Scienze della Terra Pappalardo (morfostrutture, atmosfera, idrosfera)

Geografia fisica (scienze della terra)

Prof.ssa M. Pappalardo
2017/2018
Silvia Fruzzetti

Parte 1

Modello interno della terra

La struttura interna della Terra ha una disposizione a strati con diverse proprietà chimiche e reologiche. La crosta è solida, il mantello viscoso, il nucleo esterno liquido e il nucleo esterno solido. La struttura interna della Terra è basata su pochi Km di estrapolazioni, dai campioni portati in superficie da vulcani e dalle analisi delle onde sismiche.

Classificazione delle rocce

Le rocce, al contrario dei minerali, non hanno una composizione chimica ben definita. La classificazione deriva dai differenti modi in cui hanno avuto origine:

• Rocce ignee. Derivano dalla solidificazione del magma e si dividono in:
  • Intrusive: raffreddamento lento in profondità (granito)
  • Effusive: raffreddamento più veloce (basalto)
• Rocce sedimentarie. Sono rocce di 2^ generazione e si dividono in:
  • Clastiche: formate da frammenti di rocce preesistenti (arenaria)
  • Organogene: costituite da frammenti provenienti da resti di organismi
• Metamorfiche: Formate in seguito a variazioni di condizioni ambientali come cambi di temperatura, di pressione e di ambiente chimico. Questi portano a una riorganizzazione mineralogica dove la roccia si compone di minerali isorientati.

Dimensioni della terra

Raggio polare: 6356 km
Raggio equatoriale: 6377 km
Schiacciamento: 1/297
Superficie totale: 510,000,000 km²
Superficie terre emerse: 149,400,000 km²

La forma della terra non è definibile né matematicamente, né geometricamente. È solo misurabile.

Latitudine: distanza angolare di un punto dall'equatore
Longitudine: distanza angolare di un punto dal meridiano di Greenwich

Massime elevazioni

La massima elevazione terrestre si ha nell'Everest, un monte asiatico della catena dell'Himalaya alto 8850 m sul livello del mare. È di tre ordini inferiori rispetto al raggio terrestre (1000 volte). Il riferimento usato per misurare l'elevazione è il livello medio del mare.

Nei diversi continenti, le massime elevazioni cambiano:

• Africa: Kilimanjaro 5895 m
• Antartide: Monte Vinson 5140 m
• Asia: Everest 8850 m
• Europa: Monte Bianco 4807 m
• Oceania: Puncak Jaya 5040 m
• America Settentrionale: McKinley 6194 m
• America Meridionale: Aconcagua 6960 m

L'elevazione media è maggiore in Antartide. L'elevazione massima è maggiore in Asia. L'elevazione media minore è in Europa e Oceania.

Minime elevazioni

Sono zone di affossamento continentale al di sotto del livello del mare. Per esempio:

• Mar Caspio: -28 m
• Valle della Morte: -86 m
• Mar Morto: -400 m

Massime profondità

Si ritrovano nelle fosse oceaniche. Per esempio:

• Fossa delle Marianne: -10924 m (Pacifico)
• Fossa di Puerto Rico: -8648 m (Atlantico)
• Fossa di Giava: -7125 m (Indiano)

Le massime altezze e le massime profondità si equilibrano in modo quasi simmetrico.

Curva ipsografica

Dal grafico si nota che:

• Circa il 70% del pianeta è ricoperto da mare
• Circa il 30% del pianeta è ricoperto da terre emerse
• Il 6,3% supera i 100 m
• Solo l'1% è inferiore ai 6000 m
• Il 30% della crosta continentale è tra i 1000 m e i -200 m

La crosta continentale è caratterizzata da rocce più ricche di quarzo rispetto a quella oceanica. Questo cambio di rocce non avviene al livello del mare, ma lo troviamo nel secondo flesso della curva ipsografica.

Distribuzione latitudinale delle terre emerse

Fino a latitudini medio-alte la percentuale di terre emerse è simile in entrambi gli emisferi. Dai paralleli 30 circa inizia ad aumentare nell'emisfero boreale, fino ad arrivare ai paralleli 60 dove le terre emerse nell'emisfero australe sono sotto il 10%. A latitudini alte (70-90) si ha una maggiore presenza di terre emerse nell'emisfero australe grazie alla presenza dell'Antartide (85%).

Antipodicità dei continenti / oceani

I punti antipodali sono due punti diametralmente opposti della superficie terrestre. Solo il 5% delle terre emerse ha un antipodo su terra emersa. Questo è solo un caso, perché le terre sono sempre in movimento. Si parla infatti di antipodicità tra terra e oceano.

Isostasia

È il principio secondo cui i grandi blocchi di crosta, oceanica o continentale, si pongono in equilibrio gravitazionale secondo la loro densità e il loro spessore (applicazione del principio di Archimede alle rocce). Essi tendono a comportarsi come dei corpi in galleggiamento sull'astenosfera, che ha un comportamento plastico.

Successione dei tempi geologici

Morfostrutture della crosta terrestre

Morfostrutture: grandi elementi del rilievo derivati dal contrasto fra fattori:

• Endogeni che dipendono dalla dinamica terrestre; si manifestano nel profondo e esplicano alle esterno formando faglie e pieghe (geodinamica). Questi fattori predominano sugli altri.
• Esogeni che trovano motore all'esterno dall'energia del sole e si manifestano con l'azione del vento, dell'acqua e del calore.

La crosta continentale è più spessa e ricca di silice. La crosta oceanica è più sottile (massimo 10 km) e povera di silice. Le morfostrutture si dividono in:

• Morfostrutture continentali:
  • Zoccoli cristallini o cratoni
  • Coperture sedimentarie antiche
  • Aree di frattura e fosse continentali
  • Catene montuose a pieghe
  • Regioni vulcaniche
  • Bacini sedimentari recenti
• Morfostrutture oceaniche:
  • Dorsali oceaniche
  • Piane abissali
  • Fosse oceaniche
• Morfostrutture di transizione:
  • Margini continentali
  • Archi insulari

Morfostrutture continentali

Cratoni

Sono aree subpianeggianti o poco ondulate, a volte con leggera bombatura centrale. Sono formate da rocce molto antiche di vario tipo. Essi rappresentano l'“ossatura” dei continenti, sono le masse continentali più antiche e per questo molto pianeggianti. Inoltre non sono soggetti a dinamiche crostali, ma in alcuni sono presenti delle fratture date da movimenti verticali; quando queste fratture sono nel percorso di un fiume originano grandi cascate. Si trovano nell’America del Nord (Canada e Groenlandia), del Sud (Guiana, Brasile e Argentina pro parte), Africa, Australia centrooccidentale, Asia (Arabia, Deccan, Cina, Mongolia, Siberia pro parte), Europa (regione finno-baltico sarmatica), Antartide.

Coperture sedimentarie antiche

Sono di natura continentale (non formate in bacini profondi) costituite soprattutto da arenaria. Queste coperture sono solitamente incise da corsi d'acqua molto sviluppati che fanno affiorare il cratone. Anche esse sono molto pianeggianti perché seguono l'andamento del cratone sottostante. Un esempio è il Gran Canyon con il suo fiume Colorado.

Aree di frattura

Sono localizzate all'interno di masse continentali, hanno forma stretta e allungata e sono fortemente depresse. Esse sono caratterizzate da notevole attività sismica e vulcanica e da anomalie gravimetriche. La porzione più depressa della fossa è a volte occupata da bacini lacustri o invasa dal mare (può essere costituita anche da crosta oceanica). I bordi della fossa sono detti pilastri e sono costituiti da rilievi (a volte anche vulcanici). Esempi:

• La Rift Valley africana che è la più grande e si sviluppa dal Mozambico (Limpopo) e procede verso nord (Laghi Malawi e Tanganica), ed in territorio keniano, dove la fossa ospita i laghi Kivu, Alberto, Edoardo, mentre i pilastri sono costituiti da rilievi vulcanici (Kilimanjaro, Kenia) o granitici (Ruwenzori). Da qui un ramo volge a NE fra Etiopia e Somalia (altopiani) e procede nel Golfo di Aden, un altro ramo coincide per un tratto con l’alto corso del Nilo e con la depressione del Mar Rosso, delimitando la Penisola del Sinai (Golfo di Aqaba) e proseguendo nel Mar Morto e nel corso del Giordano.
• Un altro esempio è il Graben del Reno che attraversa la regione renana e prosegue, meno evidente, in due rami, l’uno che termina lungo la costa olandese all’altro alla base della penisola danese.

Catene montuose o montagne

Sono morfostrutture di forma stretta ed allungata che si innalzano sensibilmente rispetto alle zone circostanti (energia di rilievo); si trovano spesso ai bordi dei continenti (con importanti eccezioni) e sono costituite da rocce sedimentarie e metamorfiche, ma possono essere presenti anche rocce cristalline e vulcaniche. Esse sono sempre caratterizzate dagli effetti delle deformazioni duttili (pieghe) e fragili (faglie). Esempi:

• Le Alpi hanno uno sviluppo di forma arcuata, sono lunghe 1200 km, larghe dai 60 ai 360 km e alte in media 1300 m. Il monte più alto è il Monte Bianco. Le vette più alte si trovano nelle Alpi Occidentali e il versante meridionale è molto più ripido di quello settentrionale che degrada dolcemente verso i Bassipiani dell'Europa Centrale e Occidentale.
• Gli Urali sono una catena che non si trova ai bordi dei continenti. Essa limita ad Est la Pianura Russa delimitando un confine tra Europa e Asia. Si estendono in direzioni meridiani per circa 2000 km e hanno una lunghezza media di 160 km. Il monte più alto è il Narodnaja.
• Le Alpi Scandinave bordano una massa cratonica (Scudo Baltico) verso N-O. Hanno una forma meno arcuata delle Alpi con una lunghezza simile. Le altezze crescono da N-E a S-O. La vetta più alta è il Monte Galdhoppigen (2468 m).

Le catene montuose si sono formate da fenomeni geologici avvenuti in cicli di milioni di anni ben definiti, le orogenesi.

• Caledoniana: rilievi della Scozia, del Galles, dell'Irlanda Sett., le Alpi Scandinave 500-400 MA
• Ercinica: rilievi dell'Europa Cent., Urali, Appalachi, Pamir, Monti dei Draghi, Cordigliera Est Australia, Monti Sardi 300-250 MA
• Alpina: fanno parte di questa orogenesi la maggior parte delle catene montuose oggi visibili, perché più recente. Da 110 MA

Le catene montuose Precrambiane non sono più visibili, ma nelle masse cratoniche le rocce possono far risalire all'orogenesi. Le catene montuose Paleozoiche danno ancora evidenze morfologiche, ma variano nella lunghezza e nell'altezza. Non è possibile, però, determinare l'età dall'altezza. Un esempio di questo sono le Alpi e gli Appennini che hanno altezze molto diverse, ma sono nate nello stesso periodo.

Vulcani

I vulcani differiscono per diverse caratteristiche. La roccia basaltica è povera di silice. Tefra è l'insieme dei materiali prodotti durante un'eruzione vulcanica. Durante la fase eruttiva, i vulcani possono emettere materiali liquidi (lave), solidi (materiali piroclastici, tefra) e areiformi (gas).

L'eruzione di tipo effusivo è caratterizzata da un magma sottosaturo in silice, quindi è fluido. L'eruzione di tipo esplosivo è caratterizzata da un magma ricco di silice, quindi è molto viscoso. Esempi:

• L'eruzione del vulcano Tambora del 5 Aprile 1815 produsse grandi quantità di tefra che toccarono quota sopra il km e arrivarono fino in Europa. L'anno seguente fu chiamato l'anno senza estate perché le ceneri non facevano arrivare le radiazioni solari sulla terra.
• Lo Stromboli è un vulcano appartenente a un arcipelago vulcanico in cui è l'unico attivo. Non è particolarmente pericoloso perché il magma prodotto, anche se viscoco, finisce in mare convogliato lungo la Sciara di Fuoco.
• Il Vesuvio è uno stratovulcano molto pericoloso con magma variabile. Ha un'attività in molti casi con emissioni di tefra o piroclastici, con nubi dense che non si spostano dai confini del vulcano.

Tipi di vulcanismo

• Vulcanismo interplacca 1: i vulcani si formano in zone oceaniche dove si manifesta un'anomala risalita di calore dal mantello che prende nome di hot-spot. L'hot-spot è ancorato al mantello e la crosta che si muove sopra di esso resta segnata da un allineamento di vulcani che indica il movimento della placca (il vulcano più giovane indica il verso del movimento). Un esempio sono le Hawaii che hanno un allineamento da N-O a S-E, l'isola più giovane è Hawaii e la più antica Kauai.
• Vulcanismo interplacca 2: i vulcani si formano in zone continentali. L'hot-spot si trova sotto un continente che lacera con abbondanti colate di magmi basaltici chiamati coperture basaltiche. Il materiale è prevalentemente di tipo oceanico. Questi sono eventi geologici rari e concentrati nel tempo.

Bacini sedimentari recenti

Sono come quelli antichi, ma si sono formati nel tardo terziario e quaternario (pliocene-miocene). Non troviamo bacini di sedimentazione nel mesozoico perché il prodotto dei sedimenti di quel periodo è andato a formare le catene montuose dell'orogenesi alpina. Esempi:

• Pianura Padana: rappresenta il prodotto dell'evoluzione di un mare epicontinentale. In Italia, infatti, nel Pliocene vi erano meno terre emerse, aumentando con il passare degli anni (milioni di anni). La Padana 4 milioni di anni fa era un golfo che piano piano si è modellato e riempito di sedimenti; gli affluenti del Po e i depositi glaciali (morenici) provenienti dai ghiacciai alpini hanno aiutato a portare sedimenti nella pianura.

L'alta pianura fluviale e glaciale è caratterizzata da sedimenti grossolani. La bassa, invece, è la zona di sedimentazione più recente, formata dalle esondazioni del Po. Vi è una netta distinzione tra le due fasce, differenti non solo per l'altezza, ma anche per la natura dei terreni, il regime delle acque e la vegetazione. L'alta pianura, detta anche pianura asciutta, si stende ai piedi delle Prealpi e del pedemonte degli Appennini; il suolo è permeabile, composto da sabbie e ghiaie, e non riesce a trattenere l'acqua piovana. Perciò questa penetra per decine di metri sotto la superficie, fino a incontrare uno strato di materiale impermeabile. Sulle rocce impermeabili l'acqua scorre fino al punto in cui ha la possibilità di riaffiorare dalla falda freatica, dando origine ai fontanili o risorgive. In corrispondenza della linea delle risorgive inizia la bassa pianura. Questa ha invece suoli formati da materiali più fini, argille di solito, impermeabili o poco permeabili, dove le acque ristagnano originando facilmente paludi e acquitrini.

Morfostrutture oceaniche

Dorsali oceaniche

I rilievi oceanici sono molto diversi da quelli continentali. Essi hanno una continuità rilevante (fino a 70,000 km), le altezze possono superare i 2000 m. Hanno un'ampia (30 km) e profonda depressione centrale, bordata all’interno da faglie dirette che erutta continuamente lava basaltica. Il volume d'acqua che le sovrasta implica un raffreddamento veloce del magma, rendendo la crosta vetrosa (pillows lavas). I pillows possono essere ritrovati anche nelle catene continentali. Le rocce che si formano prendono il nome di gabbri (intrusive) e serpentiniti (metamorfiche).

Le dorsali oceaniche sono interrotte da faglie orizzontali, in particolare:

• La dorsale medio-indiana si interconnette con la Rift Valley.
• La dorsale medio-pacifica si interconnette con la penisola californiana.
• La dorsale medio-atlantica si erge con l'Islanda.

Parallelamente alle dorsali si individuano fasce a polarità magnetica alternativamente normale ed inversa data dal ferro contenuto nel magma. L’età dei fondi oceanici è minima in corrispondenza delle dorsali (anche minore di un milione di anni) e aumenta allontanandosi da esse, ma non è mai maggiore di 200 Ma. Negli oceani si forma continuamente nuova crosta a partire dalle dorsali medio-oceaniche, in un regime geodinamico distensivo. Alla fine del Paleozoico vi era un unico continente (Pangea).

Piane abissali

Sono bacini oceanici caratterizzati da una grande estensione (coprono il 30% della superficie terrestre) e una profondità media attorno a...