La struttura interna della Terra Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences La struttura interna della Terra Struttura a strati concentrici della Terra, Credit: Lawrence Livermore National Laboratory- http://nsidc.org/cryosphere/frozenground/how_fg_forms.html

Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Nel 1928 John Joly elaborò la teoria dei cicli termici, secondo cui l’orogenesi dipendeva dalla radioattività interna della Terra. J. Joly, Wikipedia Immaginò che cicli di riscaldamento influenzassero i movimenti della crosta. http://aldopiombino.blogspot.it/2009/12/da-wegener-wilson-dalla-deiva-dei.html Approfondimento su John Joly: http://www.ilb2b.it/sites/default/files/_importazione/chimica_industria/pdf_riv/200310/20031001003_1.pdf

Arthur Holmes nel 1912, Wikipedia Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Nel 1930 il geologo inglese Arthur Holmes fece numerose ricerche riguardo alle conseguenze della radioattività sulle rocce. Arthur Holmes nel 1912, Wikipedia Approfondimento su Arthur Holmes: http://it.wikipedia.org/wiki/Arthur_Holmes (italiano) http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/boholm.html (inglese) http://www.youtube.com/watch?v=gtEoxoi4XCA (video in spagnolo) http://www.mantleplumes.org/WebDocuments/Holmes1931.pdf (testo originale)

Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Nel 1931 Holmes pubblica il testo Radioactivity and earth movements, nel quale ipotizza che al di sotto della crosta solida esistano correnti convettive. Radioactivity and earth movements, Holmes 1931

L’ipotesi di convezione proposta da Holmes Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Queste correnti risalgono al di sotto dei continenti e scendono ai loro margini. L’ipotesi di convezione proposta da Holmes (Global Tectonics, P. Kearey, K. A. Klepeis, F. J. Vine, Wiley-Blackwell Ed., 2007) Modello proposto da Holmes: in A sono segnate le aree di risalita del materiale, in B quelle di discesa. USGS

Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Se però nel mantello non si verificasse alcun moto, questa teoria sarebbe errata. Lo stesso Holmes, infatti, scriveva che le sue erano: “...idee puramente speculative, concepite solamente per venire incontro alle ipotesi che si vogliono dimostrare e non possono avere valore scientifico fino al momento in cui non acquistano appoggio da una prova indipendente” Fu proprio l’assenza di questa “prova indipendente” alla base della scarsa fortuna della teoria della deriva dei continenti.

Le S: più lente e di taglio (capaci di propagarsi solo nei solidi) Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Lo studio delle onde sismiche aveva suddiviso l’interno della Terra in strati. Nel 1909 il sismologo croato Andrija Mohorovičić, aveva distinto l’esistenza di due tipi di onde simiche: INGV   Le P: più veloci e di compressione (capaci di propagarsi in qualsiasi mezzo) Le S: più lente e di taglio (capaci di propagarsi solo nei solidi) INGV   Andrija Mohorovičić http://www.seismosoc.org/publications/SRL/SRL_78/srl_78-6_hs.html

Moho aveva evidenziato il fenomeno di rifrazione delle onde sismiche. Nuovo percorso dell’onda rifratta Percorso onda incidente Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Moho aveva evidenziato il fenomeno di rifrazione delle onde sismiche. Quando un’onda attraversa una superficie di discontinuità (dove il mezzo di propagazione cambia) subisce una rifrazione e: si allontana (A) oppure si avvicina (B) alla perpendicolare, in base alle caratteristiche del nuovo mezzo. Filmato rifrazione onde sismiche (inglese): http://www.youtube.com/watch?v=w4hvy2VfCg4 http://www.youtube.com/watch?v=FygYDmm99SA http://www.cyberphysics.co.uk/topics/earth/geophysics/Seismic%20Waves%20Reading.htm

Questo comportamento ha permesso di evidenziare la separazione tra Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Nel mantello le onde non procedono in linea retta, ma si allontanano dalla perpendicolare, attraversando un mezzo con velocità di propagazione maggiore! Rifrazione onde sismiche, Wikipedia- USGS Questo comportamento ha permesso di evidenziare la separazione tra crosta e mantello.

La discontinuità di Moho si trova ad una profondità variabile, circa: Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences La discontinuità di Moho si trova ad una profondità variabile, circa: 5 Km sotto agli oceani 70 Km sotto alle catene montuose continentali http://digilander.libero.it/bartluke/terrem.html Mappa attuale della discontinuità di Moho: http://newsspazio.blogspot.it/2012/03/la-prima-mappa-ad-alta-risoluzione-del.html Mappa attuale della discontinuità di Moho (inglese): http://www.esa.int/SPECIALS/GOCE/SEMMC68YBZG_0.html Approfondimento biografico su Mohorovičić (inglese): https://www.e-education.psu.edu/earth520/node/1777 Filmato sulla discontinuità di Moho (inglese): http://www.youtube.com/watch?v=yAQSucmHrAk

una zona d’ombra per le onde P, posta tra 103° e 143° dall’epicentro Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Nel 1914 il geofisico Tedesco Beno Gutenberg aveva poi individuato la presenza di: una zona d’ombra per le onde P, posta tra 103° e 143° dall’epicentro una zona d’ombra per le onde S, posta tra 103° e 180°dall’epicentro Rifrazione onde sismiche, Wikipedia- USGS Zona d’ombra onde P Modificato da: http://www.amnh.org/education/resources/rfl/web/essaybooks/earth/p_lehmann.html Zona d’ombra onde S California Institute of Technology Archives, Pasadena   Animazione zona d’ombra: http://earthquake.usgs.gov/learn/animations/animation.php?flash_title=Shadow+Zone+Flash+Animation&flash_file=shadowzone&flash_width=220&flash_height=300 http://www.youtube.com/watch?v=SyzwP9zLmmY

L’assenza delle onde S indica che questo mezzo è liquido. Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Queste zone d’ombra permisero di separare il mantello e il nucleo, a 2900 Km di profondità (discontinuità di Gutenberg). La deviazione delle onde P indica un cambiamento del mezzo di propagazione. L’assenza delle onde S indica che questo mezzo è liquido. CROSTA MANTELLO NUCLEO LIQUIDO NASA Approfondimento biografico su Gutenberg (inglese): https://www.e-education.psu.edu/earth520/content/l2_p25.html http://www.agu.org/honorsprogram/bowie_lectures/gutenberg.shtml

Photo courtesy of B.A. Bolt Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Nel 1936 la geofisica danese Inge Lehmann scoprì un brusco aumento della velocità delle onde P nel nucleo, ad una profondità di circa 5100 Km. L’aumento di velocità indica il passaggio tra il nucleo esterno più fluido e quello interno solido (discontinuità di Lehmann). Credit: Lawrence Livermore National Laboratory- http://nsidc.org/cryosphere/frozenground/how_fg_forms.html Nucleo liquido Nucleo solido Dr. Inge Lehmann (1888-1993) Photo courtesy of B.A. Bolt http://www.amnh.org/education/resources/rfl/web/essaybooks/earth/p_lehmann.html Approfondimento biografico su Inge Lehmann (inglese): https://www.e-education.psu.edu/earth520/content/l2_p23.html

Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Sulla base di queste osservazioni si è arrivati a tracciare una sezione della Terra nella quale si susseguono strati concentrici con caratteristiche diverse. 1: Crosta continentale 2: Crosta Oceanica 3: Mantello superiore 4: Mantello inferiore 5: Nucleo esterno 6: Nucleo interno A: Discontinuità di Mohorovicic B: Discontinuità di Gutenberg C: Discontinuità di Lehmann Approfondimento sulle strutture della Terra: http://www.gmpe.it/content/le-strutture-della-terra?page=0,1 Wikipedia

Questa distinzione prevede l’esistenza di: Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Questa distinzione prevede l’esistenza di: una crosta solida e leggera (densità pari a 2,7 g/cm3 per quella continentale e 3,0 g/cm3 per quella oceanica), demarcata dalla discontinuità di Moho. Differenza tra due campioni di crosta continentale (a sinistra) e oceanica (a destra) di uguale volume (Museo di Scienze Naturali di Vienna). Crosta continentale Crosta oceanica La crosta è costituita prevalentemente da silicati di alluminio.

Peridotite (Wikipedia) Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences un mantello, 80% del volume terrestre, con densità che aumenta con la profondità (da 3,3 a 5,6 g/cm3), demarcato dalla discontinuità di Gutenberg. Il mantello è costituito prevalentemente da silicati di magnesio (come la peridotite). Mantello Peridotite (Wikipedia) USGS Approfondimento struttura mantello: http://www.ansa.it/scienza/notizie/rubriche/terrapoli/2012/11/23/prima-ecografia-mantello-terrestre_7843680.html http://www.ditadifulmine.com/2011/03/perforando-verso-il-centro-della-terra.html http://news.nationalgeographic.com/news/2011/03/110323-earth-mantle-drill-sample-first-science-nature-teagle/ (inglese)

Il nucleo è costituito prevalentemente da ferro e nichel. Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences un nucleo con densità che varia da 9,7 a 13 g/cm3 e che la discontinuità di Lehmann divide in fluido (all’esterno) e solido (all’interno). Il nucleo è costituito prevalentemente da ferro e nichel. Come confermano gli studi sui meteoriti caduti sulla Terra (ricchi di tali elementi). I meteoriti sono frammenti di corpi extraterrestri che testimoniano l’origine del Sistema Solare. Approfondimento meteoriti: http://www.mineralicristalli.it/Meteoriti.htm http://mineralsciences.si.edu/collections/meteorites.htm (inglese) Campione di meteorite ferroso trovato nel deserto australiano nel 1909, Wikipedia

Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences A fianco di questa suddivisione, si sviluppò maggiore attenzione al comportamento meccanico degli strati della Terra. Nel 1914 il geologo Joseph Barrell aveva introdotto il concetto di LITOSFERA: strato della Terra esterno e rigido. Le prime ipotesi su un’ASTENOSFERA plastica, posta sotto alla litosfera rigida, risalgono agli anni ’30 (confermate poi con il Terremoto Cileno del 1960). Attività ICLEEN (Un modello per l’astenosfera): http://www.icleen.museum/elenco?p_p_id=101_INSTANCE_zGoEhIHPN4r8&categoryId=11453 Animazione struttura interna della Terra: http://www.classzone.com/books/earth_science/terc/content/investigations/es0402/es0402page01.cfm Terremoto cileno del 1960, USGS

Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Velocità in Km/s Lo studio dettagliato delle onde sismiche mostra un particolare andamento della velocità in relazione alla profondità. Profondità in m Modificato da: http://pro.unibz.it/staff2/fzavatti/corso/str-interne-terre.html

Nella parte superiore del mantello si osserva: Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Nella parte superiore del mantello si osserva: un brusco aumento in corrispondenza della discontinuità di Moho un lento aumento fino a circa 100 Km di profondità una diminuzione, circa a 100 Km di profondità il durare del rallentamento sino a circa 200 Km (zona a bassa velocità –VLV-) un nuovo aumento della velocità. Questi valori corrispondono al cambiamento di comportamento del materiale roccioso. Modificato da: http://pro.unibz.it/staff2/fzavatti/corso/str-interne-terre.html

Sulla base di queste osservazioni si distinguono quindi: Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Sulla base di queste osservazioni si distinguono quindi: una litosfera superiore con comportamento rigido e che comprende la crosta terrestre (oceanica e continentale) e la parte superficiale del mantello una astenosfera inferiore con comportamento plastico e costituita dalla porzione di mantello che si trova sotto alla litosfera una mesosfera ancora più profonda che comprende la parte intermedia e quella terminale del mantello, con comportamento rigido Laboratori Earth Learning Idea (inglese): http://www.earthlearningidea.com/PDF/59_Oranges_and_Earth.pdf http://www.earthlearningidea.com/PDF/74_Clay_balls.pdf http://www.earthlearningidea.com/PDF/78_Bouncing_bending_breaking.pdf Laboratorio sulle proporzioni degli strati della Terra: http://www.exo.net/~emuller/activities/earthwalk/earthwalk_total_version.pdf http://web.ics.purdue.edu/~braile/edumod/earthint/earthint.htm http://digilander.libero.it/bartluke/terrem.html

per alcuni studiosi l’astenosfera è spessa circa 100 Km Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences per alcuni studiosi l’astenosfera è spessa circa 100 Km mentre per altri finisce a 670 Km di profondità Certo è che non supera questo limite, dove le onde sismiche presentano un brusco aumento di velocità e il comportamento meccanico torna ad essere rigido. Litosfera Astenosfera Mantello superiore Mantello inferiore Nucleo esterno Modificato da: http://pro.unibz.it/staff2/fzavatti/corso/str-interne-terre.html Nucleo interno

Fantini, Monesi, Piazzini, Bovolenta Editore, 2008 Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences L’astenosfera ha questo comportamento per la temperatura alla quale si trovano le sue rocce. La geoterma è una curva che indica l’andamento della temperatura con la profondità. Se si osserva il primo tratto del mantello, si nota come la temperatura di fusione e la geoterma si avvicinino: nell’astenosfera possono esserci piccole volumi (circa il 2%) di materiale allo stato fuso! T fusione Geoterma Ispirato a “La Terra”, Fantini, Monesi, Piazzini, Bovolenta Editore, 2008

Approfondimento su John Joly: Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Approfondimento su John Joly: http://www.ilb2b.it/sites/default/files/_importazione/chimica_industria/pdf_riv/200310/20031001003_1.pdf Approfondimento su Arthur Holmes: http://it.wikipedia.org/wiki/Arthur_Holmes http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/boholm.html (inglese) http://www.youtube.com/watch?v=gtEoxoi4XCA (video in spagnolo) http://www.mantleplumes.org/WebDocuments/Holmes1931.pdf (testo originale) Mappa attuale della discontinuità di Moho: http://newsspazio.blogspot.it/2012/03/la-prima-mappa-ad-alta-risoluzione-del.html Mappa attuale della discontinuità di Moho (inglese): http://www.esa.int/SPECIALS/GOCE/SEMMC68YBZG_0.html Approfondimento biografico su Mohorovičić (inglese): https://www.e-education.psu.edu/earth520/node/1777 Filmato sulla discontinuità di Moho (inglese): http://www.youtube.com/watch?v=yAQSucmHrAk Filmato rifrazione onde sismiche (inglese): http://www.youtube.com/watch?v=w4hvy2VfCg4 http://www.youtube.com/watch?v=FygYDmm99SA

Animazione zona d’ombra: Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Animazione zona d’ombra: http://earthquake.usgs.gov/learn/animations/animation.php?flash_title=Shadow+Zone+Flash+Animation&flash_file=shadowzone&flash_width=220&flash_height=300 Filmato sulle zone d’ombra (inglese): http://www.youtube.com/watch?v=SyzwP9zLmmY http://www.youtube.com/watch?v=v_1QcI3BWRk Approfondimento biografico su Gutenberg (inglese): https://www.e-education.psu.edu/earth520/content/l2_p25.html http://www.agu.org/honorsprogram/bowie_lectures/gutenberg.shtml Approfondimento biografico su Inge Lehmann (inglese): https://www.e-education.psu.edu/earth520/content/l2_p23.html Approfondimento sulle strutture della Terra: http://www.gmpe.it/content/le-strutture-della-terra?page=0,1 Approfondimento struttura mantello: http://www.ansa.it/scienza/notizie/rubriche/terrapoli/2012/11/23/prima-ecografia-mantello-terrestre_7843680.html http://www.ditadifulmine.com/2011/03/perforando-verso-il-centro-della-terra.html http://news.nationalgeographic.com/news/2011/03/110323-earth-mantle-drill-sample-first-science-nature-teagle/ (inglese)

Laboratori Earth Learning Idea (inglese): Scuola di Scienze e Tecnologie Sezione Geologia http://www.unicam.it/geologia/unicamearth/ http://d7.unicam.it/teachingearthsciences Laboratori Earth Learning Idea (inglese): 59_Oranges_and_Earth: http://www.earthlearningidea.com/PDF/59_Oranges_and_Earth.pdf 74_Clay_balls: http://www.earthlearningidea.com/PDF/74_Clay_balls.pdf 78_Bouncing_bending_breaking: http://www.earthlearningidea.com/PDF/78_Bouncing_bending_breaking.pdf Laboratorio sulle proporzioni degli strati della Terra: http://www.exo.net/~emuller/activities/earthwalk/earthwalk_total_version.pdf http://web.ics.purdue.edu/~braile/edumod/earthint/earthint.htm Attività ICLEEN (Un modello per l’astenosfera): http://www.icleen.museum/elenco?p_p_id=101_INSTANCE_zGoEhIHPN4r8&categoryId=11453 Filmato/lezione Khan Academy sulla struttura interna della Terra (inglese): http://www.khanacademy.org/science/cosmology-and-astronomy/v/plate-tectonics---difference-between-crust-and-lithosphere http://www.khanacademy.org/science/cosmology-and-astronomy/v/structure-of-the-earth Spiegazione + animazioni interno della Terra (inglese): http://www.classzone.com/books/earth_science/terc/content/investigations/es0402/es0402page01.cfm