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Riassunto esame Astronomia (ottimi per la maturità ), prof. Ciotti

Riassunto di tutto il programma di Astronomia su: Unità di misura, Costellazioni e la sfera celeste, Spettri di emissione continui o discreti che sono emessi da una sorgente luminosa; presentano tutti i colori dal rosso al violetto sfumati l'uno nell'altro.

Esame di Astronomia docente Prof. L. Ciotti

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era sospesa una sfera di 30 kg perché le oscillazioni potessero continuare per alcune ore. Dai segni

che l’asticina lasciò sulla sabbia si potè osservare che il piano delle oscillazioni pendolari girava a

poco a poco in senso orario, per chi guardasse il pendolo dall’alto. Poiché le leggi di Fisica

dimostrano che il piano di oscillazione di un pendolo, che possa oscillare liberamente, in realtà

rimane fisso nello spazio, fu facile dedurre che l’apparente rotazione di detto piano era dovuta ad un

movimento effettivo del pavimento in senso contrario, cioè alla rotazione terrestre che si attua in

senso antiorario

Un’altra prova della rotazione terrestre è data dalla variazione della gravità con la latitudine; tale

variazione oltre ad essere un effetto dello schiacciamento polare della terra è anche conseguenza

della forza centrifuga.

2

F = Massa ∙ CO ∙ R

c

La conseguenza del moto di rotazione cui possiamo renderci conto in maniera più immediata

consiste nell’alternarsi del dì e della notte.

A causa della forma della terra, i raggi solari illuminano in ogni istante solo la parte di superficie

terrestre che è rivolta verso il sole, lasciando nell’oscurità tutti i punti della parte opposta..

L’emisfero illuminato è diviso da quello in ombra da un circolo massimo che va spostandosi di

continuo, il circolo di illuminazione. Il passaggio dal dì alla notte non è brusco ma graduale a causa

della presenza dell’atmosfera., i cui alti strati sono penetrati dai raggi un po’ prima del sorgere del

sole sull’orizzonte ed un po’ dopo il tramonto.

Se esaminiamo le diverse posizioni del Sole rispetto a noi e alle stelle, sembra che esso – oltre

all’apparente moto diurno da levante a ponete – compia durante l’anno un movimento di

rivoluzione intorno alla terra da ponente a levante.

Anche in questo caso possiamo spiegare le apparenze o con un reale movimento annuo del Sole

attorno alla terra o con un movimento annuo della Terra intorno al sole; in entrambi i casi, infatti,

noi vedremo la stessa cosa poiché ci troviamo sulla Terra e non possiamo percepire i movimenti che

essa compie e ai quali partecipiamo. Vi sono però delle prove che dimostrano l’esistenza effettiva

di un movimento di rivoluzione del nostro pianeta intorno al Sole: analogie con gli altri pianeti del

sistema solare. Periodicità annua di alcuni gruppi di stelle cadenti (la terra passa periodicamente in

punti con grande quantità di elementi meteoritici).

Aberrazione della luce proveniente dagli astri: quando si osserva un astro, lo osserviamo con una

direzione apparente. Poiché mentre osserviamo la terra si sposta. Se osserviamo con un telescopio

dobbiamo inclinarlo leggermente in avanti nel senso di rivoluzione terrestre, perché la luce impiega

del tempo a percorrere l’asse del telescopio. Di conseguenza la terra si sarà spostata in un altro

punto dell’orbita. La velocità della terra sull’orbita è minore di quella della luce quindi

l’inclinazione sarà minima. L’angolo varia e aumenta al perielio e diminuisce all’afelio.

Aberrazione diurna: è dovuto alla rotazione della terra ed è un movimento molto più lento di quello

di rivoluzione, quindi l’angolo è molto più piccolo, e varia con la latitudine. (Diminuisce

dall’equatore verso i poli).

Come abbiamo già notato sembra che il sole giri intono alla terra percorrendo una traiettoria

(eclittica) che giace sullo stesso piano dell’orbita terrestre ed è quindi inclinata 23° e 27 primi

rispetto al piano equatoriale terrestre. I due punti in cui la traiettoria solare attraversa l’equatore

sono gli equinozi le cui date sono 21 Marzo per quello di primavera ed il 23 Settembre quello di

autunno; quando il Sole si trova in uno di questi punti, giace sul piano equatoriale e quindi culmina

allo zero dell’equatore terreste e allora il dì e la notte presentano la stessa durata in ogni luogo della

terra.

Le massime elevazioni a nord e a sud rispetto al piano equatoriale terrestre il sole le raggiunge in

due posizioni che vengono dette solstizi.

La prima si ha il 31 giugno (solstizio d’estate), l’altra il 22 dicembre (solstizio d’inverno): in questi

momenti dell’anno i raggi solari risultano perpendicolari alternativamente ai due paralleli che si

trovano ad una latitudine di 23 gradi e 27 primi nord (tropico del cancro) e 23 gradi e 27 primi sud

(tropico del capricorno).

La linea degli equinozi è la linea che passa per il centro del Sole e unisce i due punti dell’orbita in

cui i raggi solari sono allo Zenit all’equatore. La linea dei solstizi unisce i due punti in cui il sole è

alla massima elevazione rispetto all’equatore. La linea degli Apsidi è la linea che congiunge Afelio

con Perielio.

Durante la rivoluzione nei vari luoghi della terra si susseguono periodi più caldi e più freddi: si ha

cioè l’alternarsi delle stagioni.

Le stagioni astronomiche, cioè i periodi di tempo compresi tra un equinozio e il solstizio che lo

segue o tra un solstizio e l’equinozio successivo sono:

Emisfero boreale Emisfero Australe Dal/al

Primavera Autunno 21 marzo/ 21 giugno

Estate Inverno 21 giugno / 23 sette

Autunno Primavera 23 sette / 22 dicembre

Inverno Estate 22 dicebre / 21 marzo

Il nostro pianeta ha una forma pressoché sferica. O meglio, a causa del suo rapido movimento di

rotazione, la Terra è leggermente schiacciata ai poli e rigonfia all’Equatore; la sua forma e

assimilabile a quella di un ellissoide di rotazione.

Per definire più esattamente la forma e misurare le dimensioni della Terra, è stato definito il geoide,

la cui superficie è perpendicolare, in ogni suo punto, alla direzione del filo a piombo.

Le misure astrogeodetiche, basate suIl’osservazione delle orbite dei satelliti artificiali, hanno

consentito di determinare accuratamente la lunghezza del raggio polare (circa 6 357 km) e quella

del raggio equatoriale (in media, circa 6378 km); la diversità dei due valori è lo schiacciamento

polare della Terra.

Dalle dimensioni della Terra è stata ricavata l’unità di misura delle lunghezze il metro che è quasi

esattamente “la quarantamilionesima parte del meridiano terrestre” e costituisce la base del Sistema

Metrico Decimale.

Il reticolato geografico serve a stabilire la posizione assoluta degli oggetti sulla superficie terrestre;

è costituito da una serie di circoli immaginari (determinati da piani che intersecano la superficie

terrestre), i paralleli e i meridiani. Mediante tale reticolato possono essere identificate le coordinate

geografiche: la latitudine (distanza angolare di un punto della superficie terrestre daIl’Equatore) e la

longitudine (distanza angolare di un punto dal meridiano di riferimento o meridiano di Greenwich).

Un’altra grandezza importante per la definizione esatta della posizione assoluta di un oggetto è

l’altitudine, o quota, cioè la sua distanza verticale dal livello medio del mare.

Possono essere definite anche le coordinate celesti, per localizzare gli astri sulla Sfera celeste: la

declinazione celeste e l’ascensione retta.

La Terra ha vari movimenti simultanei nello spazio.

Uno dei principali è il moto di rotazione, movimento intorno al proprio asse, da Ovest verso Est (in

senso antiorario, se osservato dal Polo nord celeste). Questo movimento determina l’alternarsi del di

e della notte. Altra conseguenza molto importante della rotazione e lo spostamento della direzione

dei corpi in moto sulla superficie terrestre, per effetto di una forza deviante (apparente) che è detta

forza di Coriolis.

II moto di rivoluzione si compie lungo un’orbita ellittica attorno al Sole, secondo le leggi di

Keplero. La posizione del nostro pianeta corrispondente alla massima distanza dal Sole prende il

nome di afelio, mentre quella corrispondente alla distanza minima viene chiamata perielio. E

importante ricordare che la diversa distanza della Terra dal Sole durante il moto di rivoluzione non

è la causa delle stagioni.

L’asse terrestre è inclinato di 66°33’ rispetto al piano dell’orbita: l’apparente traiettoria del Sole

attorno alla Terra, l’Eclittica, è inclinata di 23°27’ rispetto all’Equatore celeste. L’intersezione fra

l’Eclittica e il piano equatoriale celeste determina gli equinozi (dì e notte con uguale durata); i

solstizi sono le due posizioni di massima elevazione del Sole rispetto al piano equatoriale. Queste

condizioni sono responsabili della diversa durata del di e dell notte e dell’alternarsi delle stagioni.

La Terra ha numerosi altri movimenti simultanei, come il moto di traslazione (insieme al Sole) e la

partecipazione al moto di recessione della Galassia.

Altri movimenti, geologicamente importanti, sono i moti millenari. L’attrazione del Sole e della

Luna sul rigonfiamento equatoriale determina una variazione della direzione dell’asse terrestre nel

tempo: esso compie un movimento doppio-conico, la precessione luni-solare, in senso orario

(contrario al moto di rotazione) con un periodo di 26 000 anni. Il moto di precessione luni-solare

produce uno spostamento della linea degli equinozi (precessione degli equinozi).

Gli altri pianeti del Sistema solare con la loro attrazione determinano lo spostamento della linea

degli apsidi (con un periodo di 117000 anni) e la variazione dell’eccentricità dell’orbita (con un

periodo di 92000 anni).

Altro moto millenario è il mutamento dell’inclinazione dell’asse terrestre (con un periodo di circa

40000 anni).

I moti millenari della Terra infIuenzano le condizioni climatiche del nostro pianeta nel tempo. Essi

danno luogo a variazioni dell’escursione calorica annua, che sono fra le cause principali

dell’alternarsi sulla Terra di epoche glaciali e interglaciali.

L’orientamento sulla superficie terrestre consiste nella individuazione dei punti cardinali: Est,

Ovest, Nord, Sud. Per orientarsi si può utilizzare l’apparente movimento giornaliero del Sole o

avvalersi della bussola, uno strumento dotato di un ago magnetizzato che si posiziona verso il Nord

magnetico.

A causa, però, della non coincidenza fra i poli magnetici e i poli geografici, la direzione indicata

dall’ago della bussola non è esattamente quella del meridiano geografico del luogo, ma di solito

forma con quest’ultimo un angolo che prende il nome di declinazione magnetica.

Per la determinazione della posizione relativa dei luoghi rispetto a un osservatore si utilizzano le

coordinate polari (l’azimut e la distanza).

Le unità di misura del tempo sono basate sui movimenti di rotazione e di rivoluzione della Terra: il

giorno sidereo e la durata effettiva della rotazione della Terra attorno al proprio asse; il giorno

solare, leggermente più lungo, e il tempo che occorre perché il Sole culmini per due volte

successive sullo stesso meridiano. Analogamente, l’anno sidereo è il tempo che la Terra impiega per

compiere un’orbita completa attorno al Sole; l’anno solare, di durata minore, a causa della

precessione degli equinozi, è il tempo che intercorre fra due passaggi del Sole allo Zenit sullo stesso

tropico.

A causa della rotazione terrestre, l’ora vera (od ora locale) varia con la longitudine. Si è perciò

stabilito un sistema convenzionale di determinazione degli orari e delle date: sono stati definiti 24

spicchi, i fusi orari, ognuno dei quali ha un’ampiezza di 15° in longitudine, con una differenza di

un’ora l’uno dall’altro. Il tempo civile e l’ora del meridiano centrale dei fuso. L’ora estiva anticipa

di un’ora il tempo civile.

In questo sistema convenzionale, la linea internazionale del cambiamento di data divide il

tredicesimo fuso in due parti che hanno la stessa ora, ma giorno diverso.

LA LUNA

La Luna a confronto con la terra e con i satelliti degli altri pianeti:

La Terra e la Luna hanno caratteristiche proprie dei pianeti e soprattutto sono legate da stretti

rapporti astronomici: esse costituiscono un sistema biplanetario le cui componenti (Terra e Luna)

si influenzano reciprocamente, a causa della forte attrazione gravitazionale.

Le nostre conoscenze sulla Luna sono frutto delle secolari osservazioni compiute dalla Terra,

dapprima a occhio nudo e poi mediante cannocchiali o telescopi sempre più potenti e con l’ausilio

di nuovi strumenti (radar, laser ecc.); a queste si sono aggiunte, a confermare o a smentire

precedenti idee, le osservazioni ravvicinate per mezzo di satelliti artificiali (terrestri e lunari) e le

esplorazioni dirette, iniziate con la “conquista” della Luna da parte dell’Apollo 11 (20 luglio 1969)

e seguite dagli studi dei campioni di materiale lunare.

Un satellite di grandezza e forma inconsuete o un pianeta molto piccolo:

Parecchie caratteristiche fisiche del “satellite naturale” della Terra si differenziano da quelle degli

altri 63 satelliti del Sistema solare: la massa (1/81 di quella terrestre, quasi 1/4 di quella di

Mercurio), il volume (1/49 di quello terrestre), la forma (ellissoidale). Il rapporto tra la massa

della Luna e la massa della Terra è maggiore dei corrispondenti rapporti tra gli altri satelliti e i

rispettivi pianeti. La forma pressoché sferica della Luna non è comune negli altri satelliti. Tutto ciò

induce a considerare la Luna come un “pianeta”.

La densità o massa volumica della Luna (cioè il rapporto tra la sua massa e il suo volume) è pari a

3

3,3 g/cm , un po’ maggiore della densità della crosta terrestre, ma inferiore alla densità media

3

dell’intera Terra (5,5 g/cm ). La minore massa e le minori dimensioni della Luna rispetto alla Terra,

fanno si che l’accelerazione di gravità sulla Luna sia inferiore a quella terrestre (circa 1/6).

Un’altra importante caratteristica della Luna e la mancanza di atmosfera e di idrosfera,

probabilmente dovuta al basso valore della gravità e al basso valore della velocità di fuga da questo

corpo celeste: eventuali gas presenti si sarebbero dispersi nel lontano passato, quando la Luna era

molto calda. Un effetto della mancanza di atmosfera è l’elevata escursione termica fra la “notte” e

il “dì” lunare, con temperature che mediamente variano dai -150 °C ad oltre 110 °C. Pertanto non vi

può essere acqua, a meno che non si trovi come ghiaccio in zone protette dal l’insolazione.

I movimenti della Luna e del sistema Terra-Luna:

Anche la Luna, come la Terra e gli altri corpi celesti, cambia posizione nello spazio. Essa è dotata

di complessi movimenti simultanei.

La Luna compie un movimento di rotazione antiorario, attorno al proprio asse, impiegando

d h m s

27 7 43 12 , esattamente quanto impiega per la sua rivoluzione; questo è il motivo per cui la Luna

volge verso di noi sempre la stessa “faccia”. L’attrazione che la Terra esercita in maniera maggiore

sul rigonfiamento equatoriale della Luna è causa di perturbazioni, le librazioni. Altre librazioni

sono apparenti, perché connesse alle posizioni che la Luna assume rispetto alla Terra (che pure si

sposta) e ai punti della superficie terrestre dai quali si osserva la Luna; insieme a quelle vere, esse ci

consentono di vedere un po’ più della metà della superficie lunare (circa il 59%).

Il movimento di rivoluzione, antiorario, della Luna attorno alla Terra si compie lungo un’orbita

ellittica di cui la Terra occupa uno dei due fuochi. Il punto più vicino alla Terra è il perigeo, quello

più lontano è l’apogeo; la modesta eccentricità dell’orbita lunare e un po’ maggiore di quella

dell’orbita terrestre (0,055). Il piano dell’orbita lunare non coincide con quello dell’orbita terrestre,

ma forma con esso un angolo di circa 5°; i punti di intersezione tra le due orbite sono i nodi, mentre

d h m s

la linea che li unisce è la linea dei nodi. La durata della rivoluzione e di 27 7 43 12 , il mese

d h m s

sidereo, se riferita a una stella della Sfera celeste (è la vera rivoluzione siderea). È di 29 12 44 3 il

mese sinodico o lunazione, se il riferimento è l’allineamento Terra-Sole (rivoluzione sinodica).

La Luna e la Terra girano insieme, intorno al baricentro o centro di massa del sistema che esse

costituiscono. A causa della maggiore massa terrestre rispetto a quella lunare, il baricentro del

sistema Terra-Luna è situato all’interno della Terra; e per questo motivo Si può dire,

approssimativamente, che la Luna gira intorno alla Terra.

Naturalmente, il sistema Terra-Luna si muove anche intorno al Sole; quindi la Luna compie anche

un movimento di traslazione, antiorario, descrivendo un’orbita complessa, l’epicicloide. Tale

orbita è sempre concava verso il Sole, a differenza di quella degli altri satelliti del Sistema solare:

questa e un’altra caratteristica che induce a considerare la Luna come “pianeta”.

Altri movimenti della Luna, molto più lenti, sono perturbazioni degli spostamenti lunari nello

spazio, causate dalla variabile attrazione gravitazionale del Sole e dei pianeti. Tra questi, la

regressione della linea dei nodi, che influisce sulla ciclicità delle eclissi, e la rotazione dell’asse

maggiore dell’orbita lunare. Naturalmente la Luna partecipa alla rotazione della nostra Galassia

e all’espansione dell’Universo.

Le fasi lunari e le eclissi:

Le condizioni di illuminazione della Luna cambiano durante il mese sinodico, al variare della sua

posizione rispetto alla Terra e al Sole: si hanno perciò le fasi lunari.

Quando ha Luna si trova dalla stessa parte del Sole rispetto alla Terra (congiunzione), la “faccia”

della Luna rivolta verso di noi non viene illuminata dal Sole e rimane oscura (fase di Luna nuova o

novilunio). Quando, invece, la Luna è situata dalla parte opposta del Sole rispetto alla Terra

(opposizione), i raggi solari illuminano la metà della Luna rivolta verso la Terra (fase di Luna piena

o plenilunio). Queste due posizioni vengono chiamate sizigie. Quando ha Terra, la Luna e il Sole

sono disposti nello spazio in modo da occupare i vertici di un triangolo rettangolo (quadrature)

risulta ben visibile solo un quarto della superficie lunare (primo quarto e ultimo quarto).

Poiché una rivoluzione sinodica dura circa 29 giorni e mezzo, le fasi lunari si ripetono con la stessa

successione in un periodo che corrisponde al “nostro mese”.

La Terra e la Luna sono corpi opachi; essendo pressoché sferici, se investiti da un fascio di luce

producono coni d’ombra. Se il Sole, la Terra e ha Luna si trovano lungo la linea dei nodi si

verificano le eclissi.

Le eclissi di Luna totali o parziali si verificano in plenilunio. Le eclissi totali di Sole si verificano in

novilunio, come le eclissi parziali di Sole e le eclissi anulari di Sole.

Il paesaggio lunare:

Il paesaggio della Luna è caratterizzato da distese scure e a fondo quasi piatto, i mari, e da vaste

regioni chiare e densamente craterizzate, le terre alte (o altopiani).

La superficie lunare è cosparsa di regolite (“polvere” e detriti prodotti dalla disgregazione delle

rocce ad opera di impatti meteoritici, vento solare e forti escursioni termiche), presente soprattutto

nei mari. Le forma più tipiche del rilievo lunare sono i crateri, prodotti dalla caduta di meteoriti e

micrometeoriti o (in minor quantità) da fenomeni vulcanici avvenuti nel passato. Tipici sono anche i

solchi.

La Luna è arida e senza vegetazione. Nei campioni di materiali lunari, prelevati dagli astronauti,

non sono state rinvenute tracce di vita, attuale o estinta.

Le rocce dei mari sono simili ai basalti terrestri,; quelle delle terre alte sono anortositi.

I sismografi lasciati sulla luna hanno registrato terremoti lunari che indicano una modesta attività

interna. L’interno della Luna è suddiviso in: crosta ,mantello (litosfera e astenosfera) e nucleo non

metallico.

L’origine e l’evoluzione della Luna:

Come per la genesi dell’Universo, anche per la luna sono state avanzate numerosi ipotesi e

formulate diverse teorie per la sua nascita. Le principali ipotesi e teorie formulate si possono

raggrupare in tre teorie principali:

1) Teoria della fissione: tale teoria sostiene che l’origine dell’instabilità rotazionale della terra

avrebbe causato il distacco della luna.

2) Teoria della cattura: tale teoria ipotizza che un tempo la luna era un corpo indipendente

che si muoveva liberamente nell’ambito del sistema solare quando ad un certo punto sarebbe

giunta tanto vicina alla terra da esserne attratta e messa in rotazione su un’orbita ellittica

rispondendo alle leggi di Keplero.

3) Teoria dell’accrescimento: tale teoria ipotizza che la luna si sarebbe formata dopo la terra,

dalla riunione di materiali diversi che un tempo erano in orbita intorno al nostro pianeta.

La storia della Luna, dopo la sua origine, è molto complessa e si articola in vari stadi evolutivi:

formazione della crosta; prima epoca di vulcanismo; bombardamento da parte di corpi meteoritici;

seconda epoca di vulcanismo; quiescenza.

MAREE

Le maree sono movimenti “periodici”, ossia oscillazioni ritmiche con innalzamenti (flussi) e

abbassamenti (riflussi) del livello marino. La fase di massimo sollevamento è l’alta marea, quella

di massimo abbassamento è la bassa marea; la differenza tra queste due è l’ampiezza della marea.

Le maree sono dovute all’azione gravitazionale esercitata soprattutto dalla Luna e subordinatamente

dal Sole sulle masse marine e oceaniche. Nel fenomeno interviene anche la forza centrifuga legata

alla rivoluzione del sistema Terra-Luna intorno al baricentro comune. In genere, in uno stesso punto

si verificano due flussi e due riflussi in un giorno lunare, cioè in 24 ore e 50 minuti: sono le maree

semidiurne. In alcune zone, però, si hanno maree diurne, cioè un solo flusso e un solo riflusso in

un giorno lunare, oppure maree miste, cioè due alte maree e due basse maree in un giorno lunare,

ma di ampiezza diversa.

Le correnti sono movimenti “costanti”; esse consistono in spostamenti orizzontali di masse d’acqua

che hanno velocità propria e si distinguono dalle acque circostanti per salinità e temperatura. Questi

movimenti sono dovuti soprattutto alle differenze di temperatura e di densità, ma anche allo spirare

dei venti.

Le correnti superficiali sono distinte in correnti calde e correnti fredde, a seconda che la loro

temperatura sia superiore o inferiore a quella delle acque circostanti; le prime si spostano dalle zone

equatoriali verso i poli, mentre quelle fredde chiudono il ciclo muovendo dalle alte latitudini verso

l’Equatore. Il loro spostamento è influenzato dalla morfologia dei bacini ed è soggetto alla forza di

Coriolis; perciò le correnti tendono a formare dei circuiti chiusi e distinti nei due emisferi:

nell’emisfero boreale la circolazione avviene in senso orario, in quello australe in senso antiorario.

Accanto alle correnti superficiali esiste una circolazione profonda, costituita di correnti fredde che

scorrono rasenti al fondo dalle alte latitudini verso l’Equatore.

Le correnti marine superficiali influenzano il clima delle aree costiere: le correnti calde favoriscono

l’evaporazione e sono apportatrici di umidità; quelle fredde invece, determinano condizioni di

aridità.

LA RAPPRESENTAZIONE DELLA SUPERFICIE TERRESTRE

I globi e le carte geografiche:

Data la forma sferoidale della Terra, l’unico “modello” idoneo a rappresentarne esattamente la

superficie è un globo.

Le carte geografiche forniscono una raffigurazione in piano del nostro pianeta o di una sua parte.

Una carta geografica si può definire come la “rappresentazione ridotta, approssimata e simbolica di

una zona più o meno vasta della superficie terrestre”.

La raffigurazione cartografica è ridotta, essendo impossibile riprodurre la Terra nelle sue vere

dimensioni. Queste dovranno quindi essere rimpicciolite secondo un rapporto di riduzione che

coinvolga le lunghezze (e quindi anche le aree) misurate sulla carta e quelle corrispondenti sul

terreno: tale rapporto si dice scala.

La carte geografica è approssimata poiché non è possibile sviluppare su un piano una superficie

sferica (come quella della Terra) senza che subisca delle deformazioni. I metodi utilizzati per

rappresentare in piano la superficie terreste sono le proiezioni geografiche.

Infine, gli oggetti geografici (rilievi, fiumi, opere umane, ecc.) dovranno essere indicati tramite

simboli cartografici, detti segni convenzionali, i quali ci consentano di riconoscere gli elementi

rappresentati. Perciò una carta geografica è anche simbolica.

Perché una qualsiasi rappresentazione della superficie terrestre possa essere considerata esatta, deve

presentare contemporaneamente tre “requisiti”:

• L’equidistanza (cioè deve mantenere inalterato il rapporto tra le lunghezze grafiche e le

lunghezze reali che esse rappresentano);

• L’equivalenza (ossia deve essere costante il rapporto tra le aree grafiche e le corrispondenti

aree reali);

• L’isogonia (l’angolo formato tra due linee qualsiasi che compaiono nella rappresentazione

deve essere uguale all’angolo compreso tra le corrispondenti linee sulla superficie terrestre).

Le rappresentazioni della superficie terrestre che posseggono questi requisiti sono dette,

rispettivamente, equidistanti, equivalenti e isogone (o conformi).

Soltanto i globi però posseggono contemporaneamente i tre requisiti suddetti. Le carte geografiche,

essendo approssimate, possono rispettarne al massimo uno e generalmente nemmeno in modo

completo: ad esempio, se sono equidistanti non lo sono in tutte le direzioni.

Comunque, se le zone rappresentate sono molto ristrette le carte geografiche moderne possono

essere considerate quasi graficamente esatte.

La scala delle carte geografiche:

Si definisce scala numerica (lineare) di una carte geografica “il rapporto tra una lunghezza

misurata sulla carta e la corrispondente lunghezza sulla superficie terrestre”.

Tale rapporto è espresso sotto forma di una frazione (1:N) in cui il numeratore rappresenta l’unità e

il denominatore N esprime il numero di volte di cui le distante reali sono state ridotte sulla carta.

Dato che questo rapporto è espresso sotto forma di frazione, la scala di una carta geografica sarà

tanto più grande quanto più piccolo è il denominatore, e viceversa. Potremmo quindi chiamare carte

a grande scale quelle per le quali il valore di N è piccolo (di solito inferiore a 150000) e carte a

piccola scala quelle in cui N è grande (in genere maggiore di 150000).

Oltre alla scala numerica, sulle carte è riportata spesso anche la scala grafica, cioè “la

rappresentazione grafica del rapporto numerico di riduzione”. Si tratta di due segmenti paralleli

divisi in tanti tratti uguali, detti unità grafiche, che corrispondono a determinate lunghezze sul

terreno (in metri, kilometri, miglia, ecc) e i cui valori vengono riportati su ogni divisione.

La scala di cui si è parlato finora esprime il rapporto tra le sole lunghezze, ma non quello esistente

fra le aree grafiche e quelle corrispondenti sulla superficie terrestre, è perciò utile ricordare che la

scala delle aree è uguale al quadrato della scala lineare.

Le proiezioni geografiche:

I vari sistemi elaborati per riportare sul piano il reticolato geografico, che costituisce la base di una

carta, cioè la trama su cui raffigurare gli elementi della superficie terrestre, prendono il nome di

proiezioni geografiche; queste possono essere fondate su procedimenti geometrici o matematici e

vengono scelte in base alla finalità della carta e secondo il numero degli oggetti reali che su di essa

si vogliono poi rappresentare.

Le proiezioni geografiche si dividono in proiezioni pure, modificate e convenzionali.

• Nelle proiezioni pure il reticolato geografico viene riportato su di una superficie ausiliaria,

applicando i soli principi geometrici; la superficie può essere un piano (proiezioni

prospettiche) o quella di un solido sviluppabile in piano (proiezioni di sviluppo).

• Le proiezioni modificate si ottengono dalle precedenti, apportando alla costruzione

geometrica quelle correzioni adatte a diminuire le inevitabili deformazioni dovute al fatto

che la superficie terrestre non è perfettamente sviluppabile in piano.

• Le proiezioni convenzionali (dette forse meglio rappresentazioni), infine, sono basate sulle

relazioni matematiche esistenti tra i punti della superficie terrestre e quelli corrispondenti

sulla carta. In tal modo, a seconda degli scopi che ci si propone, è possibile costruire carte

che rispettino uno dei tre requisiti già citati, cioè l’equidistanza o l’equivalenza o l’isogonia.

Le proiezioni pure formano la categoria delle proiezioni vere e proprie, che in genere si

suddividono in prospettiche e di sviluppo.

Nelle proiezioni prospettiche si immagina di proiettare il reticolato geografico su di un piano

tangente alla Terra, che si suppone completamente sferica. Il punto da cui si immagina che

fuoriescano le visuali si chiama punto di vista e si trova dalla parte diametralmente opposta al piano

di proiezione (quadro), su cui si suppone di intercettare le suddette visuali. Sia il punto di vista che

il quadro possono occupare infinite posizioni nello spazio, ma solo alcune di esse interessano in

particolare.

Nelle proiezioni di sviluppo la superficie ausiliaria su cui si riporta il reticolato geografico è

rappresentata da un cilindro o da un cono: perciò si parla di proiezioni cilindriche e proiezioni

coniche.

Nelle proiezioni cilindriche il solido avvolgente la superficie terrestre si può immaginare tangente

all’Equatore o secante lungo due paralleli intermedi; per cui l’asse terrestre viene ad essere

coincidente con l’asse del cilindro.

Nelle proiezioni coniche il solido ausiliario è rappresentata da un cono retto, la cui superficie

laterale si immagina disposta sulla sfera terrestre e tangente a questa lungo un parallelo o secante

lungo due paralleli.

Le proiezioni pure possono essere soggette a modificazioni atte a ridurre le deformazioni introdotte

nel passaggio dalla sfera terrestre al piano o alla superficie ausiliaria: si ottengono così le proiezioni

modificate. In taluni casi, invece di applicare i principi geometrici, il reticolato geografico si

costruisce ricorrendo alle relazioni matematiche che legano tra loro i vari punti della superficie

terrestre, ricostruite sulla carta: si hanno allora le proiezioni convenzionali, meglio dette

rappresentazioni. Le carte così ottenute possono presentare analogie con un determinato tipo di

proiezione geometrica, e perciò si possono anche considerare come rappresentazioni

pseudocilindriche o pseudoconiche: le prime ricordano le proiezioni cilindriche, le seconde quelle

coniche.

Tra le proiezioni modificate, la più nota e diffusa è la proiezione conforme di Mercatore, una

proiezione cilindrica in cui sono apportate alcune modifiche per ovviare all’inconveniente del

notevole schiacciamento delle regioni polari. I meridiani e i paralleli sono rappresentati da due fasci

di rette parallele, tra loro ortogonali: i primi sono tra loro equidistanti mentre i secondi si vanno

distanziando dall’Equatore verso i poli nella stessa proporzione secondo la quale si allontanano i

meridiani.

Tra le proiezioni convenzionali ricordiamo innanzitutto la rappresentazione conforme di Gauss

(detta anche cilindrica trasversa di Mercatore). Anche essa può essere considerata pseudocilindrica:

in questo caso però il cilindro avvolgente la superficie terrestre si deve supporre tangente non

all’Equatore ma ad un meridiano, per cui l’asse del cilindro stesso risulterà ortogonale all’asse

terrestre; sarà così possibile considerare infiniti cilindri tangenti alla superficie della Terra, perché

infiniti sono i meridiani che si possono tracciare su di essa. Sviluppando in piano il cilindro,

soltanto il meridiano di tangenza e l’Equatore si presentano come due linee rette, tra loro ortogonali,

mentre gli altri meridiani e i paralleli sono rappresentati da linee curve simmetriche rispettivamente

al citato meridiano e all’Equatore.

LA DINAMICA INTERNA DELLA TERRA

LA CROSTA TERRESTRE: MINERALI E ROCCE

La croste terrestre:

La crosta terrestre è la parte più esterna del nostro pianeta, del quale costituisce un involucro solido

di modesto spessore (da alcuni km a poche decine di km), che ricopre in modo continuo il resto

dell'interno della Terra.

Insiemi di atomi: elementi, composti e miscele:

I chimici definiscono «sostanza» un campione di materia con composizione chimica definita e

dividono le sostanze in elementi e composti.

• Un elemento è una sostanza formata di atomi tutti uguali, cioè tutti con lo stesso numero

atomico.

• Un composto si forma quando due o più atomi diversi «reagiscono», cioè si legano insieme: per

esempio, l'acqua è un composto, in cui un atomo di ossigeno è «chimicamente legato» a due

atomi di idrogeno. Gli atomi in un composto sono presenti in un rapporto ben preciso, perché

ogni composto ha una composizione definita e invariabile: il cloruro di sodio (il «sale da

cucina») contiene un atomo di sodio per ogni atomo di cloro.

Ricordiamo che la più piccola particella di una sostanza (elemento o composto) che ne conserva

tutte le caratteristiche è la molecola e che una molecola può essere formata da un solo atomo o

da più atomi.

In natura difficilmente si trovano sostanze pure, cioè con una composizione definita in ogni loro

parte; più spesso si trovano miscele, cioè materia di composizione variabile, formata da due o più

sostanze che conservano ognuna le proprie caratteristiche. Esse si possono distinguere in miscugli e

soluzioni.

• Il miscuglio è una miscela eterogenea, in cui le singole sostanze componenti rimangono

separate, anche se vengono mescolate, come una sabbia formata da granuli diversi.

• Le soluzioni sono miscele omogenee, in cui le singole sostanze componenti non si distinguono

più e che presentano le stesse caratteristiche in ogni loro parte; non sono tuttavia sostanze pure,

perché la loro composizione può variare entro limiti anche ampi, come quando si fa sciogliere

del sale nell'acqua.

Stati di aggregazione della materia:

La materia che ci circonda si presenta secondo tre diversi «modi di essere», che vengono definiti

stati di aggregazione: solido (come le rocce), liquido (come l'acqua) e gassoso (come l'aria).

• I materiali allo stato solido hanno forma e volume proprio: si può pensare che, al loro interno, le

molecole di cui sono costituiti siano reciprocamente legate da forze così intense che esse

finiscono per occupare posizioni mediamente fisse una rispetto all'altra.

• I materiali allo stato liquido hanno anch'essi volume proprio, ma assumono la forma del

recipiente che li contiene; le molecole di cui sono costituiti sono legate da forze meno intense,

per cui sono libere di scorrere l'una contro l'altra.

• I materiali allo stato gassoso non hanno volume proprio e, liberi da ostacoli, tendono ad

espandersi occupando tutto lo spazio disponibile, essendo esigue le forze di attrazione tra le

singole molecole.

Lo stato di aggregazione non è una caratteristica fissa di una sostanza: l'acqua può assumere lo stato

solido {ghiaccio), liquido o gassoso (vapore acqueo); ogni sostanza, infatti, può cambiare di stato

assorbendo o liberando energia sotto forma di calore.

I minerali:

Un minerale è una sostanza naturale solida, con due caratteristiche fondamentali:

• una composizione chimica ben definita (o variabile entro ambiti ristretti);

• una disposizione ordinata e regolare degli atomi che la costituiscono, fissa e costante per ogni

tipo di minerale.

I minerali sono in genere di origine inorganica, ma vengono compresi tra essi anche sostanze come i

carboni, gli idrocarburi e l'ambra, la cui formazione passa attraverso processi biologici.

Come tutta la materia, i minerali sono formati dalla combinazione degli stessi elementi chimici che

si ritrovano nella composizione di tutto l'Universo. Alcuni minerali, come l'oro e l'argento, sono

formati da un solo tipo di elemento, ma la maggior parte sono il risultato della combinazione di due

o più elementi, legati tra loro in un composto chimico (ossidi o sali).

Struttura interna:

Quasi tutti i minerali hanno una struttura cristallina, cioè un'«impalcatura» interna, regolare e

ordinata, invisibile perché a livello atomico, dalla quale si origina la forma esterna del minerale, che

è invece ben visibile e altrettanto regolare, il cosiddetto abito cristallino o cristallo.

La struttura interna di un cristallo di un qualunque minerale è quindi caratterizzata da una

disposizione degli atomi nello spazio tale che una stessa configurazione di atomi si ripete a

intervalli regolari lungo più direzioni; la struttura tridimensionale che così si realizza viene

genericamente chiamata reticolo e si presenta come allineamenti regolari di atomi («filari»), lungo i

quali atomi della stessa natura o di natura diversa si susseguono a distanze fisse e sono separati da

spazi vuoti.

L'esistenza di atomi diversi per dimensioni e struttura elettronica dà origine a reticoli cristallini

diversi; anche le forme degli abiti cristallini, di conseguenza, sono molteplici e spesso complesse,

ma tutte rispondono a leggi di simmetria che governano l'organizzazione reticolare estesa in modo

indefinito nello spazio tridimensionale.

Proprietà fisiche dei minerali:

Composizione chimica e abito cristallino sono le caratteristiche fondamentali di un minerale, alle

quali si associano però anche alcune proprietà fisiche, che aiutano nel riconoscimento dei minerali.

• La durezza è la proprietà di resistere all'abrasione o alla scalfittura e dipende dalla forza dei

legami reticolari; viene misurata in base alla scala di Mohs, una successione determinata di 10

minerali, ciascuno dei quali può scalfire le facce del minerale che lo precede nella scala ma viene

scalfito dal minerale che lo segue. Scala di Mohs

Minerale Numero della Scala Oggetti Comuni

Talco 1

Gesso 2 Unghia

Calcite 3 Filo di rame o moneta

Fluorite 4

Apatite 5 Lama di un temperino

Ortoclasio 6 Vetro di finestra

Quarzo 7 Filo di acciaio

Topazio 8

Corindone 9

Diamante 10

• La sfaldatura è la tendenza di un minerale a rompersi per urto secondo superfici piane, parallele

a una o più facce dell'abito cristallino; essa dipende dalla diversa forza dei legami tra gli atomi

nelle diverse direzioni entro il cristallo. Un cristallo di salgemma, per esempio, si sfalda lungo le

superfici che formano tra loro angoli diedri di 90 gradi, per cui i frammenti che ne risultano sono

tutti di forma cubica.

• La lucentezza misura il grado in cui la luce viene riflessa dalle facce di un cristallo e si distingue

in metallica, tipica di sostanze che assorbono totalmente la luce e che risultano opache, e non

metallica, tipica dei corpi più o meno trasparenti.

• Il colore è una proprietà molto evidente, ma meno diagnostica di altre; alcuni minerali

presentano sempre lo stesso colore (idiocromatici: il lapislazzulo, turchino; la malachite, verde;

il cinabro, rosso ecc.), altri presentano colori diversi a seconda di impurità chimiche rimaste

incluse nel reticolo durante la sua formazione o per particolari «difetti» in alcuni punti del

reticolo (allocromatici: il quarzo e molte pietre preziose).

• Un'altra caratteristica importante dei minerali è la densità o, più correttamente, la massa

volumica (massa per unità di volume; nel Sistema Internazionale si misura in kg/m ), che

dipende direttamente dall'addensamento di atomi nel reticolo, per cui il suo valore è significativo

anche per l'identificazione dei minerali.

I minerali delle rocce:

Per potersi orientare tra le oltre 2000 specie (e numerosissime varietà) di minerali oggi note è

necessario ricorrere a una classificazione che, per essere significativa dal punto di vista geologico,

deve tener conto delle caratteristiche fondamentali dei minerali: struttura del reticolo cristallino

(che dà origine all'abito cristallino) e composizione chimica. Le unità base di questa classificazione

sono le specie minerali, ognuna delle quali comprende tutti gli individui minerali che hanno lo

stesso tipo di reticolo strutturale e composizione chimica uguale (o variabile entro limiti ben

precisi).

La struttura reticolare e la composizione chimica dei minerali è alla base di una loro suddivisione in

8 classi che prendono nome dall’anone presente nel composto. Le altre duemila specie minerali

oggi note non hanno però tutte la stessa importanza nella composizione della crosta terreste; le

specie veramente abbondanti sono una ventina ed il 98% della crosta terrestre è formata solo da 8

elementi chimici e che tra questi ossigeno e silicio sono di gran lunga i più abbondanti e si

combinano tra loro a formare i silicati, il gruppo più diffuso di minerali.

Dove si formano i minerali:

I minerali sono il risultato di una serie di reazioni chimico-fisiche che si possono riassumere nel

processo di cristallizzazione, cioè nel passaggio da un insieme di atomi disordinati a porzioni di

materia rigorosamente ordinata. Ogni specie minerale dipende, perciò, dalle caratteristiche

dell'ambiente naturale in cui si forma: temperatura, pressione e concentrazione dei diversi elementi

chimici presenti. Ricordiamo i principali processi che danno origine a un minerale.

• Cristallizzazione da materiale fuso (per esempio la lava eruttata da un vulcano) che si raffredda:

gli atomi o i gruppi di atomi si aggregano per formare i reticoli cristallini tipici dei composti

chimici che possono formarsi a seconda della natura del fuso.

• Precipitazione da soluzioni acquose calde in via di raffreddamento: al diminuire della

temperatura si formano via via cristalli di specie mineralogiche diverse, a seconda della

composizione chimica della soluzione.

• Sublimazione di vapori caldi, come le esalazioni vulcaniche; le superfici relativamente fredde

vicine alla zona di fuoriuscita dei vapori si rivestono di cristalli.

• Evaporazione di soluzioni acquose, soprattutto acque marine.

• Attività biologica, che porta alla costruzione di gusci o apparati scheletrici.

Aggiungiamo, infine, trasformazioni allo stato solido di minerali già esistenti, i cui reticoli

cristallini, a causa di variazioni di temperatura o di pressione (o di entrambe) subiscono profondi

cambiamenti, dando origine a specie mineralogiche diverse da quelle di partenza: sono

trasformazioni, come vedremo, ampiamente diffuse soprattutto in profondità, entro la crosta.

Le rocce:

Una roccia il più delle volte è un aggregato naturale di diversi minerali, talvolta anche di sostanze

non cristalline, di solito compatto, che forma una massa ben individuabile, distinta da altre masse

analoghe. In genere, quindi, le rocce sono eterogenee, costituite, cioè, da più specie di minerali, ma

non di rado ci imbattiamo in masse rocciose omogenee, formate da un solo minerale

(monominerali), come un ammasso di calcare o di gesso o di salgemma; su grande scala, però,

anche le rocce omogenee contengono, diffuse, masserelle o tracce di altri minerali che tolgono alla

roccia quella uniformità chimica che di norma caratterizza un minerale.

I processi litogenetici:

Le masse rocciose di cui è costituita la crosta si originano e si evolvono in condizioni molto varie,

che si possono sintetizzare in tre grandi processi litogenetici, cioè «generatori di rocce», tra loro

chiaramente distinguibili anche se non mancano passaggi sfumati e sovrapposizioni di fenomeni. I

tre processi che danno origine alle rocce prendono i nomi di magmatico (o igneo), sedimentario e

metamorfico, e gli stessi nomi caratterizzano anche i tre gruppi di rocce che ne derivano.

• Il processo magmatico è caratterizzato dalla presenza iniziale di un materiale fuso, chiamato

genericamente magma, che risale dall'interno della Terra ad alta temperatura (tipicamente da

parecchie centinaia al migliaio di °C), in condizioni di pressione molto varie. La progressiva

cristallizzazione del fuso per diminuzione della temperatura porta alla formazione di aggregati di

minerali che costituiscono le rocce magmatiche (o ignee).

• Il processo sedimentario ha caratteristiche nettamente opposte: esso comprende l'alterazione e

l'erosione dei materiali rocciosi che affiorano in superficie (dove sono attivi i cosiddetti agenti

esogeni, quali l'acqua, il vento e il ghiaccio), e il successivo loro trasporto e accumulo, che

portano alla formazione di nuovi prodotti, le rocce sedimentarie. Il processo sedimentario si

svolge sulla superficie terrestre o a modesta profondità, per cui è caratterizzato da basse

temperature (all'incirca tra 0 e 150 °C) e da bassa pressione.

• Il processo metamorfico ha come caratteristica fondamentale la trasformazione, che avviene

all'interno della Terra allo stato solido (senza, cioè, l'intervento di soluzioni o di fusi, come negli

altri processi), di rocce preesistenti (magmatiche, sedimentarie) che vengono a trovarsi in

condizioni ambientali diverse da quelle di origine: i minerali preesistenti, non più stabili,

vengono distrutti e se ne formano altri, in equilibrio con le nuove condizioni; si originano così le

rocce metamorfiche. Le temperature sono comprese tra 300 e 800 °C, quindi tra quelle tipiche

del processo sedimentario e quelle proprie del processo magmatico, mentre le pressioni sono

quasi sempre elevate.

La superficie delle terre emerse, «ripulita» dalla copertura vegetale e dal suolo (che rappresenta

l'alterazione delle rocce a contatto con l'atmosfera), risulterebbe formata per il 55-60% da rocce

metamorfiche, che sono quindi le più abbondanti, per il 35-40% da rocce ignee e fino al 5%, o poco

più, da rocce sedimentarie.

Se si scende in profondità entro la crosta, le rocce sedimentarie scompaiono ben presto e vengono

sostituite da rocce magmatiche intrusive e, soprattutto, metamorfiche: queste ultime, in pratica, sono

le sole presenti nella parte più profonda della crosta.

Rocce magmatiche o ignee:

Un magma è un materiale fuso che si forma per cause diverse entro la crosta o la parte alta del

sottostante mantello, a profondità variabili (in genere tra i 15 e i 100 km). Tali masse fuse, di

dimensioni anche enormi, sono miscele complesse di Silicati ad alta temperatura, ricche di gas in

esse disciolti. Se, dopo la sua formazione, il magma subisce un raffreddamento, inizia un processo

di cristallizzazione: dal fuso si separano via via, secondo il loro punto di fusione, vari tipi di

minerali, dalla cui aggregazione finale risulterà formata una nuova roccia.

Le rocce magmatiche si dividono in due gruppi:

• rocce intrusive (o plutoniche), quando divengono solide e cristalline in profondità, circondate da

altre rocce; si formano quando vi è l'impossibilità, per la massa fusa, di giungere in superficie;

• rocce effusive, quando la massa magmatica, spinta dalla pressione dei gas in essa disciolti, trova

una via di risalita, sfruttando fratture nella crosta o contribuendo a crearne di nuove, e giunge

così a traboccare in superficie, dove solidifica all'aria libera.

Come si possono riconoscere i due tipi di rocce? Nel caso di rocce effusive che si formano adesso o

si sono formate da poco non vi è difficoltà, in quanto si riconoscono ancora facilmente gli apparati

da cui le colate di lava sono fuoriuscite in superficie. Meno facile è riconoscere rocce effusive

antiche e non è nemmeno facile distinguerle dalle rocce intrusive, simili per molti aspetti.

La soluzione del problema è stata fornita dalla Petrografia, che ha messo in luce come avviene il

passaggio dal materiale fuso a una roccia solida.

• Nel caso delle rocce intrusive, poiché il magma si trova fermo entro la crosta, circondato da

altre rocce che fanno da isolante termico, il raffreddamento avviene in tempi molto lunghi; in tali

condizioni, tutto il fuso arriva a cristallizzare e la roccia ignea intrusiva che ne deriva è tutta

formata da cristalli di dimensioni già visibili ad occhio nudo, o più grandi: presenta cioè una

struttura granulare olocristallina. Le masse rocciose di questo tipo possono venir spinte verso

l'alto dai movimenti della crosta fino a comparire in superficie per la lenta demolizione delle

rocce sovrastanti, asportate dagli. agenti esogeni.

• Nel caso delle rocce effusive, invece, il magma, come già detto, risale fino in superficie, dove

trabocca come lava; in tal caso la temperatura passa rapidamente da circa 1000 °C a quella

ambiente, la pressione scende in brevissimo tempo da valori molto alti (diverse migliaia di

atmosfere) a quelli ordinari, gas e vapori si disperdono nell'aria. In queste condizioni, solo una

piccola parte della massa magmatica, finché è ancora in profondità o mentre sta risalendo, si

trasforma in cristalli di dimensioni apprezzabili (almeno qualche mm) detti fenocristalli; quasi

tutta la massa consolida invece quando arriva in superficie e lo fa così rapidamente che i cristalli

non hanno tempo di accrescersi. Si forma così un ammasso di cristalli minuscoli, visibili solo al

microscopio o, addirittura, una sostanza almeno in parte vetrosa, poiché gli atomi e i gruppi di

atomi non hanno avuto tempo di organizzarsi in reticoli cristallini (il vetro, infatti, è una sostanza

amorfa, cioè non cristallizzata, che si forma per rapido raffreddamento di un fuso silicatico).

Si realizza così la struttura porfirica (dal nome di una delle più tipiche rocce effusive, il

porfido), in cui in una pasta di fondo (cioè formata di cristalli piccolissimi) o anche in parte

amorfa (vetrosa) vi possono essere, sparsi qua e là, un certo numero di fenocristalli. In casi

particolari, tutta la massa è vetrosa: sono le ossidiane, o «vetri vulcanici».

Classificare le rocce magmatiche:

I magmi (e le lave che ne derivano) possono avere composizioni diverse, per cui la cristallizzazione

può portare nei vari casi a rocce che differiscono tra loro per i tipi di minerali in esse aggregati.

La distinzione tra i vari tipi di magmi si basa sul loro contenuto in silice (SiO ), libera o combinata

2

nei silicati;

Su tale base, i magmi si dividono in:

• magmi acidi (ricchi in silice);

• magmi neutri;

• magmi basici;

• magmi ultrabasici (poverissimi in silice).

• Magmi acidi. Sono magmi ricchi in Si (silicio) e Al (alluminio), i quali danno origine a rocce

con densità intorno a 2,7, formate da pochi silicati, da molti alluminosilicati e da una certa

quantità di silice libera (Si0 ), che solidifica in granuli di quarzo. In totale, la silice arriva a oltre

2

il 65% in peso. Tali rocce sono dette acide o sialiche (dalle iniziali di silicio e alluminio).

• Magmi neutri. Hanno una composizione intermedia (dal 52 al 65% in peso di silice) e danno

origine a rocce neutre, con densità superiore a quella delle rocce acide e con un rapporto

equilibrato fra alluminosilicati e silicati.

• Magmi basici. Hanno una quantità bassa di silice (inferiore al 52%) ma sono relativamente più

ricchi in Fe (ferro), Mg (magnesio) e Ca (calcio); essi danno origine a rocce in genere scure (dal

verde al grigio scuro e al nero), con densità prossima a 3, formate da molti silicati e prive di

silice libera: tali rocce sono dette basiche o, genericamente, femiche (dalle iniziali di ferro e

magnesio).

• Magmi ultrabasici. In questi magmi la percentuale di silice è inferiore al 45% in peso. Le rocce

cui danno origine sono dette ultrabasiche o ultrafemiche: sono tutte di colore molto scuro,

hanno densità elevata (3 o superiore) e sono formate essenzialmente da silicati di Fe e Mg.

Analogamente alle rocce, i minerali ricchi in Si ed Al sono detti siedici; quelli ricchi Fe, Mg e Ca

sono detti femici.

Le “famiglie” di rocce magmatiche:

• famiglia dei graniti (rocce acide);

• famiglia delle dioriti (rocce neutre); famiglia dei gabbri (rocce basiche);

• famiglia delle pendoliti (rocce ultrabasiche);

• famiglia delle rocce alcaline (rocce particolarmente ricche in sodio e potassio).

• Famiglia dei graniti. Le rocce intrusive acide di questa famiglia sono di gran lunga il tipo più

diffuso tra tutte le rocce ignee intrusive: esse contengono molti granuli di quarzo, molti cristalli

di feldspati e pochi minerali temici. Le rocce ricche di quarzo sono tipicamente i graniti; quelle

più povere di quarzo vengono distinte come granodioriti e, sono il tipo più abbondante nella

parte superiore della crosta.

Le masse fuse di tipo granitico vengono generate a grande profondità (qualche decina di km), e

danno origine ad ammassi di rocce durissime, lunghi da qualche decina a molte centinaia di km.

Questi corpi prendono il nome di batoliti («rocce profonde») e si sono formati in quei settori di

crosta in cui sono sorte grandi catene montuose, dove vengono messi in luce con il tempo dai

fenomeni erosivi.

Le rocce effusive di questa famiglia hanno la stessa composizione chimica di quelle intrusive,

ma diverse modalità di cristallizzazione (struttura porfirica). Ricorderemo le rioliti o lipariti,

che possono assumere l'aspetto vetroso delle ossidiane (a pasta tutta vetrosa per la rapidità di

raffreddamento).

• Famiglia delle dioriti. Deriva da magmi neutri, che danno luogo a una miscela equilibrata di

composti sialici (abbondanti plagioclasi) e di composti temici (pirosseni o anfiboli). I

corrispondenti effusivi delle dioriti tipiche, di regola con fenocristalli abbondanti e ben

cristallizzati, sono le andesiti che caratterizzano l'attività degli allineamenti di vulcani che

fiancheggiano le grandi fosse abissali, come la catena di vulcani delle Ande, da cui queste rocce

hanno preso il nome.

• Famiglia dei gabbri. I magmi gabbrici sono basici e danno rocce intrusive scure, con plagioclasi

ricchi di calcio associati a pirosseni, anfiboli e olivina. Le corrispondenti rocce effusive

principali sono i basalti, il tipo più diffuso tra tutte le rocce effusive, che formano, tra l'altro, il

«pavimento» di tutti gli oceani.

Le rocce basaltiche sono di grande interesse teorico: secondo molti studiosi, infatti, il globo

terrestre nei primi tempi della sua vita avrebbe avuto una crosta superficiale (priva di acque

perché ancora troppo calda) omogenea e simile al basalto. Non si dimentichi che anche le rocce

lunari possiedono in buona parte la stessa composizione.

• Famiglia delle peridotiti. Sono rocce che derivano da magmi ultrabasici e sono formate in gran

parte da olivina (nota anche con il nome di peridoto); le più note sono le peridotiti, nere, pesanti

e spesso interessate da giacimenti minerari di alto valore, come i composti del cromo. Esse

hanno distribuzione limitata sui continenti, mentre sono il costituente fondamentale della parte

superiore del mantello.

• Famiglia delle rocce «alcaline». Alcuni magmi risultano particolarmente ricchi di elementi

alcalini, cioè Na (sodio) e K (potassio), tanto da dare origine ad abbondanti minerali dei tipi

feldspati e feldspatoidi a scapito degli altri minerali. Si riconosce cosi una famiglia di rocce

«parallela» alle precedenti, che comprende a sua volta rocce neutre e basiche. Tra le rocce

alcaline neutre ricordiamo le sieniti (intrusive), prive o poverissime di quarzo e ricche di

ortoclasio, e le loro corrispondenti effusive, le trachiti. Tra le rocce alcaline basiche ricordiamo

le leucititi, comuni nel Lazio e nella Campania, caratterizzate da fenocristalli tondeggianti e

biancastri di leucite sparsi in una pasta di fondo grigia.

Origine dei magmi:

I magmi provengono dalla fusione di porzioni della crosta a varie profondità o della parte superiore

del mantello.

• Secondo le conoscenze attuali, se la fusione avviene a grande profondità nel mantello (la cui

natura, è ultrabasica), essa porta alla formazione di un magma primario di composizione

prossima a quella del basalto, ad alta temperatura (la temperatura di fusione per le rocce del

mantello è 1200-1400 °C) e molto fluido, tanto da poter risalire fino in superficie prima di

cristallizzarsi. Esso dà origine, così, a gran parte delle rocce effusive (compresi molti esempi di

rocce acide, per un processo di differenziazione).

• Diverso è il risultato se il processo avviene a minori profondità all'interno della crosta

continentale, dove, scendendo di qualche decina di km, la temperatura è abbastanza elevata (tra i

600 e i 700 °C) da provocare, almeno in certe condizioni, la fusione dei minerali sialici,

ampiamente presenti in tale tipo di crosta: attraverso questo processo, chiamato anatessi, si

formano perciò fusi acidi (cioè ricchi in silice) detti magmi analettici.

Tali magmi hanno elevata viscosità, poiché sono costituiti da una porzione fusa che avvolge e

permea molti residui ancora solidi (perché più refrattari, cioè fatti di minerali a più alto punto di

fusione): essi si muovono perciò con notevole difficoltà e non risalgono molto entro la crosta, per

cui tendono a cristallizzarsi in profondità; in tal modo, pian piano, con il procedere dell'anatessi, si

formano i batoliti granitici. Qualunque tipo di roccia, sedimentaria o ignea, trasportato abbastanza

in profondità da movimenti entro la crosta, finisce per subire in qualche grado tale processo di

fusione e i suoi elementi vengono «riciclati» come magma anatettico.

In definitiva, mentre i magmi basici, che danno origine ai basalti, risalgono fino in superficie da

zone molto profonde e sono una specie di «distillato» del mantello, i magmi acidi, che danno

origine a rocce simili ai graniti e alle granodioriti, rappresentano una rielaborazione locale delle

rocce della crosta continentale.

In realtà questo schema dell'origine dei due tipi fondamentali di magmi si complica nell'evoluzione

dei fusi verso la cristallizzazione. Un magma basico, per esempio, può risalire direttamente dal

mantello attraverso fessure profonde fino a espandersi come lava sul fondo degli oceani o nel cuore

di un continente, dando origine ai basalti; ma può anche risalire per tappe successive, e allora il

fuso comincia a. frazionarsi, cioè cambia composizione nel tempo e dà origine via via a magmi

diversi. Esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che, attraverso questi meccanismi di

differenziazione, da un magma in origine basico si può ottenere una roccia a composizione dioritica

o addirittura granitica, cioè neutra o acida. Si tratta, comunque, è bene tenerlo presente, di masse

limitate, certo non confrontabili con i giganteschi batoliti originati dai magmi nel processo di

anatessi.

Anche i magmi anatettici possono presentare in realtà una gamma sfumata di composizioni. Questo

dipende soprattutto dalla grande eterogeneità della crosta continentale dalla cui fusione si originano

i magmi, ma anche dalla temperatura a cui è avvenuta la fusione (più alta è la temperatura, più ricco

diventa il magma in componenti temici, che sono i più restii a fondere).

In conclusione, la diffusa risalita di magmi basici dal mantello e gli estesi fenomeni di anatessi nella

crosta sono responsabili dei due tipi più frequenti di rocce magmatiche, rispettivamente basiche e

acide, mentre l'ampia gamma delle altre rocce magmatiche, con tanti tipi diversi, ma assai meno

frequenti, è legata a fenomeni di differenziazione o anche di «contaminazione» tra magmi del

mantello e materiali della crosta che essi attraversano nella loro risalita.

Rocce sedimentarie:

Le rocce sedimentarie sono la traccia delle continue trasformazioni in atto da tempi lunghissimi

sulla superficie della Terra. Sono rocce molto diffuse, anche se arrivano appena al 5% della

composizione della crosta superiore (il resto sono rocce magmatiche e metamorfiche), ma in

compenso sono estremamente eterogenee e questo riflette i numerosi modi in cui tali rocce possono

formarsi.

Dai sedimenti sciolti alle rocce compatte:

Il termine sedimentazione indica la deposizione e l'accumulo, su terre emerse o sul fondo di bacini

acquei (fiumi, laghi, mari), di materiali di varia origine, inorganica o anche organica, dopo che

questi sono stati in genere trasportati più o meno a lungo dai cosiddetti «agenti esogeni» (acque,

venti, ghiacci, ecc). Il processo avviene quotidianamente sotto i nostri occhi sul fondo delle valli

(depositi fluviali), ai piedi delle montagne, dove cadono i frammenti rocciosi che si staccano dalle

masse sovrastanti (detriti di falda), nel deserto (sabbia eolica), sul fondo dei laghi (fanghi argillosi

o calcarei) o delle paludi (torba), in riva al mare (depositi sabbiosi o ciottolosi), in pieno oceano

(argille e calcari); in ambiente marino o lacustre non di rado si formano sedimenti anche per

l'abbondante accumulo di gusci o scheletri di organismi.

Il lento passaggio da sedimenti «freschi» (cioè appena accumulatisi e, in genere, formati da

frammenti distinti) a rocce sedimentarie vere e proprie avviene per un insieme di fenomeni che

prende il nome di diagenesi. Tra questi, il più comune è la litificazione che avviene essenzialmente

per compattazione e cementazione.

La compattazione è dovuta al peso dei materiali che via via si sovrappongono e che, comprimendo i

sedimenti sottostanti, riducono gli spazi vuoti (pori) tra i singoli frammenti. Nelle argille, lo

spessore può ridursi in tal modo di oltre il 50%.

La cementazione è prodotta invece da acque che circolano nei sedimenti sfruttando la presenza dei

pori e che portano in soluzione alcune sostanze; col tempo tali sostanze possono precipitare


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Moses

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DETTAGLI
Esame: Astronomia
Corso di laurea: Corso di laurea in astronomia
SSD:
Docente: Ciotti Luca
Università: Bologna - Unibo
A.A.: 2014-2015

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Moses di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Astronomia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bologna - Unibo o del prof Ciotti Luca.

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