L`interno della Terra e struttura interna

Caratteristiche fisiche della Terra
La densità
2,8 g/cm3
La densità media della Terra è di circa 5,5 g/cm3.
Tale valore si ricava dal rapporto tra la massa del pianeta (ottenuta
mediante misure di gravità) ed il suo volume, e risulta essere più
elevato della densità delle rocce campionate in superficie (circa 2,7
g/cm3).
La differenza si deve al fatto che la composizione della Terra non è
omogenea, ma in profondità risultano esserci materiali metallici
(ferro e nichel) con densità di circa 13 g/cm3 .
La migrazione dei materiali più densi verso il centro della Terra e dei
meno densi verso la superficie, si è potuta verificare quando la Terra
(4,6 miliardi di anni fa) era quasi completamente allo stato fuso.
5 g/cm3
10 g/cm3
13 g/cm3
Il calore della Terra
La terra ha un proprio calore interno che si propaga
verso l’esterno.
Tale calore in parte deriva dal calore residuo della
Terra primordiale (calore fossile), in parte dal calore
Decadimento radioattivo
generato dal decadimento degli elementi radioattivi.
Si definisce flusso di calore la quantità di calore che ogni secondo attraversa l’unità di superficie per
propagarsi verso lo spazio. Il flusso di calore è elevato nelle aree geologicamente attive (vulcani, catene
montuose recenti…) ed è minimo nelle zone più stabili. Mediamente il flusso di calore della Terra è di 35
calorie all’anno per cm2, una quantità pari allo 0,02% del flusso di energia che arriva in superficie dal
Sole . Il flusso di calore è responsabile dei fenomeni vulcanici e idrotermali (energia geotermica).
La temperatura interna della Terra aumenta con la profondità.
Si definisce gradiente geotermico il rapporto tra la variazione di temperatura e la variazione di
profondità.
Sino a basse profondità il gradiente è pari a 3°/100 m, ma si riduce progressivamente all’aumentare
della profondità.
5000°C
4000°C
3500°C
4000°C
4300°C
andamento ipotetico con
gradiente costante
T
e
m
p
er
at
ur
a
3000°C
andamento reale
2000°C
1000°C
Profondità (Km)
1000
2000
3000
4000
5000
6000 6371
Il magnetismo terrestre
La Terra possiede un campo magnetico i cui poli (polo Nord magnetico e polo Sud magnetico) non
coincidono esattamente con i poli geografici. L’asse magnetico è inclinato di 11° rispetto all’asse
terrestre. L’origine del campo magnetico terrestre non si deve a minerali ferromagnetici (magnetite)
poiché questi sono inattivi a temperature superiori a 580°C; la sua esistenza si deve a correnti
elettriche che si formano nella parte liquida e metallica del nucleo terrestre.
Struttura interna della Terra
I limiti dell’esplorazione diretta
Limiti tecnologici impediscono di spingere l’esplorazione diretta della Terra oltre una decina di Km dalla
superficie.
Le informazioni sulla struttura interna della Terra sono ricavate da indagini indirette, basate sullo
studio della propagazione delle onde sismiche.
Le onde sismiche
Le onde sismiche sono vibrazioni che si producono durante i terremoti. Le onde sismiche che si
propagano all’interno della Terra sono di due tipi:
Onde P (prime): sono le più veloci e si propagano nei solidi, nei liquidi e negli aeriformi.
Onde S (seconde): sono meno veloci delle onde P e si propagano solo nei solidi.
Dal percorso delle onde sismiche è possibile risalire alla struttura interna della Terra.
La velocità delle onde sismiche aumenta con l’aumentare della densità delle rocce, e per le onde P è più
elevata nei solidi che nei liquidi.
Quando la velocità delle onde sismiche varia, esse vengono deviate dalla loro direzione di propagazione
iniziale.
Se la Terra fosse uniforme al suo interno, le onde sismiche si propagherebbero in linea retta.
Se la densità delle rocce aumentasse solo per effetto della profondità, le onde sismiche
percorrerebbero traiettorie curve.
Si è osservato che la velocità e la direzione delle onde sismiche all’interno della Terra variano sia in
modo progressivo che discontinuo.
I cambiamenti bruschi di velocità e direzione si verificano quando le onde incontrano la superficie di
separazione tra due mezzi diversi per composizione, stato fisico o per entrambi i fattori.
Tali superfici di discontinuità, individuano i quattro strati principali della Terra: crosta, mantello,
nucleo esterno e nucleo interno.
Le superfici di discontinuità
La discontinuità di Mohorovicic (5-70 Km) separa due mezzi a diversa composizione: la crosta ed il
mantello.
La discontinuità di Gutenberg (2900 Km) separa due mezzi diversi per composizione e stato fisico: il
mantello che è solido dal nucleo esterno che è liquido.
La discontinuità di Lehmann (5170 Km) separa due mezzi di uguale composizione ma di diverso stato
fisico: il nucleo esterno liquido dal nucleo interno solido.
0
2
4
6
8
10
12
14
Crosta
1000
Pr
of
o
n
di
tà
(K
m)
Onde s
2000
Mantello
Onde p
Discontinuità di
Mohorovicic
(5-70) Km
3000
Discontinuità di
Gutenberg
(2900 Km)
Nucleo
esterno
4000
5000
Nucleo
interno
6000
Discontinuità di
Lehmann
(5170 Km)
6371
Velocità delle onde sismiche (Km/s)
Struttura interna della Terra
La crosta
La crosta è lo strato più superficiale e sottile ed esiste in due tipologie diverse per composizione e
spessore:
la crosta continentale, più spessa (35-70 Km) e meno densa (2,7 g/cm3), a composizione sialica;
la crosta oceanica, più sottile (circa 7 Km) e più densa (3 g/cm3), a composizione femica.
Il mantello
Il mantello ha composizione uniforme (ultrafemica) e densità superficiale di 3,3 g/cm3.
Lo stato fisico del mantello varia con la profondità in modo graduale:
Nella parte superficiale è solido e rigido (mantello litosferico).
In uno strato intermedio (astenosfera) presenta micro gocce di magma ed ha un comportamento
plastico
Nella parte più profonda torna ad essere interamente solido e rigido (mesosfera).
Il nucleo
Il nucleo è la parte più interna e densa della Terra (sino a 13 g/cm3) ed è costituito da una lega
metallica di ferro e nichel.
La discontinuità di Lehmann lo separa in due parti:
Il nucleo esterno è liquido per effetto delle elevate temperature e presenta correnti che si ritiene
siano all’origine del campo magnetico terrestre.
Il nucleo interno è solido per effetto delle altissime pressioni.
Proprietà meccaniche delle rocce
Per meglio comprendere la dinamica della Terra solida, è necessario considerare il comportamento delle
rocce quando sono sottoposte all’azione di una forza.
A seconda degli effetti subiti, le rocce possono essere così definite:
Rocce rigide: vibrano se soggette ad una forza debole e si rompono se soggette ad una forza intensa
(es. granito).
Rocce plastiche: sotto l’azione di una forza cambiano forma e mantengono la deformazione anche
quando la forza smette di agire (es. argilla).
Una roccia a comportamento rigido può divenire plastica se si trova ad alte temperature e se la forza
applicata non è intensa ma agisce per tempi molto lunghi.
Le rocce rigide si deformano originando fratture o faglie; la faglia è una frattura con movimento
relativo delle rocce da essa separate.
Le rocce plastiche si deformano originando pieghe a concavità verso l’alto (sinclinali) o verso il basso
(anticlinali).
Una diversa suddivisione
Un diverso modello interno della Terra (modello reologico) si basa sulle proprietà meccaniche delle
rocce. Secondo tale modello, la parte di Terra che sovrasta il nucleo può essere suddivisa in:
Litosfera: ha comportamento rigido e comprende la
crosta e la parte superficiale rigida del mantello
(mantello litosferico); ha uno spessore medio di 100
Km.
Astenosfera: è la zona plastica del mantello,
compresa tra la litosfera ed una profondità compresa
tra i 250-700 Km.
Mesosfera: è una zona rigida del mantello e si
estende dall’astenosfera sino al Nucleo.
Il passaggio da uno strato all’altro è graduale, quindi
non vi sono superfici di discontinuità tra questi
strati.
MODELLO
COMPOSIZIONALE
MODELLO
REOLOGICO
L’astenosfera, con lenti movimenti convettivi,
contribuisce a portare in superficie il calore interno
della Terra. La litosfera reagisce a questi movimenti
rompendosi in tanti frammenti chiamati placche
litosferiche.
Il differente comportamento di litosfera ed
astenosfera è considerato la causa dell’attività
geologica della Terra.