LE INDAGINI GEOGNOSTICHE: CONOSCERE L'INTERNO DELLA TERRA.
Cosa c'è al di sotto dei nostri piedi? Come è possibile avere informazioni sulla struttura della Terra?
| Il raggio terrestre è di quasi 6.400 Km, come si può avere informazioni su cosa c'è a quelle profondità? |
La prima possibilità di sapere cosa c'è sotto i nostri piedi è semplicemente scavare............
![[[File:Cararra-Steinbruch retouched.jpg|Cararra-Steinbruch retouched]]](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cf/Cararra-Steinbruch_retouched.jpg) |
[[File:Cararra-Steinbruch retouched.jpg|Cararra-Steinbruch retouched]]
come, per esempio, facciamo in una cava per estrarre rocce utili, in questo caso, il marmo di Carrara. |
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| oppure quando costruiamo gallerie per attraversare le montagne |
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| o ancora, quando scaviamo le miniere per estrarre minerali utili o preziosi. |
MA QUANTO SIAMO SCESI IN PROFONDITÀ SCAVANDO?
La miniera più profonda e quella di TauTona in Sudafrica, che raggiunge quasi i 4Km. Per scendere quelle profondità si impiega un'ora in ascensore e l'aria, senza il potente impianto di refrigerazione, sarebbe di 55°C, mentre quella della roccia raggiunge i 60°C.
( per approfondire sul calore della Terra, cerca gradiente geotermico, una risorsa è disponibile al seguente link:
https://conosceregeologia.it/2016/01/17/ambiente/geotermia-esplorazione-utilizzazione-delle-risorse-geotermiche-impatto-ambientale-presente-e-futuro/
Puoi visitare i dintorni di TauTona al seguente link
https://www.google.it/maps/@-26.4159161,27.4305167,3a,75y,292.46h,90.16t/data=!3m6!1e1!3m4!1sd-d9TiMY8wnYgviGBIJr6A!2e0!7i13312!8i6656
I 4 Km di profondità di TauTona sono meno di una scalfittura rispetto i quasi 6.400 Km del raggio terrestre, come fare a scendere più in profondità?
E' possibile realizzare una perforazione con trivella
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| Torre di trivellazione |
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Trivellazione per la ricerca di idrocarburi.
Per estrarre il petrolio si utilizza uno scappello rotante, collegato ad una serie di aste cave. All'interno delle aste viene immesso a pressione del fango che, fuoriuscendo dalla punta dello scalpello, lo raffredda ed evita che le pareti del pozzo franino.
Le apparecchiature e i macchinari dell'impianto di perforazione sono sostenute da una struttura metallica, la torre di perforazione. A volte la pressione presente nel giacimento è sufficiente a esercitare la spinta per far salire in superficie il petrolio. Quando non è così vengono utilizzate delle pompe. Dai pozzi il greggio viene avviato a centri di decantazione perché venga separato dall'acqua. |
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| A seconda del tipo di roccia e della finalità si utilizzano diversi tipologie di punte. In alcuni casi, le punte triturano la roccia (perforazione a distruzione di nucleo). |
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| In altri casi, specialmente per studi scientifici, occorre prendere campioni indisturbati di roccia (detti carote). A tale scopo si utilizzano una punta di perforazione cava, detta carotiere. |
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| Cassetta contenente carote di roccia sedimentaria. |
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| Un sedimetologo studia una carota oceanica Ma quanto siamo scesi in profondità con una trivellazione? |
Il pozzo superprofondo di Kola ( fatti un giro:
https://www.google.com/maps/place/69%C2%B023'46.4%22N+30%C2%B036'31.2%22E/@69.3964054,30.6076012,306m/data=!3m1!1e3!4m5!3m4!1s0x0:0x0!8m2!3d69.396219!4d30.608667 ) è stato il foro più lungo e più profondo del mondo per quasi 20 anni. Tuttavia, il 27 agosto 2012, la Exxon Neftegas Ltd ha battuto il record completando il Z-44 Chayvo. Questo ha raggiunto una profondità totale misurata di 12.376 metri.
Non molto rispetto il raggio terrestre! (ti ricordi quanti Km è? No? Torna indietro e controlla.)
Con i metodi di indagine geognostica diretti (prendiamo un campione di roccia) non si può andare oltre.
Le caratteristiche delle rocce più profonde possono essere dedotte attraverso lo studio di frammenti di rocce provenienti dal profondo, prodotte durante particolari eruzioni vulcaniche, che contengono particolari minerali (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Garnet_peridotite.jpg#/media/File:Garnet_peridotite.jpg e
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Perovskite-155026.jpg#/media/File:Perovskite-155026.jpg).
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Perovskite-155026.jpg#/media/File:Perovskite-155026.jpg).
Per ottenere informazioni su profondità maggiori, fino al centro della Terra, abbiamo imparato ad utilizzare uno degli eventi naturali più catastrofici: i terremoti.⇐⇐⇐⇐
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| Il risultato dell recente terremoto in centro Italia. |
Le categorie principali di queste onde sono primarie, secondarie e di superficie. Tutti e tre sono registrati su uno strumento chiamato sismografo, che produce un disco chiamato sismogramma
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| Sismogramma tipico. Le onde P che si muovono rapidamente arrivano prima al sismografo, seguite da onde S che si muovono più lentamente. Le onde di superficie viaggiano ancora più lentamente. DOMANDA: A giudicare dalle dimensioni delle vibrazioni registrate, quale dei tre tipi di onde sismiche potrebbe aver causato il maggior danno? Entrambe le onde P e S possono penetrare in profondità all'interno del nostro pianeta e viaggiano più velocemente nelle rocce più elastiche: le loro velocità aumentano costantemente mentre si spostano verso l'interno della Terra. Quando le onde attraversano rocce di diversa composizione e densità si verifica un cambiamento di velocità. Molti fattori influenzano il comportamento delle onde sismiche: ⇒ un aumento della temperatura delle rocce attraverso le quali si muovono le onde provocherà una diminuzione della velocità; ⇒ un aumento della pressione causerà un corrispondente aumento della velocità dell'onda; ⇒ in un fluido, in cui non esiste rigidità, le onde S non possono propagarsi e le onde P vengono notevolmente rallentate. (RITORNEREMO SUI TERREMOTI IN SEGUITO PER APPROFONDIRE) Dall'analisi degli innumerevoli sismogrammi, i geofisici hanno scoperto come le rocce cambiano con la profondità. Sono stati in grado di riconoscere i confini relativamente bruschi tra le principali zone interne. I confini in cui le onde sismiche subiscono un brusco cambiamento di velocità o direzione sono chiamati discontinuità. Due interruzioni molto conosciute di questo tipo prendono il nome dai loro scopritori, le discontinuità di Mohorovičić (tra i 20 e 80 km, divide la crosta dal mantello) e Gutenberg (2900 km, divide mantello e nucleo).  |
La terza superficie di discontinuità, la discontinuità di Lehmann (https://www.focus.it/scienza/scienze/inge-lehmann), che si trova a circa 5.100 km di profondità, suddivide in due parti lo strato più interno della Terra, il nucleo, individuando il nucleo esterno e il nucleo interno.
A questo link trovi una ricostruzione 3D dell'interno della Terra: https://www.focus.it/ambiente/natura/la-mappa-in-3d-della-terra
Quindi la Terra è strutturata in quatto strati concentrici, che esaminiamo dal più interno al più esterno.
Siamo certi che il nucleo della Terra ha una composizione metallica, non rocciosa. Ecco le prove:
⇒ la densità complessiva della Terra è di 5,5 g / cm3, ma la densità media delle rocce superficiali è molto più leggera, inferiore a 3,0 g / cm3. Pertanto, per ottenere una densità complessiva media di 5,5 g / cm3, l'interno profondo del pianeta deve compensare con materiali ad alta densità. I calcoli indicano che la densità della roccia del mantello è di circa 4,5 g / cm3 e che la densità media del nucleo è molto alta, circa 10,7 g / cm3. Sotto l'estrema pressione nel nucleo, il ferro miscelato con il nichel avrebbe l'alta densità richiesta. ⇒ lo studio dei meteoriti supporta la teoria secondo cui il nucleo è composto di ferro (85%) con minori quantità di nichel. Ad esempio, la maggior parte dei meteoriti di ferro è costituita da ferro metallico legato con una piccola percentuale di nichel. I geologi sospettano che molti meteoriti di ferro possano essere frammenti dal nucleo di un pianeta in frantumi.
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| Di Marco Busdraghi - Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30730125 |
⇒ La Terra ha un campo magnetico e il pianeta si comporta come se al suo interno fosse incorporato un grande magnete a barra.
Un campo magnetico viene generato attorno a qualsiasi conduttore elettrico che è attraversato dall'elettricità.
Le rocce di silicato nel mantello e nella litosfera non conducono l'elettricità molto bene, ma i metalli ferro e nichel sono ottimi conduttori. I moti di convezione dovuti ad una diversa ripartizione del calore nel nucleo esterno, accoppiati ai movimenti indotti dalla rotazione della Terra, possono fornire il flusso di elettroni attorno al nucleo interno, che produce il campo magnetico.
Senza un nucleo metallico, ciò non sarebbe possibile.
Come per il nucleo terrestre, la nostra comprensione della composizione e della struttura del mantello è determinata dallo studio dei sismogrammi. Questi indicano che il mantello ha una densità media di circa 4,5 g / cm3 e ha una composizione rocciosa, piuttosto che metallica.
L'ossigeno e il silicio probabilmente predominano insieme a ferro e magnesio.
La peridotite, una roccia ricca di ferro e magnesio, si avvicina al tipo di materiale che riteniamo costituisca il mantello. La peridotite è simile nella composizione ai meteoriti rocciosi e alle rocce vulcaniche che potrebbero aver raggiunto la superficie terrestre dalla parte superiore del mantello. Tali rocce provenienti dal mantello si trovano raramente sulla superficie terrestre. Sono ricchi di olivina e pirosseni (minerali di Fe e Mg) e contengono piccole quantità di minerali, compresi i diamanti, che possono formarsi solo a pressioni superiori a quelle caratteristiche della crosta.
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Basalto (le porzioni grigio bluastre) ricchissimo in xenoliti dunitici (le porzioni arrotondate di colore verde acceso, sono un tipo di peridotiti). San Carlos, Arizona. Immagine tratta da Cin-Ty A. Lee, Professore presso il Department of Earth Science Rice University, Texas. da http://www.alexstrekeisen.it/pluto/peridotiti.php
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| Diamante in matrice di kimberlite, la roccia madre |
⇒ L'ASTENOSFERA. Il mantello non è uniforme, ma ha diversi strati concentrici che differiscono nelle proprietà fisiche. Lo strato esterno del mantello superiore è l'astenosfera la cui base è contrassegnata da una zona con velocità sismiche più basse, opportunamente denominata "zona a bassa velocità". La roccia dell'astenosfera si trova in condizioni di pressione/temperatura vicine al suo punto di fusione e in questa zona, quindi, possono essere generati i magmi. Nell'astenosfera le onde sismiche sono rallentate non a causa di una diminuzione della densità, ma perché entrano in una regione in cui le rocce sono meno rigide e più duttili, il che significa che possono essere allungate senza rompersi.
In questa zona, fino al 10% della roccia può essere costituito da sacche e goccioline di silicati fusi. Tale materiale funge da strato scivoloso per la litosfera, la parte sovrastante, permettendogli di muoversi.
⇒ LA LITOSFERA. La litosfera è l'involucro dinamico che avvolge il pianeta ed è essa stessa divisa in placche litosferiche. È importante ricordare che i termini litosfera e crosta non hanno lo stesso significato.
La litosfera è la porzione esterna da 100 km a 150 km del guscio più esterno della Terra. A differenza delle parti sottostanti, è relativamente rigido e non si deforma facilmente. Essa è costituita dalla crosta e dalla parte più alta del mantello. I due tipi di crosta, continentale o oceanica, sono definiti dalla loro composizione.
➤ I DUE TIPI DI CROSTA DELLA TERRA.
La crosta terrestre è costituita da tutta la parte solida della Terra al di sopra della discontinuità di Mohorovičić. È
uno strato sottile e fragile, come il guscio di un uovo, che costituisce i continenti e i fondali oceanici.
La crosta non è un guscio uniforme, in cui le aree basse sono riempite d'acqua, gli oceani, e i luoghi più alti costituiscono i continenti. Piuttosto, vi sono due tipi molto distinti di crosta che determinano l'esistenza di continenti e bacini oceanici separati. Questi due tipi di crosta, oceanica e continentale, hanno composizioni e proprietà fisiche molto diverse.
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da Zanichelli: Jay Phelan, Maria Cristina Pignocchino;
| "Scopriamo | le scienze | della Terra" |
⇒ LA CROSTA OCEANICA (Più densa) .
La minore densità della crosta continentale deriva dalla sua composizione. Sebbene la sua composizione sia indicata come di tipo andesitico, in realtà è composto da varie rocce la cui media della composizione si avvicina a quella dell'andesite.
Le rocce continentali ignee sono più ricche di silicio e potassio e più povere di ferro, magnesio e calcio rispetto alle rocce oceaniche. Inoltre, vaste regioni dei continenti sono ricoperte da rocce sedimentarie.
Per la parte della struttura della Terra, bibliografia:
La crosta oceanica ha uno spessore di circa 5-12 km, con una densità media di circa 3,0 g / cm3 (la densità media di basalto e gabbro, due rocce ricche in minerali di Fe, Mg, Ca). I sismogrammi rivelano che la crosta oceanica ha tre strati:
● Il lato superiore è un sottile strato di sedimenti non consolidati, generalmente di circa 200 m di spessore.
● Al centro ci sono basalti (rocce magmatiche effusive, cioè formata da un magma che si è raffreddato all'esterno della crosta) che sono stati estrusi sott'acqua. Questo strato ha uno spessore di circa 2 km.
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| La lava del cuscino (pillow lava) si è formata sul fondo dell'oceano al largo della costa delle Hawaii. Queste strutture bulbose si formano sul fondo dell'oceano mentre le lingue di lava a contatto con l'acqua fredda dell'oceano sviluppano una strato esterno elastico. La lava continua ad affluire all'interno e la parte esterna si espande formando cuscini larghi circa un metro. La ricerca di antiche lava con cuscini fornisce eccellenti prove del fatto che una volta una regione era sott'acqua. |
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| Affioramento di antiche lave a cuscino facenti parte dell' formazione geologica Oman Ophiolite. |
● Lo strato più profondo è costituito da gabbro (roccia magmatica intrusiva, cioè formata da un magma che si è raffreddato all'interno della crosta) e ha uno spessore di circa 6 km.
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| Gabbro: Roccia plutonica a grana grossa costituita essenzialmente da plagioclasio calcico, clinopirosseno e ossidi opachi: //www.alexstrekeisen.it/pluto/gabbro.php |
Ai confini dei bacini oceanici, la discontinuità di Mohorovičić precipita bruscamente sotto la crosta continentale più spessa.
⇒ LA CROSTA CONTINENTALE (meno densa).
La crosta continentale è più spessa, la profondità della Moho al di sotto dei continenti varia considerevolmente, ma in media circa 35 km, e meno densa della sua controparte oceanica, con una media di circa 2,7 g / cm3. Di conseguenza, i continenti galleggiano sul mantello più denso.
La minore densità della crosta continentale deriva dalla sua composizione. Sebbene la sua composizione sia indicata come di tipo andesitico, in realtà è composto da varie rocce la cui media della composizione si avvicina a quella dell'andesite.
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Campione di andesite, i cristalli bianchi sono plagioclasio, quelli scuri minerali femici (biotite e anfiboli). Immagine tratta da R.Weller-Cochise College.
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Per riepilogare la struttura della Terra puoi guardare la seguente breve animazione: https://www.youtube.com/watch?v=aqhxtsar6RU
Per la parte della struttura della Terra, bibliografia:
Levin, Harold L., David T. Jr.. The Earth Through Time, 11th Edition. Wiley, 2016-05-16. VitalBook file
