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Geosfera: interno della Terra

Gli studi geologici, ed in particolar modo la sismologia, hanno portato a considerare l’interno della Terra un susseguirsi di involucri concentrici di diversa composizione e caratteristiche. Dal punto di vista fisico il nostro pianeta è formato essenzialmente dalla crosta terrestre, dal mantello e dal nucleo, ma date le dimensioni e le diversità di tali strati si fa un’ulteriore distinzione tra crosta terrestre, mantello, nucleo esterno e nucleo interno.

La crosta terrestre: minerali e rocce

La crosta terrestre è lo strato più superficiale della Terra solida. Il suo spessore varia da pochi chilometri ad alcune decine, e non corrisponde a più dell’1% del volume dell’intero pianeta. Presenta una composizione eterogenea ma essenzialmente molto semplice. Il 98% della crosta terrestre è infatti costituito da 8 soli elementi chimici - in massima parte ossigeno e silicio - che legandosi e reagendo tra loro formano numerosi materiali. La natura di questi composti è molto diversa nelle parti di crosta terrestre sormontate dagli oceani. Per questo si usa distinguere la crosta continentale (le terre emerse) dalla più sottile crosta oceanica. Il pendio sottomarino che raccorda le due tipologie di crosta è chiamato scarpata continentale.

I principali materiali che compongono la crosta terrestre sono minerali e rocce. Un minerale è una sostanza naturale solida di origine quasi sempre inorganica e di composizione chimica ben definita, caratterizzata da una disposizione atomica molto regolare (reticolo). A ciò si deve il più tipico aspetto dei minerali: la forma poliedrica simmetrica nota come abito cristallino o semplicemente come cristallo. La regolarità di simili formazioni fa sì che in natura ne esistano assai poche, sebbene siano spesso combinate tra loro in forme apparentemente più complesse.

Le caratteristiche che contraddistinguono un minerale, al di là del suo aspetto cristallino sono:

  • la durezza, ossia la proprietà di resistere all’abrasione e alla scalfittura;

  • la sfaldatura, cioè la tendenza a rompersi secondo superfici piane;

  • la lucentezza, ovvero come il cristallo riflette la luce;

  • il colore (spesso condizionato dalle impurità);

  • la massa volumica (o densità).

Tali caratteristiche, unite alla composizione chimica dei minerali, ne determinano la classificazione. Il gruppo dei silicati, cioè delle sostanze formatesi sulla base della combinazione di ossigeno e silicio, è il più diffuso in natura. Comprende quella ventina di minerali veramente importanti nella composizione della crosta terrestre, la cui combinazione costituisce le rocce.

Le rocce, dunque, sono aggregati più o meno eterogenei di minerali, caratterizzati dall’assenza dell’uniformità chimica tipica delle sostanze da cui prendono origine. Ne esiste un’enorme varietà, classificata, in primo luogo, sulla base dei processi (detti litogenetici) che le hanno generate. Una prima, grande distinzione si fa tra rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche.

Le rocce più diffuse nella crosta terrestre sono il basalto, nella parte oceanica, e il granito nelle porzioni continentali.

Il mantello

La base della crosta terrestre coincide con una brusca discontinuità sismica nota come superficie di Mohorovičić, o più semplicemente come Moho. In tale fascia la velocità di propagazione delle onde sismiche cresce sensibilmente, per via della diversa densità del terreno. È il confine che separa la crosta dall’involucro inferiore, il mantello, di composizione, appunto, differente.

Il mantello corrisponde all’82% del volume terrestre; è caratterizzato da una costituzione densa e - si crede - piuttosto rigida (propensione di alcune rocce a sopportare le sollecitazioni fino, eventualmente, a rompersi bruscamente). La sismologia ha a lungo analizzato il comportamento del mantello, in relazione alle caratteristiche dei materiali oggi noti. Così è stato possibile individuare in particolari rocce di silicati di ferro e magnesio le sostanze che probabilmente lo compongono.

È tuttavia noto che a una data profondità il mantello presenta una fascia “di debolezza”, l’astenosfera, costituita da materiale parzialmente fuso. Ad essa si deve il movimento delle placche che formano la litosfera, la più resistente porzione di mantello e crosta terrestre soprastante. Al di sotto dell’astenosfera il mantello torna ad assumere la composizione rigida dello strato più esterno. Si crede che con l’aumentare della profondità la costituzione del mantello si faccia via via più densa e si adatti a temperatura e pressione maggiori.

Il nucleo

A delimitare la base del mantello dal sottostante nucleo è ancora un’area di discontinuità sismica, nota come discontinuità di Gutenberg. Il nucleo corrisponde al 16% del volume terrestre e ad oltre la metà del raggio del pianeta. È caratterizzato da un incremento netto e progressivo di densità e pressione, nonché da temperature elevatissime (a partire da 3000°).

Stando ai dati sismici la porzione esterna del nucleo, compresa tra le discontinuità di Gutenberg e di Lehmann (superficie di Lehmann), è di costituzione fluida, mentre l’interno è solido. Si pensa che l’intero nucleo sia composto in prevalenza da ferro e da una minore quantità di nichel. La porzione interna, benché di temperatura molto elevata, sarebbe solida per via della maggiore pressione: un “nocciolo” di ferro quasi puro, probabilmente allo stato cristallino.

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