Esplorazione della Terra: struttura, movimenti e fenomeni geologici

Osservazioni sismiche e struttura terrestre

Per conoscere le parti più profonde si è dovuto ricorrere ad osservazioni indirette, quali lo studio delle onde sismiche che si generano con i terremoti.

Le onde sismiche generate nell’ipocentro, in seguito all’attraversamento degli strati terrestri subiscono fenomeni di rifrazione e di riflessione che dipendono dalle proprietà chimico-fisiche delle zone incontrate.

Si è visto, in particolare, che la velocità delle onde aumenta via via che si procede dalla superficie verso la parte più profonda della Terra e quindi ciò fa supporre che la densità del globo aumenti con la profondità. Quando le onde sismiche incontrano zone a diversa densità vengono deviate.

Sulla base di questi studi di sismologia sono stati identificati diversi gusci concentrici, separati da superfici denominate superfici di discontinuità sismiche.

I singoli gusci vanno a costituire le tre zone principali: la più esterna è la crosta, poi il mantello e più internamente il nucleo.

1.

Composizione e struttura della crosta

La crosta è costituita da silicio e alluminio. Il suo spessore varia dai 6-7 km in corrispondenza dei fondali oceanici ai 60-70 km in corrispondenza dei continenti. La crosta continentale è costituita prevalentemente da granito ed è leggera, pertanto galleggia sul mantello. La crosta oceanica è costituita prevalentemente da basalto più pesante. I due tipi di crosta vengono a contatto in prossimità dei continenti sotto la scarpata continentale.

Fra la crosta e il mantello si trova la fascia di discontinuità di Moho che riflette bene le onde sismiche.

2.

Struttura e composizione del mantello

Il mantello si divide in due zone; una superiore e una inferiore. In prevalenza vi si trovano minerali composti di silicio e magnesio. Il mantello superiore è un sottile strato rigido e forma con la crosta la litosfera. Esso è formato da silicati di magnesio e ferro. Segue poi l’astenosfera. Sotto di essa inizia il mantello inferiore, costituito da ossidi di ferro, alluminio, magnesio e silicio. Man mano che aumenta la profondità, la composizione chimica cambia, con un aumento progressivo del ferro.

Tra il mantello e il nucleo vi è la discontinuità di Gutenberg.

3.

Caratteristiche del nucleo terrestre

Il nucleo si divide in esterno e interno. Nella parte più esterna (nucleo liquido) si trova in prevalenza nichelio e ferro e si origina il campo magnetico terrestre. Il nucleo interno è diviso da quello esterno dalla discontinuità di Lehmann; ha la stessa formazione di quello esterno, viene definito nucleo solido. Sebbene la temperatura al centro della Terra sia di 5000°C, la materia è allo stato solido per effetto della pressione esercitata dalla materia, che ne fanno aumentare anche la densità. Oggi si sa che la produzione di calore deriva dalle trasformazione di fissione nucleare di sostanze radioattive che si trovano all’interno della Terra.[1]

[1] Si definisce gradiente geotermico l’aumento di temperatura in funzione della profondità. Accanto a questo, è possibile anche definire il grado geotermico, che corrisponde all’intervallo di profondità per il quale si registra un aumento di temperatura di 1°C. il valore del grado geotermico è in media di 33m (la temperatura aumenta di 1° ogni 33m).

Suddivisione geologica della Terra

La parte superficiale del globo (crosta e mantello) è stata suddivisa in base alle caratteristiche geologiche in: litosfera, astenosfera, mesosfera.

• La litosfera è rigida, elastica; le onde sismiche vi si propagano ad alta velocità; comprende la crosta e il mantello superiore;

• L’astenosfera presenta rocce parzialmente fuse (magma), è meno rigida; le onde sismiche subiscono un rallentamento;

• La mesosfera comprende il resto del mantello; è solida, e la frequenza e la velocità delle onde aumentano con l’aumentare della pressione.

La Terra, da quando si è formata, ha subito innumerevoli modificazioni. Tutto il pianeta è stato interessato dal fenomeno, ma le terre emerse sono quelle cui riserviamo una particolare attenzione, anche perché consentono di tracciare una storia ben precisa del nostro globo.

Teoria della deriva dei continenti

Il geofisico tedesco Alfred Wegener, agli inizi del Novecento, osservò la complementarietà della crosta occidentale africana e di quella sudamericana. Infatti, se osserviamo attentamente i contorni di queste terre è possibile vedere che esse si incastrano perfettamente come due pezzi di puzzle. Wegener, da varie osservazioni di questo tipo, trasse la sua teoria sulla deriva dei continenti. Secondo tale teoria, i continenti attuali costituivano un blocco unico che venne chiamato Pangea e un unico oceano chiamato Panthalassa. Vi sarebbe poi stata una prima suddivisione di Pangea in due supercontinenti, il Laurasia e il Gandwana. Del primo avrebbero fatto parte l’Europa, l’Asia, l’America settentrionale e la Groenlandia; del secondo l’Africa, l’India, l’America meridionale, l’Australia e l’Antartide. Quindi entrambe le parti avrebbero subito divisioni e spostamento ulteriori fino ad arrivare alla configurazione attuale, destinata a subire ulteriori modifiche-

La teoria della deriva dei continenti non fu accettata, perché i contemporanei di Wegener non riuscivano a capire quale forza sconosciuta avesse potuto determinare il movimento dei continenti.

Scoperte sulle dorsali oceaniche

Un gruppo di ricercatori rivelò l’esistenza di una catena montuosa, ovvero una dorsale sotto le acque dell’Atlantico. Questa catena era spaccata in modo tale a assumere la conformazione di una valle sommersa. Si scoprì, poi che altre dorsali si estendevano sul fondo degli oceani. Queste osservazioni costituirono la prova che la crosta degli oceani si rinnova in continuazione grazie al magma che fuoriesce dalle dorsali.

Teoria delle placche tettoniche

Il geofisico canadese Wilson nel 1965, partendo dalla deriva dei continenti, sostenne che la crosta terrestre fosse divisa in placche. Ammetteva l’esistenza di zone mobili dette placche che fluttuavano sulla sottostante astenosfera e si spostavano a seconda delle situazioni. Potevano avvicinarsi fino a scontrarsi, dando origine a catene montuose; potevano allontanarsi, lasciando un vuoto, colmato poi da materiale fuso proveniente dal mantello, formando così una nuova crosta. Può anche verificarsi che le due placche slittino l’una affianco all’altra, senza che si crei o distrugga nulla.

Movimenti delle placche e fenomeni geologici

La crosta terrestre, quindi, non è suddivisa semplicemente in continenti ed oceani, ma da un insieme di zolle semirigide o placche che si muovono, come se galleggiassero sull’astenosfera, esse vanno l’una verso l’altra dando vita a fenomeni orogenetici, a fenomeni vulcanici e a fenomeni sismici.

Il movimento delle placche è legato a correnti che si innescano al di sotto della litosfera. In corrispondenza dell’astenosfera, in seguito alla differenza di temperatura tra la zona più interna e quella più esterna, si instaurano correnti di tipo convettivo, al di sotto delle placche.

Le placche litosferiche fino ad oggi note sono dodici, tra cui: placca euro-asiatica, placca africana…

Tipi di margini delle placche

Le placche, venendo a contatto, possono comportarsi in tre diversi modi:

1. Allontanarsi tra loro, sotto la spinta di nuovo materiale che affiora dal fondo dell’oceano, si ha quindi produzione di crosta e si parla di margine costruttivo. La linea di contatto è detta, in questo caso, divergente;

2. Compenetrarsi l’una nell’altra, quindi con una flessione di una placca sotto l’altra. Si parla di margine distruttivo e convergente;

3. Scorrere l’una accanto all’altra. Si parla di margine trasforme o conservativo.

Dorsali medio-oceaniche e attività sismica

Le dorsali medio-oceaniche rappresentano le linee di allontanamento tra due placche e quindi si parla di margini divergenti o costruttivi. Con questo movimento si crea tra le due zolle uno spazio che viene completamente riempito da materiale che risale verso l’astenosfera. Il nome di dorsali medio-oceaniche deriva dal fatto che esse attraversino tutti gli oceani. Appaiono come delle catene montuose con una frattura aperta nel centro, della “rift valley”, dalla quale fuoriesce il magma.

La distribuzione delle dorsali sui fondali oceanici coincide con le zone di attività sismica e vulcanica. Vi sono quindi zone della Terra particolarmente instabili che circondano altre zone molto più estese. Queste ultime sono abbastanza tranquille dal punto di vista geologico e costituiscono le placche o zolle.

Collisioni tra placche e formazione montuosa

Se le placche collidono, producono un sollevamento della litosfera e si determina la formazione di un sistema montuoso sul tipo delle Alpi e dell’Himalaya.

Nella formazione del sistema alpino ci sarebbe stata la collisione della placca euro-asiatica con la placca africana, mentre il sistema himalayano è stato originato dallo scontro tra la placca indo-australiana e quella euro-asiatica.

L’incontro tra una placca oceanica e una continentale avviene lungo il margine divergente attivo.

Subduzione e margini continentali attivi

Quando lo scontro interessa una placca continentale e una oceanica, quella oceanica passa sotto il continente e va in subduzione. Ciò accade perché la placca continentale è più densa; si crea una fossa oceanica, il corrugamento della crosta continentale e una catena montuosa costiera (esempio: Cordigliera delle Ande). La crosta subdotta fonde, e il magma risale attraverso fratture, originando fenomeni vulcanici.

I margini continentali che sono interessati dal fenomeno della subduzione sono detti attivi. Esse costituiscono delle aree molto instabili, soggette a terremoti, a vulcanesimo e a sollevamenti. I margini continentali passivi si trovano, invece, in una porzione centrale entro la placca.

Faglie e margini conservativi

L’incontro tra una placca oceanica e una continentale avviene, come abbiamo già detto, lungo il margine divergente attivo.

La crosta terrestre non viene né costruita né distrutta. In questo caso le zolle adiacenti sono soggette a un movimento orizzontale, e ciò determina una frattura chiamata faglia.

L’esempio più famoso è la faglia di Sant’Andrea in California, che divide la zolla pacifica da quella nordamericana.

Lungo i margini conservativi non vi è salita o discesa di magma, per cui gli unici eventi geologici caratteristici sono i terremoti.

Punti caldi e vulcani

Esistono vulcani che hanno origine diversa da quella descritta dal fenomeno della subduzione. Con “punto caldo” o “hot spot” è indicata un’area in cui si svolge un’intensa attività vulcanica non collegata alla formazione del magma lungo i margini delle placche. Sulla Terra ci sono una quarantina di punti caldi situati all'interno della placca africana e della placa del Pacifico. In queste aree vi è una risalita di materiale caldo dal mantello. Alcuni esempi sono rappresentati dalle isole Hawaii e dal parco nazionale dello Yellowstone (USA).

Orogenesi e formazione delle montagne

Viene chiamato orogenesi il processo che porta alla formazione delle montagne. Questa formazione è associata per la maggior parte ai margini convergenti, dove agiscono grandi forze di compressione che deformano in modo considerevole i margini delle due placche e creano un ispessimento della crosta. In seguito ai vari movimenti tettonici si producono sulla crosta deformazioni quali pieghe, fratture e faglie.