Terra: uno sguardo introduttivo

Lo studio del nostro pianeta

Lo studio della componente non vivente del pianeta Terra, dovrebbe essere lo scopo esclusivo della geologia. 

Le scienze della Terra si suddividono in :

• Paleontologia;
• Mineralogia;
• Petrologia;
• Geochimica;
• Vulcanologia;
• Geofisica;
• Geografa fisica;
• Geomorfologia:
• Geologia ambientale;

Le scienze dell'atmosfera:

• Meteorologia;
• Climatologia;

Le scienze che si occupano dello studio dei fenomeni degli oceani e dei mari sono:

• Oceanografia;
• idrologia;

La Terra si formò circa 4,6 miliardi di anni fa e da allora ha continuato a ruotare intorno al Sole. Vista dallo spazio, la Terra, presenta tonalità bianche e azzurre perché è circondata da un'atmosfera gassosa, costituita principalmente da azoto, ossigeno, argon e vapore acqueo.
La Terra è in larga parte coperta da un sottile e irregolare strato di materiali incoerenti, formatosi a causa della degradazione atmosferica; si tratta del prodotto dell'alterazione chimica e della degradazione meccanica delle rocce provocata dalla loro esposizione all'atmosfera, all'idrosfera e all'azione degli organismi. Questo rivestimento è chiamato regolite. Anche gli altri pianeti e i vari corpi planetari aventi superfici rocciose hanno un regolite, ma di tutt'altra origine: in essi si è formato fondamentalmente a causa di innumerevoli impatti meteoritici. Il regolite terrestre, invece, si è formato da complesse interazioni di processi fisici, chimici e biologici, normalmente con l'intervento dell'acqua.

Molti fenomeni naturali diventano comprensibili solo se si tiene in considerazione il fattore tempo.  L'erosione di una valle fluviale, il sorgere delle catene montuose, o la nascita dei bacini oceanici , non sono il risultato di eventi catastrofici, ma di movimenti lentissimi e impercettibili. Basti pensare che lo spostamento di 1mm all'anno implica uno spostamento di 1 km in un milione di anni!
La scala dei tempi geologici, secondo la più recente versione (2010) adottata dalla Commissione Internazionale di Stratigrafia: la lunga storia della terra, iniziata 4 600 milioni di anni fa, è stata suddivisa in 4 eoni di durata molto diversa. La parte più antica, il Precambriano corrisponde all'87% dell'intera età del pianeta. Di questo intervallo di tempo abbiamo scarse testimonianze. Il Fanerozoico, è suddiviso in ere, nell'ordine: Paleozoico, Mesozoico e Cenozoico, di cui abbiamo documentazioni via via sempre più abbondanti, che permettono di conoscere con maggiore dettagli eventi che si sono succeduti. I limiti tra le ere, tra i periodi, e tra le epoche sono stati stabiliti tenendo conto di importanti biologici, come ad esempio la comparsa o l'estinzione di molte specie di organismi, climatici o geologici, come la nascita di catene montuose. Il Quaternario, è da sempre considerato un'era, seppure di brevissima durata, è stato declassato allo status di unità informale nell'ambito del periodo Neogene.

http://it.wikipedia.org/wiki/Scala_dei_tempi_geologici

La Terra primordiale

Circa 4.6 miliardi di anni fa, una massa rotante di polveri e gas, presente nello spazio interstellare della nostra galassia, iniziò a contrarsi e a raffreddarsi. La porzione centrale originò il Protosole, mentre frammenti e anelli di polveri e gas, agglomeratisi fra loro, portarono alla formazione di pianeti, tra i quali la Terra.

Le rocce più antiche della Terra hanno 3,8/4,2 miliardi di anni e sono state ritrovate in Groenlandia e nel Labrador.

La Terra si formò per agglomerazione disordinata di vari oggetti che colpivano la superficie, la Luna si ritiene nata da un impatto gigantesco; secondo questa ipotesi la Terra sarebbe stata colpita da un corpo un po' più grande di Marte, la cui parte più esterna fu sbalzata nello spazio e cominciò a orbitare attorno alla Terra, diventando la Luna, mentre il nucleo si conficcava nel corpo terrestre.

I planetesimi, sono oggetti rocciosi primordiali che incrociavano l'orbita terrestre e da cui si sarebbero formati i pianeti del sistema solare secondo l'ipotesi planetesimale. L'intensità e l'estensione di questo bombardamento di planetesimi sulla Luna, dopo che essa aveva raggiunto le sue attuali dimensioni e che si fa formata la sua crosta, sono evidenziate dalla presenza di almeno 80 crateri. Tutte queste strutture di impatto si formarono prima che la fase di bombardamento cessasse. Un simile bombardamento si verificò anche sulla Terra e questa è la ragione per cui sul nostro pianeta non si conoscono rocce con più di 3800/4200 milioni di anni: ogni eventuale roccia fu distrutta e fusa dai tremendi impatti.

La Terra, che a causa dei numerosissimi impatti si andava via via ingrossando, cominciò subito a surriscaldarsi a causa di tre differenti fenomeni:

1. Impatti di planetesimi: la loro energia cinetica si trasformava in energia termica, questa in parte veniva dissipata nello spazio, ma in parte veniva trattenuta;
2. l'aumento della pressione a cui erano soggette le parti interne del pianeta a causa dell'enorme peso dei materiali che si andavano via via accumulando nelle parti esterne, provocava un considerevole incremento di calore;
3. la radioattività di elementi quali uranio e torio, faceva sì che le particelle atomiche emesse da tali elementi venissero assorbite dai materiali circostanti e la loro energia cinetica trasformata in calore.

La catastrofe del ferro

Una volta iniziata la fusione, il ferro a causa della sua elevata densità, cominciò a sprofondare verso il centro della Terra sotto forma di grandi gocce, spostando i materiali più leggeri che vi si trovavano, questa è la cosiddetta catastrofe del ferro.

La formazione di un nucleo liquido fu un evento fondamentale nell'evoluzione terrestre: si liberarono altre enormi quantità di energia gravitazionale che a loro volta si convertirono in calore: la Terra subì quindi una profonda riorganizzazione interna che la trasformò da corpo omogeneo in corpo stratificato; mentre un terzo della primordiale massa della Terra si addensava al centro a costituire un nucleo a base di ferro, i materiali più leggeri migrarono verso l'esterno, raffreddandosi e formando la crosta primitiva. La parte restante, situata tra nucleo e crosta e avente caratteri fisico-chimici intermedi, è denominata mantello.

Circa il 90% della Terra è costituito da 4 elementi: ferro, ossigeno, magnesio e silicio. Il ferro si condensò al centro per differenziazione gravitativa, nella crosta questo elemento risulta piuttosto carente. Al contrario, silicio,alluminio,calcio,potassio e sodio si spostarono verso l'esterno, aumentando considerevolmente la loro concentrazione nella crosta.

La differenziazione gravitativa dei vari elementi fu governata dal loro peso specifico. La maggior parte di essi formò infatti dei composti minerali, e furono le proprietà fisiche e chimiche di questi composti a determinare la loro distribuzione verticale.

I feldspati, fondendo prima degli altri, poterono dunque migrare verso la superficie e accumularsi nella crosta. Nel mantello vennero invece immagazzinati i silicati di ferro e magnesio che fondono a temperature più elevate e sono più pesanti dei feldspati. Finirono probabilmente nel nucleo elementi pesanti quali oro e platino, che hanno poca affinità con ossigeno e silicio. Uranio e torio, i quali hanno però forte tendenza a formare ossidi ed silicati, che sono leggeri, si accumulano invece in quantità rilevante nella crosta.

Una conseguenza molto importante della zonazione chimica della Terra è che, essendosi concentrati nel guscio esterno i più importanti minerali radioattivi, l'aumento della temperatura interna diminuì considerevolmente poiché il calore radioattivo poteva essere facilmente dissipato nell'atmosfera. Quando l'interno della Terra divenne così caldo da fondere, un nuovo e più efficiente meccanismo si incaricò di trasferire il calore verso la superficie: la convezione.

Atmosfera, idrosfera e crosta primitive

Le grandi collisioni verificatesi verso la fine dell'aggregazione rimossero certamente qualsiasi traccia di un'eventuale atmosfera primordiale.

I planetesimi che si aggregarono per formare la Terra contenevano ghiaccio, acqua e sostanze volatili; quando materiali costituenti il nostro pianeta fusero parzialmente, il vapore acque e i composti volatili si separarono dal fuso e migrarono verso l'esterno. Le eruzioni vulcaniche liberarono grandi quantità di gas; l'idrogeno molto leggero, fuggì nello spazio, mentre i gas più pesanti avvolsero la Terra, formando l'atmosfera primordiale. Quando la temperatura superficiale scese sotto il punto critico dell'acqua, il vapore acque iniziò a condensarsi e a riempire le parti depresse della superficie terrestre originando i primi oceani.
Vari studi hanno dimostrato che essa si è venuta formando gradualmente nei tempi geologici, mediante ripetute emissioni di lava, a cui seguivano rifusioni parziali delle rocce appena consolidate, mentre da una parte si aveva la separazione di una crosta esterna più leggera da una interna più pesante, iniziava il processo di gradazione della primordiale superficie terrestre a opera degli agenti atmosferici e si formava il primitivo regolite. E i primi sedimenti riassorbiti e riciclati all'interno della Terra a opera dei processi vulcanici e spinte interne, contribuivano alla formazione dei primi nuclei dei blocchi continentali.

Il sistema Terra e le sue "sfere"

L'insieme delle diverse parti del nostro pianeta e delle loro reciproche interazioni costituisce il sistema Terra.
La componente liquida è detta idrosfera, la componente gassosa è chiamata atmosfera, la componente solida è la litosfera.La Terra solida non è tuttavia un corpo omogeneo: è zonata e la litosfera rappresenta solo la sua parte più esterna.
Il primo basato sulla composizione chimica e mineralogica, distingue una sottile crosta di tipo continentale più leggera e una di tipo oceanico più pesante, di spessore variabile, quindi un mantello roccioso a base di silicati che si spinge fino ad una profondità di 2900 km e infine un nucleo metallico a base di ferro.
Il secondo, basato sullo stato fisico dei minerali, individua una litosfera rigida ed elastica, un'astenosfera parzialmente fusa, una mesosfera solida ed infine un nucleo distinto in esterno ed interno.

Gli scambi e le interazioni fra idrosfera, atmosfera e litosfera avvengono in corrispondenza della superficie terrestre; alla componente biologica e all'ambiente con cui essa interagisce viene dato il nome di biosfera.
L'energia interna interna favorisce i processi endogeni (movimenti nel mantello, nel nucleo, fusione delle rocce..), mentre il calore del Sole favorisce i processi esogeni (movimenti dei fluidi, passaggi di stato..). Le componenti attivate dell'energia solare sono l'atmosfera, l'idrosfera e la biosfera, mentre sono attivate dal calore interno della Terra la litosfera, l'astenosfera, il mantello, il nucleo esterno e quello interno.La Terra va considerata come un sistema unico in quanto le varie componenti interagiscono profondamente tra loro: qualsiasi mutamento intervenuto in una sua parte determina effetti e ripercussioni sulle altre.
Le interazioni fra le diverse componenti sono inquadrabili in tre geosistemi: il sistema della tettonica delle placche, il sistema geodinamo  e il sistema clima.
Molti fenomeni che si manifestano sulla superficie terrestre trovano la loro origine all'interno del nostro pianeta e sono indicatori di condizioni di instabilità interna. La Terra al proprio interno è molto calda e disperde continuamente calore attraverso la superficie; essa si comporta quindi come un'enorme macchina termica con distribuzione delle temperature al proprio interno strettamente legata alla sua struttura, composizione, stato dinamico ed evoluzione. L'elevata temperatura e l'instabilità termica producono forze in grado di rimescolare e spingere verso l'alto i materiali interni e sono responsabili dell'energica attività geologica della parte superiore del pianeta. Secondo la teoria della tettonica delle placche, la parte superficiale della Terra è costituita da un involucro relativamente rigido, la litosfera, un sottile guscio che, a sua volta, è suddiviso in un certo numero di elementi, le placche, incastrati l'uno nell'altro come i pezzi di un gigantesco puzzle.
I margini delle placche litosferiche sono distinti, in base al movimento relativo delle placche, in tre tipologie:

1. margini divergenti o in accrescimento; corrispondono alle dorsali oceaniche, dove le placche si allontanano e si genera continuamente nuova crosta oceanica;
2. margini convergenti o in consunzione; corrispondono alle zone di subduzione dove le placche convergono e una di esse sprofonda nell'astenosfera, consumandosi e perdendo la propria identità;
3. margini trasformi o conservativi; corrispondono a grandi fratture oceaniche e continentali a scorrimento orizzontale lungo le quali le placche scivolano una accanto all'altra in direzioni opposte, mentre le superfici in gioco rimangono immutate.

Tettonica è la parte di geologia che studia la deformazione delle rocce, le grandi strutture e i movimenti delle placche litosferiche.

Il motore che fa muovere le placche va ricercato nei moti convettivi che rimescolano l'interno della Terra. La parte superficiale delle placche è costituita prevalentemente da materiale basaltico, cioè lava scura e relativamente pesante che fuoriesce nel mezzo degli oceani, in corrispondenza di lunghissimi rilievi sottomarini costellati di vulcani, le cosiddette dorsali oceaniche.
I continenti sono invece masse di materiale più leggero , essenzialmente di tipo granitico,e  sono inglobati in questa specie di "nastro trasportatore" che sono le placche; si spostano "galleggiando", trascinati passivamente dal loro movimento.

Le placche si accrescono negli oceani a partire dalle dorsali. Le dorsali sono imponenti zone rilevate sottomarine, al centro delle quali è presente una profonda incisione chiamata rift valley. In corrispondenza della rift valley le correnti convettive che rimescolano l'interno della Terra arrivano in superficie. Ma se lungo le dorsali esce in continuazione materiale e si genera nuova litosfera, è necessario che una corrispondente quantità venga inghiottita da qualche altra parte.

In certe zone, che sono le fosse oceaniche, una placca si immerge, sprofonda sotto un'altra e viene riassorbita all'interno della Terra; questo processo o movimento di lenta discesa e penetrazione di una placca all'interno della Terra è detto subduzione.





Lo scontro tra due continenti, detto collisione, si verifica in genere alle velocità relativa di 5\10 cm l'anno e implica necessariamente la scomparsa dell'oceano che li separava. Per oceano si intende non tanto la massa d'acqua, ma il fondo oceanico vero e proprio.

La crosta oceanica attuale,  che si crea continuamente in corrispondenza delle dorsali che stanno in mezzo agli oceani, viene altrettanto consumata e distrutta in corrispondenza delle fosse oceaniche. La collisione fra due continenti porta a un'intensa deformazione della zona in  cui avviene il loro accostamento e la sutura finale. Le rocce e i sedimenti dell'oceani interposto, sono piegate, rotte e innalzate e trasformate dalle enormi pressioni e dalle alte temperature che si producono nella loro morsa dei due blocchi continentali. Il risultato finale di un processo collisionale è l'orogenesi, cioè la formazione di una catena montuosa. L'orogenesi è l'insieme dei fenomeni sedimentari, magmatici, tettonici, geodinamici in generale, che danno luogo alla formazione di catene montuose.