Interno della terra
Ad uso esclusivo degli studenti
Sitografia varie fonti in particolare
Università degli Studi di Roma La Sapienza Laurea in Scienze
Ambientali Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia
Lezioni on-line 04/05 al sito:
http://tetide.geo.uniroma1.it/sciterra/wed/corsoterra.html
La densità



d = m/V
sono stati indirettamente calcolati: il Volume,
calcolato da Eratostene, è pari a 1,08∙1027cm3 e
la massa, calcolata dopo l’enunciazione della
Legge di Newton è pari a 5,975∙1027 g. Quindi la
densità media della Terra risulta essere 5,52
g/cm3
Le misure dirette di densità limitate allo strato
superficiale: la densità media delle rocce
superficiali è pari a 2,85g/cm3
Cosa dicono le meteoriti


differenza esistente tra densità media e densità
superficiale: la spiegazione più probabile e più semplice è
che l’involucro esterno sia formato da materiali a bassa
densità e che i materiali più densi siano situati nelle zone
più interne ed inaccessibili alle campionature.
osserviamo che i valori di densità delle meteoriti,
mediati tra di loro, danno valori assai simili alla densità
media terrestre e quindi, se ammettiamo l’unica origine di
tutti gli oggetti appartenenti al sistema solare, possiamo
verosimilmente supporre che anche la composizione
degli strati più interni ed inaccessibili della Terra sia
analoga a quella delle meteoriti più dense. Con
prevalenza di Fe e Ni
Cosa dicono le onde sismiche
lo studio è complesso più semplice è lo studioi di
sismogrammi di sismi da esplosione




le traiettorie descritte dalle onde sismiche nell’attraversare la
Terra sono curve, e ciò significa che la d. dei materiali attraversati
cambia continuamente;
la velocità di propagazione delle onde aumenta con la profondità,
e ciò significa che procedendo verso l’interno la d dei materiali
aumenta;
a distanze notevoli dall’ipocentro, alcune zone della superficie
terrestre non sono raggiunte dalle onde sismiche (zone d’ombra),
e ciò può essere spiegato solo ipotizzando che esistano dei
materiali in grado di rifrangere e/o riflettere le onde P quando
attraversati;
a notevole profondità, la velocità delle onde cambia bruscamente,
e ciò mette ancora in evidenza che la d. dei materiali cambia in
modo notevole, creando superfici di discontinuità.
Il comportamento delle onde
sismiche e le discontinuità
Origine della Terra

Processo di ACCREZIONE omogenea in seguito a
collisioni continue con corpi interplanetari di varia
grandezza.

I corpi più grandi [= Planetesimali] si pensa
avessero diametri dell’ordine di qualche centinaia
di chilometri
Tutti i corpi planetari si sono accresciuti per
accumulazioni successive (urti con meteoriti)
Tutti i corpi planetari sono craterizzati


Per generare un cratere come quello di Copernico (sulla Luna), con un
raggio di 93 km, ci vuole un urto con un asteroide di 5-10 km di diametro.

AUTODIFFERNZIAZIONE:
formazione del NUCLEO dal
MANTELLO PRIMORDIALE

Il NUCLEO si è
formato alla fine del
processo di
accrezione per una
Migrazione verso il
centro, dalla forza di
gravità, di un fuso di
solfuri di ferro e
nichel

I corpi collidenti erano
già differenziati con
nuclei composti da
solfuri di Fe e Ni allo
stato fuso che hanno
innescato la fusione
pressoché istantanea
dei composti analoghi
presenti nel
protopianeta
Nel 1909 Mohorovicic
dallo studio delle
onde di un sisma




Andrija Mohorovičić (1857 - 1936) fu un geofisico
croato.
Analizzando il terremoto di Pokuplje (valle di Kupa) dell'8
ottobre del 1909, individuò particolari arrivi di onde
sismiche che potevano essere spiegati solo con un brusco
aumento della densità del suolo ad una profondità di una
quarantina di chilometri.
Tale strato denso prende il nome di discontinuità di
Mohorovičić o, più semplicemente, moho.
oggi sappiamo che tale discontinutà varia la profondità La
discontinuità di moho è a 4-10Km sotto la crosta oceanica
e a 20-70Km sotto la continenetale min 1Km max 90Km
Crosta

:Crosta Continentale
Crosta Continentale
Crosta Oceanica
Più spessa: 20-70 km; in
media ~ 35 km
Composizione molto
variabile (~ granodiorite)

Divisa in:
- Crosta Superiore (più leggera, più ricca in SiO2 e
relativamente povera in MgO) e
- Crosta Inferiore più pesante (meno ricca in SiO2 e più
ricca in MgO)

Mantello:
Crosta
Profondità (km)
80
Discontinuità di
Mohorovicic
Mantello Superiore 220
Mantello
Zona di transizione
410
660
Mantello
Inferiore
Mantello Superiore fino a 410 km
Zona di Transizione (410-660 km)
Mantello Inferiore (Mesosfera) fino a
Nucleo
Discontinuità di Gutenberg
Esterno
2900 km
(liquido)
Composizione stratificata sia in termini
di composizione chimica che
mineralogica.
Nucleo
2900
5145
Nucleo
Interno
(solido)
Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter
6370
Mantello:
Crosta
Profondità (km)
80
Discontinuità di
Mohorovicic
Mantello Superiore 220
Mantello Superiore (dal contatto con la crosta
Mantello
fino a 410 km). Il contatto con la crosta è detto
Discontinuità di Mohorovicic (Moho)
Mantello litosferico (solido) spessore variabile
(in genere fino a ~80 km)
Mantello Astenosferico (parzialmente fuso) ~ 80Discontinuità di Gutenberg
220 km
Mesosfera di nuovo solida (peridotite a granato)
Zona di transizione
410
660
Mantello
Inferiore
2900
Nucleo
Esterno
(liquido)
Zona di Transizione. A partire da 410 km la
velocità delle onde sismiche aumenta rapidamente.
Questa variazione è dovuta al cambio strutturale Nucleo
dell’olivina (da rombica a monoclina).
A 500 km l’olivina (ora wadsleyite) cambia di nuovo
struttura e diventa cubica
A 660 km la ringwoodite si trasforma in perovskite e
magnesiowustite
(fasi ancora più dense)
Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter
5145
Nucleo
Interno
(solido)
6370
Crosta
Mantello:
Profondità (km)
80
Discontinuità di
Mohorovicic
Mantello Superiore 220
Mantello
Mantello Inferiore. Conosciamo molto poco di
questo volume della Terra.
Perovskite (MgSiO3( probabilmente costituisce più
dell’80% ) e magnesiowustite (MgO) sono
probabilmente le fasi più abbondanti.
Discontinuità di Gutenberg
Zona di transizione
410
660
Mantello
Inferiore
2900
Nucleo
Esterno
(liquido)
Nucleo
5145
Nucleo
Interno
(solido)
Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter
6370
Nucleo
Crosta
Profondità (km)
Mantello Superiore
Zona di transizione
Mantello
Nucleo:
Nucleo Interno è solido (a
causa delle fortissime
pressioni)
Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter
Mantello
Inferiore
2898
Lega metallica di Fe-Ni. (non ci sono silicati)
Nucleo Esterno è liquido
senza onde di tipo S
60
220
410
660
Nucleo
Esterno
(liquido)
Nucleo
5145
Nucleo
Interno
(solido)
6370
P = onde P
S = onde S
ρ= densità
Da: Le rocce ed I loro costituenti
Lucio Morbidelli
Crosta
Velocità (km/sec)
0
L’Astenosfera è la zona di
mantello superiore che
1000
permette alla sovrastante
litosfera di muoversi
Mantello
parzialmente scollata dalle
2000
restanti porzioni pià profonde.
5
10
Onde S
Litosfera
Astenosfera
Mesosfera
Onde P
La Litosfera comprende la
Crosta e la porzione di
mantello più superficiale.
3000
Profondità (km)
Al contatto Crosta-Mantello
litosferico si verifica un
aumendo di velocità delle
onde sismiche (aumenta la
densità).
Al contatto LitosferaAstenosfera si verifica una
diminuzione di velocità delle
onde sismiche (astenosfera
parzialmente fusa)
Nucleo 4000
Esterno
Liquido
5000
Nucleo
Interno
Onde S
Solido
6000
Variazione delle velocità delle onde P ed S con la profondità. Suddivisioni composizionali della Terra
sulla sinistra; suddivisioni reologiche sulla destra. Da Kearey and Vine (1990), Global Tectonics. © Blackwell Scientific. Oxford.
GRADIENTE GEOTERMICO
La variazione di Temperatura dalle regioni più interne
della Terra (più calde) a quelle più esterne (più fredde)
viene definita
GRADIENTE GEOTERMICO (°C/m)
Il gradiente geotermico
medio della crosta terrestre
vale circa 25°C/km (ma varia
da località a località da 6 a
140 °C/km)
Il gradiente geotermico per
le altre regioni più interne
della terra è molto più basso
(~0,7-0,8 °C/km)
FLUSSO DI CALORE
La quantità di energia termica che
sfugge dalla Terra espressa per unità di
area e di tempo viene definita FLUSSO
DI CALORE
Questa viene espressa in HFU (Heat
Flow Unit) equivalente ad
1 microcaloria/cm2/sec
La media del flusso di calore sui
continenti è 1,5 HFU
In alcune regioni (es. Italia) il flusso di
calore è superiore alla media. Perchè?
Si
14.4%
Al Ca
S
3.0% 1.4% 1.0%
O
50.7%
Fe
15.2%
Mg
15.3%
Abbondanze relative atomiche dei sette elementi più comuni che costituiscono
il 97% della massa della Terra.
Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter, Prentice Hall.
Sorgenti di calore
nella Terra
1. Calore dall’accrezione primordiale e dalla
differenziazione della Terra, deriva dall’energia
gravitazionaleale convertita in calore, raggiunge ancora
lentamente la superficie e si conserva perché i materiali hanno
bassa conducibilità termica
2. Calore rilasciato dal decadimento radioattivo
dei radionuclidi instabili presenti nelle rocce
che hanno una lunga emivita (30/35%)
3. Calore proveniente dal mantello sui fondali
oceanici dove sono scarsi i radionuclidi
Trasferimento di Calore
1. Conduzione (energia termica trasmessa dal moto
vibratorio degli atomi da una zona calda a una fredda):
Questa è funzione della conducibilità termica della
sostanza (ossia dell’abilità a condurre calore)
2. Radiazione (energia termica trasmessa da una
sostanza portata all’incandescenza)
3. Convezione (spostamento di materia; es. acqua che
bolle in una pentola; fumo di una sigaretta o di un camino.
Avviene perchè se riscaldiamo un fluido (liquido o gas)
questo si espande divenendo meno denso, quindi più
leggero, del materiale circostante. Tale fluido quindi tende a
salire, mentre il materiale più freddo e più pesante scende
aprenderne il posto. Si instaura così un ciclo convettivo, detto
CELLA CONVETTIVA)
Campo magnetico terrestre
da istituto d geofisica e vulcanologia di Roma




Campo principale, generato nel nucleo fluido
tramite il meccanismo di geodinamo
Campo crostale, generato dalle rocce
magnetizzate della crosta terrestre;
Campo esterno spazio generato da correnti
elettriche che fluiscono nella ionosfera e nella
magnetosfera come conseguenza dell'interazione
tra il vento solare e il campo geomagnetico;
Campo d'induzione elettromagnetica, generato
da correnti indotte nella crosta e nel mantello dal
campo esterno variabile nel tempo.
Il campo principale rappresenta, in media, il
99% di tutto il campo magnetico osservato in
superficie da istituto d geofisica e vulcanologia di Roma
Da un semplice studio morfologico si nota che il 95% del campo è analogo
a quello generato da un dipolo situato al centro della Terra il cui asse è
inclinato, rispetto all'asse di rotazione terrestre, di circa 11.5°.
La geometria del campo
geomagnetico è
caratterizzata da linee di
forza entranti nella Terra
nell'emisfero Nord e
uscenti in quello Sud.
Variazioni temporali

campo magnetico terrestre oltre ad avere una precisa
struttura spaziale, definita principalmente dai contributi
provenienti dal campo principale e da quello crostale, è
anche sottoposto a continue variazioni temporali. Queste
variazioni che possono essere di diversa natura, sono
suddivise in due classi principali: variazioni a lungo e a
breve termine. Le prime, generalmente indicate con il
nome di variazione secolare, sono dovute all'azione delle
sorgenti profonde interne alla Terra, le stesse che
generano il campo principale, e hanno un tempo
caratteristico minimo variabile tra 5 e 10 anni; le seconde,
variazioni a breve termine, sono di origine esterna al
nostro pianeta e presentano tempi caratteristici della
durata inferiore a qualche anno.
Gli effetti sulla atmosfera
Tratto da :"The Liftoff Academy" - Cortesia NASA/JPL

Le linee del campo magnetico si irradiano tra i poli magnetici
nord e sud esattamente allo stesso modo in cui si irradiano
tra i poli di una barra magnetica. Le particelle cariche
rimangono intrappolate in queste linee di forza (proprio come
la limatura di ferro) formando la magnetosfera.
Le linee di forza non sono
simmetriche L'impatto del vento
solare provoca la compressione
delle linee di forza nella parte
rivolta al Sole 80 a 60.000Km e
l'allungamento di quelle nella parte
in ombra, formazione della
cosiddetta coda magnetica
terrestre oltre 300.000.
La forza delle convenzioni
La geometria del campo geomagnetico è caratterizzata
da linee di forza entranti nella Terra nell'emisfero
Nord e uscenti in quello Sud.
Dunque, l'estremo libero con polarità Nord di un ago
magnetico tenderà a disporsi verso il polo Sud
magnetico della Terra (che si trova al polo Nord
geografico). E' comunque tradizione chiamare polo
magnetico Nord terrestre semplicemente quello che
si trova nell'emisfero Nord e, analogamente, polo
magnetico Sud quello che si trova nell'emisfero Sud,
in accordo con i corrispondenti poli geografici.
paleomagnetismo



il punto di Curie corrisponde alla temperatura alla quale scompare il
magnetismo permanente, quando si riscalda un materiale magnetico.
Una lava fuoriuscendo da un vulcano, raffreddandosi, “si orienta”,
assume cioè una magnetizzazione secondo il campo magnetico di
quel luogo e di quel momento e permane inalterato anche a distanza
di decine o centinaia di milioni di anni, è detto paleomagnetismo: Le
lave basaltiche (TRM), rocce sedimentarie depositate in acque
tranquille, ricche di ossido di ferro (DRM)
Studiando il palòeomagnetismo i geofisici analizzando rocce di tutte
le età e di varie parti del globo rilevando tre interessanti e
sorprendenti fenomeni:



La migrazione dei poli,
Le inversioni di polarità,
Le anomalie magnetiche dei fondi oceanici.
La migrazione dei poli


L’indagine ha rilevato che circa 500 –
600 milioni di anni fa, il polo nord si
trovava lungo l’equatore, inoltre i
risultati ottenuti dall’analisi delle rocce
americane rispetto a quelle europee
davano posizioni diverse per il polo.
L’unica ipotesi plausibile per spiegare
l’apparente migrazione dei poli è
quindi quella di considerare la deriva
dei continenti; in realtà sono i
continenti che, migrando sulla
superficie del globo, si sono mossi
rispetto all’asse di rotazione terrestre.
Inversioni di polarità


Irregolarmente, ma circa ogni
mezzo milione di anni, il campo
magnetico della Terra cambia
polarità (il polo nord diventa polo
sud e viceversa), impiegando
qualche migliaio di anni ad invertire
la propria direzione.
queste inversioni si succedono con
lo stesso ordine cronologico, anche
in zone assai distanti tra loro e si è
ricostruita la storia delle inversioni
negli ultimi 5 – 7 milioni di anni,
sotto
forma
di
una
scala
cronostratigrafica magnetica.
La causa non è ancora conosciuta.
Non accertato se il campo cambia
gradualmente nella direzione opposta
o se semplicemente si ribalta. dipende
dalla dinamo che è il nucleo terrestre,
evidentemente può variare la propria
polarità casualmente e con una certa
facilità
Anomalie magnetiche

Durante la perlustrazione dei fondi oceanici, gli
oceanografi scoprirono delle anomalie magnetiche
distribuite in modo assai caratteristico. Queste
anomalie rappresentano delle piccole deviazioni,
dell’ordine dei milligauss, dei valori medi
dell’intensità del campo magnetico terrestre. In
un’area con anomalia positiva, il campo magnetico
terrestre ha intensità maggiore del normale,
mentre in un’area con anomalia magnetica
negativa, l’intensità è minore del normale.
Anomalie dei fondali oceanici


Le anomalie magnetiche
riscontrate nell’oceano hanno
un andamento a bande lineari
e parallele che continuano
per centinaia di chilometri ;
esse presentano inoltre una
distinta simmetria bilaterale
rispetto alla dorsale medio –
oceanica questo accade poiché
dalle dorsali si forma
continuamente nuova crosta
oceanica accompagnata dal
progressivo allontanamento di
quella già formata dall’asse della
dorsale.
Correlando queste inversioni
con
la
scala
dei
tempi
geomagnetici, è stato possibile
datare i fondi oceanici e si è
constatato che i fondali
oceanici non hanno un’età
superiore a 200 milioni di
anni nelle parti più antiche,
età che è molto diversa da
quella registrata per alcune
rocce continentali che arrivano a
3,8 miliardi di anni. Questo
significa che il fondo oceanico è
cambiato molte volte nel corso
della storia della Terra.
Anomalie e movimento delle
placche

è possibile ricostruire la
posizione dei continenti, l’uno
rispetto all’altro, in un dato
momento della storia della
Terra. Spostando e facendo
coincidere con l’asse della
dorsale le anomalie associate
allo stesso periodo temporale,
si ottiene il profilo del fondo
oceanico in quel particolare
tempo geologico e quindi
anche i profili delle terre
emerse.
Anomalie da magnetismo
crostale


Oltre alle anomalie dei
fondali oceanici dovute
alle inversioni di campo
magnetico esistono anche
anomalie dovute alle

caratteristiche costitutive
della crosta terrestre.
Le anomalie più intense e
localizzate sono quelle
provocate da giacimenti di
materiale ferromagnetico
TRM, e DRM.
Anomalie positive o
negative perché i campi
magnetici principale e
crostale si sommano
vettorialmente
Classificazione delle Meteoriti
Ogni anno entrano nell’atmosfera terrestre 200 tonnellate
di meteoriti
Di questa quantità cadono sullla superficie terrestre ogni
anno per ogni milione di kilometri quadrati:
 58 meteoriti > 100 grammi
 9 meteoriti > 1 kg
 1,3 meteoriti > 10 kg
(L’Europa ha una superficie di  10 milioni
di kilometri quadrati)
(In Antartide ci sono  8 milioni di tonnellate
di meteoriti con un peso > 100 grammi)
Classificazione delle Meteoriti
Ordinarie
(81%)
Condriti
(86%)
Età 4500-4600 Ma; la distribuzione degli elementi
pesanti è analoga a quella del Sole; sono composte da
silicati anidri (essenzialmente olivine, pirosseni) che si
ritrovano riuniti in condruli = globuli subsferici (0,5-1
mm); tra i condurli compaiono minerali metallici (leghe
di Fe e Ni o solfuri sempre di questi elementi).
Fino al 20% di H2O. Sono caratterizzate dalla presenza di
Carbonacee minerali silicatici tipo serpentino/clorite). Con sostanze
organiche (idrocarburi, acidi grassi ed aromatici, etc.
(5%)
Silicatiche
(95%)
Sono considerate le più primitive e meno differenziate tra
i prodotti di condensazione che hanno originato i pianeti.
Acondriti
(9%)
Età e composizioni molto variabili; senza condruli. In genere hanno una
Grana più grossolana rispetto alle condriti. In genere senza Fe-Ni.
iniziale. Alcuni tipi oltre che dalla fascia degli asteroidi, sembrano
provenire dalla superficie di Marte (tipi SNC = -Shergottiti - Nakhiliti
Chassigniti) o da quella lunare.
Sideroliti (1%) Formate da silicati e minerali metallici (essenzialmente Fe + Ni)
(Silicatico-ferrose) Da riferire alle porzioni interne dei corpi differenziati della cintura di asteroidi
(4%) Essenzialmente composte da minerali metallici (Fe + Ni)
Da riferire alle porzioni interne dei corpi differenziati della cintura di asteroidi
(Ferrose)
Sideriti