Corso di Didattica e Laboratorio di Scienze della Terra

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRASTRUTTURA INTERNA DELLA TERRA

BONZINI MARIA

Classe 60A

A.A.2006-2007

SILSISMI-Indirizzo Scienze Naturali

CLASSE: 5 Liceo Scientifico

MOMENTO FORMATIVO: seconda metà del primo quadrimestre dopo aver trattato: geografia astronomica e Sistema Solare; moti della Terra e rappresentazione della superficie (motivi “temporali”); prima di minerali e rocce

MOTIVAZIONE DELLA SCELTA: conoscere e comprendere la struttura interna della Terra sta alla base della comprensione di fenomeni importanti quali la tettonica a zolle, i fenomeni endogeni, la presenza del campo magnetico terrestre, la genesi delle rocce,…

COSA C’E’ SOTTO I NOSTRI PIEDI?

PREREQUISITI:

•Chimica: principali elementi chimici (O, Si, Fe, Mg, Al…)

•Fisica: Onde e fenomeni ondulatori (rifrazione-riflessione), stato della materia, concetti di convezione, densità, gradiente, campo magnetico.

MULTISCIPLINARIETA’: Fisica

OBIETTIVI DIDATTICI:

•Conoscenza dei principali metodi di indagine dell’interno della Terra

•Comprensione dei principi su cui si basa l’interpretazione dei dati sismici per ricostruire la struttura interna della Terra

•Conoscenza e comprensione del modello interno della Terra a involucri concentrici (crosta, mantello, nucleo); conoscenza delle principali geosfere e loro principali caratteristiche (fisiche e composizionali).

•Comprensione delle relazioni tra struttura interna della Terra e fenomeni che interessano la superficie.

METODOLOGIE E STRUMENTI:

Lezioni frontali (con domande stimolo)

Utilizzo di immagini e foto proiettate, power point, diagrammi proiettati, disegni e schemi alla lavagna, libro di testo

DURATA E SCANSIONE TEMPORALE:

1 ora Introduzione; Richiami storici: primi metodi di indagine dell’interno della Terra e primi modelli; Introduzione ai principali metodi di indagine odierni (studio di meteoriti e onde sismiche)

2 ore Principali tipologie di onde sismiche (P e S), loro principali proprietà e loro utilizzo; Descrizione della struttura interna della Terra e caratteristiche fisiche e composizionali degli involucri terrestri; Conclusioni.

1 ora Verifica dei contenuti: verifica orale

1 ora eventuale Recupero (se necessario, in base ai risultati della prova scritta finale)

La verifica scritta su questa unità verrà fatta in seguito, al termine del modulo comprensivo anche dei fenomeni endogeni (sismica e vulcanismo).

SINTESI DEI CONTENUTI:

INTRODUZIONE:

Richiami a fenomeni evidenti superficiali connessi alla struttura interna della Terra, tramite domande stimolo e supporto di immagini e foto:

Fenomeni vulcanici

Fenomeni legati al calore (Geyser, acque termali)

Fenomeni legati al campo magnetico (magnetismo, aurore boreali)

A COSA SONO DOVUTI?

CENNI STORICI:

Da sempre fenomeni come vulcani e terremoti hanno suscitato stupore nell’uomo e hanno stimolato la sua immaginazione:

Miti, divinità

Opere letterarie (Dante, Verne..)

I tentativi di spiegare questi fenomeni risalgono all’antichità:

Greci: Presenza di cavità sotterranee in cui soffiano venti incandescenti (Vulcani e fenomeni termici), il cui soffitto può crollare (Terremoti)

XVII sec: Vulcani sono dovuti a sacche magmatiche collegate da canali ai vulcani in superficie

SINTESI DEI CONTENUTI:

(MULTIDISCIPLINARIETA’: Lettere, Storia)

XVIII sec: primi studi su composizione e struttura interna della Terra, basati su:

Densità delle rocce: da legge di gravitazione universale si ricava d=5,5g/cm3, le rocce superficiali hanno d=2,7 g/cm3.

Studio dei meteoriti

Temperatura: cresce scendendo in profondità (es. miniere).

LA TERRA E’ FATTA DA INVOLUCRI CON MATERIALI, DENSITA’ E SPESSORI DIVERSI.

Seconda metà ‘800: primi modelli (su basi CHIMICHE) della struttura della Terra a involucri concentrici (Suess):

NUCLEO (ferro e nichel)

STRATO INTERMEDIO (Si, O, Mg)

INVOLUCRO ESTERNO (Si, O, Al)

METODI DI INDAGINE ODIERNI:

STUDIO METEORITI:

Sideriti: ferro e nichel nel nucleo

Condriti carbonacee: composti di O, Si, Mg nel mantello

METODI INDIRETTI:

ONDE SISMICHE

MODELLO ATTUALE:

TERRA COSTITUITA DA: CROSTA

MANTELLO

NUCLEO

separati da superfici di discontinuità

SINTESI DEI CONTENUTI:

ONDE SISMICHE:

ONDE P:

•Longitudinali (di compressione): particelle si muovono parallele a direzione di propagazione onda;

•Più veloci (V=5,5-14 km/s);

•Si propagano in solidi e liquidi

ONDE S:

•Trasversali: particelle si muovono perpendicolarmente a direzione di propagazione onda;

•Più lente (V=3-7 km/s);

•Si propagano solo nei solidi

SINTESI DEI CONTENUTI:

SUPERFICIE DI DISCONTINUITA’: superficie di contatto tra due mezzi a diversa densità.

RIFRAZIONE: deviazione di un’onda che passa una superficie di discontinuità

Facendo propagare le onde sismiche all’interno della terra, si individuano sfere concentriche e superfici di discontinuità in base a:

Le onde cambiano velocità in mezzi differenti

In corrispondenza di superfici di discontinuità le onde sono rifratte

Le onde S non si propagano nei fluidi

SINTESI DEI CONTENUTI:

VELOCITA’ DELLE ONDE SISMICHE IN PROFONDITA’ E LORO INTERPRETAZIONE:

SINTESI DEI CONTENUTI:

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA:

•Continentale e oceanica

•Spessore variabile (7-80km)

•Densità 2,7 g/cm3

•Materiali silicatici (Si, O, Al)

•Stato solido

DISCONTINUITA’ DI MOHOROVICH (crosta – mantello)

•Superiore e inferiore

•Da Moho a 34790 km

•Densità 3,3 – 5,6 g/cm3

•Materiali silicatici (Si, O, Mg)

•Diversi comportamenti reologici

SINTESI DEI CONTENUTI:

CROSTA:

MANTELLO:

MANTELLO SUPERIORE:

•Da Moho a 2900 km

•Densità 3,3-5,6 g/cm3

•Materiali silicatici (Si, O, Mg)

MANTELLO LITOSFERICO:

•Da Moho a 100 km

•Solido

•Costituisce la litosfera con la crosta

ASTENOSFERA:

•Tra 70 – 250 km

•Parzialmente fuso

•Sede di moti convettivi (Tettonica,Vulcanismo..)

MANTELLO SUP. (s.s.):

•Fino a 2900 km

•Solido

•Discontinuità minori a 400 km e 700 km (cambi di fase mineralogica)

3470 km: DISCONTINUITA’ DI GUTEMBERG

NUCLEO ESTERNO:

•Da Gutemberg a 5170 km

•Densità 9,7 g/cm3

•Leghe Fe-Ni + elementi leggeri (S o O)

•Fuso

•Sede di moti convettivi (Campo magnetico terrestre)

5170 km: DISCONTINUITA’ DI LEHMAN

NUCLEO INTERNO:

•Da Lehman a centro della Terra (6378 km)

•Densità 13 g/cm3

•Leghe Fe-Ni

•Solido

MANTELLO INFERIORE:

•Da 2900 km a 3470 km

•Densità aumenta

•Composizione omogenea

•Solido

CONCLUSIONI:

ANDAMENTO DI PRESSIONE, TEMPERATURA E DENSITA’ IN PROFONDITA’:

SINTESI DEI CONTENUTI:

RAPPRESENTAZIONI MENTALI ERRONEE:

La crosta galleggia su uno strato completamente fluido.

Le onde S non si propagherebbero del tutto, invece sono solo rallentate.

Scendendo in profondità il materiale è sempre più denso: non ci sono materiali fusi intermedi.

Le onde P e S individuano il nucleo esterno fuso;

Il campo magnetico si genera per cariche elettriche in movimento; le leghe metalliche sono individuate nel nucleo (per meteoriti): è nel nucleo che ha origine il campo magnetico; deve essere fluido per permettere il

movimento delle cariche.

Se la temperatura cresce in profondità, la maggioranza del Pianeta dovrebbe essere fuso

Lo stato della materia dipende anche dalla pressione, che contrasta l’effetto della temperatura;

I dati delle onde sismiche indicano materiali solidi in profondità.

La suddivisione in involucri è una suddivisione CHIMICA

Le interpretazioni sono fatte in base alla propagazione di onde sismiche, quindi su basi FISICHE;

Alcuni involucri che hanno la stessa composizione hanno proprietà reologiche diverse (nucleo)