Composizione e struttura interna della terra

Prof. Marco La Fata
Per visione diretta conosciamo pochissimo circa la struttura e la composizione interna della terra
infatti, se consideriamo che il raggio terrestre è di 6371 km e che le maggiori miniere non
raggiungono i 3000 m e che le trivellazioni petrolifere più profonde non oltrepassano gli 8000 m,
comprendiamo come la nostra conoscenza diretta sulla struttura interna della terra sia abbastanza
limitata.
Per conoscere l’interno del nostro pianeta ci è venuto in aiuto lo studio della propagazione delle
onde sismiche.
Durante un terremoto, nell'ipocentro (punto interno alla Terra, da cui
ha origine il terremoto) si generano due tipi di onde sismiche, dette:
onde P (longitudinali o primarie) sono le onde sismiche più veloci e le
prime ad essere rilevate sulla superficie, si propagano nei solidi, nei
liquidi e nei gas. Esse vibrano nella direzione di propagazione ,
facendo oscillare avanti e indietro le particelle del mezzo attraversato.
onde S (trasversali o secondarie), si propagano ad una velocità più
bassa rispetto alle onde P e non si propagano nei liquidi. Esse vibrano
perpendicolarmente alla loro direzione di propagazione e le particelle
della sostanza attraversata oscillano su e giù rispetto alla direzione
dell’onda. Durante la loro propagazione all'interno della Terra, le onde sismiche attraversano strati
di natura diversa, possono essere rifratte, cioè deviate dalla loro precedente direzione di
propagazione, riflesse o subire una variazione di velocità. Queste modificazioni dipendono dalle
caratteristiche dei materiali attraversati, quali la densità, la temperatura, lo stato fisico e la
composizione chimica.
Dall'analisi dei sismogrammi (grafici che registrano le onde sismiche ) di un gran numero di
terremoti, anche di quelli artificiali prodotti attraverso esplosioni atomiche sotterranee, si è potuto
stabilire che l'interno della Terra non è omogeneo e che, a diverse profondità, esistono delle
superfici di discontinuità , cioè superfici che separano strati con diverse caratteristiche fisico chimiche. Tenendo conto di ciò, gli scienziati hanno proposto un modello dell'interno della Terra
che potremmo definire a involucri concentrici. Ogni strato è separato da quello successivo da una
superficie di discontinuità. Andando dall’esterno verso l’interno si hanno tre strati:
crosta, mantello e nucleo
•
CROSTA TERRESTRE
È la zona di cui abbiamo più informazioni, in
quanto è l'unica che ha fornito dati diretti
(miniere e pozzi petroliferi). La densità media
della crosta è di 2,7 g/cm3. È lo strato più
superficiale, sul quale viviamo, costituito in
prevalenza da silicati di alluminio di cui il
vecchio nome SIAL. La superficie è
prevalentemente coperta da uno spesso strato di
sedimenti e rocce sedimentarie. La crosta viene
suddivisa in due zone: una continentale, di
natura granitica, di spessore variabile tra 10 e
60 km, e una oceanica, di natura basaltica, di spessore variabile tra 5 e 10 km. Le profondità
maggiori sono raggiunte in prossimità delle radici delle grosse catene montuose.
Prof. Marco La Fata
IL MANTELLO: L'inizio del mantello è segnato dalla discontinuità di Mohorovicic (Moho).
La Moho è individuata da un aumento di velocità delle onde sismiche, da valori inferiori a 7.6
km/s a valori vicini o superiori a 8 km/s. È la parte più voluminosa, costituita da silicati di ferro
e magnesio da cui il vecchio nome di SIMA. Le temperature sono superiori ai 1000 gradi e
consentono una parziale fusione dei minerali delle rocce. Anche il mantello si divide in due
strati: mantello superiore, fino a una profondità di circa 680 km e mantello inferiore. La parte
superiore ha una densità di 3.3-3.4 g/cm3 e quella inferiore aumenta da 3.3 g/cm3 fino a 5.6
g/cm3 nella zona più profonda. A 2900 km di profondità si trova la seconda discontinuità, quella
di Gutenberg.
• IL NUCLEO: Comprende la parte più interna del pianeta, al di sotto della discontinuità di
Gutenberg. Può essere suddiviso in due zone in base al diverso stato fisico in cui si trovano i
materiali che lo compongono.
1. NUCLEO ESTERNO : costituito da silicati di ferro e nichel da cui il vecchio nome NIFE allo
stato liquido; A 5100 km di profondità è localizzata l'ultima discontinuità, detta di Lehmann.
2. NUCLEO INTERNO : la zona più centrale del nostro pianeta, compreso tra 5100 e 6371 km
circa. A queste profondità sono presenti delle fortissime pressioni che modificano i valori di
temperatura di fusione dei materiali; le rocce che nel nucleo esterno sono liquide non riescono
più a fondere e si presentano sotto forma solida.
•
LITOSFERA
La litosfera comprende la crosta e una parte del mantello, la parte più esterna fino a circa 100 km
di profondità nelle zone oceaniche e fino a
circa 120-130 km ed oltre in quelle
continentali. La litosfera ha un
comportamento abbastanza uniforme di
tipo rigido, tipico di solidi con
temperature lontane da quella di inizio
fusione. Al disotto della litosfera, è
presente, una zona parzialmente fusa detta
a comportamento plastico: l’astenosfera.
I sismologi indicano questa zona come
Low-Velocity Zone (LVZ) in quanto
all'interno di essa le onde sismiche
vengono significativamente rallentate.
L'astenosfera si estende fino a 250 km di
profondità e il suo limite inferiore è marcato dall'aumento di velocità delle onde sismiche. Infine, la
mesosfera comprende il mantello intermedio e il mantello inferiore e si spinge fino a circa 2900 km
di profondità, in corrispondenza della discontinuità di Gutenberg, che segna il confine con il nucleo.
Nella mesosfera la densità delle rocce, che sono solide, aumenta gradualmente con la profondità.
Prof. Marco La Fata