Alfonso Bosellini

1. Alfonso Bosellini I materialidella Terra solida

2. Capitolo 1La Terra: uno sguardo introduttivo Lezione 2La formazione della Terrae la sua evoluzione primordiale

3. 1.4 La Terra primordiale Circa 4,6 miliardi di anni fa una densa nebulosa,molto fredda e in lenta rotazione,costituita da polveri e gas, iniziò a contrarsi. Nebulosa 1

4. Protosole 1.4 La Terra primordiale La materia si concentrò nella zona centrale,dove si formò il protosole,attorno al qualele polveri e i gas residui si disposero a formare un disco in rotazione. 2 1

5. 1.4 La Terra primordiale Nella parte più esterna del disco, i gas e le polverioriginarono granuli che collidendosi aggregarono in piccoli agglomerati, i planetesimi. Protosole 2 Planetesimo 3 1

6. 1.4 La Terra primordiale Dalle ripetute collisioni dei planetesimi si originaronoi pianeti terrestri; dalla concentrazione dei gas si originaronoi pianeti gioviani e si strutturò il sistema solare. 2 Sole Pianeta 3 1 Sistema solare 4

7. 1 2 3 4 1.4 La Terra primordiale La Terra si formò per aggregazione di planetesimi,per effetto dell’attrazione gravitazionale.

8. 1.4 La Terra primordiale Circa 4,5 miliardi di anni fa la Terra entrò in collisionecon un corpo celeste delle dimensioni di Marte. L’impatto scagliò nello spazio uno sciame di frammenti,dalla cui aggregazione si formò la Luna.

9. 1.4 La Terra primordiale La pioggia ininterrotta di planetesimi continuò a colpirei vari corpi celesti fino a 3,8 miliardi di anni fa,distruggendo ogni traccia di crosta primitiva sulla Terra. Per questa ragione sulla Terranon si conoscono rocce con più di 3,8÷4,2 miliardi di anni.

10. Sorgentidicalorenella Terra • Conversionedell’energiacinetica in energiatermica • Trasformazione in caloredell’energiacineticadeimeteoritichecolpivano la Terra • Conversionedell’energiagravitazionale in energiatermica. • Durante la “catastrofe del Ferro” e lo spostamentodeisilicatipiùleggeri verso ilmantello e la crostasiliberòunagranquantitàdienergiagravitazionalechesitrasformò in calore. • Riscaldamentoadiabatico • Progressivoaumentodimassa del pianeta con conseuenteaumentodellapressione e quindidellatemperatura • Radioattivitàdiisotopi a vita breve • Caloreprodottoinizialmentedaldecadimentodielementiradioattivi con tempi didimezzamentobrevi • Radioattivitàdiisotopi a lunga vita • Caloreprodotto e chesistàancoraproducendoda parte dimineraliradioattiviconcentratiprincipalmentenelleroccegranitichedellacrosta • I primi tre fenomeni da soli possono aver portato la temperatura interna del pianeta a 1000 °C.

11. 1.5 «Catastrofe del ferro» e differenziazione L’aumento della temperatura portò alla fusione del ferro che, a causa della sua elevata densità, sprofondòverso il centro della Terra (catastrofe del ferro). Materiali più leggeri Ferro Questo fenomeno liberò energia gravitazionale,con conseguente fusione di larga parte del pianetae successivo processo di differenziazione gravitativa.

12. 1.5 «Catastrofe del ferro» e differenziazione La Terra si stratificò diventando un pianeta «zonato». Crosta (0÷40 km) Nucleo interno di ferro solido(5150÷6370 km) Nucleo esterno di ferro fuso(2890÷5150 km) Mantello (40÷2890 km) Un terzo della massa primordiale della Terrasi addensò al centro e costituì un nucleo a base di ferro. I materiali più leggeri migrarono verso l’esternoe formarono la crosta primitiva. Tra crosta e nucleo si collocarono materiali concaratteristiche intermedie che originarono il mantello.

13. 1.6 Zonazione chimica della Terra Il 90 % del pianeta Terra nel suo insieme è formatoda soli quattro elementi: ferro, ossigeno, silicio e magnesio.

14. 1.6 Zonazione chimica della Terra Ossigeno, silicio e alluminio, invece,formano da soli l’80% della crosta terrestre.

15. 1.6 Zonazione chimica della Terra La zonazione chimica verticale dei vari elementinon fu dovuta al loro diverso peso specifico. Fu determinata dalle proprietà fisiche e chimiche (punto di fusione, densità etc) dei minerali che gli elementi andarono a formare: • nella crosta i feldspati, così come uranio e torio sotto forma di ossidi e di silicati; • nel nucleo, oro e platino, che hannopoca affinità con ossigeno e silicio. nel mantello, silicati di ferro e di magnesio; •

16. 1.6 Zonazione chimica della Terra Il calore radioattivo fu facilmente disperso nell’atmosfera, perché i materiali radioattivi si erano concentrati nel guscio esterno. Anche il nuovo meccanismo della convezione contribuì a trasferire il calore verso la superficie. L’aumento della temperatura interna della Terra rallentò molto e il pianeta poté raffreddarsi in tempi relativamente brevi.

17. 1.7 Atmosfera, idrosfera e crosta primitive Le continue eruzioni vulcaniche liberaronograndi quantità di gas, principalmente idrogeno,vapore acqueo, azoto e diossido di carbonio. L’idrogeno, molto leggero, sfuggì nello spazio,mentre i gas più pesanti avvolsero la Terra,andando a formare l’atmosfera primordiale.

18. 1.7 Atmosfera, idrosfera e crosta primitive Quando la temperatura superficiale scese sotto il punto critico dell’acqua, il vapore acqueo iniziò a condensare e a riempire le parti depresse della superficie terrestre. Si formarono i primi oceanie si formò l’idrosfera primordiale.

19. 1.7 Atmosfera, idrosfera e crosta primitive Si ritiene che i materiali che costituiscono la crostasi siano formati gradualmente attraverso vari processi: • emissioni di lava, seguite da rifusione parzialedelle rocce appena consolidate; • degradazione per opera degli agenti atmosferici,con formazione di un primitivo regolite; • riassorbimento e riciclo dei sedimentiall’interno della Terra per opera di processi vulcanici e tettonici.

20. 1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» L’insieme delle diverse parti del nostro pianeta e le loro reciproche interazioni costituiscono il sistema Terra. La Terra può essere idealmente suddivisa in «sfere»,in base alla densità dei materiali che la costituiscono. Atmosfera Idrosfera Litosfera Biosfera

21. 1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» L’idrosfera è la componente liquida della Terrae comprende le acque dei marie quelle continentali, fiumi, laghi e ghiacciai.

22. 1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» L’atmosfera è la componente gassosa della Terraed è costituita dall’aria, che avvolge tutto il pianeta.

23. 1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» La litosfera è la componente solida superficialeed è costituita dalle rocce.

24. 1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» La biosfera, comprende gli organismi viventie l’ambiente con cui questi interagiscono.

25. 1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» Vi sono due diversi criteri di suddivisione della Terra solida. Criteriochimico-mineralogico Criterio basatosullo stato fisico dei materiali

26. 1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» Il sistema Terra è caratterizzato da complesserelazioni tra le diverse «sfere» che avvengonocon scambi di materia e di energia. Questi processi sono attivati e sostenutidal calore interno della Terra e dall’energia solareche arriva alla sua superficie. Il calore interno favorisce i processi endogeni(movimenti nel mantello, nel nucleo, fusione delle rocce,formazione di catene montuose, ecc.). L’energia solare favorisce i processi esogeni (movimenti di fluidi, passaggi di stato, tempo atmosferico,clima, modellamento superficiale, ecc.).

27. 1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» Il sistema Terra può essere suddiviso in 3 sottosistemi,o geosistemi, che operano su scala globale:

28. 1.8 Il sistema Terra e le sue «sfere» Il sistema climacoinvolge tutte le componenti del sistema Terra;le loro interazioni concorrono a determinare il clima su scala globalee le sue variazioni nel tempo. Il clima non esprime soltanto il comportamento dell’atmosfera, ma è influenzato anche dai molteplici processi che coinvolgono l’idrosfera,la litosfera e la biosfera. Il sistema tettonica delle placche è attivato dal calore interno della Terra.Esso si compie attraverso flussi di materia e di energia(moti convettivi) tra mantello profondo, astenosfera e litosfera. Il ciclo delle rocce, le deformazioni alle quali sono sottopostii materiali litosferici, i terremoti, le eruzioni vulcaniche,la formazione degli oceani e delle catene montuose sono tutteconseguenze delle interazioni tra le varie componenti della Terra solida. Il sistema geodinamo, responsabile dell’esistenza del campo magnetico terrestre, ha origine profonda, ma è in grado di interagire conle componenti più esterne del sistema Terra, come la biosfera e l’atmosfera.