Interno della terra Ad uso esclusivo degli studenti Sitografia varie fonti in particolare...

Interno della terra Ad uso esclusivo degli studenti Sitografia varie fonti in particolare Universit degli Studi di Roma La Sapienza Laurea in Scienze Ambientali Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia Lezioni on-line 04/05 al sito: http://tetide.geo.uniroma1.it/sciterra/wed/corsoterra.html

La densit d = m/V sono stati indirettamente calcolati: il Volume, calcolato da Eratostene, pari a 1,0810 27 cm 3 e la massa, calcolata dopo lenunciazione della Legge di Newton pari a 5,97510 27 g. Quindi la densit media della Terra risulta essere 5,52 g/cm 3 Le misure dirette di densit limitate allo strato superficiale: la densit media delle rocce superficiali pari a 2,85g/cm 3

Cosa dicono le meteoriti differenza esistente tra densit media e densit superficiale: la spiegazione pi probabile e pi semplice che linvolucro esterno sia formato da materiali a bassa densit e che i materiali pi densi siano situati nelle zone pi interne ed inaccessibili alle campionature. osserviamo che i valori di densit delle meteoriti, mediati tra di loro, danno valori assai simili alla densit media terrestre e quindi, se ammettiamo lunica origine di tutti gli oggetti appartenenti al sistema solare, possiamo verosimilmente supporre che anche la composizione degli strati pi interni ed inaccessibili della Terra sia analoga a quella delle meteoriti pi dense. Con prevalenza di Fe e Ni

Cosa dicono le onde sismiche lo studio complesso pi semplice lo studioi di sismogrammi di sismi da esplosione le traiettorie descritte dalle onde sismiche nellattraversare la Terra sono curve, e ci significa che la d. dei materiali attraversati cambia continuamente; la velocit di propagazione delle onde aumenta con la profondit, e ci significa che procedendo verso linterno la d dei materiali aumenta; a distanze notevoli dallipocentro, alcune zone della superficie terrestre non sono raggiunte dalle onde sismiche (zone dombra), e ci pu essere spiegato solo ipotizzando che esistano dei materiali in grado di rifrangere e/o riflettere le onde P quando attraversati; a notevole profondit, la velocit delle onde cambia bruscamente, e ci mette ancora in evidenza che la d. dei materiali cambia in modo notevole, creando superfici di discontinuit.

Il comportamento delle onde sismiche e le discontinuit

Origine della Terra Processo di ACCREZIONE omogenea in seguito a collisioni continue con corpi interplanetari di varia grandezza. I corpi pi grandi [= Planetesimali] si pensa avessero diametri dellordine di qualche centinaia di chilometri Tutti i corpi planetari si sono accresciuti per accumulazioni successive (urti con meteoriti) Tutti i corpi planetari sono craterizzati Per generare un cratere come quello di Copernico (sulla Luna), con un raggio di 93 km, ci vuole un urto con un asteroide di 5-10 km di diametro.

AUTODIFFERNZIAZIONE: formazione del NUCLEO dal MANTELLO PRIMORDIALE Il NUCLEO si formato alla fine del processo di accrezione per una Migrazione verso il centro, dalla forza di gravit, di un fuso di solfuri di ferro e nichel I corpi collidenti erano gi differenziati con nuclei composti da solfuri di Fe e Ni allo stato fuso che hanno innescato la fusione pressoch istantanea dei composti analoghi presenti nel protopianeta

Nel 1909 Moho rovicic dallo studio delle onde di un sisma Andrija Mohorovii (1857 - 1936) fu un geofisico croato. croato Analizzando il terremoto di Pokuplje (valle di Kupa) dell'8 ottobre del 1909, individu particolari arrivi di onde sismiche che potevano essere spiegati solo con un brusco aumento della densit del suolo ad una profondit di una quarantina di chilometri.Pokuplje8 ottobre1909onde sismichedensit Tale strato denso prende il nome di discontinuit di Mohorovii o, pi semplicemente, moho.discontinuit di Mohorovii oggi sappiamo che tale discontinut varia la profondit La discontinuit di moho a 4-10Km sotto la crosta oceanica e a 20-70Km sotto la continenetale min 1Km max 90Km

: Crosta Continentale Pi spessa: 20-70 km; in media ~ 35 km Composizione molto variabile (~ granodiorite) Crosta Crosta Continentale Crosta Oceanica Divisa in: - Crosta Superiore (pi leggera, pi ricca in SiO 2 e relativamente povera in MgO) e - Crosta Inferiore pi pesante (meno ricca in SiO 2 e pi ricca in MgO)

Mantello Superiore fino a 410 km Zona di Transizione (410-660 km) Mantello Inferiore (Mesosfera) fino a 2900 km Composizione stratificata sia in termini di composizione chimica che mineralogica. Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter 6370 5145 2900 660 410 80 220 CrostaMantello Nucleo Mantello Superiore Zona di transizione Nucleo Interno (solido) Profondit (km) Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Discontinuit di Mohorovicic Discontinuit di GutenbergMantello:

Mantello: 6370 5145 2900 660 410 80 220 Crosta Mantello Nucleo Mantello Superiore Zona di transizione Nucleo Interno (solido) Profondit (km) Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Discontinuit di Mohorovicic Discontinuit di Gutenberg Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter Mantello Superiore (dal contatto con la crosta fino a 410 km). Il contatto con la crosta detto Discontinuit di Mohorovicic (Moho) Mantello litosferico (solido) spessore variabile (in genere fino a ~ 80 km) Mantello Astenosferico (parzialmente fuso) ~ 80- 220 km Mesosfera di nuovo solida (peridotite a granato) Zona di Transizione. A partire da 410 km la velocit delle onde sismiche aumenta rapidamente. Questa variazione dovuta al cambio strutturale dellolivina (da rombica a monoclina). A 500 km lolivina (ora wadsleyite) cambia di nuovo struttura e diventa cubica A 660 km la ringwoodite si trasforma in perovskite e magnesiowustite (fasi ancora pi dense)

6370 5145 2900 660 410 80 220 Crosta Mantello Nucleo Mantello Superiore Zona di transizione Nucleo Interno (solido) Profondit (km) Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Discontinuit di Mohorovicic Discontinuit di Gutenberg Mantello Inferiore. Conosciamo molto poco di questo volume della Terra. Perovskite (MgSiO 3( probabilmente costituisce pi dell80% ) e magnesiowustite (MgO) sono probabilmente le fasi pi abbondanti. Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter Mantello:

Nucleo: Lega metallica di Fe-Ni. (non ci sono silicati) Nucleo Esterno liquido senza onde di tipo S Nucleo Interno solido (a causa delle fortissime pressioni) 6370 5145 2898 660 410 60 220 Crosta Mantello Superiore Zona di transizione Nucleo Interno (solido) Profondit (km) Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Mantello Nucleo Nucleo Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter

P =onde P P = onde P S =onde S =densit S = onde S = densit Da: Le rocce ed I loro costituenti Lucio Morbidelli

Variazione delle velocit delle onde P ed S con la profondit. Suddivisioni composizionali della Terra sulla sinistra; suddivisioni reologiche sulla destra. Da Kearey and Vine (1990), Global Tectonics. Blackwell Scientific. Oxford. Crosta Mantello Nucleo Esterno Velocit (km/sec) 0510 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Profondit (km) Onde S Onde P Nucleo Interno Asteno- Solido Liquido Meso- sfera Onde S LAstenosfera la zona di mantello superiore che permette alla sovrastante litosfera di muoversi parzialmente scollata dalle restanti porzioni pi profonde. La Litosfera comprende la Crosta e la porzione di mantello pi superficiale. Al contatto Crosta-Mantello litosferico si verifica un aumendo di velocit delle onde sismiche (aumenta la densit). Al contatto Litosfera- Astenosfera si verifica una diminuzione di velocit delle onde sismiche (astenosfera parzialmente fusa) Litosfera sfera

Il gradiente geotermico medio della crosta terrestre vale circa 25C/km (ma varia da localit a localit da 6 a 140 C/km) Il gradiente geotermico per le altre regioni pi interne della terra molto pi basso (0,7-0,8 C/km) Il gradiente geotermico per le altre regioni pi interne della terra molto pi basso (~0,7-0,8 C/km) GRADIENTE GEOTERMICO La variazione di Temperatura dalle regioni pi interne della Terra (pi calde) a quelle pi esterne (pi fredde) viene definita GRADIENTE GEOTERMICO (C/m)

FLUSSO DI CALORE La quantit di energia termica che sfugge dalla Terra espressa per unit di area e di tempo viene definita FLUSSO DI CALORE Questa viene espressa in HFU (Heat Flow Unit) equivalente ad 1 microcaloria/cm 2 /sec La media del flusso di calore sui continenti 1,5 HFU In alcune regioni (es. Italia) il flusso di calore superiore alla media. Perch?

Abbondanze relative atomiche dei sette elementi pi comuni che costituiscono il 97% della massa della Terra. Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter, Prentice Hall. O 50.7% Mg 15.3% Fe 15.2% Si 14.4% S 3.0% Al 1.4% Ca 1.0%

1. 1. Calore dallaccrezione primordiale e dalla differenziazione della Terra, deriva dallenergia gravitazionaleale convertita in calore, raggiunge ancora lentamente la superficie e si conserva perch i materiali hanno bassa conducibilit termica 2.Calore rilasciato dal decadimento radioattivo dei radionuclidi instabili presenti nelle rocce che hanno una lunga emivita (30/35%) 3.Calore proveniente dal mantello sui fondali oceanici dove sono scarsi i radionuclidi Sorgenti di calore nella Terra

Trasferimento di Calore 1. Conduzione (energia termica trasmessa dal moto vibratorio degli atomi da una zona calda a una fredda): Questa funzione della conducibilit termica della sostanza (ossia dellabilit a condurre calore) 2. Radiazione (energia termica trasmessa da una sostanza portata allincandescenza) 3. Convezione (spostamento di materia; es. acqua che bolle in una pentola; fumo di una sigaretta o di un camino. Avviene perch se riscaldiamo un fluido (liquido o gas) questo si espande divenendo meno denso, quindi pi leggero, del materiale circostante. Tale fluido quindi tende a salire, mentre il materiale pi freddo e pi pesante scende aprenderne il posto. Si instaura cos un ciclo convettivo, detto CELLA CONVETTIVA)

Campo magnetico terrestre da istituto d geofisica e vulcanologia di Roma Campo principale, generato nel nucleo fluido tramite il meccanismo di geodinamo Campo crostale, generato dalle rocce magnetizzate della crosta terrestre; Campo esterno spazio generato da correnti elettriche che fluiscono nella ionosfera e nella magnetosfera come conseguenza dell'interazione tra il vento solare e il campo geomagnetico; Campo d'induzione elettromagnetica, generato da correnti indotte nella crosta e nel mantello dal campo esterno variabile nel tempo.

Il campo principale rappresenta, in media, il 99% di tutto il campo magnetico osservato in superficie da istituto d geofisica e vulcanologia di Roma Da un semplice studio morfologico si nota che il 95% del campo analogo a quello generato da un dipolo situato al centro della Terra il cui asse inclinato, rispetto all'asse di rotazione terrestre, di circa 11.5. La geometria del campo geomagnetico caratterizzata da linee di forza entranti nella Terra nell'emisfero Nord e uscenti in quello Sud.

Variazioni temporali campo magnetico terrestre oltre ad avere una precisa struttura spaziale, definita principalmente dai contributi provenienti dal campo principale e da quello crostale, anche sottoposto a continue variazioni temporali. Queste variazioni che possono essere di diversa natura, sono suddivise in due classi principali: variazioni a lungo e a breve termine. Le prime, generalmente indicate con il nome di variazione secolare, sono dovute all'azione delle sorgenti profonde interne alla Terra, le stesse che generano il campo principale, e hanno un tempo caratteristico minimo variabile tra 5 e 10 anni; le seconde, variazioni a breve termine, sono di origine esterna al nostro pianeta e presentano tempi caratteristici della durata inferiore a qualche anno.variazioni temporali

Gli effetti sulla atmosfera Tratto da :"The Liftoff Academy" - Cortesia NASA/JPL Le linee del campo magnetico si irradiano tra i poli magnetici nord e sud esattamente allo stesso modo in cui si irradiano tra i poli di una barra magnetica. Le particelle cariche rimangono intrappolate in queste linee di forza (proprio come la limatura di ferro) formando la magnetosfera. Le linee di forza non sono simmetriche L'impatto del vento solare provoca la compressione delle linee di forza nella parte rivolta al Sole 80 a 60.000Km e l'allungamento di quelle nella parte in ombra, formazione della cosiddetta coda magnetica terrestre oltre 300.000.

La forza delle convenzioni La geometria del campo geomagnetico caratterizzata da linee di forza entranti nella Terra nell'emisfero Nord e uscenti in quello Sud. Dunque, l'estremo libero con polarit Nord di un ago magnetico tender a disporsi verso il polo Sud magnetico della Terra (che si trova al polo Nord geografico). E' comunque tradizione chiamare polo magnetico Nord terrestre semplicemente quello che si trova nell'emisfero Nord e, analogamente, polo magnetico Sud quello che si trova nell'emisfero Sud, in accordo con i corrispondenti poli geografici.

paleomagnetismo il punto di Curie corrisponde alla temperatura alla quale scompare il magnetismo permanente, quando si riscalda un materiale magnetico. Una lava fuoriuscendo da un vulcano, raffreddandosi, si orienta, assume cio una magnetizzazione secondo il campo magnetico di quel luogo e di quel momento e permane inalterato anche a distanza di decine o centinaia di milioni di anni, detto paleomagnetismo: Le lave basaltiche (TRM), rocce sedimentarie depositate in acque tranquille, ricche di ossido di ferro (DRM) Studiando il paleomagnetismo i geofisici analizzando rocce di tutte le et e di varie parti del globo rilevando tre interessanti e sorprendenti fenomeni: La migrazione dei poli, Le inversioni di polarit, Le anomalie magnetiche dei fondi oceanici.

La migrazione dei poli Lindagine ha rilevato che circa 500 600 milioni di anni fa, il polo nord si trovava lungo lequatore, inoltre i risultati ottenuti dallanalisi delle rocce americane rispetto a quelle europee davano posizioni diverse per il polo. Lunica ipotesi plausibile per spiegare lapparente migrazione dei poli quindi quella di considerare la deriva dei continenti; in realt sono i continenti che, migrando sulla superficie del globo, si sono mossi rispetto allasse di rotazione terrestre.

Inversioni di polarit Irregolarmente, ma circa ogni mezzo milione di anni, il campo magnetico della Terra cambia polarit (il polo nord diventa polo sud e viceversa), impiegando qualche migliaio di anni ad invertire la propria direzione. queste inversioni si succedono con lo stesso ordine cronologico, anche in zone assai distanti tra loro e si ricostruita la storia delle inversioni negli ultimi 5 7 milioni di anni, sotto forma di una scala cronostratigrafica magnetica. La causa non ancora conosciuta. Non accertato se il campo cambia gradualmente nella direzione opposta o se semplicemente si ribalta. dipende dalla dinamo che il nucleo terrestre, evidentemente pu variare la propria polarit casualmente e con una certa facilit

Anomalie magnetiche Durante la perlustrazione dei fondi oceanici, gli oceanografi scoprirono delle anomalie magnetiche distribuite in modo assai caratteristico. Queste anomalie rappresentano delle piccole deviazioni, dellordine dei milligauss, dei valori medi dellintensit del campo magnetico terrestre. In unarea con anomalia positiva, il campo magnetico terrestre ha intensit maggiore del normale, mentre in unarea con anomalia magnetica negativa, lintensit minore del normale.

Anomalie dei fondali oceanici Le anomalie magnetiche riscontrate nelloceano hanno un andamento a bande lineari e parallele che continuano per centinaia di chilometri ; esse presentano inoltre una distinta simmetria bilaterale rispetto alla dorsale medio oceanica questo accade poich dalle dorsali si forma continuamente nuova crosta oceanica accompagnata dal progressivo allontanamento di quella gi formata dallasse della dorsale. Correlando queste inversioni con la scala dei tempi geomagnetici, stato possibile datare i fondi oceanici e si constatato che i fondali oceanici non hanno unet superiore a 200 milioni di anni nelle parti pi antiche, et che molto diversa da quella registrata per alcune rocce continentali che arrivano a 3,8 miliardi di anni. Questo significa che il fondo oceanico cambiato molte volte nel corso della storia della Terra.

Anomalie e movimento delle placche possibile ricostruire la posizione dei continenti, luno rispetto allaltro, in un dato momento della storia della Terra. Spostando e facendo coincidere con lasse della dorsale le anomalie associate allo stesso periodo temporale, si ottiene il profilo del fondo oceanico in quel particolare tempo geologico e quindi anche i profili delle terre emerse.

Anomalie da magnetismo crostale Oltre alle anomalie dei fondali oceanici dovute alle inversioni di campo magnetico esistono anche anomalie dovute alle caratteristiche costitutive della crosta terrestre. Le anomalie pi intense e localizzate sono quelle provocate da giacimenti di materiale ferromagnetico TRM, e DRM. Anomalie positive o negative perch i campi magnetici principale e crostale si sommano vettorialmente

Classificazione delle Meteoriti Ogni anno entrano nellatmosfera terrestre 200 tonnellate di meteoriti Di questa quantit cadono sullla superficie terrestre ogni anno per ogni milione di kilometri quadrati: 58 meteoriti > 100 grammi 58 meteoriti > 100 grammi 9 meteoriti > 1 kg 9 meteoriti > 1 kg 1,3 meteoriti > 10 kg 1,3 meteoriti > 10 kg (LEuropa ha una superficie di 10 milioni di kilometri quadrati) (In Antartide ci sono 8 milioni di tonnellate di meteoriti con un peso > 100 grammi)

Ordinarie (81%) (81%) Et 4500-4600 Ma; la distribuzione degli elementi pesanti analoga a quella del Sole; sono composte da silicati anidri (essenzialmente olivine, pirosseni) che si ritrovano riuniti in condruli = globulisubsferici (0,5-1 mm); tra i condurli compaiono minerali metallici (leghe di Fe e Ni o solfuri sempre di questi elementi). Condriti (86%) Carbonacee(5%) Fino al 20% di H 2 O. Sono caratterizzate dalla presenza di minerali silicatici tipo serpentino/clorite). Con sostanze organiche (idrocarburi, acidi grassi ed aromatici, etc. Sono considerate le pi primitive e meno differenziate tra i prodotti di condensazione che hanno originato i pianeti. Silicatiche(95%) Acondriti (9%) (9%) Et e composizioni molto variabili; senza condruli. In genere hanno una Grana pi grossolana rispetto alle condriti. In genere senza Fe-Ni. iniziale. Alcuni tipi oltre che dalla fascia degli asteroidi, sembrano provenire dalla superficie di Marte (tipi SNC = Shergottiti-Nakhiliti- Chassigniti) o daquella lunare. Sideroliti (1%) (Silicatico-ferrose) Formate da silicati e minerali metallici (essenzialmente Fe + Ni) Da riferire alle porzioni interne dei corpi differenziati della cintura di asteroidi Essenzialmente composte da minerali metallici (Fe + Ni) Da riferire alle porzioni internedei corpi differenziati della cintura di asteroidi Sideriti (4%) (4%) (Ferrose) Classificazione delle Meteoriti

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