Geografia fisica, appunti completi. Esame di Fondamenti di scienze della terra

Fondamenti di scienze della Terra

Modulo di geografia fisica

Appunti completi

Informazioni sul corso

• Insegnamento: Fondamenti di Scienze della Terra (corso integrato da 12 CFU)
• Modulo trattato: Geografia fisica (6 CFU)
• Università: Università di Pisa
• Corso di laurea: Scienze Naturali ed Ambientali
• Anno accademico: 2025/2026
• Titolare del corso: Prof. Marta Pappalardo

Presentazione del materiale

Questo documento di 70 pagine contiene la trascrizione integrale, accurata e dettagliata di tutte le lezioni relative al modulo di Geografia Fisica per l’esame di Fondamenti di Scienze della Terra.

Il materiale è stato redatto con la massima precisione e ha permesso all’autore di superare l’esame con la votazione di 30 e lode.

Ogni argomento affrontato a lezione è stato rigorosamente integrato e verificato con le slide ufficiali e con il testo di riferimento Federici P.R. Il Pianeta Terra. UTET. 2017. Il documento copre il 100% del programma richiesto all’esame.

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GEOGRAFIA FISICA 1

Argomenti trattati

• Litosfera
• Atmosfera
• Idrosfera

Introduzione

La geografia fisica studia i caratteri naturali essenziali della superficie terrestre, la loro distribuzione e i loro rapporti reciproci. Studia le forme del rilievo terrestre, i caratteri orografici (montagne, pianure, altopiani...)

Litosfera: forme della superficie terrestre e tutto ciò che ci sta sotto che ha dei risvolti su superficie, la componente solida, rocciosa.

Atmosfera: involucro gassoso che ricopre superficie.

Idrosfera: acque continentali, oceani, acque sotterranee, ghiacciai.

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Litosfera

Forma della Terra

La Terra ha una forma irregolare: ci sono ondulazioni di raggio molto piccolo, si può approssimare a una sfera, ma la figura geometrica che meglio la descrive è un ellissoide di rivoluzione (ellisse che ruota intorno all’asse minore che nel caso della Terra coincide con l’asse di rotazione terrestre), caratterizzato da un leggero schiacciamento ai poli (ecco perché si può approssimare a sfera) e da un rigonfiamento all’equatore.

Raggio polare: 6356 Km

Raggio equatoriale: 6378 Km

La Terra non è un geoide. Il geoide è una superficie virtuale, teorica (geo-fisica); è un solido irregolare. La superficie del geoide coincide con il livello medio del mare ed è dato dall’unione di tutti i punti della superficie in cui la forza di gravità è perpendicolare alla superficie stessa.

Coordinate geografiche

Per localizzare con precisione un punto sulla superficie terrestre si utilizza il reticolato geografico: una griglia immaginaria formata dall'intersezione di linee ortogonali note come meridiani e paralleli. I meridiani sono semi-circonferenze con lo stesso diametro che vanno da un polo all’altro, contengono perciò l’asse terrestre. Il meridiano di riferimento è il Meridiano di Greenwich, che passa vicino a Londra. I paralleli sono circonferenze decrescenti via via che ci allontaniamo dall’Equatore, perpendicolari all’asse terrestre. Il parallelo massimo, equidistante dai poli, è appunto l'Equatore, il quale divide il pianeta nell'emisfero boreale a nord e nell'emisfero australe a sud.

Attraverso questa griglia si determinano le coordinate geografiche: la latitudine, ovvero la distanza angolare di un punto dall'Equatore misurata lungo un meridiano verso nord o verso sud, e la longitudine, che rappresenta la distanza angolare di un punto dal meridiano di Greenwich, misurata lungo un parallelo verso est o verso ovest. Entrambe le grandezze si esprimono in gradi, primi e secondi sessagesimali. Altri esempi di paralleli importanti: 23°27’ N: Tropico del Cancro, 23°27’ S: Tropico del Capricorno, 66°33’ N: Circolo Polare Artico, 66°33’ S: Circolo Polare Antartico.

Superficie terrestre

La superficie esterna del nostro pianeta mostra una marcata asimmetria strutturale. La crosta continentale si eleva prevalentemente al di sopra della superficie degli oceani, mentre la crosta oceanica si estende al di sotto del livello marino, sebbene sia geometricamente possibile che porzioni di essa affiorino.

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La massima elevazione della superficie terrestre è rappresentata dal Monte Everest, che tocca gli 8848 metri nella catena dell'Himalaya, al confine tra Nepal e Cina. Sulla Terra esistono ben 16 vette che superano la soglia degli 8000 metri di quota, tutte concentrate nel continente asiatico. Analizzando le massime elevazioni degli altri continenti attraverso il circuito delle cosiddette sette vette, spiccano l'Aconcagua in America del Sud (6962 m), il Denali (storicamente noto come McKinley) in America del Nord (6190 m), il Kilimangiaro in Africa (5895 m), il Vinson Massif in Antartide (4892 m), il Puncak Jaya in Oceania (4884 m) e il Monte Bianco in Europa (4808 m). L'Antartide, in particolare, manifesta un'altitudine media notevole, pari a circa 2600 metri, se nel calcolo si comprende lo spessore della sua calotta di ghiaccio; qualora invece si considerasse unicamente il suo basamento roccioso, inteso come vera e propria massa e crosta continentale, l'altitudine media si attesterebbe intorno al livello del mare. Alcuni rilievi presentano attribuzioni geografiche storicamente dibattute: il Monte Elbrus (5642 m), situato nella catena del Caucaso in territorio russo, è considerato da alcune convenzioni in Asia e da altre in Europa, mentre il Monte Kosciusko (2228 m) costituisce la massima elevazione dell'Oceania propriamente continentale.

Le minime elevazioni della crosta continentale prendono il nome di criptodepressioni qualora il fondo della conca scenda al di sotto del livello medio del mare. Il caso più celebre è il Mar Morto, un lago salato situato a circa -400 metri rispetto al livello del mare tra Israele e Giordania, che ha come unico immissario il fiume Giordano ed è privo di emissari. Sulla crosta oceanica, invece, le minime elevazioni assolute corrispondono alle fosse oceaniche, forme allungate e depresse i cui valori di profondità superano ampiamente le massime elevazioni subaeriche. Il punto più profondo del globo è la Fossa delle Marianne, localizzata nell'Oceano Pacifico occidentale, che raggiunge i -10 898 metri.

La quantificazione esatta di queste quote e profondità è fornita dalla curva ipsografica: una rappresentazione quantitativa delle caratteristiche orografiche della superficie terrestre che mostra in modo statistico la distribuzione delle altitudini e delle profondità della Terra o di una sua porzione. Dalla curva si evince che solo l'8% della superficie totale si trova al di sopra dei 1000 metri di quota, il 30% è compreso tra i 1000 metri e i -200 metri, 50% giace al di sotto (e di conseguenza sopra) della quota di -4000 metri, mentre 45% è strettamente concentrato nella fascia abissale tra i -4000 e i -6000 metri.

La distribuzione spaziale delle terre emerse manifesta un netto squilibrio a seconda della fascia latitudinale e dell'emisfero considerato. Nella fascia compresa tra l'Equatore e i 10° di latitudine, le terre emerse occupano il 23% nell'emisfero boreale e il 24% nell'emisfero australe, lasciando il 76% della superficie coperta dagli oceani. Inoltre le medie latitudini australi sono praticamente occupate solo dagli oceani, viceversa nell’emisfero australe sono per lo più occupate da terre emerse. Nelle zone polari invece la situazione è completamente opposta.

Modello interno della Terra

Per comprendere l'origine e l'evoluzione dei rilievi è necessario fare riferimento al modello interno della Terra, strutturato verticalmente in gusci concentrici. Immaginando una piramide a strati, la porzione sommitale è occupata dalla crosta, la quale, unita alla porzione superiore del mantello, costituisce l'involucro rigido denominato litosfera. Al di sotto della litosfera si sviluppa il mantello, che si estende fino a circa 2900 km di profondità.

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e ospita al suo interno l'astenosfera, una fascia caratterizzata da un comportamento plastico e fluido, in cui le rocce sono solide, ma hanno un comportamento plastico e duttile. Al centro del pianeta, dai 2900 km fino al centro geometrico posto a 6378 km, si colloca il nucleo, chimicamente diviso in un nucleo esterno liquido e in un nucleo interno solido.

La crosta si differenzia in continentale e oceanica. La crosta continentale è più spessa ed è composta da rocce relativamente leggere, costituite da minerali meno densi e ricchi di silice. La crosta oceanica è invece più sottile ma composta da rocce più pesanti, ricche di magnesio e ferro, motivo per cui essa affonda di più nel fluido astenosferico sottostante.

Morfostrutture

In accordo con la teoria della tettonica delle placche, la litosfera è frammentata in tessere di un puzzle che galleggiano sopra l'astenosfera. Queste placche terrestri non coincidono con le linee di costa dei continenti o con le singole morfostrutture, ma costituiscono pezzi autonomi di superficie in movimento. Le grandi forme del rilievo, note come morfostrutture, derivano dal continuo contrasto tra i fattori endogeni — legati a fenomeni che avvengono all'interno della Terra, a grande profondità — e i fattori esogeni, che agiscono in superficie. A ciascuna morfostruttura corrisponde una forma, una precisa storia geologica (un'età) e una specifica natura geologica delle rocce che la compongono.

I fattori endogeni sono alimentati da reazioni termonucleari profonde che liberano energia, traducendosi in energia meccanica nel caso dei terremoti, o in energia termica e meccanica combinate nel caso delle eruzioni vulcaniche. I fattori esogeni sono invece guidati dall'energia solare che interagisce con l'atmosfera, innescando le precipitazioni e i conseguenti fenomeni di erosione superficiale.

Le morfostrutture continentali si suddividono principalmente in zoccoli cristallini o cratoni associati a coperture sedimentarie antiche o ad aree di frattura e fosse continentali, catene montuose a pieghe, regioni vulcaniche e bacini sedimentari recenti risalenti al Pliocene e al Pleistocene. Le morfostrutture oceaniche comprendono le dorsali oceaniche, le piane abissali e le fosse oceaniche, mentre i margini continentali e gli archi insulari si configurano come strutture geomorfologiche di transizione.

Scala dei tempi geologici

Precambriano o Archeozoico inizia circa 4540 milioni di anni fa, seguito dal Paleozoico o Primario (542 milioni di anni fa), dal Mesozoico o Secondario (250 milioni di anni fa), dal Cenozoico o Terziario (66 milioni di anni fa) e infine dal Neozoico o Quaternario, iniziato circa 1,8 milioni di anni fa.

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Cratoni

Gli zoccoli cristallini o cratoni si presentano in superficie come aree subpianeggianti o debolmente ondulate, talvolta caratterizzate da una leggera bombatura centrale. Essi sono composti da rocce di età antichissima, prevalentemente prepaleozoiche o paleozoiche, che si presentano plurideformate, fratturate e iniettate di intrusioni magmatiche. Nel corso dei milioni di anni queste rocce si sono compattate tra loro diventando masse stabili e rigide, coalescenti e fuse in un'unica massa continentale non interessata da terremoti, consolidandosi come "ossa salde" della crosta. Sui cratoni si sviluppano corsi d'acqua molto estesi con alvei ampi; i bacini idrografici (comprendenti il fiume principale, gli affluenti e i subaffluenti) risultano poco ramificati.

Coperture sedimentarie antiche

I cratoni sono frequentemente sormontati da coperture sedimentarie antiche, un fenomeno ben visibile nel continente nordamericano tra le Montagne Rocciose e gli Appalachi. Questo processo si è verificato durante il Mesozoico, in concomitanza con l'inizio dello smembramento della Pangea. Per movimenti endogeni, il cratone venne sommerso da mari interni noti come seaways. In questi canali marini si accumularono i sedimenti terrigeni erosi dai rilievi circostanti, i quali andarono incontro a un processo di diagenesi che li compattò in rocce sedimentarie. Successive forze tettoniche compressive piegarono e deformarono queste coperture, creando delle pieghe plastiche nella stratificazione rocciosa. Sempre per fenomeni endogeni, i mari interni si sono successivamente ritirati e la copertura sedimentaria è rimasta disposta sopra i cratoni, dove oggi i fiumi erodono i sedimenti esponendo nuovamente gli strati rocciosi del cratone sottostante.

Grandi aree di frattura

I cratoni stabili possono subire processi di apertura e smembramento a causa di forze distensive interne, originando le grandi aree di frattura o fosse continentali. Queste depressioni presentano una forma stretta e allungata, con larghezze comprese tra i 30 e i 70 km e lunghezze che si estendono per migliaia di chilometri, raggiungendo profondità anche di 5 km. Il caso più emblematico è la Rift Valley in Africa, che si suddivide in due rami distinti, il western e l'eastern branch, connettendosi assialmente al corso del Nilo, al Mar Rosso, al Mar Morto e al Golfo di Aden. In queste zone la crosta terrestre si assottiglia e si rompe lungo sistemi di faglie dirette, fratture lungo le quali i blocchi si spostano verticalmente: ogni volta che la crosta si muove si forma un nuovo dislivello, determinando versanti ripidi e scalinati. Per gravità, un blocco crostale scivola verso il basso (Graben) mentre i blocchi adiacenti rimangono elevati, costituendo i due pilastri laterali che bordano la fossa.

Il fondo della fossa ospita frequentemente corsi d'acqua e laghi, ed è interessato da intensi fenomeni sismici e dalla risalita di materiali magmatici dall'astenosfera che alimentano imponenti edifici vulcanici come il Kenya e il Kilimangiaro. Sul fondo della fossa si riscontrano anche ampie caldere, depressioni causate dal collasso del terreno a seguito del parziale o totale svuotamento della camera magmatica dopo una potente eruzione esplosiva. Strutture di frattura ormai fossilizzate si trovano anche in Europa,

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come il Graben del fiume Reno, oggi caratterizzato solo da fenomeni idrotermali secondari e risalita di acque calde legate a manifestazioni vulcaniche in via d'estinzione.

Catene montuose

Le catene montuose sono morfostrutture di forma stretta (alcune centinaia di chilometri) e allungata (fino a migliaia di chilometri) che si innalzano sensibilmente rispetto alle zone circostanti. Il termine montagna definisce genericamente un rilievo di qualsiasi origine. Le catene montuose si trovano spesso al bordo delle masse continentali; ciò è il risultato dinamico dell’attuale assetto della tettonica delle placche. Il contrasto dei rilievi rispetto alle zone circostanti viene quantificato in modo qualitativo e quantitativo attraverso l'energia di rilievo, un indice calcolato tramite parametri morfometrici quali la ripidezza, la pendenza, l'entità dei dislivelli, l'acclività dei versanti e il rapporto tra l'altezza e la lunghezza della catena stessa. Le catene sono costituite prevalentemente da rocce sedimentarie e metamorfiche formatesi in bacini marini di sedimentazione attraverso l'accumulo e la compattazione di detriti; la presenza di fossili di organismi marini in alta quota ne dimostra il sollevamento tettonico. Vi si possono rinvenire anche rocce cristalline o vulcaniche dovute a risalite magmatiche, nonché cospicui lembi di antica crosta oceanica noti come ofioliti.

Le catene montuose mostrano gli effetti combinati di deformazioni plastiche e duttili, come le pieghe (curve e ondulazioni nella stratificazione dovute a compressioni molto lente in cui l'ammasso roccioso si compatta in maniera plastica), e deformazioni fragili, come le faglie (fratture lungo le quali i blocchi si rompono e si spostano). Ciò è dovuto al fatto che quando le catene montuose si formano, le rocce della crosta terrestre vengono spinte, compresse e schiacciate.

I sistemi montuosi della Terra si sono formati durante differenti cicli di orogenesi, intesa come l'insieme dei fenomeni geologici che portano alla formazione di una catena. L'orogenesi Caledoniana (tra 500 e 390 milioni di anni fa) ha edificato le Alpi Scandinave, caratterizzate da una lunghezza di circa 1000 km, una larghezza di 200 km e culminanti nel Monte Galdhøpiggen (2468 m). Durante l'ultima glaciazione, imponenti lingue glaciali hanno avanzato lentamente erodendo la roccia e scavando profonde valli a "U" dalle pareti verticali; a seguito dello scioglimento dei ghiacci, il mare ha invaso queste valli originando i caratteristici fiordi. L'orogenesi Ercinica (tra 350 e 250 milioni di anni fa) ha dato origine a catene che il tempo ha lungamente eroso e spianato, come gli Urali e gli Appalachi; i Monti Urali si estendono in direzione dei meridiani per oltre 2000 km con una larghezza media di 160 km, separando il Bassopiano Sarmatico dal Bassopiano Siberiano Occidentale e culminando nel Monte Narodnaja (1894 m). L'orogenesi più recente è quella Alpina (tra 150 e 20 milioni di anni fa), i cui effetti dinamici si avvertono ancora oggi tramite frequenti terremoti. Questo ciclo ha edificato le grandi catene delle Alpi, dell'Himalaya e delle Ande.

Il meccanismo orogenetico prevede la presenza di un bacino oceanico interposto tra due masse cratoniche e colmo di rocce sedimentarie; la compressione esercitata dai cratoni provoca la collisione crostale, sollevando e fratturando i sedimenti marini che emergono in quota, mentre i processi di erosione esogena agiscono contemporaneamente ai fenomeni tettonici. Nel caso delle Alpi europee, la collisione è avvenuta tra il cratone europeo e quello africano, creando una struttura arcuata lunga 1200 km, con una larghezza che varia