Struttura e Dinamica della Terra: Origine, Composizione e Tettonica a Placche

Geologia Fondamentale

Origine della Terra (4,6 miliardi di anni fa)

L'origine della Terra è accompagnata dall'origine del sistema solare. L'origine è da una nebulosa (un insieme di gas e polveri), che ha cominciato a ruotare più velocemente. Questo spostamento ha causato la concentrazione di una grande quantità di idrogeno al centro, formando il Sole.

L'accrescimento è una teoria che dimostra che una parte dei materiali della nebulosa ha portato ai planetesimi (rocce diverse che fluttuano nello spazio). Questi hanno cominciato a scontrarsi, con conseguente formazione di una massa di roccia fusa, conosciuta come la Terra primitiva.

La massa fusa ha continuato a ruotare, provocando il fenomeno del raffreddamento: l'esterno si è raffreddato più velocemente dell'interno. A causa di questo raffreddamento, si è formata una Terra a strati, composta da diversi tipi di rocce: quelle meno dense si sono spostate all'esterno, mentre quelle più dense sono rimaste all'interno della Terra.

Caratteristiche del Pianeta Terra

A causa della sua origine, la Terra ha acquisito una serie di caratteristiche:

• La forma della Terra non è completamente sferica, ma è rigonfia all'Equatore e appiattita ai poli. La Terra ha un raggio polare di 6.371 chilometri, mentre il suo raggio equatoriale è di 6.378 km. Con questi dati si possono ottenere molte informazioni, come il volume della Terra, il raggio medio, la massa, il perimetro, ecc.
• La Terra ruota attorno a un asse immaginario con un'inclinazione di circa 23 gradi. Questo movimento si chiama rotazione. Inoltre, ruota intorno al Sole, e a causa di questo movimento si verificano le stagioni. Questo si chiama moto di rivoluzione (o traslatorio).
• Posizione: Rispetto al Sole, siamo il terzo pianeta, a una distanza di 150 milioni di km.
• Struttura: La Terra è un pianeta composto da strati, ma è anche un pianeta ricco d'acqua sulla sua superficie ed è protetto esternamente da uno strato di gas (l'atmosfera).

Studi per Comprendere l'Interno della Terra

Metodi Diretti

Sono quelli che permettono di analizzare un campione direttamente.

• Con i sondaggi è stato rilevato che le rocce di superficie hanno una densità media di 2,7 g/cm³. Ciò dimostra che i materiali all'interno della Terra sono molto più densi.
• Altri studi diretti includono i vulcani, che ci permettono di vedere la composizione delle rocce dell'interno della Terra quando fuoriescono all'esterno.
• Lo studio delle meteoriti ci fornisce anche informazioni dirette, poiché in passato hanno contribuito alla formazione del pianeta che conosciamo oggi. (Ci sono meteoriti di ghiaccio, ferro, basalto, ecc.)

Metodi Indiretti

Non prendono campioni direttamente.

• Sono studi fisici e gravimetrici: misurando la gravità è stato dimostrato che ci sono anomalie gravitazionali, il che spiega che la Terra è eterogenea.
• Inoltre, gli studi del magnetismo terrestre sono misurati tramite una bussola che punta al polo magnetico. Questo polo è cambiato nel corso della storia, quindi ci sono anche delle anomalie. Questo magnetismo è dovuto al fatto che il centro della Terra è un metallo solido (Fe, ferro) immerso in un metallo fuso.

Sismologia

È una scienza che studia i terremoti. Per studiare l'interno della Terra si usano le onde sismiche. Queste provengono dalla crosta terrestre, dal suo ipocentro (punto d'origine di un terremoto). Da lì, le onde viaggiano attraverso l'interno della Terra con una velocità e una direzione che possono variare a seconda del materiale che stanno attraversando.

Le onde sismiche sono raccolte dai sismografi e studiate dai sismologi.

Discontinuità Sismiche

Attraverso l'uso dei grafici del sismografo, vengono scoperte le discontinuità terrestri (superfici immaginarie all'interno della Terra dove la direzione e la velocità delle onde sismiche cambiano).

• Discontinuità di Mohorovičić (Moho): Il confine tra la crosta e il mantello a una profondità di 30 chilometri. Le onde subiscono un aumento di velocità.
• Discontinuità di Repetti: Situata a 670 chilometri di profondità, dove le onde subiscono un aumento di velocità.
• Discontinuità di Gutenberg: Si trova a 2.900 chilometri di profondità. Le onde S scompaiono e la velocità delle onde P diminuisce.
• Discontinuità di Lehmann: Si trova a 5.100 chilometri di profondità. La velocità delle onde P aumenta nuovamente.

Tipi di Onde Sismiche

Le onde sismiche possono essere di due tipi:

• Onde P (Primarie): Sono le prime a essere registrate su un sismografo. Si muovono più velocemente. Il loro movimento è lineare e longitudinale e possono passare attraverso mezzi solidi e liquidi.
• Onde S (Secondarie): Sono le seconde a essere registrate su un sismografo. Viaggiano a una velocità più lenta e il movimento di propagazione è trasversale. Queste onde possono passare attraverso mezzi solidi solo.

Modelli Interni della Terra

Modello Geochimico

Descrive la composizione chimica degli strati:

• Corteccia: Da 0 a 30 km di profondità. Abbondanza di minerali come granito, silicati (quarzo, feldspato, mica), alluminio e ossigeno.
• Mantello Superiore: Da 30 a 670 km di profondità. Abbondanza di silicati leggermente più densi di quelli della crosta.
• Mantello Inferiore: Tra 670 e 2.900 chilometri di profondità. Abbondanza di peridotite, silicio e magnesio, e meno ossigeno.
• Nucleo Esterno: Profondità compresa tra 2.900 e 5.100 km. Abbondanza di ferro e piccole quantità di nichel. (Stato Liquido).
• Nucleo Interno: Profondità tra 5.100 chilometri e 6.373 km. Abbondanza di ferro e nichel. (Stato Solido).

Modello Geodinamico e Geofisico

Descrive le proprietà fisiche e meccaniche degli strati:

• Litosfera: Da 0 a 150 km di profondità. Comprende la crosta e parte del mantello superiore. È uno strato freddo, a bassa pressione e rigido (rotto in placche).
• Astenosfera: Tra 150 e 700 km di profondità. In questo strato la temperatura sale bruscamente. Sono stati trovati elementi radioattivi. È uno strato molto morbido e plastico, permettendo alla litosfera di affondare in essa (come nel caso dell'Antartide) o di essere spinta verso l'alto (come l'Himalaya, a causa del calore interno della Terra).
• Mesosfera: Tra i 700 e i 2.900 km di profondità. È uno strato solido e rigido, con alta pressione e temperatura. La sua rigidità è mantenuta grazie alla pressione. La parte più profonda della mesosfera comincia a fondere, al confine D.
• Limite D: Le rocce iniziano a fondere in questo limite a causa delle alte temperature, dove la pressione non è più in grado di mantenere le rocce allo stato solido. In alcuni casi, il calore fuoriesce a causa delle radiazioni, causando un tipo di vulcanismo.
• Endosfera Esterna: Tra 2.900 km e 5.100 chilometri. La fisica dei materiali è quella di un liquido fuso, materiali che sono stati conservati dalla formazione della Terra. Questo calore viene disperso attraverso un processo di convezione.
• Endosfera Interna: Il ferro diventa solido a causa dell'enorme pressione presente.

Il modello dinamico spiega che la Terra si raffredda lentamente per irraggiamento o convezione.

Il movimento delle placche tettoniche è causato dalla convezione che si verifica all'interno della Terra.

Quando il calore raggiunge la superficie, provoca tutti gli eventi geologici, come terremoti o vulcani. Una volta che il nucleo perderà il suo calore, questi eventi cesseranno.

La Crosta Terrestre

È lo strato più superficiale della Terra. Ha uno spessore di circa 30 km, ma è anche lo strato più eterogeneo. Per studiarla, si distinguono due tipi:

Crosta Continentale

È molto antica, con rocce risalenti a 3,9 miliardi di anni. Non ci sono rocce più antiche perché 4 miliardi di anni fa la roccia era completamente fusa. La densità media è di 2,7 g/cm³. La crosta è in emersione.

• Se si analizza in verticale, il primo livello è composto da rocce sedimentarie. Sotto questo livello c'è un livello magmatico, con granito massiccio. Nella zona più profonda si trovano rocce metamorfiche a causa della pressione.
• Se si analizza in orizzontale, si rivela l'esistenza di cratoni (rocce vecchie e usurate, molto grandi, con un basso rilievo e molto stabili) e orogeni (rocce non più vecchie di 200 milioni di anni, che formano le catene montuose attuali e sono molto instabili).

La crosta continentale ha un limite sulla piattaforma continentale (aree sommerse, con profondità fino a 200 metri).

Crosta Oceanica

È una crosta molto sottile, ma i materiali hanno una densità superiore a 3 g/cm³. Questa crosta è costituita da rocce molto giovani che non superano i 200 milioni di anni.

• Se si analizza in verticale, si scopre che la maggior parte sono rocce magmatiche, che quando si trovano sulla superficie sono chiamate lave a cuscino, come il basalto.
• Se la si analizza in orizzontale, troviamo un forte dislivello chiamato scarpata continentale. Una volta raggiunto il fondo marino ci sono le piane abissali, dove possiamo trovare le dorsali (montagne sottomarine formate da vulcani lineari) che si trovano al centro degli oceani. In alcuni oceani, vicino al piede della scarpata, troviamo anche le fosse oceaniche, che sono trincee sottomarine profonde, lunghe e strette che possono raggiungere una profondità di 11 chilometri (Fossa delle Marianne).

Teoria delle Placche Litosferiche e dei Loro Confini

La litosfera è uno strato che comprende l'intera crosta e una porzione del mantello. A causa delle sue caratteristiche fisiche, è frammentata, dando origine alle cosiddette placche litosferiche. Queste si muovono a causa del continuo raffreddamento della Terra per convezione e della natura plastica dello strato sottostante (astenosfera).

A seconda delle dimensioni, esistono macroplacche e microplacche. Una placca mista è quella formata contemporaneamente da crosta oceanica e continentale.

Tipi di Confini tra Placche

I confini tra le placche sono di tre tipi principali:

1. Limiti di Separazione o di Costruzione (Divergenti): Questi limiti creano nuova litosfera. Si trovano nelle zone delle dorsali oceaniche.
2. Limiti di Scontro (Convergenti): Questi limiti distruggono costantemente la litosfera. Si trovano nelle zone delle fosse oceaniche.
3. Limiti Neutri o Passivi (Trasformi): Questi non creano né distruggono la litosfera, ma le placche scivolano l'una accanto all'altra senza separarsi o scontrarsi, con conseguente formazione di faglie trasformi.

Dinamica delle Placche

Limiti Divergenti

Coincidono con le dorsali medio-oceaniche. Sono punti di attivazione dove si verificano fenomeni di vulcanismo. Pertanto, mentre si forma una dorsale, si forma un oceano. Questo processo è chiamato espansione dei fondali oceanici. Sono i confini di separazione.

Questi limiti derivano dalla formazione di una piccola faglia a rift (fessura longitudinale nel suolo continentale, che nel tempo si traduce nella formazione di laghi insoliti, poiché il loro fondo è diventato un pavimento oceanico, dato che il materiale magmatico emerge continuamente spingendo i due lati). Nel corso del tempo, il rift diventa la bocca di una dorsale sottomarina.

Limiti Convergenti

Sono aree geologicamente attive in cui la litosfera viene distrutta. In questi limiti si verifica la formazione di fosse oceaniche e di catene montuose di materiale sedimentario continentale raccolto dal fondo dell'oceano, oltre alla formazione di archi insulari.

In questi limiti si verifica il fenomeno della subduzione, che è l'accesso di un blocco di crosta sotto un altro blocco con una densità inferiore. Il piano di Benioff dimostra che nelle zone di subduzione si verifica una linea sismica dove si verificano numerosi focolai sismici.

È anche possibile che si produca un fenomeno di obduzione, che è l'incontro di due masse continentali che chiudono un oceano.

Limiti Neutri o Passivi

Le placche hanno un movimento di scorrimento. Queste aree coincidono con le faglie trasformi, costituite da dorsali che subiscono rotture lungo un percorso. Quando coincidono con un margine di placca, si verifica un movimento di scorrimento tra di esse.

Alfred Wegener e la Deriva dei Continenti

Alfred Wegener ha lanciato l'idea coerente che i continenti si muovono e che, in passato, potevano formare insieme la Pangea. Egli affermò che 100 milioni di anni fa erano uniti, per ragioni che non poteva spiegare scientificamente all'epoca. Tuttavia, ha fornito una grande quantità di prove:

• Prove Paleontologiche: Fossili identici sono stati trovati in Sud America e in Africa.
• Prove Geografiche: È possibile far combaciare la costa africana con quella del Sud America.
• Prove Paleoclimatiche: Sono i resti di antichi ghiacciai, che dimostrano che tutti i continenti erano uniti.
• Prove Geologiche: Ci sono miniere di diamanti che si adattano perfettamente tra Africa e Sud America.

Con questa teoria, Alfred Wegener è considerato il padre della geologia moderna.

Il Ciclo di Wilson

Questo ciclo spiega la teoria della tettonica a placche attraverso sei fasi:

1. Si origina nella crosta continentale, che è molto fredda e fragile. Una volta ricevuto il calore dall'interno, la crosta si gonfia fino a rompersi e collassare, formando un rift intracontinentale, pieno di laghi.
2. I laghi raggiungono una densità sufficiente per formare un piccolo mare che deriva dall'unione di tutti i laghi del Rift. In queste aree, si sta formando un nuovo confine divergente.
3. È la vera fase oceanica con margini stabili. Questa zona è piena di sedimenti che vengono raccolti ai piedi della scarpata.
4. In questa fase si verifica l'emergenza di un nuovo limite convergente dove inizia la subduzione e la litosfera viene distrutta.
5. Gli oceani si stanno riducendo in modo significativo.
6. Infine, si verifica l'obduzione quando l'oceano scompare a causa della collisione continentale, producendo una nuova catena montuosa intercontinentale.