scienze della terra

Gian Carlo PEROSINO
SCIENZE DELLA TERRA
Torino, settembre 2012
CREST
Centro Ricerche
in Ecologia
e Scienze del Territorio
CREST s.n.c. di Perosino Gian Carlo & c. 10136 - Torino (Italia).
Via Caprera, 15 - 10136 - Torino.
PRESENTAZIONE
Le Scienze della Terra costituiscono un insieme di discipline (astronomia, geografia
generale fisica e cartografia, geofisica, mineralogia, paleontologia, meteorologia, climatologia,
glaciologia, idrologia, pedologia,...) che hanno, come argomento, lo studio della Terra,
considerata come un sistema complesso, la cui definizione unitaria è considerata obiettivo
prioritario del presente testo.
Il presente testo è un manuale scientifico, la cui lettura richiede un livello di prerequisiti
normalmente acquisito nella scuola media e/o nel biennio della superiore. Pur non rinunciando
ai necessari approfondimenti, l’uso di tale testo è accessibile ad un vasto pubblico; infatti le
nozioni di base, riguardanti la matematica, fisica e chimica (propedeutiche alle Scienze della
Terra), non vengono date per scontate, ma sono riprese ed illustrate con facile linguaggio.
L’articolazione dei contenuti consente lo studio di singoli argomenti indipendentemente
dal contesto del libro è costituisce una “raccolta” di dati, fatti e fenomeni che ha, come
obiettivo, la definizione di un modello di funzionamento del nostro pianeta, mediante una
schema di ciclo complessivo della materia a livello globale. Si sviluppa così un
ragionamento che, attraverso lo studio dei fenomeni naturali del mondo fisico, tiene conto
della moderna metodologia delle scienze sperimentali, non rinunciando a considerare con
attenzione anche la “fatica” degli scienziati che, nel passato, hanno posto le basi per le
conoscenza attuali.
Il libro è riccamente illustrato. Gli argomenti trattati necessitano di immagini;
altrimenti riuscirebbe difficile, con il solo testo, immaginare fenomeni in continua evoluzione
e, soprattutto, caratterizzati dalla tridimensionalità. Oltre 650 figure; si tratta di un numero
elevato, tenendo conto che si utilizzano poche fotografie. Si tratta infatti di schemi e
soprattutto di ricostruzioni di paesaggi che hanno permesso di evitare l’abbondanza di
particolari, per mettere in evidenza quelli più utili alla comprensione dei fenomeni.
Si tratta di un corso di geografia generale fisica per le suole medie superiori e/o di
preparazione per l’Università. Dall’indice si può osservare una articolazione di contenuti
rispetto ai quali valgono le seguenti considerazionbi:
• pur considerando la trattazione dei principali fenomeni dell’Universo, l’astronomia riguarda
soprattutto il Sistema Solare in quanto interessa, in modo più diretto, i fenomeni terrestri;
• ampio spazio alla geofisica, disciplina che consente un migliore collegamento con le altre
materie scientifiche e molto utile per l’obiettivo primario succitato;
• ampliamento dei capitoli riguardanti la meteorologia, la climatologia e la morfologia,
discipline descrittive dei fenomeni più facilmente osservabili;
• grande attenzione all’acqua e a tutti i fenomeni ad essa connessi (per esempio un capitolo è
dedicato all’idrologia, generalmente trascurata nei testi tradizionali);
• rivalutazione della pedologia in quanto lo studio del suolo (talora trascurato) consente di
comprendere meglio i cicli della materia negli ambienti terrestri;
II
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• la storia della vita sulla Terra non viene considerata semplicemente come successione di
eventi biologici sul nostro pianeta, ma viene dato ampio spazio ai metodi di indagine tipici
della paleontologia, disciplina votata allo studio degli ambienti del passato (paleoecologia);
• ampio spazio alla storia della geologia quale documentazione di complesse ricerche che
hanno portato all’attuale moderna teoria della tettonica a placche.
Il testo che viene proposto è suddiviso in sei moduli, ciascuno comprendente tre unità
didattiche. Caratteristica fondamentale di ogni modulo è l’indipendenza dagli altri.
La rapida evoluzione della scienza porta, quale evidente risultato, alla crescita
esponenziale di nuove conoscenze, che vanno ad aggiungersi a quelle tradizionali. Si allunga
quindi l’elenco dei contenuti e aumentano le pagine dei libri (con incremento dei costi e dei
pesi) ed il sapere rischia di diventare più noioso e di tipo enciclopedico, cioè proprio il
contrario rispetto a quanto sempre più auspicato.
Pertanto, nell’ambito della programmazione, gli insegnanti sono chiamati ad effettuare
delle scelte, cioè privilegiare gli argomenti più importanti, quelli caratterizzanti la disciplina
(contenuti fondanti). Per tali motivi il libro in oggetto propone, per ogni capitolo (unità
didattica) alcuni contenuti essenziali e costituenti il “testo principale”. Esso è accompagnato
da schede in modo da arricchire il complesso di contenuti. In tal modo si ha maggiore libertà
di gestire il livello di approfondimento in base alle preconoscenze ed ai prerequisiti degli
alunni, alle disponibilità di orario, al tipo di scuola,....
III
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SCHEMA DEI MODULI E DEI CAPITOLI
Modulo
I
II
III
IV
V
VI
capitolo
1 La terra nel Sistema Solare
UNIVERSO, SISTEMA
2 Forma, dimensioni e massa della Terra
SOLARE, TERRA
3 La rappresentazione della Terra
Totali del modulo
1 Composizione chimica della Terra
COMPOSIZIONE
2 L’acqua
DELLA TERRA
3 La chimica del silicio
Totali del modulo
1 La macchina del tempo
METEOROLOGIA,
CLIMATOLOGIA ED
2 Elementi di climatologia
IDROLOGIA
3 Elementi di idrologia
Totali del modulo
1 Paesaggi disegnati dall’acqua
PROCESSI DI
DISFACIMENTO E DI
2 Paesaggi disegnati dal ghiaccio
TRASPORTO
3 Modellamento dei versanti
Totali del modulo
1 Il ciclo sedimentario
AMBIENTI DI
SEDIMENTAZIONE,
2 Elementi di paleocologia
STORIA DELLA VITA
3 Dalla litosfera alla biosfera
Totali del modulo
1 Interno della terra, equilibri ed energia
CICLO DELLE ROCCE
E TETTONICA A
2 Vulcani, magmatismo e metamorfismo
PLACCHE
3 I movimenti della crosta terrestre
Totali del modulo
SCIENZE DELLA TERRA
TOTALI DEL TESTO
pag.
35
12
23
70
19
27
12
58
31
21
27
79
31
18
11
60
18
28
26
72
14
18
39
71
410
INDICE
I - UNIVERSO, SISTEMA SOLARE, TERRA
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
-
LA TERRA NEL SISTEMA SOLARE
Osservando il cielo
Il moto apparente dei corpi celesti
Meteoriti e comete
La Terra ed il Sole
la Terra e la Luna
I pianeti
Il Sistema Solare nell’Universo
Le stelle
SCHEDA 1.1
SCHEDA 1.2
SCHEDA 1.3
SCHEDA 1.4
SCHEDA 1.5
-
Orientamento sulla sfera celeste
I contributi di KEPLERO, GALILEO E NEWTON
Prove della rotazione terrestre
Altri movimenti della Terra
Il calendario
IV
tab.
9
2
0
11
8
3
0
11
2
2
8
12
1
0
0
1
8
1
11
20
2
4
1
7
62
fig. Mbyte
43
1,09
13
0,41
45
1,45
101 2,95
18
0,80
46
1,41
43
0,95
107 3,16
52
2,79
24
1,85
24
0,79
100 5,43
71
4,43
29
2,51
18
1,22
118 8,16
30
1,54
39
3,51
24
1,55
93
6,60
22
1,25
31
1,61
67
3,13
120 5,99
639 32,29
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SCHEDA 1.6
SCHEDA 1.7
SCHEDA 1.8
SCHEDA 1.9
SCHEDA 1.10
SCHEDA 1.11
SCHEDA 1.12
SCHEDA 1.13
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
-
-
Crateri lunari
Il mese sinodico
Descrizioni dei pianeti
L’Universo in espansione
Processi di fusione e di fissione nucleari
Evoluzione dell’Universo
La materia oscura
Origine del sistema solare
FORMA, DIMENSIONI E MASSA DELLA TERRA
La forma della Terra
La Terra e le stelle
Orientamento (localizzazione di un punto sulla Terra)
È realmente sferica la Terra?
Dimensioni e massa della Terra
Densità della Terra
SCHEDA 2.1
SCHEDA 2.2
SCHEDA 2.3
SCHEDA 2.4
SCHEDA 2.5
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
-
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-
Che ora è?
Un po’ di geometria con Eratostene
Un po’ di fisica: massa e peso
Perché gli oggetti cadono?
Esempi di calcoli con le masse
LA RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA
Geografia e carte geografiche
La fotografia dall’alto
Le carte topografiche
La rappresentazione del rilievo
L’Istituto Geografico Militare (I.G.M.)
Le carte geografiche generali
Il sistema U.T.M. e reticolo chilometrico
Coordinate spaziali di un punto
SCHEDA 3.1
SCHEDA 3.2
SCHEDA 3.3
SCHEDA 3.4
-
Gli enti cartografici italiani
Proiezioni prospettiche o azimutali
Proiezioni di sviluppo
Esempi di applicazioni in cartografia
II - COMPOSIZIONE DELLA TERRA
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
-
COMPOSIZIONE CHIMICA DELLA TERRA
Di che cosa e’ fatta la Terra
Elementi della biosfera, atmosfera ed idrosfera
Elementi della litosfera e della terra profonda
Una breve sintesi
Sostanze organiche, inorganiche: il ciclo del carbonio
Il carbonio inorganico
Il quarto elemento della biosfera: l’azoto
Il fosforo
SCHEDA 1.1
SCHEDA 1.2
SCHEDA 1.3
SCHEDA 1.4
SCHEDA 1.5
SCHEDA 1.6
-
Un po’ di chimica: atomi ed elementi
Classificazione degli elementi dei viventi
Un po’ di termodinamica: il gas aria
Sostanze elementari e composte, miscugli
L’esperienza di Miller
L’eutrofizzazione: un processo naturale
V
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2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.20
-
L’ACQUA
L’acqua ed il sale
L’acqua e l’ossigeno
Stati della materia
Cambiamenti di stato
La trasparenza dell’acqua
La massa dell’acqua
Il ciclo dell’acqua
Le acque dolci e salate
L’acqua nella terra
L’acqua nell’aria
SCHEDA 2.1
SCHEDA 2.2
SCHEDA 2.3
SCHEDA 2.4
SCHEDA 2.5
SCHEDA 2.6
SCHEDA 2.7
SCHEDA 2.8
SCHEDA 2.9
SCHEDA 2.10
SCHEDA 2.11
SCHEDA 2.12
3
3.1
3.2
3.3
3.4
-
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-
La superficie dell’acqua
Il tetraedro, geometria della natura
Come il sale si scioglie nell’acqua
Esempi di strutture cristalline
Il movimento nell’acqua
Diagrammi di stato pressione/temperatura
La trasparenza negli ambienti acquatici
Un esperimento sulla densità dell’acqua
Stratificazione termica nei laghi e nei mari
L’influenza delle attività umane
La gestione delle risorse idriche
Equilibrio acido - base nell’acqua
LA CHIMICA DEL SILICIO
Il legame silicio - ossiggeno
I silicati
Dove si trovano i silicati
Definizione di roccia
SCHEDA 3.1
SCHEDA 3.2
SCHEDA 3.3
SCHEDA 3.4
-
Non solo silicati
Esempi di diagrammi di stato
Proprietà fisiche dei minerali
Le risorse minerarie
III - METEOROLOGIA, CLIMATOLOGIA ED IDROLOGIA
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
-
LA MACCHINA DEL TEMPO
Composizione e struttura dell’atmosfera
La radiazione solare
Bilancio termico della Terra
Misura della temperatura dell’aria
La temperatura dell’aria al suolo
I movimenti dell’atmosfera
La misura del vento
Le correnti a getto
I venti periodici
I fronti e le precipitazioni
La misura delle precipitazioni
SCHEDA 1.1
SCHEDA 1.2
SCHEDA 1.3
SCHEDA 1.4
SCHEDA 1.5
-
Radiazione del corpo nero
Nubi nottilucenti
Bilancio della radiazione solare
Temperatura dell’aria: definizioni utili
Temperatura dell’aria e correnti marine
VI
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SCHEDA 1.6 - Accelerazione di Coriolis
SCHEDA 1.7 - Correnti a getto ed energia
SCHEDA 1.8 - Stau e fohn
SCHEDA 1.9 - Precipitazioni occulte
SCHEDA 1.10 - Cicloni
SCHEDA 1.11 - L’arcobaleno
SCHEDA 1.12 - I colori del cielo
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
-
ELEMENTI DI CLIMATOLOGIA
Meteorologia e climatologia
Le regioni climatiche
Il clima in Italia
Il clima cambia
Le glaciazioni
SCHEDA 2.1 - Storia della meteorologia
SCHEDA 2.2 - L’importanza della meteorologia
SCHEDA 2.3 - Diagrammi termo-pluviometrici
SCHEDA 2.4 - Clima e storia
SCHEDA 2.5 - La dendroclimatologia
SCHEDA 2.6 - Il plancton
SCHEDA 2.7 - Il ghiaccio ricorda
SCHEDA 2.8 - Metodi palinologici
SCHEDA 2.9 - Le varve glaciali
SCHEDA 2.10 - Aspetti biologici
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
-
ELEMENTI DI IDROLOGIA
Il bilancio idrologico
Regimi idrologici dei corsi d’acqua
Portate di piena
Portate di magra
Bilancio idrologico dei laghi naturali
Le acque sotterranee
Le sorgenti
Il carsismo
SCHEDA 3.1
SCHEDA 3.2
SCHEDA 3.3
SCHEDA 3.4
SCHEDA 3.5
SCHEDA 3.6
-
Portata idrica e sezione di alveo
L’importanza del concetto di bacino imbrifero
Afflusi e deflussi
Climi, ambienti,... torrenti e fiumi
Portate di piena e fasce di pertinenza fluviale
L’azione chimica dell’acqua
IV - PROCESSI DI DISFACIMENTO E DI TRASPORTO
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
-
PAESAGGI DISEGNATI DALL’ACQUA
L’erosione dell’acqua
Il reticolo idrografico
Gli alvei dei corsi d’acqua e le alluvioni
Alcune forme tipiche dell’erosione
Meandri fluviali
Evoluzione di un bacino imbrifero
Erosione del mare
Eorfologia costiera
SCHEDA 1.1 - Il fiume cambia da monte a valle
SCHEDA 1.2 - L’ingegneria idraulica tradizionale
VII
CREST
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e Scienze del Territorio
SCHEDA 1.3
SCHEDA 1.4
SCHEDA 1.5
SCHEDA 1.6
SCHEDA 1.7
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
-
-
Ponti (attraversamenti o possibili dighe?)
L’ingegneria naturalistica
Aspetti legati all’evoluzione dei bacini
L’azione del moto ondoso
Sesse
PAESAGGI DISEGNATI DAL GHIACCIO
Il limite climatico delle nevi persistenti
I ghiacciai attuali
I processi dell’erosione glaciale
Le forme glaciali
Sistema d’erosione periglaciale
SCHEDA 2.1
SCHEDA 2.2
SCHEDA 2.3
SCHEDA 2.4
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
-
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-
Il destino climatico della Terra
Il ghiacciaio Morteratsch
Il ghiacciaio Roseg
Il detrito morenico
MODELLAMENTO DEI VERSANTI
Non solo acqua
I processi termoclastici
Paesaggi disegnati dal vento
La gravità
Le frane
SCHEDA 3.1 - Le piramidi di terra
V - AMBIENTI DI SEDIMENTAZIONE, STORIA DELLA VITA
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
-
IL CICLO SEDIMENTARIO
Le rocce sedimentarie
I processi di diagenesi
Le rocce detritiche
Le rocce carbonatiche
Le rocce piroclastiche
Ambienti di sedimentazione continentali
Ambienti di sedimentazione marini
Ambienti di sedimentazione di transizione
SCHEDA 1.1 - I combustibili solidi
SCHEDA 1.2 - I combustibili liquidi e gassosi
SCHEDA 1.3 - Le torbiditi
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
-
ELEMENTI DI PALEOCOLOGIA
Definizione di ecologia
La biocenosi
La tanatocenosi
Stratigrafia e concetto di facies
Stratigrafia cronologica con i fossili
Scala del tempo geologico
Era archeozoica
Era paleozoica
Era mesozoica
Era cenozoica
Era neozoica
SCHEDA 2.1 - Esempi di relazioni entro le biocenosi
SCHEDA 2.2 - Definizioni utili all’ecologia
VIII
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SCHEDA 2.3 - Datazioni radiometriche
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
-
DALLA LITOSFERA ALLA BIOSFERA
La pedosfera
La componente minerale
La componente organica
Gli organismi
L’acqua
L’aria
Le proprieta’ del suolo
Profilo del suolo
La zonazione dei suoli
Soprassuolo
La deforestazione
L’erosione del suolo
SCHEDA 3.1
SCHEDA 3.2
SCHEDA 3.3
SCHEDA 3.4
SCHEDA 3.5
SCHEDA 3.6
-
Considerazioni sulla definizione del suolo
I microrganismi del suolo
I colloidi
Caratteri fisici del suolo
La capacità d’uso delle terre
I piani altitudinali della vegetazione
VI - CICLO DELLE ROCCE E TETTONICA A PLACCHE
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
-
INTERNO DELLA TERRA, EQUILIBRI ED ENERGIA
Le onde trasportano energia
Microsismi e macrosismi
Onde sismiche e la crosta terrestre
Isostasia
Sotto la crosta terrestre
Calore interno della Terra
SCHEDA 1.1
SCHEDA 1.2
SCHEDA 1.3
SCHEDA 1.4
SCHEDA 1.5
SCHEDA 1.6
SCHEDA 1.7
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
-
Un po’ di fisica delle onde
Un esempio di onde trasversali: il mare
Il sismografo
La scala Richter
Un po’ di fisica: calore e temperatura
I maremoti
Gli effetti dei terremoti
VULCANI, MAGMATISMO E METAMORFISMO
Le eruzioni vulcaniche
Magmi e lave
Le rocce magmatiche
Le rocce metamorfiche
I fenomeni del vulcanesimo
Morfologia delle aree vulcaniche
SCHEDA 2.1
SCHEDA 2.2
SCHEDA 2.3
SCHEDA 2.4
3
3.1
3.2
-
-
I vulcani italiani
I silicati nella classificazione delle rocce magmatiche
Tipi di metamorfismo
Gli atolli
- I MOVIMENTI DELLA CROSTA TERRESTRE
- Movimenti verticali
- Cause dei movimenti verticali
IX
CREST
Centro Ricerche
in Ecologia
e Scienze del Territorio
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
-
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Movimenti orizzontali
Cause dei movimenti orizzontali
Una idea coraggiosa: la deriva dei continenti
La storia si ripete
Il geomagnetismo
Il magnetismo fossile
Suggerimenti dal fondo oceanico
La tettonica a zolle
Il ciclo delle rocce
SCHEDA 3.1 - La polemica sulla teoria della deriva dei continenti
SCHEDA 3.2 - Il declino della teoria sulla deriva
SCHEDA 3.3 - Un po’ di fisica con l’elettromagnetismo
SCHEDA 3.4 - Formazione delle Alpi
SCHEDA 3.4 – Italia ed appennini
X