Dalle origini della Terra alle teorie astronomiche: un viaggio nel tempo e nello spazio

Lo studio della sfera abiotica della terra e dell’Universo è definito scienze della Terra. Si divide in geologia (litosfera,idrosfera e atmosfera) e astronomia(terra come pianeta e altri corpi celesti). Contrapposta alla sfera biotica e queste due sfere sono “omeostatiche” perché interagiscono.

Metodo sperimentale e primi modelli astronomici

Metodo sperimentale:

1) Osservazione fenomeno

2 )Riproduzione fenomeno in laboratorio con modelli

3) Trovare regolarità e raccogliere dati

4 )Elaborare leggi

5) Elaborare ipotesi

6) Pubblicazione ipotesi

7) Teoria

Primo a tentare una spiegazione dei fenomeni astronomici fu Talete (600a.C.) poi Aristotele(300 a.C.) elaborò il primo “modello geocentrico”: le stelle ruotano alla stessa distanza intorno alla Terra che è al centro.

Con Tolomeo (I sec a.C.) si realizzò una teoria che rimase accettata per 1500 anni: la Terra è al centro dell’universo e il Sole gira intorno ad essa, ma gli altri pianeti compivano “epicicli” intorno al Sole (Venere) o ad altri centri che ruotavano intorno alla Terra (Marte).

Evoluzione delle teorie astronomiche

Nel 1500 Copernico scoprì con calcoli matematici che era il Sole a stare fermo e la Terra a girargli intorno con gli altri pianeti, ma con orbite circolari: primo A fine 1500 Ticho Brahe elaborò alcune teorie che contribuirono alla formulazione delle leggi del suo discepolo Keplero nel 1609:

1) legge delle orbite: ogni pianeta ruota intorno al Sole compiendo un orbita ellittica e il Sole occupa uno dei due fuochi.

2) legge delle aree: il segmento che unisce ogni pianeta al Sole percorre aree uguali in tempi uguali.

3) legge dei tempi: il quadrato del periodo di rivoluzione dei pianeti è direttamente proporzionale al cubo della distanza: t2 è direttamente proporzionale a d3.

Contributi di Galileo e Newton

Nel 1600 Galileo Galilei sviluppò l’invenzione del telescopio e grazie ad esso scoprì che la Via Lattea era un insieme di stelle e che la Terra girava su sé stessa perché anche il Sole lo faceva (osservò le macchie solari) e calcolò l'altezza dei crateri lunari.

Nel 1700 Newton scoprì che il movimento di un corpo intorno ad un altro è legato ad una forza direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza ed elaborò quindi la legge della forza di gravità: A questa Cavendish aggiunse la costante gravitazionale (G) nel 1800.

Teorie sulla formazione delle stelle e dei pianeti

Nebulare: Cartesio diceva che le stelle nascendo creavano nebulose di gas che generavano i pianeti (prima planetesimali) condensandosi.

Stellare: George Louis Leclerc de Buffon disse che le stelle nascono da sé e i pianeti da esse staccandosi con collisioni di meteore.

Kant era d’accordo con la nebulare dicendo che dalla superficie del Sole si staccarono pezzi per forza centrifuga e cominciarono a girare. Laplace nel 1796 riprende l’idea kantiana dandogli un supporto matematico: i materiali che formavano la stella prima erano caldissimi e poi con l’accelerazione della rotazione diminuì la T e aumentò la forza magnetica che attirò i corpi staccati dalla stella che sarebbero diventati pianeti(conservazione mom.angolare).

Le stelle si formano in zone di nebulose chiamate “globuli di Bok” dove la densità è maggiore e poi aumentando la forza di gravità per motivi sconosciuti le polveri e i gas si ammassano formando una “nebulosa solare primitiva” e dunque un “protosole” che poi con un’implosione avrebbe posto dei pezzi intorno a sé sullo stesso piano ma a distanza diversa in base al peso(i pianeti interni più pesanti sono più vicini,i pianeti esterni sono gassosi e più lontani) formando il sistema solare. I pianeti poi si sarebbero formati con l’accumulo di materiali durante la rotazione intorno al Sole e accumulando sempre più i materiali più pesanti avrebbero formato il nucleo e la Terra raffreddandosi avrebbe sprigionato gas che andarono a formare l’atmosfera. La fascia di asteroidi divide i pianeti interni da quelli esterni ed è lunga 2 u.a.(unità astronomiche=150milioni di Km x 2) e ci sono 2 teorie di formazione della fascia: pezzi che non si aggregarono a nessun pianeta, un pianta distrutto per l’impatto di un altro corpo.

Misurazioni storiche della Terra

Pitagora fu il primo ad ipotizzare col sillogismo la terra sferica: i corpi perfetti sono sferici -la terra è perfetta- la terra è sferica.

Aristotele osservò che se la terra fosse piatta l’ombra di essa nelle eclissi proiettata sulla Luna sarebbe stata di taglio, ma era curva.

Eudosso da Cnido (IIIsec a.C.) organizzò tre prove della sfericità terrestre:

1) Allargamento orizzonte sensibile all’aumentare dell’altitudine

2) Graduale comparsa e scomparsa delle navi all’orizzonte

3) Graduale diminuzione del punto di culminazione della stella rispetto all’orizzonte spostandosi verso sud

Prove della sfericità terrestre

Erastotene (276-194 a.C.) misurò la lunghezza del meridiano celeste tramite un metodo scientifico primitivo:

1) Osservò che a Syene il sole non proiettava ombre a mezzogiorno del solstizio d’estate ma ad Alessandria c’erano.

2) Misurò allora l’ombra di un bastone (scafè) ad Alessandria e misurò l’angolo d’inclinazione dell’ombra che era di 7° e corrispondeva all’angolo compreso trai raggi solari e il raggio terrestre che andava da Alessandria al centro della terra, così stabilì che la distanza tra Syene e Alessandria fosse 5000stadi egiziani.

3) Fece un ragionamento trigonometrico dove fece la proporzione 7° : AS=360° : x e individuò la lunghezza del meridiano terrestre in 250.000 stadi egizi cioè 39375 Km (noi sappiamo che è lungo quasi 40.000 Km).

Scoperte sulla forma della Terra

Nel 1671 Picard misurando l’ampiezza del regno si accorse che l’arco di meridiano che sottende un angolo di un grado diminuiva regolarmente andando verso i poli (applica la “triangolazione geodetica”) dunque si accorse che la Terra non era una sfera ma un ellissoide di rotazione.

Nel 1672 Richer elaborò la teoria del pendolo che diceva che più si ci avvicinava all’equatore più l’oscillazione del pendolo era ampia perché la forza di gravità diminuiva visto che la distanza dal centro della terra era maggiore dato che il raggio equatoriale era maggiore. T direttamente proporzionale a l / g.

Nel 2002 la NASA riuscì a stabilire la forma della terra: è un geoide cioè un solido fisico che si ottiene unendo tutti i punti perpend al filo di piombo e mandò in orbita dei satelliti che misurarono la forza di gravità che li attirava verso il centro e si ci accorse che aveva una forma di pera.

Coordinate geografiche e reticoli

Gli antichi usavano le coordinate polari che esprimevano la distanza dal centro alla circonferenza (r) e l’angolo d’inclinazione().

Ma poi si usarono i punti cardinali (Nord,Sud,Est,Ovest) che si usavano per calcolare la posizione di un punto in base all’azimut (angolo tra una coordinata e il punto P) che si misurava dal “punto di stazione” (dv siamo noi).

Ma poi si fece un reticolo geografico con meridiani (circonferenze perpendicolari all’equatore divise in 180 meridiani e antimeridiani uno per ogni grado) e paralleli (180 circonferenze parallele all’equatore).

Le coordinate geografiche sono l’altitudine (distanza da livello del mare), la latitudine (angolo che sottende l’arco di meridiano che va dal punto P all’equatore), la longitudine (l’angolo che sottende l’arco di parallelo che va dal meridiano 0 al punto P).

- Prove indirette:

1) Analogie con gli altri pianeti: se il Sole ruota su sé stesso anche la Terra lo fa (Galileo);

2) Comparsa del Sole ad est ad ovest: i moti sono apparenti perché il Sole è troppo grosso per girare intorno alla Terra (Newton).

- Prove dirette

1) Guglielmini nel 1791 si accorse che buttando un grave dalla torre degli asinelli a Bologna gli oggetti non cadevano perpendicolari ma ad est di 17mm per ogni 100m di altezza: questo perché la v.lineare della Terra (che dipende dalla latitudine e dall’altitudine) dava una spinta al grave per inerzia.

2 )Foucault nel 1851 fece un esperimento: prese un pendolo gigante e lo legò al soffitto con uno snodo che lo facesse ruotare liberamente e legò un bastoncino in fondo al pendolo perché tracciasse dei segni sulla sabbia che mise sul pavimento; in un giorno vide che aveva lasciato dei segni concentrici sul pavimento e quindi ciò confermò che la Terra girava su sé stessa.

- Conseguenze

1) Alternasi dì e notte: separati da una fascia detta “circolo d’illuminazione” presente grazie all’atmosfera che ha 2 fenomeni fisici, la diffusione(riflessione della radiazione luminosa per interazione con vap acqueo e pulviscolo che causa aurora e crepuscolo) e rifrazione(deviazione della luce solare per effetto dei vari strati dell’atmosfera che consente di veder sorgere il sole un po’ prima e tramontare un po’ dopo)

2) Variazione gravità al variare dell’altitudine: più ci si allontana dal centro della terra più prevale la Fcentrifuga

3) Forza di Coriolìs: i corpi liberi di muoversi (fluidi) si spostano in base alla legge di Ferrèl verso est se vanno dall’equatore ai poli, verso ovest se dai poli all’equatore.

Antiorario, con asse sempre parallela a sé stessa e inclinata di 23° rispetto all’asse perpendicolare all’eclittica.

- Anno solare: è l’intervallo di tempo tra 2 equinozi di primavera individuati dal punto  (autunno è il punto ) e dura 365 giorni 5h 48min 55s;

- Anno sidereo: è l’intervallo di tempo tra due posizioni identiche del Sole rispetto alla costellazione di riferimento e dura 365g 6h 9min. Questa differenza di 20 min è per effetto della precessione.

- Prove indirette

1) Analogie con altri pianeti: durante l’anno vediamo diverse costellazioni nel cielo e questo è per effetto della rivoluzione;

2) Periodico passaggio nella zona delle stelle cadenti.

- Prove dirette

1) Aberrazione luce stellare(1727): Bradley si accorse andando in canoa sul fiume che le gocce di pioggia sembravano cadere oblique, stessa cosa era per le luci delle stelle che per essere osservate col telescopio bisognava inclinarlo di un tot ad est(posizione apparente) rispetto alla posizione reale e quel tot lo chiamò “angolo di aberrazione” causato dal rapporto tra la v della luce stellare e quella della rivoluzione terrestre (30km/s);

2) Periodica variazione della posizione di una stella nel cielo che più aumenta la culminazione più l’asse minore diminuisce schiacciandola;

3 )Effetto doppler luce stellare: l’onda emessa cambia a seconda della distanza del ricevitore dall’emettitore, se il ricevitore si allontana la lunghezza d’onda aumenta(red shift),se si avvicina  diminuisce (blue shift).

- Conseguenze

1) Variazione durata del giorno solare rispetto al giorno sidereo:

Il giorno solare è l’intervallo di tempo tra due mezzogiorni veri e varia da giorno a giorno (24h in tutto l’anno);

Il giorno sidereo è l’intervallo di tempo tra 2 identiche posizioni di una stella nel cielo ed ha durata fissa 23h 56min 4s.

Quando la Terra è in perielio va più veloce(giorno più lungo ma dì più corto=inverno) in afelio è più lenta ( il giorno dura di meno ma il dì di più=estate);

2) Alternarsi delle stagioni: se l’asse non fosse inclinato non ci sarebbero le stagioni. Infatti l’inclinazione dell’asse causa la variazione del circolo d’ illuminazione rispetto al reticolo e la variazione dell’incidenza della radiazione solare; i raggi solari sono perpendicolari all’equatore solo negli equinozi, mente nei solstizi è perpendicolare ai tropici (Cancro il 21 giugno, Capricorno il 22 dicembre).

Movimenti millenari della Terra

1) Precessione degli Equinozi: causata dalla forza di gravità di Luna e Sole sul’asse terrestre che tendono a raddrizzarla ma girando sta ferma, perciò oscilla con un moto doppio conico coi vertici all’interno della Terra della durata di 26000anni.

Ha 3 conseguenze: cambio stelle di riferimento (tra 13000anni ci saranno altre stelle ad indicare Nord e Sud), spostamento punti e  (il Sole è proiettato sulle altre costellazioni dello zodiaco) e spostamento equinozi (che vengono anticipati).

2) Nutazioni: oscillazione dell’asse per effetto sempre di Luna e Sole col ritmo di 18,6 anni.

3) Spostamento degli apsidi: spostamento antiorario dell’asse maggiore dell’orbita terrestre in 117000anni (accorcia di 5000 anni la precessione) provocata dall’attrazione degli altri pianeti.

4) Variazione dell’eccentricità dell’orbita: l’orbita va da periodi di bassa eccentricità (1 milione km) ad alta eccentricità(16 milioni Km) in 92000anni sempre per i pianeti; l’effetto è la quantità di energia ricevuta dal Sole.

5) Variazione dell’inclinazione dell’asse: oscilla da 21° a 24° circa (minore escursione termica e max escurs).

Teoria astronomica del clima di Milankovic

Milankovic (1910) scoprì la relazione tra il clima terrestre e i moti millenari: con studi matematici vide che l’asse influenzava il clima e ipotizzò che ci furono 5 ere glaciali negli ultimi 2 milioni di anni e questo per effetto dei moti millenari. Elaborò la “teoria astronomica del clima” e lo studio avvenne misurando l’escursione termica annua (differenza tra max e min T nell’anno) e con i carotaggi che misuravano il livello di scioglimento dei ghiacci.

Evoluzione del concetto di tempo

Prima l’ora vera cioè cambia in base alla longitudine (diversa per ogni meridiano).

Poi, per esigenze commerciali, si tenne conto dell’ora della capitale chiamata “ora nazionale” ma alcuni stati troppo estesi avevano bisogno di altri modi e si usarono i fusi orari 24 linee (una ogni 15 meridiani) ideati da Quirico Filopanti nel 1859 e nacque l’“ora civile” (all’interno del fuso).

L’ora solare è l’ora vera del meridiano centrale del fuso, l’ora legale è l’ora spostata avanti per esigenze di risparmio energetico.

Con i fusi nacque la linea di cambiamento di data che corrisponde all’antimeridiano di Greenwich che passa nel Pacifico dove per qualche secondo è lo stesso giorno (al meridiano 0 è mezzogiorno, nelle Fiji è mezzanotte).

Composizione della Terra e rocce

La Terra è composta da litosfera (solida) e idrosfera(liquida). La litosfera è il 30%.

L’80% è Si,Al,O il resto è Mg,Fe,N,K.

Si divide in crosta continentale e crosta oceanica (comincia a 2000 m sotto il livello del mare).

La roccia è un solido naturale costituito da un miscuglio eterogeneo di minerali di forma coerente (con V proprio).

Caratteristiche dei minerali

I miscugli sono sostanze composte da 2 o più elementi in proporzione variabile , le sostanze pure sono quelle composte da elementi in proporzioni costanti.

Hanno struttura cristallina o amorfa: se cristallini hanno gli atomi raggruppati in punti di condensazione che formano celle elementari e più celle formano un reticolo cristallino; se amorfi sono opachi. Un minerale che può essere sia amorfo che cristallino è “polimorfo” come il C e la variazione è in base alla redistribuzione degli elettroni nei reticoli, cioè l’ibridazione.

Ibridazione sp3: con alte T gli elettroni passano dal secondo al terzo orbitale con una “promozione elettronica” e dopo una fase d’instabilità avviene un “rimodellamento” che rende i 4 orbitali isoenergetici stabili. Il reticolo è a tetraedro.

Ibridazione sp2: a basse T dopo la “prom elettr” c’è un “rimescolamento” con 3 isoenergetici stabili e uno stabile. Si dispongono a forma di triangolo equilatero ma dove c’è l’orbitale instabile il legame è più debole.

1) Colore: dipende dall’interazione della luce(gli amorfi sono “isotropi” perchè non varia)

2) Lucentezza: può essere metallica o non metallica

3) Densità: dipende dall’ammassamento degli atomi nella cella

4) Sfaldabilità: tendenza a rompersi in piani regolari

5) Durezza:capacità di essere scalfito da un altro minerale(Scala d Mohs)

La T di fusione per i cristallini è alta negli amorfi avviene in un range di T in base ai legami stabili e instabili.

Per studiarli si usano i cristalli modello che devono avere delle regolarità:

1) Legge di Stenone: e gli angoli diedri di un minerale rimangono costanti al variare delle dimensioni;

2) Legge di costanza della simmetria: dipendono dagli elementi reali (facce,spigoli e vertici) e ideali (piano,asse e centro di simmetria).

Classificazione dei minerali

Ma si usarono poi metodi più convenienti, cioè si divisero i minerali in 2 classi:

1) elementi nativi: di un unico elemento (oro);

2) alogenuri: Sali di alogeni+metalli (NaCl );

3) solfuri: zolfo+metallo (FeS2);

4) ossidi e idrossidi: O2 o OH + metalli (Fe2O3 ossido ferrico o ematite);

5) carbonati e nitrati: biogeni (da ess. viventi); i carbonati (CO3) sono provocati da esseri viventi che trasformano il C in carbonato (dolomiti,coralli), i nitrati (e NO2) sono feci litificate;

6) Fosfati: anch’essi litificazione di guano (PO4 + metallo);

7) Solfati: (SO4+metallo) dall’evaporazione dell’acqua infatti possono essere idrati (CaSO4+2H2O).

Silicati (80% dei minerali)

Hanno cella elementare chiamata “ione silicato” SiO4 e ha forma tetraedrica; ad alte T il Si viene sostituito da Al (“vicarianza”).

1) Nesosilicati: celle isolate senza O ponte ;

2) Inosilicati: catene singole o doppie 2 O legame e 2O ponte;

3) Fillosilicati: celle a strati con 3 O ponte e 1 O legame;

4) Tectosilicati: struttura 3D con pressioni e T altissime (4 O ponte).

Ciclo litogenetico delle rocce

Le rocce si formano compiendo un ciclo litogenetico.

- Rocce ignee: da un magma a profondità diverse e per differenza di T con le rocce “incassanti” risale; si formano rocce “intrusive”(colore chiaro, tectosilicate e bassa densità) se rimangono nella crosta e rocce “effusive “(nesosilicate, scure e alta densità) se a contatto con l’atmosfera.

Quando le rocce ignee subiscono l’azione delle “forze esogene” vengono prese,disgregate,alterate e sedimentate formando le

- Rocce sedimentarie: con la “diagenesi” passano da coerenti a incoerenti (basse T e P). Poi subiscono un processo chiamato “metamorfismo” che con alte P ne trasforma la composizione chimica senza passare allo stato fuso.

- Rocce metamorfiche: le “forze endogene” fanno sprofondare le rocce metamorfiche nella crosta facendoli diventare magma secondario(anatestico) con una trasformazione chiamata “anatessi”.

Ma questo ciclo non è un vero ciclo perché: non è unidirezionale ma si può passare da uno stato all’altro saltando passaggi, e perché è un ciclo aperto perché riceve contributi esterni come forze esogene.

Legge di Rault: se la quantità di gas aumenta nell’aria aumenta anche nel liquido.

Bowen distinse un “magma primario” e un “magma secondario”:

- il magma anatestico formato dal ciclo litogenetico;

- il magma astenosferico si forma al di sotto della litosfera nella zona chiamata “astenosfera” a 100-200Km di profondità ed è quindi più fluido,caldo e basico(è un fattore endogeno).

Classificazione rocce ignee:

- Chimica: in base alla presenza di quarzo(SiO2) si distinguono acide(+65%),neutre(-65%), basiche(50%) e ultrabasiche(-45%)

- Mineralogica: in base ai minerali contenuti; in base alla percentuale abbiamo i minerali “principali”(in percentuale maggiori),accessori (in percentuale minori) e accidentali (impurezze).

Bowen studiò le rocce ignee: se il magma basico si raffredda si formano dei minerali in base a 2 sequenze di formazione, “discontinua”(si separano minerali con composizione differente dall’olivina -pirosseno - anfiboli - biotite) e “continua” (i plagioclasi modificano solo la loro struttura da calcio a sodio,cioè con la T diminuisce il calcio e aumenta il sodio)

Tipi di vulcani e eruzioni

I vulcani sono di 2 tipi: a cono (Etna) e a scudo (Hawaii).

I vulcani a cono sono formati da magma secondario/anatestico perché più viscoso e quindi si accumula introno al cratere sottoforma di rocce effusive che poi vengono coperte diventando sedimentarie (piroclastiti).

I vulcani a scudo invece sono formati da magma primario più fluido e quindi scorre per un po’ prima di raffreddarsi e solidificarsi, infatti l’eruzione è “effusiva”; in fondo al mare i crateri eruttano magma primario che forma cuscini di lava che a volte salgono e formano isole (Islanda).

I crateri possono essere Nei vulcani a scudo spesso ci sono delle “caldere” cioè depressioni formate dalla distruzione del cratere e della camera magmatica dopo un’eruzione.

Nei vulcani a cono le eruzioni sono più complicate: la prima è l'“esplosiva” e ha 2 fasi, eiettiva (emette lava violentemente) ed effusiva (colata di lava) infatti nei vulcani a cono con magma viscoso si formano tappi che aumentano la P dei gas che ad un certo punto rompono il tappo nel camino e il vulcano erutta pezzi di questo tappo in bombe vulcaniche, lapilli o cenere mentre i gas formano una nube ardente.

Ma ci sono anche eruzioni particolari come quella “vesuviana” o “pliniana” che vede la prima fase con l’esplosione di un tappo e la seconda con la formazione di una nube di aerosol che si innalzava a forma di pino marittimo (come disse Plinio descrivendola).

Poi c’è l’eruzione “pelèeana” perché distrusse l’isola di La Pelèe nel 1902 e consisteva in un’eruzione che liberava i gas che ricadendo provocarono una valanga che distrusse tutto.

C’è infine un’altra eruzione particolare detta “idromagmatica” perché vedeva l’eruzione di lava mista ad acqua in quanto l’acqua delle falde o dei ghiacciai penetrava nel cratere rompendo il tappo e causando l’eruzione,poi si formava un’onda basale di acqua+fango che provocava una frana.

Tipi di vulcanesimi

I vulcanesimi possono essere di 3 tipi:

1) Vulcanesimo da subduzione: intorno alle cinture di fuoco nelle fosse oceaniche con la subduzione di margini-placca (quella che va giù diventa magma secondario, quella che va su diventa vulcano)

2) Vulcanesimo da rift: con l’allontanamento delle placche (“divergenti”) che favoriscono la risalita di magma primario nei fondali oceanici (dorsali).

3) Vulcanesimo da hot spot/punto caldo: al centro dei margini placca grazie a condotti chiamati “pennacchi” che trasportano il magma primario sotto la crosta terrestre sollevandola, infatti quando la placca oltrepassa il punto il pennacchio continua a formare vulcani e isole vulcaniche in serie; ciò fu scoperto grazie ai termografi a infrarossi nel 1917 (es. Islanda e Hawaii).

Azione fisica e chimica sulle rocce

Si classificano dalla trasformazione chimica o fisica.

- Azione fisica: quando la roccia è libera coperture di vegetazione (rocce nude) e in base all’atmosfera ci sono due azioni: il “termoclastismo” (ad elevate quote) quando le forze elettromagnetiche fanno vibrare le rocce che si scaldano e raffreddano fino alla rottura dei reticoli, e il “crioclastismo” (elevate latitudini) quando le crepe si riempiono di vap. acqueo che raffreddandosi diventa acqua e poi ghiaccio rompendo le rocce che diventano incoerenti(“regoliti”).

- Azione chimica: i gas che compongono l’atmosfera interagiscono chimicamente con le rocce (con O ossidi, con H idrati o idrolisi).

Se la regolite non si sposta dalla roccia madre si unisce al materiale organico (humus)e forma il “suolo”che si stratifica prima con muschi e licheni(specie pioniere) poi con altri materiali organici che formano strati o “orizzonti”(i più in superficie sono A e più ricchi di materiale organico).

Formazione delle rocce sedimentarie

Si classificano anche in base all’origine: clastiche o detritiche (per forze esogene), piroclastiche(da vulcani),chimiche o evaporiti (evaporazione e deposito di sali), organogenee (dagli ess.viventi).

La diagenesi avviene in 2 fasi: compattazione(sedimenti incoerenti si compattano per l’aumento di P espellendo aria e acqua) e cementazione (da incoerente a coerente) che varia in base alla facies (se continentale aria va via, se acquatica acqua va via e i sali si saturano).

Con le forze esogene c’è un’azione fisica detta “corrasione” quando il movimento si somma all’attrito (per es. l’acqua del fiume trasporta sul fondo i detriti che si accumulano e si levigano).

L’erosione chimica è invece la “corrosione” per effetto di “acque selvagge” che scendono e scivolano sul terreno fino a creare canali che si ampliano grazie alle “acque meteoriche” (come nei fondali dei fiumi che scavati dai detriti diventano a V ) ma anche coi ghiacci che da bacini di deposito dove si accumulano scendono in bacini ablatori che staccano detriti ed erodono il suolo (le valli glaciali diventano o a U o con buche che si riempiono di ghiaccio e massi).

Le rocce clastiche sono dette in base alla grandezza: conglomerati(ghiaie),arenarie(sabbie) e argilliti(limi).

Si formano depositi tramite l’evaporazione di sale che raggiunto il punto di saturazione precipita. Queste rocce si formano in ambienti carsici che possono essere in forma epigea o ipogea.

Erosione e forme carsiche

-Forme epigee: il carbonato di calcio CaCO3 corroso dall’acqua (che unita all’anidride carb diventa un acido carbonico) diventa bicarbonato di calcio Ca(HCO3)2 solubile e si formano solchi (campi carreggiati) che diventano buchi(“inghiottitoi”) e scavano grotte in tempi geologici.

-Forme ipogee: sotto terra con l’aumento di T si inverte il processo e il calcare precipita formando stalattiti e stalagmiti mentre evapora la CO2 , mentre l’acqua che scorre sulle pareti forma l’alabastro.

Rocce organogene e metamorfiche

Sono la dolomia (carbonato di calcio-magnesio dai coralli),il petrolio(batteri anaerobi che univano vegetali e altri materiali organici alle sabbie) e il carbon-fossile(vegetali fossilizzati).
Si riconoscono per la presenza di “granati” o di cristalli di dimensioni sempre più importanti, o ancora per la “scistosità” cioè il deposito di cristalli nella formazione: i cristalli si mettono perpend alla P e la roccia si spaccherà lungo questi piani e più è elevato il metamorfismo più la lastra sarà alta (bassa scistosità) più il metamorfismo è basso più le lastre sono sottili(alta scistosità).

Se le rocce metamorfiche derivano da rocce magmatiche si dicono “ortometamorfiche” se da sedimentarie “parametamorfiche” se da altre metamorfiche “metametamorfiche”.

Il metamorfismo regionale è dovuto allo sprofondamento di alcune zone del terreno con l’aumento del sedimento come le zone di scontro tra placche (ampi spazi)

Il metamorfismo locale è più ridotto e si divide in “da contatto” (magma in salita si trova a contatto con rocce incassanti e si stratificano in “areole da contatto”) e “dinamico” (nelle faglie spostandosi per forze endogene e generando terremoti).

Origine dei terremoti e onde sismiche

I sismi sono l’effetto di liberazione dell’energia accumulata nella litosfera per effetto delle forze endogene.

Il primo a parlare di terremoti fu Mallèt a metà ‘800 che parlò di onde elastiche ma il primo a parlare di “faglie” fu Reid che spiegò l’origine dei sismi con la teoria del rimbalzo elastico studiando il terremoto di S.Francisco del 1906 e si accorse che le strutture costruite dall’uomo si erano spaccate lungo la linea delle faglie ed elaborò la teoria “un sisma è l’accumulazione di energia liberata dalla rottura di una roccia”.

La crosta terrestre ha un comportamento elastico dove si deforma poi un comportamento plastico che la modifica fino al punto di rottura dove si libera l’energia.

Il punto di partenza del sisma (dove si rompe la roccia) è l’ “ipocentro”, il punto in superficie più vicino all’ipocentro è l’ “epicentro”. Gli ipocentri possono essere superficiali (70Km), “intermedi” (70-300 Km) o “profondi” (300-700 Km).

Dall’epicentro si propaga un treno d’onde che possono essere interne o superficiali:

- Onde interne: si differenziano in onde P(più veloci che comprimono e dilatano la terra longitudinalmente e attraversano sia liquidi che solidi) e onde S (più lente che creano fluttuazioni della crosta e si propagano solo nei solidi)

- Onde superficiali: si differenziano in base al nome degli scopritori in onde Rayleigh(movimento ellittico sussultorio) e onde Love (ondeggiano).

Le scale di potenza sono 2: Mercalli (d’intensità) in base ai danni, e Richter(di magnitudo) in base al terremoto di riferimento con l’equazione LogAx/Ar

I terremoti superficiali avvengono nei margini placca che possono essere: “divergenti” (vulc da rift), “trasformi” (faglie che scorrono affianco ) e “convergenti” (orogenee) dove risiedono i punti di Benioff (1955) luoghi degli ipocentri.

Modelli dell'interno della Terra

Lo studio dell’interno della Terra è indiretto: ingresso delle caverne dove la T scende di 30° C ogni Km di profondità e la P aumenta; studio delle rocce di magma primario per la composizione; per la densità si usa la formula d=m/V dove la massa in base alla legge di Newton e il Volume con gli studi di Eratostene.

Teorie sulla struttura interna della Terra

Nel 1885 Suess elaborò il primo modello dell’interno della Terra a “3 involucri concentrici” in base alla composizione dello stesso spessore: NiFe(più interno),SiMa e SiAl. Poi Goldsmith aggiunse un quarto strato OSol tra nife e sima.

Questi involucri vennero rielaborati con le superfici di discontinuità per primo da Mohorovicic nel 1909 che si accorse che le onde P ed S più vicine all’epicentro del terremoto di Zagolina erano più lente di quelle più lontane perciò ipotizzò ci dovesse essere uno strato più denso che accelerava le onde: la chiamò “superficie di Moho” tra crosta e mantello (35Km).

Si ipotizzò l’isostasia mobilista cioè il galleggiamento di SiAl sul SiMa per le Leggi di Newton e Archimede che va su e giù fino a trovare l’equilibrio isostatico.

Nel 1924 Gutenberg si accorse che durante un sisma c’era una “zona d’ombra “ tra 103° e 143° dall’epicentro e tra 11000 e 16000 Km e ipotizzò un’altra sup discont la “superf di Gutenberg” tra mantello e nucleo esterno (2900Km) dove le onde P venivano deviate e le S annullate.

La terza superf disc fu scoperta da una scienziata danese nel 1936, Lehmann che con calcoli matematici si accorse che il nucleo si divideva in esterno e interno ed era diviso dalla “superficie di Lehmann” (6000Km).

Il primo a fare una teoria fu Gilbert (1600) che ipotizzò la “teoria della barra” inclinata di 11° rispetto al polo nord.

Ma quando si studiarono le rocce ignee femiche e sedimentarie ci si accorse che i poli cambiavano posizione ma con l’analisi di rocce “coeve” (dello stesso periodo) di luoghi diversi si vide che indicavano poli magnetici diversi allora si capì che erano i continenti a spostarsi e non i poli.

Analizzando poi i fondali marini Vine e Matthew si accorsero nel 1963 che c’erano sezioni di magma solidificato che indicavano un’inversione dei poli magnetici in media ogni 500.000anni (ma sono irregolari) e furono chiamate “bande magnetiche”.

Negli anni ’70 si ipotizzò dunque che la Terra generasse da sé il proprio campo magnetico in base al “principio della dinamo” : gli ioni Ni e Fe del nucleo si muovono in base alla variazione del c.m solare e generano correnti elettriche e quindi campi magnetici che sommati formano il c.m. terr. così esso si perturba e si auto genera fino a fare inversioni che privano per un po’ la Terra della magnetosfera esponendola alle radiazioni solari.

Lo strato più esterno del mantello è chiamato astenosfera o LVL (Low Velocity Layer = strato a bassa velocità) perché essendo più fluido rallenta le onde. Nel 1931 Holmes scoprì che all’interno di essa c’erano “celle convettive” zone in cui erano presenti dei moti convettivi che creavano per effetto della rotazione e della F di Coriolìs dei cilindri convettivi nei quali scorreva il magma che compieva moti ascensionali per la differenza di densità (era scaldato da materiali radioattivi). Questi moti convettivi muovono il “mantello solido litosferico” che insieme alla crosta forma la “litosfera” che fratturandosi genera placche che scorrono.

Teoria della deriva dei continenti

Teoria della deriva dei continenti (1° teoria mobilista)

Nel 1912 Wegener affermò che i continenti all’inizio formavano una Pangea e poi si sarebbero cominciati a muovere casualmente in base alla rotazione terrestre; l’attrito tra esse formava le montagne.

Ci sono 4 prove di ciò:

1) i bordi dei continenti combaciano

2) alcune aree montuose di un continente erano uguali per composizione e morfologia a quelle di altri più lontani

3) alcuni fossili di piante e rettili dello stesso tipo si ritrovarono in continenti diversi.

4) presenza di rocce sedimentarie causate dall’erosione dei ghiacciai(tilliti)

Teoria dell'espansione dei fondali

Teoria dell’espansione dei fondali (2° teoria mobilista)

Con lo studio dei fondali oceanici nel 1960 Hess elaborò la teoria che affermava che le dorsali oceaniche erano causate dai moti convettivi che allargavano gli oceani e separavano i continenti (le dorsali sono più vecchie nelle fosse e più giovani sopra).

Nel 1965 Tuzo Wilson fu il primo a parlare di “placche” affermando che la crosta era divisa in parti di varie dimensioni che avevano un comportamento rigido; studiando la placca di Nazca si accorse che c’erano più terremoti nei margini tra le placche (rift) che spostandosi generavano faglie trasformi.

Teoria della tettonica a placche

Teoria della tettonica a placche (3° teoria mobilista)

Morgan, McKenzie e Parker idearono la teoria più rivoluzionaria del ‘900: le placche non si muovevano casualmente ma erano legate alla crosta che si muove per il magma; individuarono 20 placche divise da margini di 3 tipi: costruttivi(divergenti che creano le dorsali oceaniche:prima un rift, poi si riempie di acqua e nasce un mare), distruttivi (convergenti che formano fosse con la subduzione) e conservativi (faglie trasformi che scorrono una affianco all’altra generando le montagne).

Quando 2 placche continentali si scontrano nessuna subduce ma si innalzano generando grandi orogenei (Africa-Europa=Alpi).

Struttura e caratteristiche del Sole

Tutte le stelle sono fatte all’esterno nello stesso modo ma all’interno sono diverse. Con il “fotometro” che misura la quantità di luce delle stelle e lo “spettrofotometro” che dice la distanza della luce abbiamo info sull’aspetto delle stelle più lontane. Per il Sole abbiamo usato “sonde” (la prima Icaro) e per l’atmosfera si studia durante le eclissi: la zona più esterna è la corona solare (T +alte) ricco gas e di materiali emessi dal sole come gli ioni H emessi dall’effetto propulsivo della stella che generano il “vento solare”; quella più dentro è la cromosfera (T bassa 10.000 gradi K)spessa 10.000Km.

La zona più interna è il disco luminoso o fotosfera che non è omogenea ma ha “granulazioni” che variano di T (6000°C in media) e “macchie solari” più scure (+ fredde) e grandi legate a un c.m. La presenza delle macchie identifica il ciclo solare: la grande presenza di esse è sintomo di massima attività solare caratterizzato da basse T sulla Terra invece poche macchie sono sintomo di minimo solare e quindi alte T; il ciclo ha durata di 11 anni circa.

La fotosfera presenta inoltre esplosioni di particelle di protoni e neutroni + energia luminosa chiamate “flare” che generano tempeste magnetiche sulla Terra interagendo con il c.m.t. Il Sole ha anche “protuberanze” cioè emissioni di gas che vengono gettati verso l’esterno a decine di migliaia di Km.

Processi interni del Sole

La fotosfera nella parte più esterna (450-900Km) è trasparente quindi noi vediamo ciò che sta’ sotto: ci sono celle convettive anche nello strato più esterno formato da H e He chiamate “zone convettive” (100.000Km)e le granulazioni rappresentano il ramo ascendente(+ caldo) delle celle. Questo modello interno è costituito su modelli indiretti con conoscenze di fisica e chimica.

Il nucleo è detto anche “fornace nucleare” (15milioni K)ed emette energia assorbita da H e He emettendo luce.

Il raggio solare è di 700.000Km. La zona radiativa (350.000Km) è la più densa dopo il nucleo e attraverso essa passa l’energia in migliaia di anni; il nome deriva dalla modalità di trasmissione perchè irradia l’energia che giunge dal nucleo (r=150.000Km) e le particelle più piccole sono i neutrini che attraversano tutta la materia.

Nel nucleo avviene un processo chiamato “catena protone-protone”(H++H+) che fa splendere la stella ma coinvolge solo i nuclei degli atomi di He e H (4H->1He4+fotoni+neutrini), e per la formula di Einstein E=mc2 il difetto di massa tra H e He è colmato dalla formazione dell’en luminosa(fotoni) e dai neutrini. Questa è la reazione che dà vita alla stella: si crea un equilibrio tra la P di radiazione (verso l’esterno) e la P gravitazionale (verso l’interno); quando finirà la Pr la stella imploderà morendo. Nel nucleo più esterno le T sono troppo basse per la reazione dunque i nuclei sono separati formando plasma(quarto elemento).

Classificazione delle stelle

Il primo a studiare le stelle fu Ipparco (I sec a.C.) che classificò le stelle in luminosità (da 1 a 6) ma non era corretto perché la distanza delle stelle non metteva in risalto la luminosità intrinseca (reale) e mostrava quella apparente (La=Li/d).

Si decise poi che mettendo tutte le stelle a distanza standard di 32,6 anni luce (10 parsec) con la formula sopra videro che le stelle più luminose non erano per forza le più vicine.

Nel ‘600 Secchi mise in relazione la T e la luce delle stelle e si accorse che il colore variava con la T: più è fredda (3000K)più è rossa, più è calda(60.000K) più è bianca-blu. Il Sole fu stimato come medio-bassa (6000K), relativamente bassa perché formato da gas tenuti insieme dalla Fg.

Diagramma H-R e evoluzione stellare

Hertzsprung e Russell analizzarono le stelle conosciute con un diagramma cartesiano il diagramma H-R che metteva insieme la luminosità ass. e la T . La maggior parte delle stelle si trovano nella “sequenza principale” dall’alto a sx (più grandi e blu) al basso a dx (piccole e rosse). In alto a dx ci sono le giganti rosse (stessa T della sequenza ma più luminose) in basso a sx le nane bianche (meno luminose e più piccole), in alto a sx sono giganti azzurre in basso a dx nane rosse.

A metà ‘900 si scoprì che la T e la grandezza delle stelle dipendono dalla massa che le forma.

Se dopo la nascita della protostella la sua massa è 1/100 di quella solare, nascerà una nana bruna che non emette energia.

Le giganti rosse durano qualche milione di anni le nane miliardi.

Fasi finali delle stelle

Il Sole prima di morire diventerà una gigante rossa, poi una nana bianca: la T aumenterà fino a 100 milioni di K e l’He diventerà Carbonio così la stella si dilaterà diventando una gigante rossa per l’aumento di peso (+energia); poi con l’esaurimento di energia collasserà: la fase finale della morte di una stella è detta “nova” se era grande fino a 8 volte più del Sole, fino a diventare nana bianca e spegnersi definitivamente.

Stelle variabili e buchi neri

Quando una stella di massa di 10 volte quella solare muore, diventa una Quando la reazione all’interno è instabile la luce della stella pulsa: si dice stella pulsar.

Oltre a stelle variabili pulsanti che hanno oscillazioni di onde luminose da massimi a minimi, esistono anche stelle a eclissi o binarie a eclissi che si accostano una davanti all’altra periodicamente per la rotazione. Quando una è più piccola dell’altra la piccola sopravvivrà di più mentre la grande si è trasformata in un buco nero e in tempi astronomici attirerà la prima.

Secondo Einstein i buchi neri sono la chiave dei warm hole o buchi spazio-temporali.