crosta e mantello • discontinuità di Gutenberg, tra mantello e nucleo • discontinuità di Lehmann, tra nucleo esterno e nucleo interno 3. In base allo studio della propagazione delle onde sismiche e alle proprietà dei materiali è possibile distinguere • crosta terrestre (tra 7 e 40 km) # crosta oceanica (basalti e gabbri) # crosta continentale (vari tipi di rocce) • mantello (da Moho a 2900 km circa di profondità), composto da peridotiti # mantello superiore – mantello litosferico (rigido) – astenosfera (più plastica) – zona di transizione # mantello inferiore (tra 660 km e 2900 km circa, composto da perovskite) • nucleo (composto da ferro e nichel) # nucleo esterno (allo stato liquido) # nucleo interno (allo stato solido) 0 40 60 85 120 180 0 40 60 85 120 180 flusso di calore in mW/m22 flusso di calore in mW/m ▲ Figura 16.6 La distribuzione geografica del flusso di calore. La figura illustra la distribuzione del flusso di calore (valori espressi in mW/m 2 ) emesso dalla Terra in seguito al suo graduale raffreddamento. Il flusso di calore è più elevato lungo le dorsali oceaniche, dove il magma risale in superficie lungo le fratture causate dal progressivo allontanamento delle placche tettoniche. I continenti disperdono il calore più velocemente rispetto ai fondali marini antichi, perché contengono una maggiore quantità di isotopi radioattivi che emettono calore. 240 240 350 350 © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 253 9-02-2009 16:18:10 254 UNITÀ 6 Nella parte superficiale dell’astenosfera un modello globale si ha parziale fusione. 0 litosfera litosfera astenosfera 0 zona di transizione 500 astenosfera zona di transizione curva di fusione mantello 2000 profondità (km) profondità (km) 1000 1000 solido Si pensa che alla base del mantello il materiale sia parzialmente fuso. temperatura (geoterma) 1500 mantello inferiore 2000 2500 3000 2890 B nucleo esterno 4000 Il nucleo esterno è fuso perché qui la temperatura è maggiore rispetto al punto di fusione del ferro. ◀ 5000 Il nucleo interno è solido perché qui la temperatura è inferiore rispetto al punto di fusione del ferro. nucleo interno 6000 solido 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 temperatura (°C) A aumento della viscosità se il calore della Terra derivasse solo dalle prime fasi della sua formazione, il nostro pianeta sarebbe ormai un corpo gelido da miliardi di anni. Il mantello e la crosta contengono però alcuni isotopi radioattivi con tempo di dimezzamento molto lungo, dell’ordine di miliardi di anni: i principali sono l’uranio 235, l’uranio 238, il torio 232 e il potassio 40. È proprio il decadimento radioattivo di questi elementi la fonte principale dell’energia che, dissipandosi, si trasforma in calore, alimentando i moti convettivi nel mantello e la tettonica delle placche. ◾ Il profilo di temperatura all’interno della Terra Con il nome di geoterma si indica la curva che descrive l’andamento della temperatura alle diverse profondità, all’interno della Terra (Figura 16.7A). Il gradiente geotermico è la variazione di temperatura riferita a un certo intervallo di profondità, solitamente 1 km. Tra la superficie e il centro della Terra, la temperatura cresce da 0 °C circa a oltre 5000 °C. All’interno della crosta l’aumento è molto rapido, pari a oltre 30 °C per ogni kilometro di profondità; questo gradiente in seguito decresce, altrimenti le rocce si troverebbero allo stato fuso già a 1000 km di profondità. Nella maggior parte del mantello, l’aumento di temperatura è pari a circa 0,3 °C ogni kilometro e, dopo un brusco aumento alla base del mantello, diventa poi più graduale nel nucleo esterno e nel nucleo interno. Nella Figura 16.7A è anche riportata la curva dei punti di fusione medi dei materiali a ciascuna profondità. La vicinanza della geoterma alla curva dei punti di fusione non indica soltanto se un materiale è fuso o no, ma anche la sua Figura 16.7 Il gradiente geotermico terrestre. A L’aumento di temperatura è graduale nella maggior parte degli strati. In corrispondenza delle due maggiori discontinuità termiche, la litosfera e la zona al limite mantello-nucleo, la temperatura aumenta invece rapidamente su brevi distanze. La figura mostra anche la curva dei punti di fusione dei materiali alle varie profondità. Dove la geoterma incrocia la curva dei punti di fusione passando alla sua destra, come nel nucleo esterno, il materiale è allo stato fuso. B Il diagramma illustra la variazione della viscosità con la profondità. A viscosità elevate, come nella crosta e nella litosfera, le rocce sono più rigide e fluiscono con minore facilità. Confrontando le due figure si può notare che le rocce sono più deboli e fluiscono con maggiore facilità alle profondità in cui la temperatura è prossima a quella di fusione (cioè nell’astenosfera e alla base del mantello). rigidità: se la temperatura si avvicina al punto di fusione, la rigidità della roccia inizia diminuire. La Figura 16.7B illustra la viscosità delle rocce della crosta e del mantello. Le regioni a elevata viscosità, come la litosfera, sono molto rigide. Le regioni a bassa viscosità, come l’astenosfera o la regione alla base del mantello, sono più plastiche. Sia la geoterma sia la curva dei punti di fusione aumentano con la profondità, cioè si portano gradualmente verso valori più alti, a causa del contemporaneo aumento della pressione. In linea generale la curva dei punti di fusione aumenta più rapidamente della geoterma, e per questo le rocce nell’interno della Terra sono allo stato solido. Tuttavia in due strati, la parte superiore dell’astenosfera e la base del mantello, la temperatura della Terra è sufficientemente elevata da causare l’inizio della fusione di alcune rocce. È ora possibile capire il diverso comportamento dei vari strati della Terra. La litosfera è rigida perché la sua temperatura è inferiore alla temperatura di fusione. L’astenosfera è più molle e plastica perché la sua temperatura è prossima alla temperatura di fusione: in alcuni punti, infatti, è possibile una fusione parziale. L’astenosfera è fondamentale per il meccanismo della tettonica delle placche, in quanto consente lo scorrimento della litosfera, più rigida, su uno strato più plastico. Nel mantello inferiore, che è molto rigido, le rocce si muovono molto più lentamente che nel mantello superiore, tranne che alla base dove la temperatura si approssima nuovamente alla temperatura di fusione. Nel nucleo la temperatura aumenta molto più lentamente rispetto alla pressione. Tra il limite nucleo-mantello e il centro della Terra, infatti, la temperatura cresce da 4000 °C © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 254 9-02-2009 16:18:15 CAPITOLO 16 l’interno della terra 255 a eric Am Il paragrafo in breve 16.4 La struttura tridimensionale Oc ean nucleo variazioni percentuali della velocità delle onde S rispetto ai valori medi –1,5% –1,0% – 0,5% 0 0,5% 1,0% 1,5% campo Figura 16.8 magnetico La tomografia sismica. Questa immagine ottenuta L’ampia struttura di colore blu presente a grande con la tomografia sismicabobina mostra la struttura profondità sotto l’America settentrionale è un di filo del mantello terrestre. I colori indicano gli frammento dell’antico fondo dell’Oceano Pacifico, conduttore scostamenti della velocità delle onde S rispetto freddo e denso, che sta sprofondando verso la ai valori medi. Il colore blu indica una velocità base del mantello. Le vaste zone color arancio maggiore delle onde S nelle porzioni più antiche al di sotto dell’Africa occidentale e dell’Oceano dei continenti, fredde e rigide, come la parte Pacifico sono punti in cui si ha risalita di materiale B elettromagnete magnete orientale dell’America settentrionale C e l’Africa. caldo verso la superficie. (campo dipolare) (campo dipolare) ▲ ◀ Per visualizzare la struttura tridimensionale dell’interno della Terra si utilizza una tecnica basata sull’analisi delle onde sismiche, chiamata tomografia sismica. Numerose informazioni si ricavano anche dallo studio del campo magnetico terrestre. asse polo di rotazione nord magnetico ◾ La tomografia sismica Magnetic campo field magnetico © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 255 Figura 16.9 Il campo magnetico terrestre. Analogia tra il campo magnetico terrestre (A) e il campo prodotto da un elettromagnete (B), costituito da una bobina di filo in cui passa una corrente elettrica, oppure da una barra magnetica (C). In passato si pensava che il nucleo della Terra agisse come una grande barra magnetica; oggi invece gli studiosi ritengono che il campo magnetico della Terra sia più simile a quello prodotto da un elettromagnete. A campo magnetico terrestre (campo dipolare) campo magnetico bobina di filo conduttore ◾ Il campo magnetico terrestre Come gli altri pianeti, la Terra possiede un campo magnetico, rappresentabile con linee di forza che escono dal polo magnetico sud e rientrano al polo magnetico nord. I poli magnetici non coincidono esattamente con i poli geografici (Figura 16.9C). In ogni punto della superficie terrestre il campo magnetico viene descritto mediante l’intensità, misurata in Gauss, e la direzione, descritta mediante due angoli, chiamati declinazione e inclinazione. La declinazione magnetica indica la direzione del polo nord magnetico rispetto alla direzione del polo nord geogra- o mantello della Terra e il campo magnetico terrestre La tomografia sismica consente di combinare numerose registrazioni sismiche relative a vari terremoti per costruire un modello tridimensionale dell’interno della Terra. Questo metodo si basa solitamente sull’identificazione di zone in cui la velocità delle onde P e delle onde S è superiore o inferiore al valore medio previsto: gli eventuali scostamenti vengono interpretati come variazioni nelle caratteristiche dei materiali, come la temperatura, la composizione, lo stato fisico o il contenuto d’acqua. Le immagini ottenute con la tomografia sismica, come quella della Figura 16.8, illustrano l’esistenza di una circolazione di materiali alla scala dell’intero mantello. Frammenti di antichi fondi oceanici freddi sprofondano alla base del mantello dove si riscaldano, si espandono e risalgono di nuovo verso la superficie. oA tla nt ic entale occid ica Af r 1. Temperatura della Terra: da 5500 °C al centro a 0 °C in superficie # il flusso di calore non è uniforme – è maggiore in corrispondenza delle dorsali oceaniche – è minore nei continenti 2. Calore interno della Terra causato da # contrazione gravitazionale durante la formazione del pianeta # decadimento di isotopi radioattivi con lungo tempo di dimezzamento 3. Trasmissione del calore all’interno della Terra # la geoterma descrive l’andamento della temperatura con la profondità # il gradiente geotermico è la variazione di temperatura in un dato intervallo di profondità # fenomeni di fusione parziale nei punti in cui la curva dei punti di fusione interseca la geoterma O ce ano Pa cif ico a 5500 °C, con un incremento del 40%, mentre la pressione triplica, passando da 1,36 a 3,64 Mbar. Il ferro presente nel nucleo interno, anche se a una temperatura altissima, resta allo stato solido perché anche la pressione è molto elevata. trionale setten B elettromagnete (campo dipolare) C magnete (campo dipolare) fico (cioè il punto di intersezione dell’asse di rotazione terrestre con la superficie). L’inclinazione magnetica è l’angolo formato con il piano orizzontale dalle linee di forza del campo magnetico, e può essere misurata con un ago magnetico libero di ruotare nel piano verticale. asse Al polo nord magnetico polo di rotazione nord magnetico 9-02-2009 16:18:26 256 UNITÀ 6 un modello globale collegamenti Nei fluidi il calore si propaga per convezione a causa dell’espansione degli strati di fluido più caldi che diventano più leggeri e tendono a salire, mentre quelli più lontani dalla fonte di calore, più densi, tendono a scendere e sostituire quelli più caldi: questi moti convettivi determinano una circolazione continua all’interno del fluido. le linee di forza puntano direttamente verso il basso (inclinazione = 90°), all’Equatore invece sono orizzontali (inclinazione = 0°) (Figura 16.10). L’origine del campo magnetico terrestre è oggi attribuita agli intensi moti convettivi nel nucleo esterno, formato da ferro allo stato liquido. Si ritiene che il flusso di materiale nel nucleo esterno sia dovuto a tre meccanismi principali: la convezione termica, la convezione chimica e la presenza di isotopi radioattivi. La convezione termica si verifica quando il calore si trasmette dal nucleo al mantello per conduzione, e i materiali fluidi nella parte più esterna del nucleo si raffreddano, diventano più densi e sprofondano. La convezione chimica è dovuta alla cristallizzazione del ferro allo stato solido alla base del nucleo esterno, con la conseguente formazione del nucleo interno. Ciò determina la quasi totale assenza di ferro nei fluidi residui che sono dunque relativamente leggeri e risalgono verso l’alto. All’interno del nucleo, inoltre, potrebbero essere presenti isotopi radioattivi, come il potassio 40, che forniscono ulteriore calore alimentando la convezione termica. mantello nucleo esterno liquido nucleo interno ▲ Figura 16.11 La convezione nel nucleo. Un esempio di un modello di convezione nel nucleo esterno che può generare il campo magnetico misurato in superficie. Si ritiene che il materiale soggetto alla convezione segua traiettorie a spirale cilindriche allineate lungo la direzione dell’asse di rotazione terrestre. La geodinamo I fluidi che risalgono all’interno del nucleo seguono una traiettoria a spirale (Figura 16.11). Dato che questi fluidi sono elettricamente carichi, il loro movimento genera un campo magnetico: questo meccanismo viene chiamato geodinamo o dinamo ad autoeccitazione, ed è analogo a quanto avviene in un elettromagnete. Infatti, se si avvolge un filo elettrico intorno a un chiodo di ferro e si fa passare la corrente nel filo, collegamenti Si parla di vento solare nei Capitoli 6 e 8. S za or Le inversioni del campo magnetico di f l in ee N N S polo nord magnetico polo nord magnetico il chiodo genera un campo magnetico dipolare, con un polo magnetico nord e un polo sud, molto simile a quello prodotto da una barra magnetica. Nella Figura 16.9 si può notare come il campo magnetico prodotto dal nucleo esterno della Terra abbia la stessa forma dipolare di quello appena descritto. Tuttavia, la convezione nel nucleo esterno non è così semplice. Oltre il 90% del campo magnetico terrestre può essere considerato di forma dipolare, ma la parte restante è il prodotto di altri modelli più complessi di convezione nel nucleo. latitudini settentrionali N polo sud magnetico S latitudine equatoriale ▲ Figura 16.10 La direzione delle linee di forza del campo magnetico terrestre a varie latitudini. Anche se una bussola indica generalmente solo la componente orizzontale del campo magnetico (declinazione magnetica), le linee di forza sono disposte secondo un angolo variabile rispetto alla superficie (inclinazione magnetica). Il campo magnetico terrestre ha subito nel tempo alcune variazioni, tra cui una delle più significative è rappresentata dal fenomeno delle inversioni del campo magnetico. Durante un’inversione l’intensità del campo magnetico diminuisce del 10% circa rispetto al valore normale, e i poli si spostano gradualmente fino a “scavalcare” l’Equatore: quando l’intensità torna ai livelli normali, nel giro di poche migliaia di anni, il campo ha polarità invertita. Questo fenomeno indica che le modalità di convezione nel nucleo esterno variano in intervalli di tempo relativamente brevi. La scoperta delle inversioni del campo magnetico terrestre è stata molto importante per i geologi in quanto ha rappresentato una delle prove principali a supporto della teoria della tettonica delle placche, ma è possibile che questi eventi abbiano avuto un’influenza negativa per la vita sulla Terra. Il campo magnetico terrestre infatti si estende nello spazio generando uno scudo magnetico chiamato magnetosfera che, insieme all’atmosfera, protegge la superficie terrestre dalle particelle ionizzate emesse dal Sole (il cosiddetto vento solare). La diminuzione di intensità del campo magnetico durante un’inversione potrebbe consentire l’arrivo sulla Terra di maggiori quantità di particelle ionizzate. Un’altra variazione del campo magnetico terrestre è rappresentata dalla migrazione dei poli magnetici, rilevabile nell’arco di pochi decenni. Per esempio, il polo nord magnetico della Terra era stato individuato in Canada, ma negli ultimi anni si è spostato verso nord nel Mar Glaciale Artico, e attualmente si sta dirigendo verso la Siberia a una velocità di circa 20 km all’anno (Figura 16.12). Il processo non è simme- © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 256 9-02-2009 16:18:34 CAPITOLO 16 l’interno della terra 257 polo nord magnetico trico: infatti, mentre il polo nord magnetico si sta spostando verso il polo nord geografico, il polo sud magnetico si sta allontanando dal polo sud geografico, passando dall’Antartide all’Oceano Pacifico. Questo fenomeno è attribuito alla porzione non dipolare del campo magnetico terrestre, e sembra indicare che la convezione nel nucleo varia in modo significativo nell’arco di un decennio. Groenlandia 2005 2001 Il paragrafo in breve 1. La tomografia sismica (basata sulle variazioni di velocità delle onde sismiche) consente di visualizzare la struttura tridimensionale della Terra 2. Il campo magnetico terrestre è generato da moti convettivi nel nucleo esterno (geodinamo) per # convezione termica # convezione chimica # presenza di isotopi radioattivi 3. Il campo magnetico terrestre viene descritto mediante # intensità, misurata in Gauss # direzione, descritta mediante due angoli – declinazione magnetica – inclinazione magnetica 4. Il campo magnetico terrestre può subire variazioni # inversione di polarità # migrazione dei poli magnetici Figura 16.12 La variazione nel tempo della posizione del polo nord magnetico. le modalità di convezione nel nucleo esterno cambiano molto rapidamente, cosicché significative variazioni del campo magnetico sono misurabili nell’arco di pochi decenni. ◀ 1994 1984 1962 1948 1904 America settentrionale intersezione 16.1 Ricreare l’ambiente degli strati interni della Terra basandosi soltanto sulla sismologia non è possibile stabilire la composizione della terra. È necessario ricavare informazioni aggiuntive con altri mezzi, per riuscire a interpretare le velocità delle onde sismiche in termini di tipo di roccia. Ciò è possibile grazie agli esperimenti di fisica delle rocce, condotti in laboratorio. Sottoponendo i minerali e le rocce a temperature e pressioni elevate, è possibile misurare direttamente proprietà come la rigidezza, la compressibilità e la densità, e quindi anche la velocità delle onde sismiche. Si simulano così le condizioni presenti nel mantello e nel nucleo, e si confrontano i risultati ottenuti con i modelli di propagazione delle onde sismiche. gran parte degli esperimenti di fisica delle rocce sono effettuati con presse giganti che utilizzano acciaio al carbonio, molto duro. le pressioni più elevate tuttavia si ottengono mediante celle a diamante come quella illustrata nella Figura A . Questi dispositivi sfruttano due importanti proprietà dei diamanti, la durezza e la trasparenza. le estremità di due diamanti vengono tagliate e un piccolo campione del minerale da studiare viene collocato i due cristalli. Premendo i due diamanti si ottengono pressioni elevate come quelle presenti all’interno del pianeta giove. le alte temperature vengono invece raggiunte inviando un raggio laser nel campione attraverso il diamante. gli esperimenti di fisica delle rocce non servono solo per misurare la velocità delle onde sismiche alle condizioni esistenti nei vari strati della terra: con altri esperimenti si determina, per esempio, la temperatura a cui i minerali incominciano a fondere, a diverse pressioni, oppure la pressione a cui una fase mineralogica diventa instabile trasformandosi in una nuova fase di alta pressione. un altro tipo di indagine prevede la realizzazione degli stessi esperimenti variando leggermente la composizione mineralogica del campione. la fisica delle rocce è dunque indispensabile perché, come sappiamo, all’interno della terra esistono variazioni di composizione e di temperatura lungo le tre dimensioni. ▼ Figura A La fisica delle rocce. Con gli esperimenti ad alta pressione in una cella a diamante (fotografia a sinistra) è possibile ricreare le condizioni presenti al centro della terra. lo strumento è molto piccolo, e si può collocare comodamente su un tavolo. le alte pressioni vengono generate tagliando le estremità di due diamanti di alta qualità (fotografia a destra), collocando un piccolo campione di roccia tra i cristalli così preparati ed esercitando una pressione sul campione. Per raggiungere le alte temperature necessarie si utilizza un raggio laser. © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 257 9-02-2009 16:18:41 258 UNITÀ 6 un modello globale Il capitolo in breve La struttura stratificata della Terra La Terra è divisa in strati: i materiali più densi si trovano al centro del pianeta e quelli più leggeri negli strati esterni. Questa stratificazione è dovuta alla forza di gravità ed è caratteristica di tutti i pianeti. Gli strati della Terra sono: il nucleo, il mantello (rocce dense), la crosta (rocce a bassa densità). Nei vari strati la densità della materia aumenta con la profondità a causa della compressione dovuta all’aumento della pressione. Lo studio dell’interno della Terra Uno dei metodi usati per studiare l’interno del nostro pianeta è lo studio delle onde sismiche. Queste onde vengono riflesse dalle superfici di discontinuità tra due strati con caratteristiche diverse, e rifratte quando passano da uno strato all’altro. La loro velocità è influenzata dalla profondità, dalla composizione, e dalle proprietà elastiche (rigidezza e compressibilità, influenzate dalla temperatura) delle rocce in cui si propagano. La crosta oceanica e la crosta contientale La crosta oceanica si forma in pros- simità delle dorsali oceaniche ed è abbastanza uniforme nella composizione. La crosta continentale presenta composizione molto variabile e si forma in diversi modi. Lo spessore della crosta oceanica è di circa 7 km, mentre la crosta continentale può anche raggiungere i 70 km di spessore. Il limite tra crosta e mantello è la discontinuità di Mohorovičić (o Moho). Il mantello Il mantello costituisce la mag- gior parte (82%) del volume della Terra. Il man- tello superiore si estende dalla Moho fino a una profondità media di 660 km, ed è suddivisibile in tre parti: una parte superiore che, insieme alla crosta, forma la litosfera rigida, l’astenosfera, più plastica e, al di sotto dell’astenosfera, la zona di transizione alla cui base si trova un livello più plastico. Il mantello inferiore si estende da 660 km fino al limite nucleo-mantello posto a 2891 km dalla superficie. Il limite tra il mantello e il nucleo è rappresentato dalla discontinuità di Gutenberg. Il nucleo Il nucleo è costituito principalmente da ferro e nichel, anche se contiene il 15% circa di elementi più leggeri. Dato che il ferro è molto denso, il nucleo costituisce circa 1/3 della massa della Terra. Si suddivide in un nucleo esterno, allo stato liquido, e un nucleo interno solido, separati dalla discontinuità di Lehmann. La temperatura della Terra La temperatura interna della Terra passa da 5500 °C al centro del nucleo a circa 0 °C in superficie. Questo determina un flusso di calore dall’interno verso l’esterno, e il calore per la maggior parte si disperde lungo il sistema delle dorsali oceaniche. Il nostro pianeta è ancora geologicamente attivo a causa del calore emesso dagli isotopi radioattivi con tempo di dimezzamento molto lungo. Il profilo di temperatura all’interno della Terra La geoterma è la curva dell’an- damento della temperatura alle varie profondità, mentre il gradiente geotermico è la variazione di temperatura riferito a un certo interval- MP3 Ascolta la sintesi lo di profondità, solitamente 1 km. Il gradiente geotermico nella crosta è pari a 30 °C per ogni km, ma più in profondità diminuisce. Quando la geoterma si approssima alla curva dei punti di fusione, le rocce diventano più plastiche e meno viscose, come accade nell’astenosfera e alla base del mantello. Sia la geoterma sia la curva dei punti di fusione aumentano con la profondità per il contemporaneo aumento della pressione. Il nucleo interno, pur trovandosi a una temperatura altissima, è solido perché la pressione è molto elevata. La tomografia sismica Mediante molte registrazioni sismiche si possono ottenere immagini tridimensionali delle variazioni della struttura del mantello. Questa tecnica è chiamata tomografia sismica, e ha permesso di dedurre che esiste una circolazione di materiali in tutto il mantello. Il campo magnetico terrestre Come gli altri pianeti, la Terra possiede un campo magnetico descrivibile mediante valori di intensità e direzione, a sua volta misurabile mediante i due angoli di declinazione magnetica e inclinazione magnetica. L’origine del campo magnetico terrestre è oggi attribuita agli intensi moti convettivi nel nucleo esterno, secondo il meccanismo della geodinamo. Il campo magnetico subisce inversioni di polarità che si realizzano in poche migliaia di anni. Altre variazioni del campo magnetico sono le migrazioni dei poli magnetici, osservabili nell’arco di poche decine di anni. MAPPA MULTIMEDIALE Visualizza i concetti I PARAGRAFI IN BREVE Ripassa il capitolo Per preparare la verifica Conoscenze disciplinari e abilità 5 Il è la variazione di temperatura per un certo intervallo di profondità; la curva che descrive l’andamento della temperatura con la profondità è detta . ............................................................... ............................................................... Completa le seguenti affermazioni. ............................................................... 1 Per effetto della gravità, i materiali che costituiscono la Terra si dispongono secondo una struttura a strati in cui il è occupato dagli elementi più pesanti, il e la dagli elementi più leggeri e l’ dai gas. 2 Il passaggio tra i diversi strati che compongono la Terra avviene in corrispondenza delle . La segna il passaggio da crosta a mantello, la separa il mantello dal nucleo. 3 La , situata a una profondità di circa 5170 km, separa il dal . 4 La profondità della Moho varia a seconda che si trovi al di sotto della oppure della . .............................................................. .............................................................. .............................................................. .............................................................. ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ........................................................................ ........................................................................ ........................................................................ ........................................................................ ........................................................................ ........................................................................ ........................................................................ .......................................................... .......................................................... .......................................................... .......................................................... Scegli la soluzione corretta. 6 Le superfici di discontinuità: a. determinano sempre l’arresto delle onde S. b. determinano sempre una diminuzione di velocità delle onde P. c. sono state individuate mediante l’analisi di propagazione delle onde sismiche. d. non permettono la propagazione delle onde sismiche. 7 La crosta continentale: a. ha lo stesso spessore della crosta oceanica. b. ha una densità superiore alla crosta oceanica. c. è attraversata dalle onde sismiche con una velocità costante. d. ha uno spessore medio di 40 km. © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 258 9-02-2009 16:18:45 CAPITOLO 16 l’interno della terra 259 8 La crosta oceanica: a. ha uno spessore medio superiore ai 20 km. b. ha una densità di circa 3,0 g/cm5. c. non permette il passaggio delle onde P. d. è composta prevalentemente da graniti. 9 In corrispondenza della Moho si osserva: a. una diminuzione della densità media delle rocce. b. un’accelerazione delle onde sismiche. c. un rallentamento delle onde sismiche. d. una diminuzione della temperatura. •• La discontinuità di Gutenberg: a. si trova a più di 3000 km di profondità. b. separa il mantello superiore dal mantello inferiore. c. separa la litosfera dall’astenosfera. d. impedisce la propagazione delle onde S. •• I poli magnetici: a. si stanno entrambi avvicinando dai poli geografici. b. si stanno entrambi allontanando dai poli geografici. c. si spostano in relazione ai moti convettivi nel nucleo. d. si spostano per azione della parte dipolare del campo magnetico terrestre. •• La litosfera: a. si trova subito al di sotto dell’astenosfera. b. è costituita dalla crosta e dalla parte superficiale del mantello. c. è lo strato più rigido del mantello. d. è delimitata dalla zona di transizione. Indica nello spazio assegnato se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F). In ciascuna affermazione falsa sostituisci il termine sottolineato con il termine corretto. V F •• Le peridotiti sono i costituenti principali della crosta terrestre. □ □ ............................................................... •• La declinazione magnetica è l’angolo formato dalle linee di forza del campo magnetico con il piano orizzontale. •• Le indagini geofisiche dirette si basano sullo studio della propagazione delle onde sismiche nell’interno della Terra. □ □ ............................................................... •• A parità di composizione, le onde sismiche si propagano più velocemente in rocce meno rigide. □ □ ............................................................... Rispondi alle seguenti domande. •• Da che cosa dipende la velocità delle onde sismiche nelle rocce? •• A che profondità si sono spinte le perforazioni più profonde della superficie terrestre? •• Qual è l’elemento più abbondante della Terra? •• Qual è la fonte principale dell’energia che alimenta i moti convettivi nel mantello? •• Descrivi le caratteristiche principali della crosta terrestre e della su- TEST INTERATTIVI DI AUTOVERIFICA Capacità di analisi in contesti diversi •• I moti convettivi interni al mantello sono la causa del flusso di calore dal centro della Terra verso l’esterno ma sono legati anche ad altri fenomeni osservabili sulla superficie terrestre. Sulla base di quello che hai studiato in questo capitolo e nei precedenti, quali potrebbero essere alcuni di questi fenomeni? In alcuni casi sono proprio questi fenomeni che hanno permesso di determinare, per esempio, la composizione mineralogica degli strati sottostanti la crosta terrestre. Sai dire in che modo? In English, please! Choosing from the list of chapter’s key words, complete the following statements with the most appropriate terms. •• Earth’s outermost layer, called the , consists of the crust and uppermost mantle. Beneath this layer in the upper mantle lies another layer, less rigid, known as the . •• studies the propagation of seismic waves to reconstruct the Earth’s interior structure. •• The Lehmann discontinuity divides Earth’s from the . ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... Choose the best answer for the following questions. □ □ ............................................................... perficie di discontinuità che la separa dal mantello. (massimo 120 parole) •• Descrivi le caratteristiche principali del mantello e della superficie di discontinuità che lo separa dal nucleo. (massimo 120 parole) •• Descrivi le caratteristiche principali del nucleo. •• In che cosa consiste la tecnica della tomografia sismica? •• Che cosa sono le inversioni del campo magnetico? Che effetti ha sulla Terra questo fenomeno? (massimo 90 parole) •• Che cos’è il gradiente geotermico? Che cosa rappresentano la geoterma e la curva dei punti di fusione? Che relazione c’è tra le due curve? (massimo 100 parole) •• A geotherm represents the variation of: a. the melting point with depth. b. temperature with depth. c. the melting point with temperature. d. temperature with the melting point. •• A geodynamo is a mechanism due to: a. Earth’s magnetic field. b. Earth’s gravity field. c. the flow of fluid material in the core. d. the flow of fluid material in the mantle. Give a short answer to the following questions. •• Describe the composition of the: a. continental crust. c. mantle. b. oceanic crust. d. core. •• What evidence do we have that Earth’s outer core is molten? MATERIALI PER L’ESAME DI STATO GLOSSARIO MULTIMEDIALE BILINGUE © Pearson Italia S.p.A., E.J. Tarbuck F.K. Lutgens - Corso di Geografia Generale PPBM_Tarbuck_U6_Cap16_SM.indd 259 9-02-2009 16:18:48
