Scienze delle Terra - Moodle@Units
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Scienze delle Terra
Aspetti teorici, di base Aspetti applicati, pratici
• Conoscenza del “Sistema • Ricerca di idrocarburi e
Terra” minerali utili
• formazione delle rocce • Rischio vulcanico e sismico:
• formazione delle individuazione aree sismiche,
montagne, i vulcani • Rischio idrogeologoico:
• trasporto dei sedimenti difesa dalle frane,
• Ciclo idrogeologico inondazioni, dalle catastrofi
naturali
geologia generale geologia applicata/ ambientale
2017-2018 GFGeol STAN File 01 1
Le basi della geologia
• I minerali • Il ciclo delle rocce
• I vulcani (Sedimentarie, magmatiche
• L’interno della Terra metamorfiche)
• I fossili e la • I terremoti
stratigrafia • La tettonica delle placche
• L’origine e l’evoluzione
della vita
Il funzionamento del Sistema Terra
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Le applicazione della Geologia
• Frane, alluvioni, erosione delle coste, esondazioni,
tsunami,……gestione del territorio rischio idrogeologico
• Individuazione e gestione delle risorse idriche (falde, sorgenti)
• Inquinamento: metalli pesanti, idrocarburi, mercurio. Nello
spazio e nel tempo
• Ricostruzione dei cambiamenti climatici nel passato (da pochi
anni ai milioni di anni)
• Protezione delle Natura: Individuazione e valorizzazione dei
luoghi di interesse geologico (geositi)
• Geoarcheologia
• Petrolio, minerali utili (Fe, Al, Litio, diamanti..)
2017-2018 GFGeol STAN File 01 3
Alcuni concetti preliminari • Concetto di tempo e di spazio nelle scienze della Terra • Principio dell’attualismo 2017-2018 GFGeol STAN File 01 4
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Principio dell’Attualismo James Hutton (1726-1797): The theory of the earth; or an investigation of the laws observable in the composition, dissolution and restoration of land upon the globe. Memoria letta alla Royal Society of Edimburgo nel 1785. ..la storia passata del nostro pianeta deve essere spiegata attraverso processi che si possono osservare in atto oggi.. Questo concetto andava contro le ipotesi dei catastrofisti (diluvio universale) e, ovviamente, contrastava l’idea che la terra fosse stata creata esattamente il 24 ottobre 4004 a.c….come aveva stabilito l’arcivescovo James Usher a metà del ‘600... 2017-2018 GFGeol STAN File 01 6
Attualismo: Charles Lyell (1797 -1875) • il passato geologico (l’origine delle rocce) poteva essere compreso meglio in termini di processi naturali che ancora oggi possiamo osservare, quali sedimentazione nei corsi d’acqua e alle foci, erosione eolica ed idrica, avanzamento o ritiro dei ghiacciai (ATTUALISMO); • i cambiamenti sono lenti e costanti (GRADUALISMO); • le leggi naturali sono costanti ed eterne, operanti nel passato con la stessa intensità di oggi. 2017-2018 GFGeol STAN File 01 7
Principio dell’Attualismo: eccezioni • Influenza dei fenomeni biologici sulla composizione dell’atmosfera. Ipotesi dell’atmosfera riducente: Vapore acqueo, anidride carbonica, molto meno ossigeno, più ammoniaca e metano • 5 milioni di anni fa un meteorite ha causato l’estinzione dei dinosauri ??? • una singola piena fluviale o una grossa tempesta modificano la forma dell’alveo del fiume e influenzano la sedimentazione costiera più dei fenomeni accaduti in 101 – 102 anni • Paradosso del sole giovane (e debole) 2017-2018 GFGeol STAN File 01 8
Dov’è l’errore 2017-2018 GFGeol STAN File 01 9
Stime dell’età della Terra
Autore Data ETA' ETA' Metodo
minima massima
BIBBIA, osservazioni
Ushher J. 1650 4 004
astronomiche
Conte di Buffon 1778 74 832 Velocità di raffreddamento
H. von Helmholtz 1854 20 000 000 40 000 000 ? ?
Philips 1860 96 000 000 Spessore serie sedimentarie
Conducibilità termica delle
Lord Kelvin 1863 20 000 000 200 000 000
rocce, misure in miniera
Haughton 1878 200 000 000 Spessore serie sedimentarie
Croll 1889 72 000 000 Spessore serie sedimentarie
Wallace 1892 28 000 000 Spessore serie sedimentarie
Walcott 1893 45 000 000 70 000 000 Spessore serie sedimentarie
Lord Kelvin 1897 20 000 000 40 000 000
Joly 1899 90 000 000 Quantità di sali negli oceani
Sollas 1900 26 500 000 Spessore serie sedimentarie
Sollas 1909 80 000 000 Spessore serie sedimentarie
Holmes 1931 1 600 000 000 3 000 000 000 Disintegrazione atomica
Attualmente le rocce più antiche conosciute hanno 3.8 Mld di anni
> 4 mld
2017-2018 GFGeol STAN File 01 10Ipotesi delle nebulosa
di Kant - Laplace
Nuvola rotante di gas
(H e He)
e polveri cosmiche
Planetesimali
Blocchi di polvere «incollati»
dalla gravità
2017-2018 GFGeol STAN File 01 11Formazione del
Sistema solare
Formazione del protosole: a
1.e6 gradi (1 milione di gradi)
inizia la fusione nucleare: la
trasformazione di Idrogeno in
Elio con emissione di energia
Massa solare: attrazione
gravitativa
2017-2018 GFGeol STAN File 01 12Pianeti interni (piccoli rocciosi) e pianeti esterni
(piccolo nucleo roccioso, poi gas e ghiaccio), Plutone è
una «palla di neve»: metano, gas e rocce
Solo Marte e Venere sembrano geologicamente attivi..NB
ormai è certo Marte è geologicamente attivo
2017-2018 GFGeol STAN File 01 13La formazione della Terra e la sua trasformazione
da corpo omogeneo a pianeta differenziato
• Circa 4.6 miliardi di anni fa: la terra è un agglomerato
di frammenti di materia
• la massa della Terra tendeva ad aumentare in quanto,
per le leggi della gravitazione, la terra attirava
planetesimali ovvero piccoli agglomerati di materia in
via di condensazione
• la temperatura della Terra tendeva ad aumentare per
tre motivi……
2017-2018 GFGeol STAN File 01 141) l’impatto di nuova materia sulla superficie trasforma energia
cinetica in energia termica (NB non c’è ancora atmosfera):NB
4.47 miliardi di anni fa si forma la Luna per l’impatto di un
corpo delle dimesioni di Marte…
2) la compressione gravitazionale
3) la presenza di elementi radioattivi, più frequenti dell’attuale,
erano anche presenti isotopiGFGeol
2017-2018 conSTAN
tempi
File 01 di dimezzamenti brevi..
15La formazione della terra
(NB densità dell’intero pianeta: 5.5; densità crosta: 2.7 g/cm3)
Questi tre processi, ma è l’impatto «lunare» il principale
colpevole, hanno fatto crescere la temperatura della
Terra fino a circa 1500 - 2000 °C
A questa temperatura il Ferro, che rappresentava
l’elemento più pesante, con una massa pari a circa 1/3
del totale, ha iniziato a fondere, sprofondando verso
l’interno, mentre gli elementi più leggeri tendevano a
risalire. Successivamente sulla superficie della terra si
formò un oceano di magma fuso, profondo oltre 100 km
2017-2018 GFGeol STAN File 01 16La Terra 4 miliardi di anni fa.. Il raffreddamento del Magma genera la crosta primitiva DIFFERENZIAZIONE GRAVITATIVA: Nucleo di ferro molto denso, crosta superficiale leggera, mantello interposto tra crosta e nucleo, di densità intermedia Atmosfera: H, CO2, N, NH3, CH4 vapore acqueo e pochi gas rari..gli stessi gas emessi anche ora dai vulcani.. E l’Ossigeno ..(attualmente il 20% della bassa atmosfera). era praticamente assente.. Vedi slide 9 2017-2018 GFGeol STAN File 01 17
ELEMENTI LEGGERI: Ossigeno, Silicio
Elementi intermedi: Magnesio Alluminio
Elementi pesanti: Calcio, Ferro
2017-2018 GFGeol STAN File 01 18Composizione chimica della terra e della crosta terrestre A Tutto il pianeta B Solo la parte superficiale (crosta + mantello + (crosta) 2017-2018 nucleo) GFGeol STAN File 01 19
Come facciamo a conoscere
l’interno della Terra ?
• sulla superficie: il geologo è capace di
riconoscere le rocce !!
• sotto la superficie: grotte, miniere, ma la miniera
più profonda ha.. 3.9 km di profondità, mentre il
raggio equatoriale del pianeta è di ?? km
• Sondaggi profondi http://www.icdp-
online.org/home/
• L’interno della terra: indagini indirette, geofisica
2017-2018 GFGeol STAN File 01 20Le onde sismiche: i sismografi
Rivelatore di terremoti di
Zang Heng 130 d.C.
2017-2018 GFGeol STAN File 01 21Le onde sismiche, strumento di indagine per
l’interno della terra.
• Onde P (prime): onde di compressione e rarefazione
• Onde S (seconde): onde di taglio
• Onde superficiali (quelle che fanno danni, ma non servono
all’esplorazione del Pianeta)
2017-2018 GFGeol STAN File 01 22DUE REGOLE FONDAMENTALI
- La velocità delle onde (sia P
che S) è funzione della rigidità
/ densità delle rocce.
- Le onde P sono rallentate dai
fluidi Le onde S NON passano
attraverso i fluidi
2017-2018 GFGeol STAN File 01 23La struttura
dell’interno
della terra
A sua volta rigidità e densità sono funzione della profondità e della
2017-2018
composizione
GFGeol STAN File 01 24Discontinuità • È una superficie lungo la quale le onde sismiche subiscono un sensibile cambiamento della loro velocità di propagazione e quindi anche fenomeni di rifrazione e riflessione • Perché?? 2017-2018 GFGeol STAN File 01 25
La struttura di Moho Mantello
crosta e mantello litosferico
Velocità onde P
Crosta : 6-7 km/s (6 nei
graniti, 7 nei gabbri)
Mantello r. ultrabasiche
(peridotiti): > 8 km/s
NB La figura non è corretta !a
Velocità densità composizione
2017-2018 GFGeol STAN File 01 26La struttura dell’interno della Terra
• CROSTA: spessore 5-10 km sotto gli oceani, 30-40
km sotto i continenti, max 50-60 km. Densità: crosta
oceanica : 2.9 g/cm3, crosta continentale da 2.5-2.8.
• MANTELLO: Rappresenta l’82 % del volume e
arriva fino alla prof. di circa 2900 km. Parte
superiore: densità: 3.3-3.4; parte inferiore: 3.3-5.6.:
tra 70 e 200 km: astenosfera, parte parzialmente fusa
(1-10 %)
• NUCLEO: 16 % del volume, densità 9.7-13.0 g/cm3
NB densità dell’intero pianeta: 5.45
2017-2018 GFGeol STAN File 01 27La composizione dell’interno della Terra
•CROSTA: Crosta continentale: rocce sialiche (silicio +
alluminio) di varia natura. Graniti, rocce metamorfiche e
sedimentarie. Crosta oceanica: sedimenti non litificati+
lave basaltiche + dicchi gabbrici (tutte e due rocce
femiche: ferro + magnesio. Mediamente + pesante delle
continentale
• MANTELLO: rocce peridotitiche (rocce ultrafemiche),
con olivina (Silicato di Fe e Mg)
•NUCLEO: 16 % del volume, densità 9.7-13 g/cm3.
Composizione: Fe + nichel (6%) + 10-20 % Silicio e/o
Zolfo
2017-2018 GFGeol STAN File 01 28ASTENOSFERA
NB è parte del mantello, ma NON è
a contatto con la crosta
Mantello superiore
o mantello litosferico
2017-2018 GFGeol STAN File 01 29Struttura interna della
Terra: modello
composizionale A (di B
che cosa è fatto A
l’interno della terra) e
modello reologico B
(come si comporta..)
NB Litosfera: crosta
terrestre + mantello
litosferico
2017-2018 GFGeol STAN File 01 30Ma come si dimostra lo stato fluido dell’astenosfera ??
Isostasia (Bouguer, metà del ‘700)
Sotto le grandi catene montuose c’è un..difetto di massa”
2017-2018 GFGeol STAN File 01 31Isostasia (Pratt e Airy, metà ‘800)
« Sial »
« Sima »
C’è un altro fenomeno che porta ad una ..veloce ..diminuzione del peso
2017-2018
dellaGFGeol STAN File 01
crosta terrestre. 32Le glaciazioni 2017-2018 GFGeol STAN File 01 33
Spiagge rialzate (max 18 m) a Inexpressible Island, Terra Nova Bay, Antartide
ff
Sollevamento..a scatti….
2017-2018 GFGeol STAN File 01 34Sabbie eoliche
Isostasia e spiagge
sollevate
Depositi di spiaggia
con conchiglie in Patagonia
Fanghi
glaciali NB: 6-8 m
sul
livello del ff
2017-2018
mare GFGeol STAN File 01 35Puoi anche leggere
