Geologia fisica

Il ruolo dei moti convettivi nel mantello terrestre

È universalmente accettato che i moti convettivi nel mantello siano il motore della Tettonica delle placche. Il calore proveniente dall'interno della Terra fa sì che questo materiale si muova per convezione a velocità di pochi mm/annui. Affinché questo processo tettonico possa funzionare è necessario che il materiale litosferico coinvolto nei processi di subduzione venga riciclato all'interno del mantello, per poi ritornare in superficie come nuova litosfera lungo i centri di espansione delle dorsali oceaniche. Holmes fu il primo scienziato a capire l'importanza dei moti convettivi, sia come trasportatori di calore dall'interno verso l'esterno, sia come motore dei grandi movimenti crostali.

Il calore interno della Terra è alimentato dal decadimento radioattivo degli isotopi presenti nel nucleo. Questo calore si propaga per conduzione e per convezione. La conduzione di calore avviene quando atomi o molecole agitate termicamente,

si urtanol'uno con l'atro, trasferendo meccanicamente il loro movimentovibratorio da una regione all'altra. La convenzione avviene, invece,quando un materiale (fluido, solido o gassoso) viene riscaldato etende a salire, perché diventa meno denso del materialecircostante. La risalita di questo materiale comporta lo spostamentoPagina | 5verso il basso del materiale più freddo, che a sua volta verràriscaldato.Mediante attività di perforazione e di miniera venne scoperto che latemperatura aumenta con la profondità. Questo incremento èdefinito gradiente geotermico.IL CAMPO MAGNETICO TERRESTREI moti convettivi oltre ad essere il motore dei movimenti crostali insuperficie, conferiscono il movimento necessario affinché siapresente un campo magnetico terrestre.La teoria del campo magnetico terrestre si basa sull'ipotesi che ilnucleo esterno possa fungere da "dinamo terrestre", sfruttando ilprincipio della

Il principio fondamentale del campo magnetico terrestre è quello della dinamo stessa. Secondo tale principio, introducendo un materiale conduttore elettrico in movimento all'interno di un campo magnetico, questo genererà correnti elettriche che alimentano l'intensità del campo magnetico, il quale a sua volta aumenta l'intensità delle correnti elettriche. E così via, fino a quando il moto convettivo, le correnti elettriche e il campo magnetico non raggiungono uno stato di equilibrio approssimato. Tuttavia, il campo magnetico terrestre deve essere costantemente rigenerato a causa del Punto di Curie, una proprietà fisica che fa sì che tutti i materiali magnetici perdano il loro magnetismo a una certa temperatura. Date le elevate temperature presenti all'interno della Terra, è quindi impensabile che il campo magnetico possa essere permanente. Oltre a dover essere rigenerato, il campo magnetico terrestre si inverte. Questo è stato scoperto attraverso il Paleomagnetismo, che è possibile grazie ad alcuni

minerali magnetici al momento della formazione cristallizzano secondo l'orientazione del nord magnetico; studiando il magnetismo residuo delle rocce si riscontrano dati bene definiti: la magnetizzazione residua di un gruppo è opposta all'altro, una è orientata verso Nord e l'altra verso Sud. Questa tesi non era comunque del tutto accettata, si pensava che queste inversioni magnetiche fossero dovute a cause regionali dovute all'ambiente in cui si trovano, come cambiamenti fisici o chimici. Il fatto che le inversione magnetiche avvenissero nello stesso momento su tutta la terra fu noto nel 1966 quando fu trovata una scala cronologica del magnetismo per gli ultimi 4 Ma, carotata in una sequenza stratigrafica nell'Antartico. La datazione delle bande magnetiche fornisce un importante mezzo per stimare la velocità di espansione dei fondi oceanici. La larghezza delle bande varia chiaramente in funzione della velocità di espansione, che

è ignota, tuttavia datando le bande magnetiche e conoscendo la lunghezza di quest’ultime, in quanto misurabile, è possibile mediante l’equazione spazio/tempo conoscere la velocità.

I VULCANI

Le diverse strutture vulcaniche sono dovute ai diversi tipi di lava che li costituiscono. Le lave differiscono essenzialmente per la loro composizione chimica, per il loro contenuto di gas e per la temperatura, tutte proprietà che influenzano dunque la viscosità di una lava. Fondamentalmente tanto più alto è il contenuto in silice e tanto più alta sarà la viscosità della lava, la presenza o meno di gas determina, invece, la tendenza di un eruzione di essere più violenta.

I principali prodotti vulcanici finali distinguono tre diverse tipologie di lave: riolitiche, andesitiche e basaltiche.

Le diverse composizione chimiche delle lave, durante un eruzione, producono differenti strutture vulcaniche. Le principali strutture sono:

il vulcano a cono, lo strato vulcano e il vulcano a scudo. Questi tra loro differiscono per l'estensione areale e l'altitudine che raggiungono; fondamentalmente i vulcani a scudo sono il prodotto di eruzioni effusive, i vulcani a cono invece derivano da eruzioni esplosive, con contenuto in silice maggiore, e dunque più viscose, e una maggiore presenza di gas, mentre gli strato vulcani derivano dall'alternarsi di eruzioni effusive ed esplosive, costituiscono quindi la struttura intermedia tra le due.

La formazione di un vulcano deriva pertanto da eruzioni che provengono da una bocca centrale. Esistono però delle eruzioni che avvengono attraverso grandi fessure quasi verticali, e sono definite eruzioni lineari, appunto si riscontrano in prossimità di margini divergenti lungo le dorsali oceaniche. Il materiale eruttato si espande lateralmente, formando enormi plateau.

Un'importante attività di vulcanismo avviene in

prossimità dei punti caldi. Questi sono costituiti dai pennacchi, rami ascendenti di materiale caldo provenienti dalla discontinuità nucleo esterno-mantello che si aprono la strada in risalita fondendo o fratturando le rocce incassanti, fino ad arrivare sulla superficie costituendo un vulcano. Questo tipo di vulcanismo non avviene in prossimità dei margini di placca, bensì all'interno della placca stessa, in quanto questi pennacchi sono indipendenti. Una prova di questa attività vulcanica sono la formazione delle isole Hawaii. DEFORMAZIONI: PIEGHE E FAGLIE Deformazione è un termine generico che comprende la formazione di pieghe e faglie. Strutture legate dunque a forze di taglio e legate alla manifestazione di forze di distensione e compressione, prodotti nelle rocce dai movimenti tettonici. Si distinguono tre tipologie di forze: Forze di distensione: tendono a separare le due parti, qui avviene appunto la distensione della porzione di

rocciacoinvolta con l'abbassamento del tetto. (tetto sotto e lettosopra)

Forze di compressione: Comprimono le parti coinvolte riducendo l'estensione delle rocce coinvolte

Forze di taglio: assumono lo stesso comportamento di margini trasformi, vi è dunque lo scivolamento delle due parti l'una dalla parte opposta lungo la superficie di rottura.

Quando le forze tettoniche in gioco procedono causando la rottura delle due parti, lungo la precedente linea di frattura, formano una faglia.

Una faglia per definizione è una rottura in cui le parti separate si muovono una rispetto all'altra, scivolando lungo la superfice di frattura.

Il fatto che avvenga una rottura o un piegamento è strettamente legato al tipo di roccia; in particolare rocce ignee e metamorfiche hanno un comportamento più fragile, pertanto tendono a fratturarsi, mentre le rocce sedimentarie sono più duttili e dunque tendono a piegarsi. Le più note pieghe prendono il nome

Le rocce intrusive sono quelle che solidificano all'interno della crosta terrestre, lentamente, con tempo sufficiente a formare la grana cristallina grossa. Le rocce effusive, invece, sono quelle che presentano la grana cristallina fine, e si distinguono essenzialmente in due grandi categorie: Lave e Rocce piroclastiche. Le rocce effusive possono apparire da levigate e corda, a spigolose e frastagliate una volta solidificate. Derivano dalla litificazione dei prodotti vulcanici che vengono espulsi durante un'eruzione, quali le ceneri vulcaniche e le bombe vulcaniche.

Per quanto riguarda la classificazione delle rocce ignee in base alla loro composizione chimica, uno dei primi metodi utilizzati dai geologi è quello di determinare il loro contenuto in silice, in quanto la silice costituisce dal 40 al 70% del loro peso totale. Si distinguono rocce sialiche, ricche dunque di silice e alluminio,

erocce mafiche, con maggiore presenza di magnesio e ferro; esistono anche delle rocce intermedie in ogni caso. Sono presenti rocce però che presentano la stessa composizione chimica ma differiscono per la tessitura, ciò è dovuto al tempo di raffreddamento. Ad esempio il basalto e il suo equivalente intrusivo, il gabbro, come la riolite ed il granito. Ma sia per quanto riguarda la cristallizzazione che per la fusione delle rocce è necessario che le condizioni di temperatura e pressione, legate alla composizione chimica, siano quelle giuste. A tal proposito si distinguono diversi processi che inducono le rocce a fondere. La pressione ad esempio gioca un ruolo fondamentale, in quanto è noto che, co