| Entrambe le parti precedenti la revisione Revisione precedente Prossima revisione | Revisione precedente |
| scienze:scienze_della_terra [2022/04/27 06:57] – [Tettonica delle Placche] alex2003super | scienze:scienze_della_terra [2022/04/29 22:08] (versione attuale) – alex2003super |
|---|
| ====== Scienze della Terra ====== | ====== Scienze della Terra ====== |
| |
| La maggior parte dei dati sulla struttura interna della Terra sono indiretti, e sulla loro base è stato costruito un modello tutt'ora valido che coordina tutte le informazioni disponibili a noi. Dopo indagini di laboratorio, sono state scoperte le proprietà dei materiali ritenuti essere presenti sottoterra, in particolare il comportamento in corrispondenza delle tensioni a cui sono sottoposti. Dal campo gravitazionale terrestre è possibile determinare la densità media del pianeta Terra, e si è giunti alla conclusione che essa è di 5,2 g/cm<sup>3</sup>. La densità dei materiali internamente deve essere più alta di questa, in quanto la densità dei basalti è di 3 g/cm<sup>3</sup> e quella dei graniti è di 2,7 g/cm<sup>3</sup>. | La maggior parte dei dati sulla struttura interna della Terra sono indiretti (la terra ha raggio 6370 km), e sulla loro base è stato costruito un modello tutt'ora valido che coordina tutte le informazioni disponibili a noi. Dopo indagini di laboratorio, sono state scoperte le proprietà dei materiali ritenuti essere presenti sottoterra, in particolare il comportamento in corrispondenza delle tensioni a cui sono sottoposti. |
| |
| Le discontinuità sono punti della crosta in cui vi è una variazione di velocità o direzione di propagazione delle onde sismiche. Una discontinuità è pertanto un cambiamento del materiale o dello stato fisico del mezzo. | Dal campo gravitazionale terrestre è possibile determinare la densità media del pianeta Terra, e si è giunti alla conclusione che essa è di 5,2 g/cm<sup>3</sup>. La densità dei materiali internamente deve essere più alta di questa, in quanto la densità dei basalti è di 3 g/cm<sup>3</sup> e quella dei graniti è di 2,7 g/cm<sup>3</sup>. |
| |
| L'unico strato fluido all'interno della terra è il nucleo esterno, dove le onde S si bloccano totalmente. | ===== Discontinuità e strati ===== |
| | |
| | Le discontinuità sono punti della crosta in cui vi è una variazione di velocità o direzione di propagazione delle onde sismiche. Una discontinuità è pertanto un cambiamento del materiale o dello stato fisico del mezzo, che determina fenomeni di rifrazione o riflessione delle onde prime (P, longitudinali), e di quelle seconde (S, trasversali). |
| | |
| | Esse sono: |
| | |
| | * **Discontinuità di Mohorovičić** (aka **Moho**): tra //crosta// e //mantello superiore// |
| | * 3 km -- 80-90 km |
| | * diminuiscono di velocità delle onde entrando nel mantello superiore (zona di bassa velocità) |
| | * **Discontinuità di Gutenberg**: tra //mantello inferiore// e //nucleo esterno// |
| | * 2900 km |
| | * brutale diminuzione della velocità delle onde P (le onde S non passano) entrando nel nucleo esterno (fuso) |
| | * **Discontinuità di Lehmann**: tra //nucleo esterno// e //nucleo interno// |
| | * 5200 km |
| | * significativo aumento di velocità delle onde P, onde S lente (rifrazione di onde P in S) entrando nel nucleo interno (solido) |
| | |
| | <WRAP center 300> |
| | ^ Mineralogia ^ Reologia ^ Profondità ^ |
| | | crosta | litosfera | 0 -- 3÷90 km | |
| | | mantello superiore | ::: | 90 -- 100 km | |
| | | ::: | astenosfera | 100 -- 250 km | |
| | | ::: | mesosfera | 250 -- 400 km | |
| | | zona di transizione | ::: | 400 -- 670 km | |
| | | mantello inferiore | ::: | 670 -- 2900 km | |
| | | nucleo esterno | nucleo | 2900 -- 5200 km | |
| | | nucleo interno | ::: | 5200 -- 6371 km | |
| | </WRAP> |
| |
| * 0-100 km di profondità -> litosfera --- "fascia solida" del mantello superiore (mantello litosferico/LID): le onde si propagano alla massima velocità per via della rigidità e della composizione peridotitica (ultrabasica) | * 0-100 km di profondità -> litosfera --- "fascia solida" del mantello superiore (mantello litosferico/LID): le onde si propagano alla massima velocità per via della rigidità e della composizione peridotitica (ultrabasica) |
| La magnetizzazione detritica residua è invece quella acquisita dalle rocce sedimentarie durante la sedimentazione e il costipamento. Si parla invece di magnetizzazione chimica residua per riferirsi alla magnetizzazione secondaria acquisita dalle rocce durante i processi diagenetici e metamorfici che portano a nuovi minerali suscettibili di magnetizzazione (ossidi di ferro). | La magnetizzazione detritica residua è invece quella acquisita dalle rocce sedimentarie durante la sedimentazione e il costipamento. Si parla invece di magnetizzazione chimica residua per riferirsi alla magnetizzazione secondaria acquisita dalle rocce durante i processi diagenetici e metamorfici che portano a nuovi minerali suscettibili di magnetizzazione (ossidi di ferro). |
| |
| Studi hanno mostrato che nei fondali oceanici esistono fasce oceaniche presentanti anomalie magnetiche positive e negative, con rispettivamente intensità di campo magnetico superiore e inferiore al $\vec{B}$ medio terrestre. Le anomalie magnetiche sono disposte appunto in <<fasce magnetiche>>, simmetriche rispetto alla dorsale oceanica. Questa distribuzione non casuale dimosrtra che in corrispondenza delle dorsali oceaniche si forma nuovo fondale oceanico. | Studi hanno mostrato che nei fondali oceanici esistono fasce oceaniche presentanti anomalie magnetiche positive e negative, con rispettivamente intensità di campo magnetico superiore e inferiore al $\vec{B}$ medio terrestre. Le anomalie magnetiche sono disposte appunto in <<fasce magnetiche>>, simmetriche rispetto alla dorsale oceanica. Questa distribuzione non casuale dimostra che in corrispondenza delle dorsali oceaniche si forma nuovo fondale oceanico. |
| | |
| ===== Storia delle Teorie Evolutive ===== | |
| | |
| Sia in ambito biologico, che nell'ambito delle Scienze della Terra, è avvenuto il passaggio da una concezione fissista a una concezione evoluzionista; per quanto riguarda la biologia, si è passati per varie fasi che hanno portato sino alla teoria evolutiva di Darwin: nel Settecento prevaleva il fissismo, con origini antiche (dai tempi di Aristotele) che si era consolidato con la diffusione della concezione cristiana con cui era più facilmente coerente un modello fissista del mondo. | |
| | |
| La prima teoria evolutiva di Lamarck, oggi ampiamente smentita e facilmente criticabile dagli stessi contemporanei, fu tuttavia il primo tentativo di abbandonare la teoria fissista. È notevole il contributo degli studiosi di Scienze della Terra, tra cui Hutton, che a fine '700 aveva proposto la teoria dell'attualismo: Hutton aveva osservato la geomorfologia del paesaggio e come le modificazioni avvenissero in modo lento, e aveva proposto che nel tempo fossero avvenute trasformazioni del pianeta Terra in tempi lenti, anche nel passato. La teoria dell'attualismo ha riportato indietro la storia della Terra in un tempo più antico di quanto lo si potesse ipotizzare all'epoca: solo ammettendo che la vita si sia formata miliardi (e non milioni) di anni fa possiamo giustificare tutti i cambiamenti che hanno portato alla complessità degli organismi oggi presenti partendo dalla cellula primordiale. È degno di menzione il contributo di Cuvier (fissista), che aveva confrontato la struttura di organismi estinti osservando i fossili, e aveva notato che avevano caratteristiche differenti rispetto a quelli attuali: aveva proposto la cosiddetta Teoria del Catastrofismo, secondo cui catastrofi del passato avevano provocato l'estinzione della maggior parte dei viventi, e ne erano sopravvissuti solo alcuni. Su questa teoria si sono basate altre successive, come quella proposta da Agazi, che proponeva più creazioni per giustificare l'assenza tra i fossili di organismi moderni. | |
| | |
| Alcuni scienziati ritenevano, come Darwin, che potesse essere avvenuta un'evoluzione, e tale ipotesi prese piede progressivamente: l'idea fu proposta dopo che Darwin compì il suo viaggio alle Isole Galapagos, ed era corredata di un'enorme quantità di dati raccolti in 30 anni di lavoro; era pertanto una teoria scientifica su base sperimentale, difficilmente contestabile. Egli parlava di variabilità esistente in modo casuale all'interno di una specie ed ereditabile: all'epoca non si conosceva ancora il DNA, e non si conosceva la natura e funzione del materiale genetico, né esistevano le teorie di Mendel. | |
| | |
| Nei primi del Novecento, il perfezionamento del microscopio ottico permise di osservare la replicazione di una cellula eucariotica, e fu messa in relazione il modo in cui si separano i cromatidi durante la divisione cellulare con la separazione dei fattori mendeliani, geni presenti sui cromosomi stessi. | |
| | |
| La prima teoria evoluzionista dotata di dati sperimentali è la teoria evolutiva di Wegner: proposta nel 1912, non ebbe seguito tra i contemporanei. L'attuale teoria della tettonica delle placche pone le sue radici nella teoria della deriva dei continenti di Wegner: oggi non possiamo più accettare la teoria di Wegner così come la espose, poiché questi parlava di movimenti di "zolle crostali", ossia di crosta su altra crosta. Ai primi del Novecento non era ancora stato formulato l'attuale modello della struttura interna del Pianeta Terra, elaborato soprattutto secondo il modello di propagazione delle onde sismiche. All'epoca si aveva l'idea che la terra fosse costituita da uno strato crostale detto "SiAl" (formato da silicio e alluminio), posto al di sopra del "SiMa" (crosta più densa formata da silicio e magnesio). | |
| | |
| Il merito di Wegner è quello di proporre una prima teoria che spiegasse le modificazioni avvenute nella storia del pianeta Terra, corredata di un'ampia varietà di dati scientificamente corretti. Sebbene oggi non possiamo più accettare in toto la Teoria della Deriva dei Continenti di Wegner, le prove che egli fornisce sono ancora valide per descrivere l'attuale Teoria della Tettonica delle Placche: | |
| | |
| * geologiche -> continuità tra alcune catene montuose in Brasile e in Africa | |
| * paleontologiche -> Africa/Madagascar/India presentano fossili di animali e piante vissuti nella stessa epoca, che non avrebbero potuto attraversare grandi oceani | |
| * paleoclimatiche -> depositi di carbone in luoghi a elevate latitudini, dove non vi possono essere grandi foreste e dunque non può avvenire la carbonizzazione del legno; in Africa vi sono detriti di roccia tipici dei ghiacciai, in luoghi in cui le temperature non sono compatibili con la loro esistenza | |
| * facendo combaciare idealmente i confini dei continenti, si può ricostruire un <<super-continente>>; quest'ultima ipotesi di Wegner -> l'unico dato contestato dai contemporanei: se davvero si facessero combaciare i confini del Sud America e dell'Africa, non ci sarebbe stata l'adesione ipotizzata da Wegner. Poiché oggi sappiamo che il confine della crosta continentale è sommerso dalle acque, se si fanno combaciare i reali confini della crosta continentali, effettivamente l'adesione è perfetta, e non vi è l'adesione incompleta originata dalla sola unione delle terre emerse che è stata contestata a Wegner. | |
| | |
| ===== Tettonica delle Placche ===== | |
| | |
| | |
| Le dinamiche che portano al combaciamento delle placche portano alla formazione di un supercontinente e alla sua separazione. I movimenti delle placche sono dovuti a forze endogene, provocate dai moti convettivi all'interno della Terra, e non si tratta di "zattere crostali" di SiAl sul SiMA sottostante, ma di placche litosferiche. | |
| | |
| I margini di placca trasformi (trascorrenti) sono quelli che scorrono orizzontalmente l'uno rispetto all'altro; questo non comporta né un'espansione, né una sua subduzione (anche se si trasformano le rocce, e vi è una marginale consunzione). | |
| | |
| In corrispondenza dei margini divergenti (in accrescimento) si estende la crosta oceanica, a partire da //rift// (dorsali oceaniche), lunghi vulcani lineare. | |
| | |
| I margini convergenti (distruttivi) provocano consunzione della crosta oceanica, mediante subduzione e consunzione delle placche. Quando il movimento è convergente solo quando (almeno) una delle due placche convergenti ha crosta oceanica, che è densa e può subdurre; viceversa, con l'avvicinamento di due croste continentali avviene l'orogenesi (formazione di catene montuose). Esiste un equilibrio tra la formazione di nuova crosta e la sua distruzione. | |
| | |
| La Teoria della Tettonica delle Placche, esposta verso la fine degli anni '60, oltre a confermare l'idea della deriva di continenti e l'esistenza di una Pangea circondata dalla Panthalassa, spiega anche dunque l'espansione del fondo oceanico, le anomalie magnetiche sui fondali oceanici, e tutti i grandi fenomeni geologici quali vulcani, terremoti, la formazione di nuovi oceani e la loro evoluzione, nonché quella delle catene montuose. È definita pertanto una <<teoria unificante>>, in quanto spiega tutti i fenomeni geodinamici avente origine interna. Tale teoria poggia non solo sulla Teoria di Wegner, ma anche sull'ipotesi sull'espansione dei fondali oceanici di Hess, nonché su altri contributi degli anni precedenti. | |
| | |
| Si ritiene che il fenomeno del movimento delle placche abbia come causa prevalente la formazione di celle convettive, considerando i lunghi tempi impiegati dal fenomeno stesso e il fatto che il mantello superiore in tali periodi di tempo estesi si possa comportare come un fluido molto denso. Non è univoco il numero di placche (porzioni di litosfera): sono all'incirca una ventina, di cui 6 sono quelle principali. La formazione delle placche è un evento che può ancora avvenire. Oggi, le osservazioni conducibili tramite satelliti permette di misurare la posizione e velocità di movimento delle placche. D'altra parte, vi sono 3 tipi principali di movimenti di placche: | |
| | |
| * divergenza | |
| * convergenza | |
| * traslazione | |
| | |
| Il movimento è reciproco e dipende dunque dall'interazione tra le due placche in corrispondenza del margine. | |
| | |
| Il fondo oceanico non è piatto; presenta dorsali oceaniche, che sono lunghi vulcani lineari estesi per miglaia di km, in rilievo. La crosta è 2700 m rispetto al piano abissale, ed essendo dei vulcani lineari, le dorsali oceaniche presentano spaccature (rift) da cui fuoriesce lava. | |
| | |
| I sedimenti della crosta oceanica hanno uno spessore vario ma non elevato; su di essi vi sono i basalti (dalla solidificazione della lava, struttura amorfa), e sopra ancora i gabbri (magma basico/femico, che solidificano lentamente in quanto rocce intrusive, formando cristalli). | |
| | |
| I piani abissali sono invece grandi pianure, e un altro elemento che caratterizza il fondale oceanico è quello delle fosse abissali: in corrispondenza di esse vi è subduzione (riassorbimento) del fondale oceanico. | |
| | |
| Secondo l'ipotesi di Hess, in corrispondenza di dorsali oceaniche si forma nuovo fondale oceanico, e in corrispondenza delle fosse abissali va a riassorbirsi tale fondale. L'ipotesi era di tipo speculativo, sulla base dei pochi dati allora disponibili, e Hess aveva considerato che in corrispondenza delle dorsali vi fossero eruzioni di lava basaltica, poiché il volume di crosta rimane costante vi devono essere zone di assorbimento della crosta stessa. L'idea di Hess non ebbe subito successo tra i contemporanei, perché era di tipo speculativo e poiché non era descritto approfonditamente il processo. Studi condotti in seguito confermarono le ipotesi di Hess e spiegarono in dettaglio il modo in cui si verifica il fenomeno. | |
| | |
| Le dorsali oceaniche si formano in corrispondenza di margini ascendenti di celle convettive: si ha la risalita di magma, che è basico poiché proviene dal mantello (composizione originariamente ultrabasica), con spaccature anche all'interno di camere magmatiche. Ciò provoca una spinta verso l'alto. Ciò provoca un inarcamento della crosta oceanica, che ne provoca anche un assottigliamento (vi sono anche tensioni distensive); d'altra parte le dorsali oceaniche sono l'effetto delle dinamiche a livello di margini esistenti. L'assottigliamento della crosta e tali tensioni provocano l'apertura di un rift (spaccatura) che può generare la formazione di una vera e propria dorsale. In corrispondenza del rift si ha un'eruzione, con fuoriuscita di lava basica che solidifica in parte sull'edificio vulcanico stesso (formando plateau basaltici in corrispondenza del rift), e per via delle tensioni, si ha un'espansione del fondale oceanico e un allargamento della dorsale oceanica stessa. | |
| | |
| Le prove di questa teoria sono: (v. pag 206) | |
| | |
| * anomalie magnetiche dei fondali oceanici -> l'analisi del campo geomagnetico ha evidenziato l'esistenza di fasce in cui il campo magnetico locale è superiore a quello medio, e altre in cui viceversa l'intensità di $B$ locale è minore alla media; l'esistenza di anomalie positive e negative è dovuta all'esistenza di rocce magnetiche fossili che provocano la registrazione di un'anomalia magnetica positiva se all'epoca della loro formazione il campo magnetico era orientato come quello attuale (si sommano) e invece negativa nel caso contrario. La collocazione delle fasce non è casuale: rispetto alla rift di una dorsale oceanica, le fasce sono parallele e simmetriche. | |
| * età dei sedimenti oceanici -> non solo lo spessore dei sedimenti del fondale oceanico non è elevato e si tratta di sedimenti incoerenti, ma il carotaggio ha rivelato che lo spessore dei sedimenti è via via maggiore allontanandosi dalla rift della dorsale oceanica: ciò è comprensibile poiché in corrispondenza della dorsale si forma nuovo fondale, e il minor spessore dei sedimenti è da associare alla minore età del fondale oceanico. Sono inoltre presenti gusci di organismi planktonici presenti nei sedimenti stessi, che forniscono una più precisa indicazione sull'età di tali sedimenti, e i più antichi risalgono a circa 170 m di anni fa (la crosta oceanica è in continua rigenerazione). | |
| * elevato flusso di calore in corrispondenza delle dorsali oceaniche -> la quantità di energia termica emessa dalla terra per unità di area non è omogenea, ma esistono zone più calde in cui il flusso ha maggiore intensità, e zone meno calde; le zone in cui il flusso di calore è maggiore sono le dorsali oceaniche, che si generano a causa della presenza di fasce ascendenti di celle convettive; le zone più fredde sono invece le fosse abissali, dunque in presenza di fasce discendenti. | |
| | |
| <div column right 300> | |
| |< 100% 50% 50% >| | |
| ^ Terremoto ^ Profondità ipocentro ^ | |
| | Superficiali | 70 km | | |
| | Intermedi | 70-300 km | | |
| | Profondi | 300-700 km | | |
| </div> | |
| | |
| La rift non è in asse, bensì è disarticolata in tratti, separati da spaccature (faglie) trasversali dette <<faglie trasformi>>. La dorsale oceanica si forma infatti per inarcamento del magma, e non è garantito che lungo l'asse del rift sia omogenea la quantità di magma e pertanto la portata di fuoriuscita della lava e la conseguente velocità di formazione della dorsale. La traslazione lungo tali faglie provoca attività sismica superficiale, che caratterizza del resto l'intero tratto della dorsale oceanica. Dalle faglie transformi non vi è tuttavia fuoriuscita di lava. | |
| | |
| Un'altra manifestazione di attività sismica superficiale (~70 km) è in corrispondenza dei margini trasformi (anche detti conservativi). Questi margini sono collocati laddove due placche litosferiche sono in reciproco moto di scorrimento e si genera attività sismica dovuta alle tensioni da attrito dovuta alle placche. Esempi sono la faglia di San Andreas in California, e la faglia dell'Anatolia in Turchial. | |
| | |
| Il terzo tipo di attività sismica è riferita alle fosse oceaniche, in corrispondenza delle quali vi è subduzione di una placca ove vi sono margini convergenti. Esse sono situate parallelamente alle dorsali oceaniche, e si formano al di sopra di colonne discendenti di celle convettive. Lungo il piano di subduzione vi è un fortissimo attrito che genera attività sismica, e l'ipocentro dei terremoti è tanto più profondo quanto ci si allontana dal rift (il piano di Benioff è discendente). Le caratteristiche del materiale presente a profondità maggiori di 700 km non permettono che gli ipocentri si trovino al di sotto di queste distanze dalla superficie. | |
| | |
| Il quarto tipo è dovuto a orogeni attivi (catene montuose ancora in scorrimento). | |
| | |
| ==== Vulcanismo ==== | |
| | |
| Il vulcanismo legato alla dorsale oceanica tipicamente esibisce formazione di lava a cuscino (pillow) ed è di tipo effusivo. I vulcani legati alla subduzione è invece di tipo esplosivo. Le Ande sono formate da rocce dette appunto <<andesiti>> che presentano chimismo intermedio (percentuale in silice inferiore al 65%), tuttavia l'attività vulcanica è esplosiva e coinvolge, oltre alle rocce basaltiche sottostanti, anche i sedimenti sialici. Nel momento in cui avviene la subduzione di fondale oceanico (basaltico), si forma una catena montuosa d'origine vulcanica di tipo espolsivo, con la formazione di pendii ripidi, ben differenti dai plateau che si formano con l'attività vulcanica di tipo effusivo. | |