STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA METODI DI INDAGINE Le osservazioni dirette sono relative esclusivamente alla parte più superficiale della Terra: le perforazioni petrolifere e quelle per la ricerca scientifica hanno raggiunto al massimo i 15 km di profondità (penisola di Kola). Altre informazioni provengono dai materiali profondi trasportati occasionalmente in superficie dai magmi. Considerando che il raggio medio terrestre è circa 6371 km, si evince che per conoscere la struttura interna della Terra è necessario ricorrere a metodi di indagine indiretti. I metodi indiretti si basano principalmente: sullo studio della distribuzione delle masse e della densità all’interno della Terra; sullo studio della propagazione delle onde sismiche all’interno della Terra; sui dati ottenuti in laboratorio sulle caratteristiche fisiche e sulla stabilità dei minerali in condizioni fisiche di elevata temperatura e pressione. Infine, un importante contributo è dato dallo studio della composizione delle meteoriti: in particolare, si stima che la composizione media della Terra sia vicina a quella di un particolare tipo di meteoriti, chiamate condriti carbonacee.

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA METODI DI INDAGINE Densità La densità media della Terra è di circa 5.5 g/cm3, cioè molto più alta di quella delle rocce che si trovano in superficie (2.5-3 g/cm3). Ne consegue che i materiali più profondi devono avere densità molto più elevata, dell’ordine di 10-13 g/cm3! Inoltre, le elevate pressioni esistenti all’interno del pianeta non spiegherebbero comunque una densità media così elevata! La parte più interna della Terra deve quindi essere costituita da materiali ad alta densità, nettamente diversi per composizione chimica da quelli superficiali.

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA METODI DI INDAGINE Propagazione delle onde sismiche Considerando che: la velocità di propagazione delle onde sismiche dipende dalle caratteristiche elastiche e dalla densità del mezzo attraversato (quindi varia con composizione, temperatura, pressione); quando un’onda sismica passa da un mezzo ad un altro con caratteristiche differenti (quindi diversa velocità di propagazione), essa viene deviata (riflessa e/o rifratta) in corrispondenza della superficie di separazione tra i due mezzi; le onde S non si propagano nei fluidi; e utilizzando i dati dei tempi di propagazione delle onde di volume registrate da stazioni distribuite su tutta la superficie terrestre per centinaia di terremoti, sono stati ottenuti modelli di velocità delle onde P ed S nell’interno della Terra.

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA Le variazioni con la profondità delle velocità delle onde P ed S all’interno della Terra permettono di stabilire che la Terra è costituita da strati concentrici, caratterizzati da composizione chimica e caratteristiche fisiche diverse. Il limite tra uno strato e l’altro è detto superficie di discontinuità ed è caratterizzato da una brusca variazione della velocità delle onde sismiche.

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA Possiamo distinguere l’interno della Terra in base a: composizione reologia

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA La crosta Crosta oceanica Spessore medio: circa 7 km Struttura stratificata costituita, dall’alto verso il basso, da: Sedimenti (strato 1) Basalti a cuscino e dicchi (strato 2) Gabbri (strato 3) La crosta oceanica non è mai più antica di 200 MA Crosta continentale Spessore medio: circa 35-40 km (ma fino a 80 km sotto catene montuose recenti) E’ estremamente eterogenea dal punto di vista della composizione (composizione vicina a quella di una granodiorite) E’ divisa in crosta superiore e crosta inferiore Le rocce più antiche della crosta continentale risalgono a circa 3900 MA

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA Il mantello La superficie di separazione tra crosta e mantello è chiamata discontinuità di Mohorovicic o Moho. In corrispondenza della Moho si verifica un brusco aumento della velocità delle onde sismiche. Il mantello è costituito da rocce ad elevata densità, formate, prevalentemente, da silicati di magnesio e ferro. Si possono distinguere: Mantello superiore (fino a circa 400 km) Zona di transizione (400-660 km) Mantello inferiore (fino a 2900 km) (Da Scandone e Giacomelli, 1998)

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA Litosfera e astenosfera La litosfera è costituita dalla crosta e dalla parte più alta del mantello superiore, costituisce un involucro ad elevata rigidità e ha spessore variabile. L’astenosfera si estende dalla base della litosfera fino ad una profondità media di 250 km ed è costituita da materiale a comportamento plastico (presenza di materiale parzialmente fuso). L’astenosfera è caratterizzata da una riduzione delle velocità delle onde sismiche (soprattutto delle onde S)

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA Moti convettivi nel mantello La litosfera è suddivisa in una serie di porzioni dette placche, che si muovono le une rispetto alle altre, “scorrendo” sulla sottostante astenosfera. Qual è la causa del movimento delle placche litosferiche? Il movimento delle placche litosferiche è causato da moti convettivi che si instaurano all’interno del mantello (analogamente a ciò che succede se riscaldiamo un recipiente pieno d’acqua). Questi moti convettivi sono espressione di un trasporto di calore dall’interno verso l’esterno della Terra. (fonte USGS)

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA Il nucleo La superficie di separazione (a circa 2900 km di profondità) fra mantello e nucleo è chiamata discontinuità di Gutenberg. Il nucleo è costituito principalmente da Fe con minori quantità di Ni e si divide in: Nucleo esterno, che è fluido (le onde S non si propagano nel nucleo esterno); Nucleo interno, che è solido. Il limite fra nucleo esterno e nucleo interno è chiamato discontinuità di Lehmann (a circa 5200 km di profondità). RIASSUMENDO