Il sistema Terra...La litosfera è rigida ma non è un blocco unico: essa è suddivisa in tanti...

Il sistema Terra

Gainotti, Modelli Incontro con le scienze

integrate © Zanichelli editore 2014

Le sfere della Terra

• La «sfera delle rocce», o litosfera, è il guscio roccioso che

costituisce l’involucro esterno della Terra e la cui parte più

superficiale è chiamata crosta.

• La «sfera delle acque», o idrosfera, è formata dalle acque salate

degli oceani e da quelle dolci dei continenti (laghi, fiumi ecc.).

• La «sfera dell’aria», o atmosfera, è l’involucro di gas che circonda

interamente la Terra.

• La sfera della vita, o biosfera, è formata dall’insieme degli esseri

viventi che popolano le acque, il suolo e l’aria.

La sfera delle rocce





La struttura interna della Terra

La Terra, come la Luna e gli altri pianeti più vicini al Sole, è un

pianeta roccioso.

La Terra è costituita da materiali di densità diversa disposti in gusci

concentrici.

La struttura «a strati» del nostro pianeta risale alle prime fasi della

sua formazione, quando i materiali fusi iniziarono a solidificarsi,

stratificandosi: quelli più pesanti al centro, dove formarono il nucleo;

quelli più leggeri in superficie, a formare la crosta terrestre.



• Il nucleo. È la parte interna più densa, con

un raggio di circa 3500 km e con una

temperatura superiore a 6500 °C; è

costituito prevalentemente da ferro (Fe).

• Il mantello. È lo strato compreso tra il

nucleo e la crosta superficiale con uno

spessore di circa 2850 km. Esso è formato

da silicati «pesanti», in cui il silicio (Si) e

l’ossigeno (O) sono combinati

prevalentemente con ferro e magnesio (Mg).

• La crosta. È l’involucro più esterno, con

uno spessore che varia tra i 7 km e i 70 km.

Essa è formata da silicati «leggeri» formati

da silicio, ossigeno e alluminio (Al).

Nucleo, mantello e crosta



La crosta e la parte superiore del mantello formano insieme uno

strato rigido spesso fino a 200 km, chiamato litosfera.

Al di sotto della litosfera, le rocce sono parzialmente fuse e

relativamente fluide, tanto da scorrere lentamente.

Questa parte del mantello, detta astenosfera, mantiene tali

caratteristiche fino a circa 300 km di profondità: oltre, il mantello

torna a essere solido.

La litosfera è rigida ma non è un blocco unico: essa è suddivisa in

tanti frammenti, chiamati placche, che compongono una sorta di

grande mosaico e che si spostano trascinate dai moti della

sottostante astenosfera.

Litosfera, astenosfera e le placche

Struttura della litosfera

La litosfera, dello spessore medio

di 100 km è formata in superficie,

in corrispondenza dei continenti,

dalla spessa crosta continentale,

e in corrispondenza degli oceani

dalla sottile e densa crosta

oceanica.

Le rocce della crosta

Le rocce vengono classificate in tre gruppi principali: • le rocce magmatiche che provengono dal raffreddamento e dalla solidificazione di rocce fuse cioè di magmi o lave;

• le rocce sedimentarie che provengono dall’accumulo, dal consolidamento e dalla compattazione di materiali di origine diversa, come frammenti di altre rocce o resti di organismi;

• le rocce metamorfiche che derivano da una trasformazione di rocce preesistenti sottoposte a elevate temperature e pressioni.





Tutti i tre tipi di rocce sono formate da aggregati di minerali.

I minerali sono solidi inorganici aventi una composizione chimica

ben determinata.

Le rocce sono formate da minerali

Alcune rocce sono costituite da un solo tipo di

minerale. Per esempio, il calcare è formato da

un unico composto chimico, il carbonato di

calcio (CaCO3), chiamato calcite.

Più spesso le rocce sono costituite da vari minerali.

Per esempio, nel granito i minerali principali sono

tre: il feldspato, il quarzo e la mica. I loro cristalli

appaiono visibili come piccoli granuli.



Rocce macrocristalline e

microcristalline

Una roccia è detta macrocristallina

quando, come nel granito, i cristalli

dei minerali sono abbastanza grandi

da essere distinguibili a occhio nudo

o con una lente.



LLe rocce magmatiche

Le rocce magmatiche (o ignee) si formano in seguito alla

solidificazione dei magmi.

Esse si distinguono in intrusive se derivano da magmi solidificati

all’interno della crosta ed effusive se derivano dalla solidificazione di

lave, ovvero di magmi fuoriusciti in superficie.



LLe rocce magmatiche

Da un punto di vista chimico, le rocce magmatiche sono costituite da

silicati, formati soprattutto da silicio (Si) e ossigeno (O), cui si

aggiungono in misura minore molti altri elementi, tra cui:

• l’alluminio (Al);

• il ferro (Fe);

• il magnesio (Mg);

• il calcio (Ca);

• il sodio (Na);

• il potassio (K).

Il silicio e l’ossigeno combinandosi assieme formano la silice, un

composto molto comune nella crosta.



Le rocce magmatiche acide. Le rocce magmatiche acide hanno una

percentuale in silice elevata, superiore al 65%. Per il contenuto di

alluminio, sono di colore chiaro.

Le rocce magmatiche acide

La loro solidificazione avviene soprattutto all’interno della crosta

terrestre, dove raffreddandosi formano grandi ammassi chiamati

plutoni.



Le rocce magmatiche acide

I graniti sono i tipici rappresentanti delle rocce acide intrusive. Essi

sono i principali costituenti della crosta che forma i continenti o

crosta continentale.



Le rocce magmatiche basiche

Le rocce magmatiche basiche. Hanno una bassa percentuale in

silice, inferiore al 52%. Per il contenuto di ferro e magnesio sono di

colore scuro.

I magmi basici da cui derivano, al contrario di quelli acidi, sono più

fluidi e scorrevoli.

La maggior parte delle rocce effusive deriva da

questo tipo di magma, che si forma principalmente per la fusione di

materiali rocciosi nell’astenosfera. È soprattutto da lì che

provengono i magmi basici che effondono in superficie, sui

continenti o sul fondo degli oceani attraverso le eruzioni.



Le rocce magmatiche basiche

I basalti sono i tipici rappresentanti delle rocce basiche effusive e

come tali, sono microcristallini. Essi sono i principali costituenti della

crosta oceanica.



Differenze tra graniti e basalti (importante)

I minerali delle rocce si

esaminano al microscopio.



In alcune rocce effusive si osservano dei

cristalli ben visibili, detti fenocristalli,

circondati da una massa microcristallina.

Le rioliti, tra cui troviamo il porfido,

sono le rocce più rappresentative

di questo tipo.

In alcuni magmi particolarmente acidi e

viscosi, il rapido raffreddamento porta

alla formazione di una roccia vetrosa

priva di cristalli: l’ossidiana.

Un’altra roccia effusiva acida è la

pomice, una roccia chiara e porosa, così

leggera da galleggiare.

Altre rocce effusive (Solo blu)



Le rocce sedimentarie Le rocce sedimentarie sono le rocce più

abbondanti negli strati superficiali

della crosta.

Queste rocce si generano dalla

cementazione di particelle originatesi

in vario modo.

Gli accumuli di queste particelle sono detti

sedimenti e il processo che li trasforma in

rocce è detto litificazione.

La litificazione avviene per opera della

pressione dei sedimenti sovrastanti su

quelli sottostanti, pressione che allontana

l’acqua intrappolata nei sedimenti stessi e

avvia il processo di cementazione grazie al

carbonato di calcio contenuto nell’acqua.



Classificazione delle rocce

sedimentarie

L’origine dei sedimenti è il criterio con il quale si classificano le rocce

sedimentarie nelle seguenti categorie:

• le rocce sedimentarie di origine clastica (dal greco klastós,

spezzato), o terrigene, che si formano per l’accumulo di frammenti

rocciosi;

• le rocce sedimentarie di origine chimica, si formano in seguito al

depositarsi di Sali presenti nell’acqua, quando questa evapora;

• le rocce sedimentarie di origine organica (rocce organogene), in

cui i frammenti sono costituiti principalmente da resti di organismi

viventi (gusci e scheletri di organismi fossili).



Tra le rocce sedimentarie di origine organica abbiamo:

• i calcari, come quello a nummuliti, a coralli, ad alghe o altri molluschi;

• le dolomie, formate da un carbonato doppio di calcio e magnesio;

• le selci: formate da silice;

• i carboni fossili e il petrolio.

Le rocce sedimentarie di origine organica

(Solo blu)



Carbone e petrolio

Il carbone e il petrolio derivano dall’accumulo avvenuto in epoche

passate di resti di organismi.

Il carbone e il petrolio forniscono più dell’80% dell’energia consumata

dal mondo industrializzato e sono definiti combustibili fossili in quanto si

sono formati nelle ere geologiche passate, decine o centinaia di milioni

di anni fa.



Il carbone Il carbone è a tutti gli effetti una

roccia sedimentaria, solo che i

sedimenti sono costituiti da

accumuli di piante morte che in

condizioni particolari (acque

povere di ossigeno e basse

temperature) non subiscono il

processo di decomposizione.

La pressione degli strati vegetali

sovrastanti e la temperatura

crescente determinano l’avvio

di processi di carbonizzazione.



Il petrolio grezzo è un liquido oleoso di

colore scuro, infiammabile.

Il petrolio proviene soprattutto dalla

trasformazione dei resti di organismi

animali e vegetali vissuti milioni di anni fa

in ambienti marini o lagunari, rimasti

intrappolati nei sedimenti come sabbie e

argille.

Contemporaneamente alla litificazione

dei sedimenti, i resti organici subiscono

profonde modificazioni, trasformandosi in

petrolio e in altri composti gassosi, come

il metano e il propano.

Il petrolio



Le rocce metamorfiche

Le rocce metamorfiche derivano

da rocce sedimentarie,

magmatiche o da altre rocce

metamorfiche che si trasformano

in seguito all’aumento di pressione

e di temperatura dovuto alla loro

«sepoltura» in profondità.



I minerali sono i costituenti di base di tutti i tipi di rocce, siano

esse magmatiche, sedimentarie o metamorfiche.

Esistono tanti tipi di minerali. Alcuni di essi sono semplicemente

elementi, formati cioè da un solo tipo di atomo.

Ne sono esempi il rame (Cu), lo zolfo (S) e l’oro (Au), che in

natura si trovano allo stato nativo, ossia non combinati con altri

elementi.

I minerali



Più spesso, però, i minerali sono formati da più elementi.

Tra tutti gli elementi chimici che compongono i minerali, i più abbondanti sono

l’ossigeno e il silicio, che da soli costituiscono i 3/4 della massa della crosta

terrestre; seguono, in ordine decrescente, l’alluminio (Al), il ferro (Fe), il

calcio (Ca), il sodio (Na), il potassio (K) e il magnesio (Mg).

I minerali



La struttura cristallina In alcuni casi i minerali raggiungono

dimensioni notevoli e formano cristalli dalle

forme geometriche regolari.

La grandezza dei cristalli dipende dal tempo

e dallo spazio a disposizione all’interno della

roccia. I cristalli si formano a partire da

germi cristallini di piccole dimensioni.

Se liberi di crescere, i cristalli assumono

forme geometriche tipiche, come accade per

esempio con il salgemma, il cui cristallo ha

una forma cubica.



A che cosa è dovuta la forma regolare? La risposta sta nella disposizione

degli atomi che formano il minerale.

Nell’esempio del cloruro di sodio (il sale da cucina), gli atomi di cui è

composto, cloro (Cl) e sodio (Na), sono legati tra loro in modo particolare:

ogni atomo di cloro è circondato da 6 atomi di sodio, ognuno dei quali a

sua volta è circondato da 6 atomi di cloro e così via.

La forma dei cristalli



Le disposizioni ordinate degli atomi formano un reticolo cristallino in

cui è individuabile la struttura cubica di base con gli atomi disposti ai

vertici.

La ripetizione dei cubi nello spazio determina la forma finale osservabile

nei cristalli del sale da cucina.

La forma dei cristalli



I cristalli dei minerali, se percossi, possono

rompersi secondo piani ben determinati.

Questa caratteristica, detta sfaldatura,

dipende dai legami tra gli atomi che possono

presentare punti deboli in corrispondenza

dei quali, con opportuni sforzi, avviene la

rottura del cristallo.

Se si percuotono con un martello, il

salgemma e la calcite si sfaldano facilmente

secondo piani «prestabiliti» lungo i quali le

forze di legame sono minori.

I piani di sfaldatura



Oltre alla forma cristallina, i caratteri più utili per il riconoscimento

dei minerali sono la durezza, la densità, la solubilità, il colore e i

caratteri chimici.

Come riconoscere i minerali



La densità. Il quarzo ha densità maggiore di quella del

salgemma: 2,6 g/cm3 contro 2,1 g/cm3.

La solubilità. Il quarzo è praticamente insolubile in acqua;

il salgemma invece è così solubile che per il suo sapore «salato»

viene aggiunto ai cibi, nella cui acqua si scioglie facilmente.

La durezza. Se si preme fortemente il quarzo contro

il salgemma, facendolo scorrere, il salgemma si riga o, più

propriamente, viene scalfito. Ciò avviene perché il quarzo ha

durezza maggiore di quella del salgemma.

Caratteristiche fisiche



La durezza, cioè la capacità di resistere alla scalfittura, viene valutata

utilizzando la scala di Mohs, dal nome del mineralogista che la usò per primo

nel 1822.

La scala di Mohs, i cui valori vanno da 1 a 10, fa riferimento a una serie di

dieci particolari minerali, ordinati dal più tenero, il talco, a cui è assegnata

durezza 1, al più duro, il diamante, a cui è assegnata durezza 10.

In questa serie, ogni minerale scalfisce quello che lo precede ed è scalfito da

quello che lo segue.

La durezza dei minerali: la scala di Mohs



In alcuni casi il colore può

essere utile per individuare i

minerali.

Per esempio, il cinabro

(HgS), il più diffuso minerale

del mercurio, è tipicamente

rosso; la malachite, un

carbonato di rame, è azzurra;

lo zolfo è giallo.

I minerali si possono riconoscere dal

colore



Alcuni minerali infine presentano caratteri

distintivi molto particolari.

È il caso della magnetite, un ossido di ferro,

che ha proprietà magnetiche e si comporta

come una piccola calamita naturale.

Si trova talvolta nelle sabbie sotto forma di

piccoli cristalli neri, che possono essere

estratti con un magnete.

Altre proprietà dei minerali

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