Calore interno della terra e le radioattività

Il gradiente termico terrestre

Dando per assodato che la terra al suo interno contenga energia si definisce gradiente termico l’aumento di temperatura che si registra nel sottosuolo ogni 100 m di profondità. La temperatura è stato calcolato che aumenta di 1° ogni 39 metri. Se il gradiente geotermico si mantenesse costante fino al centro della terra ci si troverebbe nell’assurdità che si raggiungerebbero 190mila gradi Centigradi temperatura che porterebbe la terra all’ebollizione e ad esplodere. Gli studi hanno definito che solo il nucleo esterno è allo stato fuso . E dato che il Mantello è costituito principalmente da peridotiti che sono composti prevalentemente dall’Olivina che fonde in condizioni di pressioni esistenti nel mantello a 5.500°C gli studiosi hanno ipotizzato che questa è la massima temperatura alla base del mantello. Oggi si pensa che il mantello non superi i 3.700°C mentre il nucleo interno raggiunga i 4.300°C. Nel nucleo Esterno invece la temperatura deve trovarsi al di sopra ddi quella di fusione del ferro.

Misurazione del flusso di calore

La misura diretta del gradiente geotermico si può effettuare solo fino a pochi km di profondità. Per il resto utilizziamo il Flusso di Calore ossia la quantità di calore che sfugge dalla superficie terrestre su una data area in un certo intervallo di tempo. Ad ogni flusso di calore corrisponde un determinato gradiente geotermico. La misurazione avviene moltiplicando il gradiente geotermico locale misurato in una galleria o in una miniera per la conducibilità termica locale. Il flusso di calore sulla terra varia in : flusso di calore sui continenti il cui valore medio è di circa 1.5 HFU dove valori superiori si registrano nelle aree vulcaniche mentre valori minori si hanno nelle parte più antiche dei continenti.; e Flusso di calore sotto gli oceani dove esso è massimo (2 HFU) nelle dorsali e minimo (1 HFU) nelle fosse oceaniche.

Origini del calore terrestre

le origini del calore interno della terra sono registrate in 2 ipotesi:

la prima è che la terra stia perdendo man mano col tempo il suo calore interno per irraggiamento verso gli strati più esterni. Ciò implicherebbe che il calore interno sia residuo del calore originario e che sia tutto contenuto nel nucleo. Questa ipotesi però è bocciata perché presuppone che tutto il gradiente geotermico rimanga costante all’interno della terra.

La seconda ipotesi è invece che la terra sia in grado continuamente di generare energia termica Grazie al decadimento radioattivo di alcuni isotopi di potassio e uranio contenuti nelle rocce all’interno della crosta. Ma ciò comporterebbe che esso avviene nella crosta mentre è stato calcolato che avviene anche nel mantello (che sono però scarse di minerali radioattivi).

Trasmissione del calore nella terra

Si è pensato che il calore si potesse trasmettere dai strati più interni a quelli più esterni poi per conduzione. Purtroppo si è assodato che le rocce hanno un basso livello di conducibilità termica per cui hano calcolato che questo meccanismo impiegherebbe 5miliardi di anni per attraversare solo 400km di rocce. Poiché la terra a 4.6 miliardi di anni è da escludere la conduzione. Allora si è ipotizzato che il calore si espandi per convenzione con la modalità di trasferimento propria dei fluidi. Questo perché le rocce al centro della terra si comportano come dei fluidi per cui grazie ai moti convettivi quelle più calde tendono a salire verso l’esterno mentre quelle più fredde tendono a prendere il posto di quelle che si sono riscaldate

Teoria del rimbalzo elastico

Il terremoto è una serie di vibrazioni che percuotono il suolo. Esso ha origine al centro della terra in un punto in cui avviene una liberazione improvvisa di energia (ipocentro) mentre il punto sulla verticale al suolo della superficie definito Epicentro. Una scossa sismica è una serie ininterrotta di vibrazioni del suolo. Possiamo schematizzare i terremoti in 3 tipologie:

Scozza principale e repliche-Scossa premonitrici,scossa principale e repliche- Sciami di terremoti.

Su come si genera un terremoto fu il geologo americano Harry F.Reid che studiando il terremoto disastroso di San Francisco del 1906 arrivò alla scoperta della teoria del rimbalzo elastico. Secondo Reid le rocce se sottoposte a sforzi di compressione o distensione hanno un comportamento elastico ossia non si rompono ma si deformano progressivamente accumulando energia potenziale finchè non si raggiunge un limite definito Limite di Rottura. Raggiunto ciò le proprietà fisiche e chimiche che tengono insieme gli elementi della roccia si spezzano. Lì è l’ipocentro dove l’energia potenziale che si era accumulata viene liberata e i due lati delle placche che erano in tensione scorrono in direzioni opposte ritornando di colpo alla loro forma iniziale.

L’energia liberata si espande sotto forma di onde sismiche dando origine ai terremoti. E’ anche assodato che la maggior parte dei terremoti avvengono lungo una faglia già esistente [qst che abbiamo appena citato è come si forma una faglia]. In una faglia attiva i lembi a contatto della faglia sono soggetti a forze di direzione opposta che portano ad aumentare l’energia potenziale che vince l’attrito delle rocce e da vita ad un terremoto. Si parla di Cicli sismici e periodi di ritorno.

Classificazione dei terremoti

I terremoti si classificano in terremoti superficiali (0 a 70km di profondità), terremoti intermedit ( da 70 a 300 km) e terremoti profondi da 300 a 730km. Grazie alla loro origine li possiamo classificare in:

Terremoti Tettonici: quelli descritti secondo la modalità del rimbalzo elastico;

terremoti Vulcanici: quelli che avvengono in seguito all’eruzione vulcanica;

Terremoti da crollo;

Terremoti prodotti dall’uomo.

Le onde distruttive sono le Onde superficiali R e L. Le onde di Love si originano dall’epicentro , sono le più veloci e sono responsabili dei movimenti di oscillazione orizzontale del terreno. Quelle di Rayleigh sono più lente e sono responsabili dei movimenti verticali.

Scale di misurazione dei terremoti

Per lo studio dei terremoti è possibile utilizzare due scale diverse di valori.

La prima è una scala qualitativa e fu quella ideata da Mercalli-Cancani e Sieberg (SCALA MCS). Mediante una serie di test che possono essere compilati anche dalla popolazione che ha vissuto il terremoto, si contano i danni alle strutture portanti e al resto della zona investita dal terremoto. Successivamente raccolti i dati si mettono a confronto i dati raccolti tra le varie zone investite dal terremoto su una cartina. I punti con uguale grado di intensità si uniscono formando delle curve chiuse definite ISOSIME. Più le curve sono interne e più esse sono vicine all'Epicentro Macrosismico che a differenza dell’epicentro Strumentale risulta spostato in quanto alcuni tipi di terreni possono dirottare la propagazione delle onde sismiche.

Questa scala però ha dei limiti infatti se uno stesso terremoto avviene sia in un paese molto abitato che nel deserto avremo lo stesso terremoto della stessa intensità ma farebbe risultare danni completamente diversi per cui risulterebbero terremti distinti.

Per cui grazie a Charles Richter nel 1935 si passò a classificare i terremoti secondo una scala che misura i valori di energia liberata. Egli infatti intuì che per due terremoti distinti ma con lo stesso epicentro se si mettono a confronto i sismogrammi registrati si osserva che il rapporto tra le onde registrate è sempre lo stesso. Per cui l’ampiezza massima di un terremoto registrato con un sismogramma può essere presa come misura della grandezza di un terremoto se viene messa a confronto con l’ampiezz massima delle onde fatte registrare da un terremoto scelto come riferimento (terremoto standard). Per cui ipotizziamo che prendiamo come riferimento un terremoto che a distanza di 100km fa registrare sul sismogramma un oscillazione di 0.001mm. Un nuovo terremoto alla stessa distanza fa misurare un oscillazione di 0.1mm. Facendo il rapporto otteniamo come grandezza 100. Dato che si possono avere valori di milioni di volte maggiori del terremoto preso come riferimento o milioni di volte minori (questa scala non ha limite superiore o inferiore) Richter propose di utilizzare il logaritmo in base 10. Per cui la Magnitudo non è altro che il logaritmo in base 10 del rapporto fra l’ampiezza massima del terremoto e l’ampiezza che verrebbe prodotta dal terremoto standard alla stessa distanza epicentrale.

Effetti dei terremoti sugli edifici

Un terremoto provoca moti oscillatori, ossia scosse di lunga durata e componenti orizzontali che provocano un cedimento nelle colonne portanti degli edifici in quanto avvenendo nella terra le fondamenta tendono a vibrare e ad oscillare mentre la parte alta dell’edificio per inerzia tende a restare immobile.

I moti sussultori sono invece la componente verticale del movimento in caso si terremoti violenti si può anche avere il momentaneo annullamento della forza di gravità.