Lezione 2B La formazione della Terra e la sua evoluzione...

Alfonso Bosellini – Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti – © Italo Bovolenta editore 2014

Capitolo 1B La Terra: uno sguardo introduttivo

Lezione 2B La formazione della Terrae la sua evoluzione primordiale

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Alfonso Bosellini – Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti – © Italo Bovolenta editore 2014 3

Circa 4,6 miliardi di anni fa una densa nebulosa,molto fredda e in lenta rotazione,

costituita da polveri e gas, iniziò a contrarsi.

1.4 La Terra primordiale

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Nebulosa


La materia si concentrò nella zona centrale,dove si formò il protosole, attorno al quale le polveri e i gas

residui si disposero a formare un disco in rotazione.


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Protosole


Nella parte più esterna del disco, i gas e le polverioriginarono granuli che collidendo

si aggregarono in piccoli agglomerati, i planetesimi.


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Protosole

Planetesimo


Dalle ripetute collisioni dei planetesimi si originaronoi pianeti terrestri; dalla concentrazione dei gas si originarono

i pianeti gioviani e si strutturò il sistema solare.


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Sistema solare

Pianeta

Sole


La Terra si formò per aggregazione di planetesimi,per effetto dell’attrazione gravitazionale.


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Circa 4,5 miliardi di anni fa la Terra entrò in collisionecon un corpo celeste delle dimensioni di Marte.


L’impatto scagliò nello spazio uno sciame di frammenti,dalla cui aggregazione si formò la Luna.


La pioggia ininterrotta di planetesimi continuò a colpirei vari corpi celesti fino a 3,8 miliardi di anni fa,

distruggendo ogni traccia di crosta primitiva sulla Terra.


Per questa ragione sulla Terranon si conoscono rocce con più di 3,8÷4,2 miliardi di anni.


La Terra iniziò in breve tempo a surriscaldarsiper tre differenti fenomeni.


Accrescimento per impattiL’energia cinetica prodotta dall’impatto dei planetesimi sulla superficie terrestre

si trasformava in energia termica, che in parte veniva dissipata nello spazio,ma in parte veniva trattenuta.

Compressione gravitativaL’enorme peso dei materiali che si accumulavano nelle parti esterne della Terra

provocava un aumento della pressione a cui erano soggette le parti interne.

Disintegrazione di elementi radioattiviLa radioattività di elementi, quali uranio, torio e altri allora molto abbondanti,

veniva assorbita dai materiali circostanti.

I primi due fenomeni da soli possono aver portatola temperatura interna del pianeta a 1000 °C.


L’aumento della temperatura portò alla fusione del ferro che, a causa della sua elevata densità, sprofondòverso il centro della Terra (catastrofe del ferro).

1.5 «Catastrofe del ferro» e differenziazione

Questo fenomeno liberò energia gravitazionale,con conseguente fusione di larga parte del pianeta

e successivo processo di differenziazione gravitativa.

Materiali più leggeri

Ferro


La Terra si stratificò diventando un pianeta «zonato».

1.5 «Catastrofe del ferro» e differenziazione

I materiali più leggeri migrarono verso l’esternoe formarono la crosta primitiva.

Crosta (0÷40 km)

Un terzo della massa primordiale della Terrasi addensò al centro e costituì un nucleo a base di ferro.

Nucleo esterno di ferro fuso(2890÷5150 km)

Nucleo interno di ferro solido(5150÷6370 km)

Tra crosta e nucleo si collocarono materiali concaratteristiche intermedie che originarono il mantello.

Mantello (40÷2890 km)


Il 90 % del pianeta Terra nel suo insieme è formatoda soli quattro elementi: ferro, ossigeno, silicio e magnesio.

1.6 Zonazione chimica della Terra


Ossigeno, silicio e alluminio, invece,formano da soli l’80% della crosta terrestre.



La zonazione chimica verticale dei vari elementinon fu dovuta al loro diverso peso specifico.


Fu determinata dalle proprietà fisiche e chimichedei minerali che gli elementi andarono a formare:

nella crosta i feldspati, così come uranio e torio sotto forma di ossidi e di silicati;

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nel mantello, silicati di ferro e di magnesio;•

nel nucleo, oro e platino, che hannopoca affinità con ossigeno e silicio.

•


Il calore radioattivo fu facilmentedisperso nell’atmosfera, perché i materiali radioattivi

si erano concentrati nel guscio esterno.


Anche il nuovo meccanismo della convezionecontribuì a trasferire il calore verso la superficie.

L’aumento della temperatura interna della Terrarallentò molto e il pianeta poté raffreddarsi

in tempi relativamente brevi.


Le continue eruzioni vulcaniche liberaronograndi quantità di gas, principalmente idrogeno,

vapore acqueo, azoto e diossido di carbonio.

1.7 Atmosfera, idrosfera e crosta primitive

L’idrogeno, molto leggero, sfuggì nello spazio,mentre i gas più pesanti avvolsero la Terra,andando a formare l’atmosfera primordiale.


Quando la temperatura superficiale scese sotto il punto critico dell’acqua, il vapore acqueo iniziò a condensare e a

riempire le parti depresse della superficie terrestre.


Si formarono i primi oceanie si formò l’idrosfera primordiale.


Si ritiene che i materiali che costituiscono la crostasi siano formati gradualmente attraverso vari processi:


emissioni di lava, seguite da rifusione parzialedelle rocce appena consolidate;

•

degradazione per opera degli agenti atmosferici,con formazione di un primitivo regolite;

•

riassorbimento e riciclo dei sedimentiall’interno della Terra per opera di processi vulcanici e tettonici.

•


L’insieme delle diverse parti del nostro pianeta e le loro reciproche interazioni costituiscono il sistema Terra.

1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere»

La Terra può essere idealmente suddivisa in «sfere»,in base alla densità dei materiali che la costituiscono.

Atmosfera Biosfera

Idrosfera Litosfera


L’idrosfera è la componente liquida della Terrae comprende le acque dei mari

e quelle continentali, fiumi, laghi e ghiacciai.



L’atmosfera è la componente gassosa della Terraed è costituita dall’aria, che avvolge tutto il pianeta.



La litosfera è la componente solida superficialeed è costituita dalle rocce.



La biosfera, comprende gli organismi viventie l’ambiente con cui questi interagiscono.



Vi sono due diversi criteri di suddivisione della Terra solida.


Criteriochimico-mineralogico

Criterio basatosullo stato fisico dei materiali


Il sistema Terra è caratterizzato da complesserelazioni tra le diverse «sfere» che avvengono

con scambi di materia e di energia.


Questi processi sono attivati e sostenutidal calore interno della Terra e dall’energia solare

che arriva alla sua superficie.

Il calore interno favorisce i processi endogeni(movimenti nel mantello, nel nucleo, fusione delle rocce,

formazione di catene montuose, ecc.).

L’energia solare favorisce i processi esogeni (movimenti di fluidi, passaggi di stato, tempo atmosferico,

clima, modellamento superficiale, ecc.).


Il sistema Terra può essere suddiviso in 3 sottosistemi,o geosistemi, che operano su scala globale:



Il sistema tettonica delle placche è attivato dal calore interno della Terra.Esso si compie attraverso flussi di materia e di energia

(moti convettivi) tra mantello profondo, astenosfera e litosfera. Il ciclo delle rocce, le deformazioni alle quali sono sottoposti

i materiali litosferici, i terremoti, le eruzioni vulcaniche,la formazione degli oceani e delle catene montuose sono tutte

conseguenze delle interazioni tra le varie componenti della Terra solida.


Il sistema geodinamo, responsabile dell’esistenza del campo magnetico terrestre, ha origine profonda, ma è in grado di interagire con

le componenti più esterne del sistema Terra, come la biosfera e l’atmosfera.

Il sistema clima coinvolge tutte le componenti del sistema Terra;le loro interazioni concorrono a determinare il clima su scala globale

e le sue variazioni nel tempo. Il clima non esprime soltanto il comportamento dell’atmosfera,

ma è influenzato anche dai molteplici processi che coinvolgono l’idrosfera,la litosfera e la biosfera.

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