Dall’Universo al Pianeta azzurro Tano Cavattoni, Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini Dall’Universo al Pianeta azzurro

Capitolo i Scienze della Terra: come e perché La Terra è un corpo celeste che si muove in mezzo ad altri corpi celesti che si muovono, so che nessun segno, né sulla Terra, né nel cielo può servirmi da punto di riferimento assoluto. Italo Calvino

Capitolo i I fossili e la scala del tempo geologico Lezione 1 Gravità, energia, tempo § i.1 Il pianeta azzurro § i.2 Le scienze della Terra per conoscere la Terra § i.3 Il tempo geologico § i.4 Un pianeta stratificato § i.5 I moti della Terra aeriforme, liquida e solida § i.6 Conseguenze dei moti della Terra

§ i.1 Il pianeta azzurro La Terra è stata definita «pianeta azzurro» per via del colore conferitole dall’acqua liquida che ricopre la sua superficie. La Terra è costituita da una componente solida (litosfera), una liquida (idrosfera) e una aeriforme (atmosfera).

§ i.1 Il pianeta azzurro I viventi costituiscono la biosfera, una fascia che comprende l’idrosfera, la parte superiore della litosfera e la parte inferiore dell’atmosfera. 5 5

§ i.2 Le scienze della Terra per conoscere la Terra La scienze della Terra comprendono molte discipline che concorrono insieme alla definizione del pianeta. Fra molte di queste discipline esistono rapporti di interdipendenza. 6 6

§ i.2 Le scienze della Terra per conoscere la Terra La geologia, supportata dalla geochimica e dalla geofisica, si occupa della componente solida della Terra. La paleontologia studia le tracce conservate nelle rocce degli organismi vissuti nel passato e consente alla geologia storica di ricostruire le caratteristiche della Terra nel tempo geologico. L’oceanografia si occupa dello studio degli oceani e dei mari, l’idrologia dello studio delle acque continentali. 7 7

§ i.2 Le scienze della Terra per conoscere la Terra La meteorologia si occupa dei movimenti delle masse d’aria nell’atmosfera, mentre la climatologia studia e definisce le caratteristiche del clima. La geomorfologia studia i fattori che modellano il paesaggio e le forme risultanti dalla loro azione. 8 8

Tutti i cambiamenti avvengono nel tempo. § i.3 Il tempo geologico Molti fenomeni naturali diventano comprensibili solo se si tiene conto del fattore tempo. Tutti i cambiamenti avvengono nel tempo. Il fiume della foto (Utah, USA) ha scavato la gola nella montagna con un lento processo che si è protratto per centinaia di migliaia o per milioni di anni. Se potessimo osservare la gola a distanza di decine di migliaia di anni, i cambiamenti sarebbero evidenti. 9 9

§ i.3 Il tempo geologico Alcuni fenomeni studiati dalle scienze della Terra, come i moti delle masse d’aria e di acqua e le variazioni climatiche stagionali, si sviluppano in intervalli di tempo che vanno dalle frazioni di secondo a poche decine di anni. Per molti altri eventi, invece, l’ordine di grandezza temporale coinvolto è molte volte superiore al tempo della vita umana. 10 10

§ i.3 Il tempo geologico I processi geologici, come il sollevamento di una catena montuosa (orogenesi) o il suo smantellamento (erosione) avvengono in periodi di tempo talmente lunghi da essere difficilmente percepibili e immaginabili. In geologia bisogna considerare un tempo diverso da quello consueto detto tempo geologico o tempo profondo la cui unità di misura è il milione di anni (Ma) o mega anni. 11 11

§ i.3 Il tempo geologico Una catena montuosa si innalza in milioni di anni e le trasformazioni della composizione dell’aria che respiriamo sono avvenute in centinaia di milioni di anni. Le rocce del massiccio del Monte Bianco, vecchie di oltre 300 milioni di anni, sono state innalzate fino a quasi 5.000 metri per un lento sollevamento, di pochi millimetri all’anno, protrattosi per alcune decine di milioni d’anni. 12 12

§ i.4 Un pianeta stratificato La distribuzione dei materiali del nostro pianeta in sfere concentriche è dovuta al fatto che i materiali più densi vengono a disporsi più vicino al centro, quelli meno densi in periferia. Le particelle più leggere, rimaste all’esterno, formano l’atmosfera gassosa. Sotto all’atmosfera si estende l’idrosfera (oceani e acque continentali), uno strato liquido discontinuo. Infine, più vicino al baricentro, si trovano i materiali solidi. 13 13

§ i.4 Un pianeta stratificato Anche tra i materiali solidi c’è suddivisione in sfere concentriche in base alla densità. Si distinguono tre unità principali: • un nucleo centrale; • un mantello che lo avvolge; • una crosta che ricopre a sua volta il mantello. 14 14

§ i.4 Un pianeta stratificato La differenziazione avvenuta nella Terra primordiale ha prodotto un pianeta «zonato», con un denso nucleo di ferro e una sottile crosta di rocce leggere, separati da uno spesso mantello formato da rocce pesanti. 15 15

§ i.4 Un pianeta stratificato La forza di gravità non è l’unico agente a influenzare lo svolgimento dei processi che avvengono sul nostro pianeta. L’azione della forza di gravità è contrastata da un secondo agente: l’energia. Un ininterrotto flusso di energia provoca continui rimescolamenti dei materiali stratificati dalla forza di gravità. 16 16

§ i.4 Un pianeta stratificato Due flussi di energia agiscono sul nostro pianeta: • l’energia solare, che investe la Terra dall’esterno; • il calore che si libera dall’interno della Terra e fluisce attraverso la superficie fino a disperdersi nello spazio. I due flussi di energia contrastano la tendenza all’equilibrio gravitazionale e sono responsabili del dinamismo che caratterizza il nostro pianeta. 17 17

§ i.4 Un pianeta stratificato La Terra è un sistema aperto, poiché scambia massa ed energia col resto del cosmo. 18 18

§ i.5 I moti della Terra aeriforme, liquida e solida Su scala planetaria, la forza di gravità tende a fare sì che i bacini marini si colmino dei detriti provenienti dall’erosione delle montagne e la Terra sembrerebbe destinata a subire un livellamento della superficie litosferica, fino a ricoprirsi di un omogeneo strato di acque. Ciò non avviene perché i due flussi di energia, dovuti l’uno all’energia del Sole e l’altro al calore interno della Terra, sono responsabili del mancato raggiungimento della condizione di equilibrio gravitazionale. 19 19

§ i.5 I moti della Terra aeriforme, liquida e solida Il flusso di energia solare innesca nell’idrosfera, e soprattutto nell’atmosfera, dei cicli convettivi. In un liquido attraversato da un flusso di calore si possono verificare moti convettivi, dovuti allo spostamento di massa causato dalla diversa densità. Il liquido riscaldato dal basso si dilata, diminuisce di densità e sale verso l’alto, sostituito dal liquido più freddo, che scende. 20 20

§ i.5 I moti della Terra aeriforme, liquida e solida La maggior parte della radiazione solare attraversa l’atmosfera e riscalda la superficie di terre e mari che a loro volta riemettono energia e riscaldano l’aria dal basso, determinandone l’instabilità gravitazionale. Le acque assorbono rapidamente le radiazioni solari e l’idrosfera è scaldata dall’alto: le acque tendono a stratificarsi stabilmente, con densità crescente con la profondità. Tuttavia anche le acque sono soggette a movimenti, soprattutto a causa dell’attrito dei venti sulla superficie dei mari. 21 21

§ i.5 I moti della Terra aeriforme, liquida e solida Tutti questi fenomeni fanno parte degli agenti esogeni, così chiamati perché modellano la superficie del pianeta agendo dall’esterno 22 22

§ i.6 Conseguenze dei moti della Terra solida La Terra solida è sostanzialmente impermeabile al flusso di energia solare, che si arresta al massimo nei primissimi metri di spessore. Tuttavia i materiali solidi sono attraversati dal flusso di calore proveniente dall’interno del pianeta. Le rocce del mantello sono interessate da cicli convettivi che provocano la risalita di rocce più calde e lo sprofondamento di rocce più fredde. I moti convettivi nel mantello procedono con velocità così basse da essere difficilmente rilevabili. 23 23

§ i.6 Conseguenze dei moti della Terra solida I moti convettivi delle rocce del mantello hanno ripercussioni anche nella litosfera frammentandola in una serie serie di blocchi, le placche litosferiche. I movimenti indotti dai moti convettivi portano le placche ad avvicinarsi, ad allontanarsi oppure a scorrere fianco a fianco. 24 24

§ i.6 Conseguenze dei moti della Terra solida I movimenti delle placche comportano terremoti ed eruzioni vulcaniche, apertura di nuovi oceani e formazione di catene montuose. 25 25

§ i.6 Conseguenze dei moti della Terra solida Gli agenti che operano dall’interno del pianeta e che contrastano il livellamento effettuato dagli agenti esogeni prendono il nome di agenti endogeni. Gli agenti endogeni ridefiniscono continuamente le forme della superficie: creano depressioni e innalzano rilievi. 26 26