Interno della terra Ad uso esclusivo degli studenti

Presentazione sul tema: "Interno della terra Ad uso esclusivo degli studenti"— Transcript della presentazione:

1 Interno della terra Ad uso esclusivo degli studenti
Sitografia varie fonti in particolare Università degli Studi di Roma La Sapienza Laurea in Scienze Ambientali Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia Lezioni on-line 04/05 al sito:

2 La densità   d = m/V sono stati indirettamente calcolati: il Volume, calcolato da Eratostene, è pari a 1,08∙1027cm3 e la massa, calcolata dopo l’enunciazione della Legge di Newton è pari a 5,975∙1027 g. Quindi la densità media della Terra risulta essere 5,52 g/cm3 Le misure dirette di densità limitate allo strato superficiale: la densità media delle rocce superficiali è pari a 2,85g/cm3

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

4 Cosa dicono le onde sismiche lo studio è complesso più semplice è lo studioi di sismogrammi di sismi da esplosione le traiettorie descritte dalle onde sismiche nell’attraversare la Terra sono curve, e ciò significa che la d. dei materiali attraversati cambia continuamente;  la velocità di propagazione delle onde aumenta con la profondità, e ciò significa che procedendo verso l’interno la d dei materiali aumenta; a distanze notevoli dall’ipocentro, alcune zone della superficie terrestre non sono raggiunte dalle onde sismiche (zone d’ombra), e ciò può essere spiegato solo ipotizzando che esistano dei materiali in grado di rifrangere e/o riflettere le onde P quando attraversati;  a notevole profondità, la velocità delle onde cambia bruscamente, e ciò mette ancora in evidenza che la d. dei materiali cambia in modo notevole, creando superfici di discontinuità.

5 Il comportamento delle onde sismiche e le discontinuità

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8 Origine della Terra Processo di ACCREZIONE omogenea in seguito a collisioni continue con corpi interplanetari di varia grandezza. I corpi più grandi [= Planetesimali] si pensa avessero diametri dell’ordine 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.

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

10 Nel 1909 Mohorovicic dallo studio delle onde di un sisma
Andrija Mohorovičić ( ) fu un geofisico croato. Analizzando il terremoto di Pokuplje (valle di Kupa) dell'8 ottobre del 1909, individuò particolari arrivi di onde sismiche che potevano essere spiegati solo con un brusco aumento della densità del suolo ad una profondità di una quarantina di chilometri. Tale strato denso prende il nome di discontinuità di Mohorovičić o, più semplicemente, moho. oggi sappiamo che tale discontinutà varia la profondità La discontinuità di moho è a 4-10Km sotto la crosta oceanica e a 20-70Km sotto la continenetale min 1Km max 90Km

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12 Crosta :Crosta Continentale Più spessa: 20-70 km; in media ~ 35 km
Crosta Oceanica :Crosta Continentale Più spessa: km; in media ~ 35 km Composizione molto variabile (~ granodiorite) Divisa in: - Crosta Superiore (più leggera, più ricca in SiO2 e relativamente povera in MgO) e - Crosta Inferiore più pesante (meno ricca in SiO2 e più ricca in MgO)

13 Mantello: Mantello Superiore fino a 410 km
6370 5145 2900 660 410 80 220 Crosta Mantello Nucleo Mantello Superiore Zona di transizione Interno (solido) Profondità (km) Inferiore Esterno (liquido) Discontinuità di Mohorovicic Discontinuità di Gutenberg Mantello Superiore fino a 410 km Zona di Transizione ( 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

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

15 Crosta Profondità (km) Mantello: 80 Mantello Superiore 220 Discontinuità di Mohorovicic Zona di transizione 410 660 Mantello Mantello Inferiore Mantello Inferiore. Conosciamo molto poco di questo volume della Terra. Perovskite (MgSiO3( probabilmente costituisce più dell’80% ) e magnesiowustite (MgO) sono probabilmente le fasi più abbondanti. 2900 Discontinuità di Gutenberg Nucleo Esterno (liquido) Nucleo 5145 Nucleo Interno (solido) Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter 6370

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

17 P = onde P S = onde S ρ= densità Da: Le rocce ed I loro costituenti
Lucio Morbidelli

18 Crosta Velocità (km/sec) Litosfera 5 10 Asteno- L’Astenosfera è la zona di mantello superiore che permette alla sovrastante litosfera di muoversi parzialmente scollata dalle restanti porzioni pià profonde. La Litosfera comprende la Crosta e la porzione di mantello più superficiale. Al contatto Crosta-Mantello litosferico si verifica un aumendo di velocità delle onde sismiche (aumenta la densità). Al contatto Litosfera-Astenosfera si verifica una diminuzione di velocità delle onde sismiche (astenosfera parzialmente fusa) sfera 1000 Mantello Onde S Meso- sfera 2000 Onde P 3000 Profondità (km) 4000 Nucleo Esterno Liquido 5000 Nucleo Interno Onde S Solido 6000 Variazione delle velocità delle onde P ed S con la profondità. Suddivisioni composizionali della Terra sulla sinistra; suddivisioni reologiche sulla destra. Da Kearey and Vine (1990), Global Tectonics. © Blackwell Scientific. Oxford.

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

20 FLUSSO DI CALORE La quantità di energia termica che sfugge dalla Terra espressa per unità di area e di tempo viene definita FLUSSO DI CALORE Questa viene espressa in HFU (Heat Flow Unit) equivalente ad 1 microcaloria/cm2/sec La media del flusso di calore sui continenti è 1,5 HFU In alcune regioni (es. Italia) il flusso di calore è superiore alla media. Perchè?

21 Abbondanze relative atomiche dei sette elementi più 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%

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

23 Trasferimento di Calore
1. Conduzione (energia termica trasmessa dal moto vibratorio degli atomi da una zona calda a una fredda): Questa è funzione della conducibilità termica della sostanza (ossia dell’abilità a condurre calore) 2. Radiazione (energia termica trasmessa da una sostanza portata all’incandescenza) 3. Convezione (spostamento di materia; es. acqua che bolle in una pentola; fumo di una sigaretta o di un camino. Avviene perchè se riscaldiamo un fluido (liquido o gas) questo si espande divenendo meno denso, quindi più leggero, del materiale circostante. Tale fluido quindi tende a salire, mentre il materiale più freddo e più pesante scende aprenderne il posto. Si instaura così un ciclo convettivo, detto CELLA CONVETTIVA) 1. Radiation Requires transparent medium Rocks aren’t (except perhaps at great depth) 2. Conduction Rocks are poor conductors Very slow 3. Convection Material movement (requires ductility) Heat-induced expansion and buoyancy Much more efficient than conduction

24 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.

25 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 è analogo a quello generato da un dipolo situato al centro della Terra il cui asse è inclinato, rispetto all'asse di rotazione terrestre, di circa 11.5°. La geometria del campo geomagnetico è caratterizzata da linee di forza entranti nella Terra nell'emisfero Nord e uscenti in quello Sud.

26 Variazioni temporali campo magnetico terrestre oltre ad avere una precisa struttura spaziale, definita principalmente dai contributi provenienti dal campo principale e da quello crostale, è 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.

27 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 Km e l'allungamento di quelle nella parte in ombra, formazione della cosiddetta coda magnetica terrestre oltre

28 La forza delle convenzioni
La geometria del campo geomagnetico è caratterizzata da linee di forza entranti nella Terra nell'emisfero Nord e uscenti in quello Sud. Dunque, l'estremo libero con polarità Nord di un ago magnetico tenderà 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.

29 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 cioè 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, è detto paleomagnetismo: Le lave basaltiche (TRM), rocce sedimentarie depositate in acque tranquille, ricche di ossido di ferro (DRM) Studiando il palòeomagnetismo i geofisici analizzando rocce di tutte le età e di varie parti del globo rilevando tre interessanti e sorprendenti fenomeni:  La migrazione dei poli, Le inversioni di polarità, Le anomalie magnetiche dei fondi oceanici.  

30 La migrazione dei poli  L’indagine ha rilevato che circa 500 – 600 milioni di anni fa, il polo nord si trovava lungo l’equatore, inoltre i risultati ottenuti dall’analisi delle rocce americane rispetto a quelle europee davano posizioni diverse per il polo. L’unica ipotesi plausibile per spiegare l’apparente migrazione dei poli è quindi quella di considerare la deriva dei continenti; in realtà sono i continenti che, migrando sulla superficie del globo, si sono mossi rispetto all’asse di rotazione terrestre.

31 Inversioni di polarità
Irregolarmente, ma circa ogni mezzo milione di anni, il campo magnetico della Terra cambia polarità (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 è ricostruita la storia delle inversioni negli ultimi 5 – 7 milioni di anni, sotto forma di una scala cronostratigrafica magnetica. La causa non è ancora conosciuta. Non accertato se il campo cambia gradualmente nella direzione opposta o se semplicemente si ribalta. dipende dalla dinamo che è il nucleo terrestre, evidentemente può variare la propria polarità casualmente e con una certa facilità

32 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, dell’ordine dei milligauss, dei valori medi dell’intensità del campo magnetico terrestre. In un’area con anomalia positiva, il campo magnetico terrestre ha intensità maggiore del normale, mentre in un’area con anomalia magnetica negativa, l’intensità è minore del normale.

33 Anomalie dei fondali oceanici
Le anomalie magnetiche riscontrate nell’oceano 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 poiché dalle dorsali si forma continuamente nuova crosta oceanica accompagnata dal progressivo allontanamento di quella già formata dall’asse della dorsale. Correlando queste inversioni con la scala dei tempi geomagnetici, è stato possibile datare i fondi oceanici e si è constatato che i fondali oceanici non hanno un’età superiore a 200 milioni di anni nelle parti più antiche, età che è molto diversa da quella registrata per alcune rocce continentali che arrivano a 3,8 miliardi di anni. Questo significa che il fondo oceanico è cambiato molte volte nel corso della storia della Terra.

34 Anomalie e movimento delle placche
è possibile ricostruire la posizione dei continenti, l’uno rispetto all’altro, in un dato momento della storia della Terra. Spostando e facendo coincidere con l’asse 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.

35 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 più intense e localizzate sono quelle provocate da giacimenti di materiale ferromagnetico TRM, e DRM. Anomalie positive o negative perché i campi magnetici principale e crostale si sommano vettorialmente

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

37 Classificazione delle Meteoriti
Età Ma; la distribuzione degli elementi pesanti è analoga a quella del Sole; sono composte da silicati anidri (essenzialmente olivine, pirosseni) che si ritrovano riuniti in condruli = globuli subsferici (0,5-1 mm); tra i condurli compaiono minerali metallici (leghe di Fe e Ni o solfuri sempre di questi elementi). Ordinarie (81%) Condriti (86%) Fino al 20% di H2O. Sono caratterizzate dalla presenza di minerali silicatici tipo serpentino/clorite). Con sostanze orga niche (idrocarburi, acidi grassi ed aromatici, etc. Sono considerate le più primitive e meno differenziate tra i prodotti di condensazione che hanno originato i pianeti. Silicatiche (95%) Carbonacee (5%) Età e composizioni molto variabili; senza condruli. In genere hanno una Grana più 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 da quella lunare. Acondriti (9%) Sideroliti (1%) (Silicatico-ferrose) Formate da s ilicati e minerali metallici (essenzialmente Fe + Ni) Da riferire alle porzioni interne dei corpi differenziati della cintura di asteroidi Sideriti (4%) (Ferrose) Essenzialmente composte da minerali metallici (Fe + Ni) Da riferire alle porzioni interne dei corpi differenziati della cintura di asteroidi