Appunti di elementi di scienze della terra per l'insegnamento

6.2 CLASSIFICAZIONI DELLA PARTE PIU' ESTERNA DELLA TERRA:

I termini "crosta" e "litosfera" vengono spesso confusi, ma non sono intercambiabili: corrispondono a due concetti ben diversi. Sono due tipi diversi di classificazione della parte più esterna della terra solida.

Classificazione sulla base della composizione chimica (che influenza la densità):

Crosta: da 0 a 10-70 Km; è la porzione più esterna della terra solida che ha una composizione chimica diversa dallo strato sottostante, ovvero il mantello.

La crosta continentale presenta: rocce mafiche, rocce intermedie, rocce felsiche, sedimentarie.

La crosta oceanica presenta: solo rocce mafiche (gabbri, dicchi e basalti).

Mantello: da 10-70 Km a 2890 Km; è la porzione sottostante alla crosta, con una composizione ultramafica (peridotiti), per questo la densità media della crosta è minore della densità media del mantello (e quindi gli sta sopra).

mantello è solido, e va infusione parziale, perché fonde solo nella parte più esterna, dove ha temperatura difusione inferiore.

Classificazione sulla base del loro comportamento reologico (= differenze nelle proprietà meccaniche):

Spostandoci verso l'interno della terra la temperatura aumenta, si arriva a circa 100 Km di profondità con temperature che superano i 1000°, e queste rocce del mantello non fondono per la pressione troppo elevata (all'aumentare della pressione aumenta anche la temperatura di fusione). Tuttavia a temperature troppo elevate le rocce assumono un comportamento plastico:

Litosfera: da 0 fino a 100 Km (ma può raggiungere spessori di 300 km sotto le aree continentali più antiche). Comprende la crosta e parte del mantello superiore, il mantello litosferico. Se non si superano i 100 Km di profondità il comportamento è rigido e si parla di litosfera.

Astenosfera: da 100-200 Km a 350 Km. Comprende

Al 9%o6.4 IL PRINCIPIO DELL'ISOSTASIA:

Il limite crosta-mantello non è ad uguale distanza dal centro della terra: la crosta continentale affonda nel mantello: la crosta continentale, meno densa del mantello sottostante, "si aggiusta" su di esso sfruttando il fatto che anche rocce solide, sottoposte ad una forza per tempi molto lunghi (tempi geologici), possono consentire di "accomodarsi" deformandosi.

L'elevazione dei continenti è governata dal principio dell'isostasia.

Il principio dell'isostasia rispecchia il principio di Archimede, secondo cui un corpo posto nell'acqua riceve da questa una spinta verso l'alto pari al peso dell'acqua spostata: in un corpo che galleggia si stabilisce quindi un equilibrio tra il suo peso e la spinta idrostatica.

Nel caso dell'isostasia accade che con la formazione delle catene montuose (orogenesi), dovuta alla presenza di forze di compressione che agiscono lungo il confine tra

Settori dicrosta contigue (deformano la roccia), la crosta aumenta di spessore e, di conseguenza, anche di peso. Aumentando il peso, per poter mantenere l'equilibrio, per compensare il peso aggiunto, è necessario che una parte di crosta sprofondi nel mantello, dando origine alle radici delle montagne (= porzioni di crosta continentale "immerse" nel mantello, che corrispondono in superficie ad una catena montuosa).

A una certa profondità nel sottosuolo la pressione esercitata sui sottostanti materiali da tutte le 'colonne' aventi uguale sezione è la medesima, indipendentemente dal fatto che ogni singola 'colonna' termini, in superficie, con un rilievo montuoso oppure con una depressione oceanica. Quindi dato che in corrispondenza della crosta continentale ho rocce meno dense, la crosta continentale si deve ispessire per far sì che a questa profondità ci sia la stessa pressione che c'è alla stessa.

profondità in una 'colonna' che termina con una crosta oceanica. Se accade ciò si è in condizioni di equilibrio isostatico.

L'altezza della catena montuosa sul livello del mare e l'affondamento delle radici delle montagne nel mantello sono governati dall'equilibrio isostatico con le porzioni di crosta (che può essere oceanica o continentale) poste lateralmente (e anche dal peso dell'acqua, per quanto riguarda gli oceani).

Se non si è in equilibrio isostatico si verificheranno degli aggiustamenti isostatici:

Sollevamento della crosta:

• Le catene montuose sono continuamente soggette ad erosione che tende ad abbassarle, ma all'erosione risponde un sollevamento (un riequilibrio), che coinvolge tutta la montagna, dalla radice.
• La Scandinavia è tutt'ora in un continuo e lieve sollevamento per riequilibrarsi rispetto al fatto che molte migliaia di anni fa era coperta da un volume di ghiaccio molto maggiore.

è grazie a loro che possiamo capire come sono fatte le rocce ultramafiche, che sono proprio le rocce del mantello. Gli xenoliti vengono da profondità di anche qualche decina di Km. Tra tutti i magmi, i magmi kimberlitici (dalla città di Kimberly, in Sudafrica) portano su rocce mantelliche da circa 200 km di profondità: sono i magmi che portano in superficie i diamanti, che si formano appunto a quelle condizioni di pressione.

INFORMAZIONI INDIRETTE:

Corpi meteoritici: forniscono indicazioni di come potrebbe essere il nucleo terrestre.

Sismologia: ci sono due tipi principali di onde sismiche:

Onde P (primarie): si trasmettono longitudinalmente alla direzione di propagazione sia nei solidi che nei liquidi (esempio di persone disposte una di fianco all’altra: l’onda si propaga come una serie di spallate).

Onde S: si trasmettono trasversalmente alla direzione di propagazione e solo nei corpi solidi (infatti i fluidi non trasmettono sforzi di taglio).

(esempio di persone disposte difianco che si tengono a braccetto: se la prima persona si abbassa, anche quella chetiene a braccetto sarà costretta ad abbassarsi, così come quelle successive). Le onde Snon si propagano nel nucleo esterno, e questo ci indica che il nucleo esterno è liquido.

Studiando come si propagano le onde sismiche si è visto che, in generale, la densità dellerocce aumenta con la profondità non in modo lineare, ma con delle discontinuità.

Le discontinuità che permettono di suddividere la Terra in «gusci» sono segnalate dariazioni nella velocità e dalla riflessione e rifrazione delle onde sismiche.

Le rocce della crosta oceanica e crosta continentale sono diverse per composizione edensità, ma sono entrambe meno dense delle rocce del mantello: la velocità delle onde Pva da 6 km/s nei graniti, a 7 nei gabbri, a 8 km/s nelle peridotiti del mantello

Discontinuità:

Discontinuità di Mohorovicic (o Moho): separa la crosta dal mantello.

Discontinuità di Gutermberg: separa il mantello dal nucleo esterno.

Discontinuità di Lehman: separa il nucleo esterno (liquido) dal nucleo interno (solido).

MANTELLO:

Il mantello è diviso in due porzioni:

Mantello superiore: è costituito da rocce peridotitiche, formate principalmente da olivina ma anche pirosseno (= rocce ultramafiche).

Mantello litosferico: da 10-70 a 100 km.

Astenosfera: da 100-200 km di profondità fino a 350 km. L'aumento di T con la profondità avvicina le rocce alla loro T di fusione e causa una diminuzione della velocità delle onde sismiche (zona a bassa velocità), sebbene la propagazione delle onde S ci segnali che il mantello è largamente allo stato solido; questa zona del mantello è detta astenosfera ("sfera debole"), per le sue proprietà reologiche.

quelle T e P che la rendono maggiormente capace di deformarsi rispetto alla zona sovrastante (litosfera, «sfera litoide») e sottostante (mesosfera, «sfera intermedia»), dove la P favorisce lo stato solido.

Prima parte della mesosfera: da 350 a 670 Km.

Zone a circa 400 e 670 km di profondità: segnalate da variazioni nella propagazione delle onde sismiche, dove queste variazioni avvengono in modo relativamente brusco; queste zone sono spiegate, grazie al confronto con dati riprodotti in laboratorio, con cambiamenti di fase dell’olivina, che passa a polimorfismi stabili a maggiore P.

L’aumento di P con la profondità richiede che la struttura cristallina dei minerali costituenti si modifichi in strutture più stabili, più compatte (più dense); la composizione chimica delle rocce, tuttavia, rimane la stessa.

Quindi a 400 e a 670 Km avvengono questi riarrangiamenti strutt