SILSISMI-Indirizzo Scienze Naturali
Corso di Didattica e Laboratorio di Scienze della Terra
STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA
BONZINI MARIA
Classe 60A
A.A.2006-2007
CLASSE: 5 Liceo Scientifico
MOMENTO FORMATIVO: seconda metà del primo quadrimestre dopo aver
trattato: geografia astronomica e Sistema Solare; moti della Terra e
rappresentazione della superficie (motivi “temporali”); prima di minerali e
rocce
MOTIVAZIONE DELLA SCELTA: conoscere e comprendere la struttura
interna della Terra sta alla base della comprensione di fenomeni
importanti quali la tettonica a zolle, i fenomeni endogeni, la presenza
del campo magnetico terrestre, la genesi delle rocce,…
COSA C’E’ SOTTO I NOSTRI PIEDI?
PREREQUISITI:
•Chimica: principali elementi chimici (O, Si, Fe, Mg, Al…)
•Fisica: Onde e fenomeni ondulatori (rifrazione-riflessione), stato della
materia, concetti di convezione, densità, gradiente, campo magnetico.
MULTISCIPLINARIETA’: Fisica
OBIETTIVI DIDATTICI:
•Conoscenza dei principali metodi di indagine dell’interno della Terra
•Comprensione dei principi su cui si basa l’interpretazione dei dati sismici
per ricostruire la struttura interna della Terra
•Conoscenza e comprensione del modello interno della Terra a involucri
concentrici (crosta, mantello, nucleo); conoscenza delle principali geosfere
e loro principali caratteristiche (fisiche e composizionali).
•Comprensione delle relazioni tra struttura interna della Terra e fenomeni
che interessano la superficie.
METODOLOGIE E STRUMENTI:
Lezioni frontali (con domande stimolo)
Utilizzo di immagini e foto proiettate, power point, diagrammi proiettati,
disegni e schemi alla lavagna, libro di testo
DURATA E SCANSIONE TEMPORALE:
1 ora
Introduzione; Richiami storici: primi metodi di
indagine dell’interno della Terra e primi modelli;
Introduzione ai principali metodi di indagine
odierni (studio di meteoriti e onde sismiche)
2 ore
Principali tipologie di onde sismiche (P e S),
loro principali proprietà e loro utilizzo;
Descrizione della struttura interna della Terra e
caratteristiche fisiche e composizionali degli
involucri terrestri; Conclusioni.
1 ora
Verifica dei contenuti: verifica orale
1 ora eventuale
Recupero (se necessario, in base ai risultati
della prova scritta finale)
La verifica scritta su questa unità verrà fatta in seguito, al
termine del modulo comprensivo anche dei fenomeni
endogeni (sismica e vulcanismo).
SINTESI DEI CONTENUTI:
INTRODUZIONE:
Richiami a fenomeni evidenti superficiali connessi alla struttura interna
della Terra, tramite domande stimolo e supporto di immagini e foto:
Fenomeni vulcanici
Fenomeni legati al calore (Geyser, acque termali)
Fenomeni legati al campo magnetico (magnetismo, aurore boreali)
A COSA SONO DOVUTI?
SINTESI DEI CONTENUTI:
CENNI STORICI:
Da sempre fenomeni come vulcani e terremoti hanno suscitato stupore
nell’uomo e hanno stimolato la sua immaginazione:
Miti, divinità
Opere letterarie (Dante, Verne..)
I tentativi di spiegare questi
fenomeni risalgono all’antichità:
Greci: Presenza di cavità
sotterranee in cui soffiano venti
incandescenti (Vulcani e fenomeni
termici), il cui soffitto può crollare
(Terremoti)
XVII sec: Vulcani sono dovuti a
sacche magmatiche collegate da
canali ai vulcani in superficie
(MULTIDISCIPLINARIETA’: Lettere, Storia)
XVIII sec: primi studi su composizione e struttura interna della Terra,
basati su:
Densità delle rocce: da legge di gravitazione universale si ricava
d=5,5g/cm3, le rocce superficiali hanno d=2,7 g/cm3.
Studio dei meteoriti
Temperatura: cresce scendendo in profondità (es. miniere).
LA TERRA E’ FATTA DA INVOLUCRI CON MATERIALI, DENSITA’ E
SPESSORI DIVERSI.
Seconda metà ‘800: primi modelli (su basi CHIMICHE) della struttura della
Terra a involucri concentrici (Suess):
NUCLEO (ferro e nichel)
STRATO INTERMEDIO (Si, O, Mg)
INVOLUCRO ESTERNO (Si, O, Al)
SINTESI DEI CONTENUTI:
METODI DI INDAGINE ODIERNI:
STUDIO METEORITI:
METODI INDIRETTI:
Sideriti: ferro e nichel nel nucleo
Condriti carbonacee: composti di O,
Si, Mg nel mantello
ONDE SISMICHE
MODELLO ATTUALE:
TERRA COSTITUITA DA:
CROSTA
MANTELLO
NUCLEO
separati da superfici di discontinuità
SINTESI DEI CONTENUTI:
ONDE SISMICHE:
ONDE P:
ONDE S:
•Longitudinali (di compressione):
particelle si muovono parallele a
direzione di propagazione onda;
•Trasversali: particelle si muovono
perpendicolarmente a direzione di
propagazione onda;
•Più veloci (V=5,5-14 km/s);
•Più lente (V=3-7 km/s);
•Si propagano in solidi e liquidi
•Si propagano solo nei solidi
SINTESI DEI CONTENUTI:
SUPERFICIE DI DISCONTINUITA’:
superficie di contatto tra due mezzi
a diversa densità.
RIFRAZIONE: deviazione di un’onda
che passa una superficie di
discontinuità
Facendo propagare le onde sismiche
all’interno della terra, si individuano
sfere concentriche e superfici di
discontinuità in base a:
Le onde cambiano velocità in
mezzi differenti
In corrispondenza di superfici di
discontinuità le onde sono rifratte
Le onde S non si propagano nei
fluidi
SINTESI DEI CONTENUTI:
VELOCITA’ DELLE ONDE SISMICHE IN PROFONDITA’ E LORO
INTERPRETAZIONE:
SINTESI DEI CONTENUTI:
STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA:
•Continentale e oceanica
CROSTA:
•Spessore variabile (7-80km)
•Densità 2,7 g/cm3
•Materiali silicatici (Si, O, Al)
•Stato solido
DISCONTINUITA’ DI MOHOROVICH (crosta
– mantello)
•Superiore e inferiore
•Da Moho a 34790 km
MANTELLO: •Densità 3,3 – 5,6 g/cm3
•Materiali silicatici (Si, O, Mg)
•Diversi comportamenti reologici
MANTELLO LITOSFERICO:
•Da Moho a 100 km
•Solido
•Costituisce la litosfera con la crosta
MANTELLO SUPERIORE:
ASTENOSFERA:
•Da Moho a 2900 km
•Tra 70 – 250 km
•Densità 3,3-5,6 g/cm3
•Parzialmente fuso
•Materiali silicatici (Si, O, Mg)
•Sede di moti convettivi (Tettonica,Vulcanismo..)
MANTELLO SUP. (s.s.):
•Fino a 2900 km
•Solido
•Discontinuità minori a 400 km e 700 km
(cambi di fase mineralogica)
MANTELLO INFERIORE:
•Da 2900 km a 3470 km
•Densità aumenta
•Composizione omogenea
•Solido
3470 km: DISCONTINUITA’ DI GUTEMBERG
NUCLEO ESTERNO:
•Da Gutemberg a 5170 km
•Densità 9,7 g/cm3
•Leghe Fe-Ni + elementi leggeri (S o O)
•Fuso
•Sede di moti convettivi (Campo magnetico terrestre)
5170 km: DISCONTINUITA’ DI LEHMAN
NUCLEO INTERNO:
•Da Lehman a centro della Terra (6378 km)
•Densità 13 g/cm3
•Leghe Fe-Ni
•Solido
SINTESI DEI CONTENUTI:
CONCLUSIONI:
ANDAMENTO DI PRESSIONE, TEMPERATURA E DENSITA’ IN PROFONDITA’:
RAPPRESENTAZIONI MENTALI ERRONEE:
La crosta galleggia su uno strato
completamente fluido.
La suddivisione in involucri è una
suddivisione CHIMICA
Le onde S non si propagherebbero del
tutto, invece sono solo rallentate.
Le interpretazioni sono fatte in base alla
propagazione di onde sismiche, quindi su basi
FISICHE;
Alcuni involucri che hanno la stessa composizione
hanno proprietà reologiche diverse (nucleo)
Se la temperatura cresce in
profondità, la maggioranza del
Pianeta dovrebbe essere fuso
Lo stato della materia dipende anche dalla
pressione, che contrasta l’effetto della
temperatura;
I dati delle onde sismiche indicano materiali
solidi in profondità.
Le onde P e S individuano il nucleo esterno
fuso;
Scendendo in profondità il materiale
è sempre più denso: non ci sono
materiali fusi intermedi.
Il campo magnetico si genera per cariche
elettriche in movimento; le leghe metalliche
sono individuate nel nucleo (per meteoriti): è
nel nucleo che ha origine il campo magnetico;
deve essere fluido per permettere il
movimento delle cariche.