L’interno della Terra (r = 6367,650Km) informazioni dirette

• Scavo di pozzi; il più profondo, nell’isola di Kola, arriva a 15 Km

• Xenoliti = frammenti di rocce strappate dalle pareti più profonde di un condotto vulcanico

Kimberliti ( 150 -300 Km)Kalahari

Vie indirette

• Densità media = 5,52 g/cm3

• Sismi• Meteoriti• Principio dell’isostasia• Anomalie di Bouger

Rifrazione dipende dalla densità e dalla temperatura dei materiali attraversati

Riflessione

Dipende dall’angolo d’incidenza che la direzione dell’onda forma con la superficie di separazione di due mezzi con caratteristiche chimico-fisiche diverse

Onde sismiche

Ci sono tre grandi classi di meteoriti: litoidi o areoliti o rocciose, ferrose o sideriti

e rocciose-ferrose o sideroliti o mesosideriti

Le meteoriti rocciose sono formate da silicati, come olivina e pirosseno, mescolati a solfuro di ferro e leghe metalliche

si suddividono in due gruppi: le condriti e le acondriti.

condriti

Le condriti per la maggior parte sono rimaste immutate fin dalla loro formazione, avvenuta 4,6 miliardi di anni fa, cioè poco dopo la formazione del Sole.

Quasi tutte le condriti contengono condri - piccole inclusioni gassose di forma sferica che si sono formate al tempo della nebulosa solare

Un frammento della superficie

di Marte

• Le acondriti sembrano essere state di natura condritica, prima di venire alterate dal calore o da qualche impatto. Le acondriti sono molto più rare delle condriti e comprendono il gruppo di meteoriti provenienti dall'asteroide Vesta (HED) e dal pianeta Marte (SNC).

• Le meteoriti ferrose sono ritenute essere pezzi di nuclei frantumati di asteroidi e contegono quantità variabili di ferro e nichel con piccole quantità di solfuro di ferro

• Le mesosideriti e le pallasiti sono i due gruppi principali delle meteoriti rocciose-ferrose. Le mesosideriti sono frammenti spigolosi di roccia e nichel-ferro che si sono fusi insieme a causa dell'impatto con un altro corpo.

• Si ritiene che le pallasiti, tra le meteoriti più affascinanti, si siano formate sul confine tra nucleo e mantello degli asteroidi: esse contengono cristalli di olivina (peridoto).

Il campo gravitazionale terrestre

• Massa della Terra = 5, 976 x 1024 Kg• Raggio = 6 367 650 m • Volume = 1,083 x 1012 Km3

• Densità = 5,517 g/cm3

• la distanza fra Kaliana e Kalianpur(due località alla base dell'Himalaya) fu misurata con la triangolazione geodetica e con la triangolazione con le stelle e il filo a piombo,

• fra le due misurazioni c'era uno scarto di 150m ( (su 600 km)

• il mistero fu risolto da Pratt prendendo in considerazione la massa dell'Himalaya che curvava il campo gravitazionale,

ma l'errore secondo studi dei fisici, non doveva essere di 150m, bensì di 450 m. G.B. Airy (1801-1892) capì che quanto più un corpo montuoso emerge tanto più ci deve essere un difetto di massa nelle radici

Isostasia Equilibrio geostatico che regola il galleggiamento della litosfera sul

sottostante mantello.

Superficie di compensazione isostatica p = in ogni punto

La penisola scandinava si sta sollevando

• copertura dei ghiacci nell'era glaciale Wurmiana (10 000 anni fa).

• Le frecce indicano le direzioni di sviluppo della calotta polare.

• velocità di innalzamento della penisola Scandinava;

Si ritiene che la Scandinavia si sia sollevata di circa 200m con una velocità media di 2cm/anno e che per tornare al suo equilibrio isostatico originario dovrà innalzarsi per altri 200 metri con una velocità media di circa 1cm/anno

Il principio su cui si basa il funzionamento di un gravimetro è lo stesso di un dinamometro

La forza peso misurata a parità di massa dipende da g

I gravimetri più sofisticati misurano variazioni di g dell’ordine del centomillesimo di grammo per questo si usa come u.di m. il milligall = 10μ/sec2

Anomalie dei Bouguerg > g0 anomalia positiva

g < g0 Anomalia negativa

1909 terremoto di Zagabria

1913

1936

Le scosse erano molto attenuate nei sismografi a 200Km di distanza

Tra i 103° e i 143° c’è la zona d’ombra

Velocità delle onde sismiche

Crosta continentale

• Rivestimento di rocce sedimentarie• Strato del granito• Strato di rocce metamorfiche

( impropriamente detto strato del basalto per le sue proprietà elastiche)

• La separazione tra i due strati è detta discontinuità di Conrad (20 km):

Crosta Oceanica• 1: sedimenti • 2: roccia vulcanica

basaltica • 3: roccia plutonica

(gabbro) • 4: Mantello

Serie ofiolitica

Nel mantello la velocità delle onde P aumenta progressivamente

Da 8Km/sec a 13Km/sec; la densità raggiunge valori di 5,6g/cm3

La temperatura aumenta fino a 3000°C

La pressione raggiunge valoridi 1,3 -1,4 milioni di atm

Confine nucleo mantello

Discontinuità di Gutemberg a circa 2900 Km di profonità

Confine tra

nucleo e mantello

Lo strato D ha uno spessore variabile

Tra mantello e nucleo avvengono scambi

Sedimenti arricchiti di ferro

Il nucleo• Il nucleo ha un diametro di 3470 Km.( poco più grande della luna).

• Nel centro della terra la temperatura supera i 6000 °C mentre nella porzione più esterna si abbassa a 3000 °C

• . La pressione raggiunge valori di oltre 3.600.000 atmosfere.

Gli ultimi studi a riguardo ritengono che il nucleo sia composto prevalentemente da ferro, con la presenza di un 6% di nichel e di qualche materiale meno denso come il silicio e lo zolfo.

Nucleo interno e nucleo esterno ( Fe con 15-20% Si? O?,S?)

• La discontinuità di Gutemberg separa il mantello dal nucleo esterno e si trova ad una profondità di 2900 km.

• La discontinuità di Lehman separa il nucleo esterno fuso dal nucleo interno solido , è localizzata ad una profondità di 5170 Km ed è circondata da una zona di transizione di 500 Km

Tomografia sismica

• Mediante un calcolatore vengono elaborate matematicamente le informazioni ottenute da molti tracciati sismografici ottenendo immagini tridimensionali dell’interno della Terra

Tomografia sismica

Un aumento di Vp dipende da un aumento di rigidità che corrisponde ad un abbassamento della temperatura

le parti in blu mostrano le zone dove il materiale piu' freddo, piu' rigido (e piu' veloce sismicamente parlando) penetra nel mantello.

Vicino alla superficie la maggior parte del materiale piu' freddo rappresenta le radici di antichi continenti, i cosiddetti cratoni.

In quest'immagine da sud-ovest le zone in rosso sono i "plumes" di materiale piu' caldo e meno rigido, che risalgono principalmente

dai centri di apertura medio-oceanici.

Litosfera = crosta

+ LID o mantello

litosferico

• Spessore:• 70 Km nelle aree

oceaniche• Profondità

media100 Km

La dinamica della Terra

Astenosfera• LVL fino a

200-250 Km • Astenosfera

intermedia fino a 400 Km

• Astenosfera inferiore fino a 700 Km

mesosfera

Nuovo brusco aumento della velocità delle onde sismiche

Si formano ossidi di Fe, Si e Mg organizzati in reticoli cristallini molto densi e compatti

Uno o due mantelli?

Origine del calore terrestre:

• Calore fossile ( circa 1000 °C alla formazione, poi ulteriore aumento )

• Rilascio di energia gravitazionale• Passaggi di stato• decadimento di isotopi radioattivi (quelli più importanti sono:• il torio 232, ( tempo di dimezzamento = 13,9 miliardi di anni)• l'uranio 238, ( 4,51 miliardi di anni) e 235 ( 0,713 miliardi)• e il potassio 40; ( 1,3 miliardi di anni)• un grammo di uranio 235 produce 4,34 calorie all'anno).• Dal momento che con il decadimento la quantità di questi isotopi

diminuisce si deduce che al momento della formazione della crosta terrestre il flusso di calore doveva essere notevolmente maggiore.

Il calore interno della Terra ( già nella seconda metà del ‘600 R.Boyle aveva ipotizzato sorgenti di

calore interne alla Terra)

• Il flusso di calore e viene espressa in HFU (Heat Flow Unit)

• 1HFU = 1µcal/ cm2 sec, si ottiene moltiplicando il gradiente geotermico per la conducibilità termica locale.

• In media il flusso di calore calcolato è 1,5 HFU pari a pari a 0,06 watt per metro quadro, quindi moltiplicato per tutta la superficie si arriva a valori di 30.000 miliardi di watt;

Trasporto di calore

• Il nucleo della Terra si trova a una temperatura massima di circa 5.500 °C. Il calore del nucleo si sposta verso la superficie terrestre attraverso due processi:

• conduzione e convezione.

Il primo processo riguarda il trasferimento di calore attraverso le rocce e le quantità in gioco sono relativamente basse, poiché le rocce sono cattive conduttrici.

Il secondo processo permette il rapido scambio di calore attraverso il materiale che si trova allo stato fluido.

• (Il calore si può trasmettere anche dove non c'è materia, per irraggiamento senza bisogno di mettere in movimento né particelle, né liquidi, né gas. )