MOVIMENTI CHE CARATTERIZZANO IL PIANETA E IL SUO

MOVIMENTI CHE CARATTERIZZANO IL PIANETA E IL SUO SATELLITE NATURALE; LUNA – fasi ed eclissi STRATIGRAFIA E TEMPO GEOLOGICO: fossili ed ere geologiche CARTOGRAFIA ( reticolo geografico, proiezione cartografico, costruzione di una carta geografica ) STORIA DELLA GEOLOGIA LA TERRA E’ UN PIANETA INSTABILE -FENOMENI SISMICI - FENOMENI VULCANICI - STRUTTURA INTERNA DEL PIANETA ATMOSFERA: struttura e composizione; circolazione IDROSFERA: oceani, mari e acque continentali BIOSFERA LITOSFERA: minerali e rocce

TETTONICA A PLACCHE COME TEORIA UNIFICANTE: - e le forme che ne derivano - e alcuni esempi di rapporto con le Scienze della Terra - tsunami COME VALUTARE PERICOLOSITA’ E RISCHIO IN UN EVENTO NATURALE DINAMICA AMBIENTALE - fattori endogeni - fattori esogeni MODELLAMENTO DELLA SUPERFICIE TERRESTRE AGENTI - FORME - PROCESSI - FATTORI CHI CHE COSA COME PERCHE’

• PRIME DISPUTE SULLA STRUTTURA DELLA TERRA Ø Sir Francis Bacon Ø G. B. Airy Ø Antonio Snider-Pellegrini Ø Edward Suess Ø J. D. Dana • A. WEGENER E LA TEORIA DELLA DERIVA DEI CONTINENTI ü Taylor e lo scorrimento crostale ü Wegener ü A. Holmes ü H. Benjoff • HESS E L’IPOTESI DI ESPANSIONE DEI FONDALI OCEANICI o Harry Hammond Hess • LA TETTONICA DELLE PLACCHE v Tuzo Wilson v Jason Morgan v Fred Vine e Drummond Matthews

Nel 1620, l'astronomo Sir Francis Bacon, scrisse di una sorprendente conformità dei margini continentali che si presentava da entrambi i lati dell’Oceano Atlantico, concludendo che i due continenti erano come le tessere di un puzzle, un tempo assemblate ma che in un qualche modo si erano successivamente smembrate ed allontanate

Verso la metà del 1800, gli studi sulla gravità indicavano che l’Himalaya apparentemente esercitava un’attrazione gravitazionale molto inferiore a quella che ci si sarebbe aspettati dalla sua enorme massa. Divenne convinzione comune che le rocce più leggere costituenti le montagne, si spingessero in profondità nella crosta sottostante Nel 1855 G. B. Airy formulò l’ipotesi che sotto la crosta solida della Terra ci sia uno strato di materiale che si comporta come un fluido ed è più denso della crosta solida e che può considerarsi come se galleggiasse su di esso

Nel 1858, un altro studioso, Antonio Snider. Pellegrini, pubblicò un libro ("La création et ses mystéres dévoilés") che includeva una mappa in cui l’America e l’Africa erano unite. Per la prima volta, su basi scientifiche, Snider suggerì l’ipotesi che un tempo l’Europa e le Americhe avessero fatto parte di un unico continente; egli aveva studiato fossili di alcune piante vissute 300. 000 anni prima ed aveva notato una certa somiglianza tra quelli rinvenuti in entrambi i continenti

Nel 1885, un geologo austriaco di nome Edward Suess fornì ulteriori prove alla teoria sviluppata da Francis Bacon, attraverso l’analisi di fossili e suggerì che i continenti dell’emisfero Sud un tempo dovevano essere stati uniti, poiché riportavano delle similitudini per quanto riguardava i fossili rinvenuti; egli parlò di un unico grande ammasso di terra che chiamò Dato che, sia Bacon Gondwana. che Suess non seppero spiegare il meccanismo che portò allo smembramento della massa di terra, la comunità scientifica non prese seriamente in considerazione le loro teorie.

J. D. Dana – E. Suess : l’orogenesi classica Le prove che si accumulavano indicavano che i continenti erano costituiti da materiale meno denso e più leggero rispetto a quello che costituiva i fondali. Queste osservazioni portarono l’americano J. D. Dana a formulare l’ipotesi del CONTRAZIONISMO secondo la quale la Terra si raffredda, si contrae per cui la crosta si piega e si incurva formando le montagne. Ciò avrebbe dato inizio all’erosione ed al trasporto di roccia dalle zone sollevate ed alla sua deposizione come sedimento nelle depressioni. Quindi i sedimenti delle montagne erose si accumulano nel mare, in grandi fosse, le GEOSINCLINALI; qui si compattano (subsidenza) e sprofondano. Le pressioni laterali dei continenti fanno riemergere i sedimenti che vengono piegati e aumentano di spessore. Queste rocce subiscono metamorfismo a causa delle forti pressioni. Anche E. Suess propose un modello della Terra analogo affermando inoltre che nel corso della progressiva contrazione e solidificazione della massa fusa, i materiali più leggeri venivano spostati verso la superficie dando origine a rocce metamorfiche chiamate SIAL, mentre al di sotto vi erano rocce più dense dette SIMA, ricche di magnesio, ferro e calcio. Sia le formulazioni di Dana che quelle di Suess negavano però implicitamente la possibilità di movimento laterale delle masse continentali attraverso gli oceani. INDIETRO

Prima di Wegener, il geografo e geologo americano F. B. Taylor, nel 1910 pubblicò un articolo in cui sosteneva che l’ipotesi della contrazione fosse inadeguata a spiegare in modo soddisfacente la distribuzione delle catene montuose del Terziario e la loro giovinezza. Immaginò un massiccio movimento di scorrimento della crosta terrestre da nord verso la periferia dell’Asia. La tesi di Taylor mancava di un punto importante e cioè il meccanismo del movimento che produceva lo spostamento delle masse continentali.

(1880 -1930) L'idea della deriva dei continenti, scrive Wegener nella sua trattazione "The Origin of Continent and Oceans", "mi si presentò già nel 1910. Nell'esaminare la carta geografica dei due emisferi, ebbi l'impressione immediata della concordanza delle coste atlantiche, ma ritenendola improbabile non la presi per allora in considerazione. Nell'autunno del 1911, essendomi capitata in mano una relazione su un antico collegamento continentale tra il Brasile e l'Africa, venni a conoscenza dei risultati paleontologici ottenuti, a me ignoti fino allora. Ciò mi spinse a prendere in esame i dati acquisiti nel campo geologico e paleontologico riferentesi a questione: ora, le osservazioni fatte furono così notevoli che si radicò in me la convinzione dell'esattezza fondamentale di quell'idea. Idea che resi nota per la prima volta il 6 gennaio 1912, in una conferenza tenuta alla Società Geologica di Francoforte sul Meno su: "La formazione dei continenti e degli oceani in base alla geofisica". (1) A questa conferenza ne seguì il 10 gennaio una seconda su: "Gli spostamenti orizzontali dei continenti " che tenni alla Società per il Progresso delle Scienze naturali di Marburgo. "

Alfred Wegener intorno al 1912 inquadrò in una teoria organica i dati in parte già noti e discussi : la “ Deriva dei continenti ”. Egli osservò la forma dei continenti, in particolare dell’Africa e dell’America del Sud: se noi ritagliassimo l’America meridionale e l’Africa e le accostassimo, vedremmo che i due continenti combacerebbero perfettamente come se fossero due enormi tessere di un puzzle. Wegener ipotizzò che i due continenti un tempo fossero uniti in un unico grande blocco. Questa affermazione implicava una conseguenza molto importante: se un tempo erano uniti, vuol dire che i continenti possono muoversi orizzontalmente e andare alla deriva, come se fossero delle enormi zattere. Egli propose quindi un’idea di superficie terrestre in movimento, in evoluzione, con i continenti “alla deriva” negli oceani, come pezzi di un primigenio, unico continente: questo supercontinente fu denominato PANGEA.

Secondo lo scienziato tedesco, fino a 200 milioni di anni fa esisteva un unico grande continente: la Pangea, circondato da un unico grande oceano: la Pantalassa. Wegener ricostruì la Pangea accostando fra loro le sagome dei continenti. Secondo la sua teoria, 220 - 200 milioni di anni fa, il grande continente Pangea cominciò a lacerarsi, seguendo un movimento distensivo che si protrasse per qualche decina di milioni di anni, in due blocchi chiamati rispettivamente Laurasia (formato da Europa, Asia e America settentrionale) e Gondwana (costituito da America meridionale e Africa), separati da un oceano chiamato Tetide. A partire da questa primordiale scissione, la Laurasia andò alla deriva verso Nord, mentre il blocco Africa. America del Sud si staccò dal blocco Australia-Antartide. Intorno a 190 milioni di anni fa, un evento simile a quello che aveva diviso in due la Pangea, interessò una zona del continente Gondwana e intorno a 80 milioni di anni fa, la frattura che aveva originato l'Atlantico meridionale cominciò a propagarsi anche verso Nord. Il continente settentrionale venne diviso in due blocchi: il Nord-America e l'Eurasia e fra i due continenti si aprì l'Atlantico settentrionale.

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EPPUR SI MUOVE! INDIETRO

PROVE DI WEGENER: § Prove geologiche: forme dei continenti combacianti; alcune catene montuose di un continente sembrano la continuazione di quelle di un altro continente ora lontano. § Prove paleontologiche: fossili di una stessa specie trovati in continenti oggi lontani tra loro a testimoniare la loro passata unione, es. fossili del rettile Mesosaurus (vissuto circa 270 milioni di anni fa) ritrovati sia in Sud America che in Africa; fossili della felce Glossopteris distribuiti in regioni molto lontane (America del Sud, Sud Africa, India, Antartide, Australia) a testimoniare che un tempo questi continenti erano uniti tra loro. § Prove climatologiche: circa 250 milioni di anni fa c’erano ampie distese di ghiaccio nella parte sud-orientale dell’America del Sud, nella parte meridionale dell’Africa, in alcune zone dell’Australia e dell’India. L’ipotesi più semplice per spiegare questa distribuzione dei ghiacciai è quella che in quel periodo i continenti erano uniti e tutte quelle zone si trovavano in corrispondenza del Polo Sud. Il limite della teoria di Wegener fu quello di non riuscire a definire quale fosse il motore che muoveva i continenti portandoli “alla deriva”. …scrive egli stesso: “ Il Newton della teoria della deriva non è ancora apparso…è probabile che la soluzione completa del problema delle forze motrici sia ancora lontana a venire, perché significa districare un groviglio di fenomeni interdipendenti in cui spesso è difficile distinguere la causa dall’effetto ”

Formulò tuttavia alcune ipotesi indicando due possibili componenti; una forza di fuga dei poli per spiegare i movimenti dei continenti verso l’equatore e una forza di marea per spiegare la deriva verso ovest dei continenti americani L’obiezione più forte fu comunque quella che sottolineava l’incompatibilità tra il movimento continentale e le idee accettate sulla struttura della crosta. ANCHE SE I CONTINENTI ERANO ZATTERE DI SIAL GALLEGGIANTI SUL SIMA, QUALE FORZA ERA IN GRADO DI SUPERARE L’ENORME ATTRITO E DI SPINGERLI LUNGO LA SUPERFICIE TERRESTRE ?

Con l’aiuto delle onde sismiche, gli scienziati compresero che il mantello non era costituito da roccia solida e che, dunque, poteva muoversi e nel 1928, Arthur Holmes propose un meccanismo che consentiva il movimento dei continenti a seguito di questa nuova scoperta. Egli ipotizzò che il calore intrappolato nella Terra originasse delle correnti convettive, vale a dire aree dove i fluidi al di sotto della crosta terrestre ascendono, si spostano lateralmente e discendono; le correnti ascenderebbero sotto i continenti, si espanderebbero ed infine discenderebbero sotto gli oceani. Sfortunatamente Wegener morì nel 1930 e non ebbe l’opportunità di adattare la teoria sviluppata da Holmes alle sue idee sulla deriva dei continenti ma nonostante tutto la sua teoria e le prove da lui apportate non furono completamente abbandonate nemmeno a seguito della sua morte e per i successivi 40 anni l'idea della deriva dei continenti fu oggetto di un "caldo" dibattito.

Nel 1940 Hugo Benjoff tracciò la posizione dei sismi profondi ai margini dell'Oceano Pacifico. La sua carta indica una catena di sismi che oggi è conosciuta come "Anello di fuoco del Pacifico" ed a partire da essa gli scienziati hanno tracciato la distribuzione dei vulcani e dei sismi nel mondo. L’analisi sistematica dei sismi profondi permise di comprendere che essi non avvenivano casualmente sopra la superficie terrestre ma erano concentrati lungo vere e proprie linee, localizzate sulla crosta terrestre e corrispondenti al sistema mondiale delle dorsali e delle fosse oceaniche. Il fatto che la distribuzione dei sismi e dei vulcani fosse simile al sistema di dorsali, indicò a Benioff che la litosfera terrestre era divisa in sezioni.

( Harry Hammond Hess 1906 -1969 ) Nel 1962 pubblicò la propria ipotesi circa l’espansione dei fondali oceanici in un documento intitolato “ History of ocean basins ” che contribuì a fornire ulteriori conferme alla teoria della deriva dei continenti

“ Le dorsali medio oceaniche- scrive Hess in relazione al rapporto con la deriva- potrebbero rappresentare i resti dei lembi ascendenti delle convettive, mentre la fascia circumpacifica di deformazione e vulcanismo rappresenta i lembi discendenti. La Dorsale Medio-Atlantica è in posizione mediana perché le aree continentali sui due lati si sono allontanate alla stessa velocità…Non è esattamente la stessa cosa nella deriva dei continenti. I continenti non avanzano attraverso la crosta oceanica spinti da forze ignote, ma piuttosto si lasciano trascinare passivamente sul materiale del mantello (come se si trattasse di un nastro trasportatore) quando sale alla superficie in corrispondenza della cresta della dorsale e se ne allontana muovendosi lateralmente. ”

Nel 1962, Harry Hess propose un'idea radicale per spiegare la topografia del fondale oceanico e l'attività che esiste lungo le dorsali e le fosse, suggerendo che nuova crosta oceanica si origina dalle rift (spaccature) delle dorsali oceaniche ed il fondale e la roccia sottostante sono formati proprio dal magma che risale dalle profondità della Terra. Questo spiegherebbe perché il sistema della dorsale è composto da rocce basaltiche, ovvero da rocce di origine vulcanica. Hess propose inoltre che il fondale muovendosi lateralmente si allontana dalla dorsale e sprofonda in una fossa lungo il margine del continente; per esempio la crosta originatasi dalla East Pacific Rise, una dorsale oceanica presente nel Pacifico orientale, affonda nella fossa adiacente alle Ande nel lato occidentale del Sud America. Nel modello di Hess, le correnti convettive nell'astenosfera spingono il fondale oceanico dalle dorsali alle fosse; tuttavia queste correnti dovrebbero spostare anche i continenti poiché sia i continenti sia l'oceano fanno parte della stessa litosfera. La teoria dell'espansione dei fondali sviluppata da Hess ebbe successo dove Wegener fallì. Non si pensò più che i continenti attraversassero la crosta oceanica ma furono considerati parte di placche si muovono sulla "soffice" e plastica astenosfera. Inoltre il movimento di allontanamento del fondale dalla dorsale, contribuì anche a spiegare la distribuzione dei sismi e dei vulcani scoperta da Benioff, infatti, quando la litosfera sprofonda a livello delle fosse nell'astenosfera, si originano sismi e vulcani poiché le placche oceaniche dense (fatte da rocce basaltiche) vengono spinte sotto le placche continentali meno dense (fatte di rocce costituite per lo più di materiale granitico). L'immersione delle placche di subduzione, motiva la distribuzione dei sismi e dei terremoti.

Nel 1965, le idee della deriva dei continenti e dell'espansione dei fondali furono integrate nel concetto di Tettonica a placche da Tuzo Wilson. La tettonica divide lo strato superficiale della Terra in dodici placche litosferiche distinte, ognuna di circa 45 -65 miglia. Queste placche fluttuano sulla sottostante astenosfera che, riscaldata dall'interno della Terra e divenuta plastica, si espande, diventa meno densa e si solleva. Incontrando la litosfera devia e trascina le placche lateralmente finché si raffredda e si condensa deviando nuovamente per completare il ciclo.

Wilson fu il primo ad utilizzare il termine placche, ma la formulazione teorica completa ed il suo sviluppo furono opera del geofisico americano Jason Morgan

Il movimento della placca è lento in termini di anni umani: circa 2 cm all'anno. Le placche interagiscono allontanandosi una dall'altra, scorrendo lateralmente o convergendo, cosa che comporta che una placca venga spinta sotto l'altra, oppure si corrugano dando origine a catene montuose. La teoria della tettonica a placche doveva essere verificata affinché venisse accettata dalla comunità scientifica. La prova che il fondale oceanico si espandesse arrivò dal rilevamento di particolari disegni magnetici e nel 1963 Fred Vine e Drummond Matthews svilupparono una teoria per spiegare il pattern zebrato delle anomalie magnetiche. Proposero che i minerali ferrosi contenuti nella lava, eruttata in diversi momenti lungo la rift della dorsale, conservassero e registrassero in modo permanente le caratteristiche il campo magnetico presentava in quel momento ed in quel luogo; ad esempio la lava eruttata quando il Polo Nord si trovava nell'emisfero Nord, riportava una polarità positiva, al contrario, lava eruttata quando il Nord magnetico era nell'emisfero Sud riportava una polarità negativa. Vine e Matthews proposero che la lava eruttata sul fondale oceanico in modo simmetrico rispetto alla rift, si solidificasse e si allontanasse prima che venisse eruttata nuova lava. Se il campo magnetico si è invertito nel tempo intercorso tra le due eruzioni, le due colate di lava daranno origine ad una serie di bande parallele caratterizzate da proprietà magnetiche differenti. L'abilità di Vine e Matthews nello spiegare il pattern delle anomalie magnetiche del fondale fornì la prova che il fondale si espandeva dalle dorsali.

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…è UNA LUNGA STORIA!

Terra pianeta roccioso rocce litosfera involucro più esterno del globo

VIAGGIO AL CENTRO DELLA TERRA Nucleo: • alta densità • metalli pesanti ( Fe, Ni ) • temperatura elevata (migliaia di gradi) • > press. Nel nucleo int. • raggio 3500 Km

Mantello: • silicati di tipo “pesante” (Si e O + Fe e Mg) • solido e rigido al di sotto della crosta e per quasi tutto il suo spessore ma tra 100 e 200 Km di profondità c’è una fascia a comportamento più fluido e plastico – astenosfera • spessore di 2850 Km Crosta: • silicati di tipo “leggero” (Si e O + Al) • spessore variabile (tra i 5 e i 70 Km) mediamente 35 Km • crosta + parte superiore del mantello = litosfera (rigida e fragile) • la litosfera è divisa in placche

PRINCIPALI ELEMENTI CHIMICI DELLA CROSTA TERRESTRE

Insieme di minerali Spesso le masse rocciose non sono visibili perché ricoperte dal suolo, il sottilissimo manto superficiale che separa la sfera rocciosa solida dall’atmosfera; in genere è anche presente la vegetazione che affonda nel suolo le proprie radici e vela ulteriormente le rocce. Altre volte il suolo e la roccia sono coperti dalle acque, come avviene nei laghi, nei mari e negli oceani.

Nel loro complesso i processi che hanno portato alla formazione delle rocce sono riconducibili a tre tipi fondamentali dai quali derivano 3 gruppi principali di rocce : METAMORFICHE IGNEE Raffreddamento e solidificazione di rocce fuse (o magmi) ad alta temperatura (5001300 °C) SEDIMENTARIE Trasformazione di rocce preesistenti che si vengono Accumulo, consolidamento e a trovare in condizioni cementazione di materiali di ambientali diverse da quelle origine diversa, come frammenti originarie. Aumento di di altre rocce o resti di temperatura e pressione che organismi. induce in rocce Si formano sulla superficie sedimentarie e ignee terrestre a scarsa profondità profonde modificazioni (fino a circa 10 Km) dove tanto da formare rocce temperatura e pressione non completamente diverse e sono molto elevate nuove

IGNEE + METAMORFICHE > Parte della CROSTA Le troveremo soprattutto in profondità SEDIMENTARIE Sono le più abbondanti in affioramento cioè in superficie dove spesso ricoprono le altre rocce Le sedimentarie sono spesso i principali costituenti delle catene montuose, dove gli strati sedimentari appaiono deformati, piegati e spezzati dalle forze che li hanno sollevati

AMBIENTE GEODINAMICO DI FORMAZIONE

ROCCE Costituite da un solo tipo di minerale (es. CALCARE --- spesso è formato solo da Ca. CO 3 che nella forma cristallina si chiama calcite) Altre sono costituite da vari minerali (es. GRANITO --- feldspato, mica, quarzo) • se i minerali sono ben visibili a occhio nudo ( ROCCIA MACROCRISTALLINA; es. Granito) • se i minerali non sono visibili a occhio nudo (ROCCIA MICROCRISTALLINA; es. Basalto)

La Terra ha circa 4, 6 miliardi di anni. L’età media delle rocce della superficie terrestre è di circa 1. 8 miliardi di anni. Come mai le diverse rocce che troviamo sul nostro pianeta non hanno la stessa età ?

Milioni di anni 4. 600 1. 800 4 8 x 10 -5 eventi

Mentre gli elementi chimici che formano le rocce sono gli stessi che erano presenti anche nella Terra primitiva, nel corso delle ere geologiche le vecchie rocce si sono trasformate (…e si trasformano continuamente ) in nuove rocce, prendendo parte ad un grande ciclo continuo: il CICLO DELLE ROCCE FORZE CHE ALIMENTANO IL CICLO Agenti atmosferici Calore interno della Terra

FASI: SEMPLIFICAZIONE ESTREMA DEL CICLO 1 2 3 4 DEGRADAZIONE ATMOSFERICA ED EROSIONE Rocce ignee vulcaniche Deposizione negli oceani e sui continenti Rocce sedimentarie granito arenaria Rocce ignee Rocce metamorfiche Rocce ignee plutoniche metamorfismo gneiss CALORE E PRESSIONE mantello TORNA ALL’INDICE Calore interno sedimenti

arenaria gneiss granito TORNA ALL’INDICE ANALIZZIAMO LE SINGOLE ROCCE

Le rocce superficiali ( vulcaniche e sedimentarie ) sottoposte all’erosione dell’aria e dell’acqua, gradatamente si sgretolano e si trasformano in detriti. Questi detriti, trasportati dai fiumi , dai ghiacciai, dal vento, sono depositati nei mari, dove formano sedimenti

PROCESSO SEDIMENTARIO I sedimenti depositati sul fondo e compressi dal peso dei nuovi materiali che vanno accumulandosi al di sopra di essi, sono compattati e cementati assieme (diagenesi); formano così una nuova roccia sedimentaria

PROCESSO METAMORFICO La nuova roccia viene spinta dai movimenti della litosfera più in profondità; qui, sottoposta ad alte temperature e pressioni, si trasforma in roccia metamorfica

PROCESSO MAGMATICO Infine, se la roccia metamorfica viene trasportata ad una profondità tale da fondere per effetto del calore, perde completamente la sua “fisionomia” originaria, per diventare magma. Risalendo, il magma potrà solidificare in profondità nella crosta terrestre o effondere in superficie. Si formeranno così altre rocce ignee e il ciclo si chiude

…da un punto di vista chimico … da un punto di vista fisico … alcuni esempi TORNA AL CICLO LITOGENETICO

• sono fatte tutte da silicati • soprattutto Si e O a cui si legano Al, Fe, Mg, Na, K • silicio + ossigeno = Si. O 2 ( ossido di silicio o SILICE) • % in silice > 65% ROCCE IGNEE ACIDE • dette anche sialiche (Si e Al) • colore chiaro ROCCE IGNEE BASICHE • % in silice < 52% • femiche ( Fe e Mg) • colore scuro ROCCE IGNEE NEUTRE • % in silice intermedia

MAGMI ACIDI ( che danno origine alle rocce sialiche) Sono generalmente più densi e viscosi dei MAGMI BASICI che danno origine alle rocce femiche

ROCCE IGNEE o MAGMATICHE ( si formano in seguito a solidificazione del magma o delle lave) 65% delle rocce della litosfera PLUTONICHE (o INTRUSIVE) Se il consolidamento è avvenuto per lento raffreddamento di masse magmatiche al di sotto della superficie terrestre (circa 500 -600 metri di profondità) • hanno una grana più grossolana con cristalli ben visibili a occhio nudo (quarzo, feldspati, miche, anfiboli, pirosseni) • cristallizzazione lenta che darà origine a rocce con struttura “olocristallina” IPOABISSALI o SUBVULCANICHE Sono rocce che si sono intruse a livello superficiale della crosta terrestre sotto forma di filoni, camini(plugs) e piccole masse • profondità intermedie tra le rocce intrusive ed effusive • grana minuta e cristalli delle medesime dimensioni VULCANICHE (o EFFUSIVE) Se derivate da rapido raffreddamento e degassazione di lave defluite in superficie a seguito di manifestazioni vulcaniche • cristallizzazione rapida in cui si formano cristalli piccoli • rocce con struttura porfirica : pochi cristalli ben formati (fenocristalli) in una matrice microcristallina o addirittura abbiamo rocce con struttura vetrosa (es. ossidiana) • nel caso in cui vengano eruttate in acqua i cristalli non si formano affatto e il consolidamento avviene allo stato vetroso

DIATREMI

PILLOWS- lava a cuscini

La Devil’s Tower si trova nel Wyoming (USA): si tratta di una formazione rocciosa costituita da basalto con fessurazione colonnare, risultato del consolidamento del magma all’interno di un camino vulcanico. Il raffreddamento della lava produce spesso un tipo di fessurazione detta prismatica o colonnare: le foto mostrano un insieme di colonne prismatiche esagonali che si sono sviluppate in una colata lavica.

Se la lava si frantuma in grossi blocchi poliedrici viene chiamata "lava a blocchi". Se la superficie delle colate è liscia, con una terminologia hawaiana si parla di lava "pahoehoe".

Quando la lava ristagna in corrispondenza della bocca vulcanica, si formano accumuli di varie forme e dimensioni, detti duomi o cupole di ristagno. Quando la lava arriva a contatto con l’acqua, per esempio durante le effusioni sottomarine, si formano strutture particolari che, per la loro forma tondeggiante, vengono dette "a pillow" (cuscino).

GRANITI : rocce sialiche più comuni; rocce acide intrusive; macrocristalline; principali minerali presenti: feldspato, quarzo, mica Monte Bianco Adamello

BASALTI : rocce femiche più comuni, sono rocce basiche effusive, microcristalline

Sicilia – area dell’ETNA : è formata da successive colate di lave basaltiche

CROSTA CONTINENTALE : formata da rocce più leggere e spesse con prevalenza di rocce di tipo acido granitico CROSTA OCEANICA : più pesante e sottile con rocce prevalentemente di tipo basico basaltico

SI POSSONO AVERE ANCHE ROCCE INTRUSIVE BASICHE ED EFFUSIVE ACIDE Esempi: GABBRI Intrusive basiche (stessa composizione del basalto) Grossi cristalli verdi ( minerali chiamati pirosseni) e cristalli chiari (minerali chiamati plagioclasi)

Oppure… PORFIDO Usato ad esempio per la pavimentazione delle strade Effusiva acida : stessa composizione del granito

In alcune rocce effusive derivate da magmi particolarmente acidi e viscosi, la cristallizzazione è stata talmente scarsa che in pratica la roccia si è solidificata in una massa omogenea a struttura vetrosa nella quale manca una struttura cristallina OSSIDIANA

POMICE : roccia effusiva acida Cave di pomice - Lipari

• ambiente di origine: superficie terrestre o sottosuolo a bassa profondità (pochi Km) • si formano a T e P basse • sono solo l’ 8% ma rappresentano i ¾ della copertura superficiale della Terra … sono quindi quelle che vediamo più frequentemente • formano uno strato molto sottile mentre il resto dello spessore della crosta è formato in prevalenza da rocce ignee e metamorfiche DIAGENESI LITIFICAZIONE compattazione e formazione della cementazione roccia Precipitazione tra i granuli di composti Compressione dei sedimenti e conseguente chimici che fanno da cemento (Si. O 2 e riduzione degli spazi tra i granuli Ca. CO 3) EROSIONE TRASPORTO e DEPOSITO

AMBIENTE DI SEDIMENTAZIONE

SILTITI (silt cementato) ARGILLITI (argille cementate) PELITI o LUTITI (diam. < 1/16 mm) CONGLOMERATI (diametro clasti > 2 mm) da carbonato di calcio (Ca. CO 3) TUFO da sali marini (EVAPORITI) PIROCLASTICHE ROCCE CARBONATICHE (fossili+matrice di Ca. CO 3+cemento a composizione variabile) ROCCE SILICEE (Si. O 2 – SELCI) Dolomia calcarea Conchigliari (conchiglie di CALCARI ORGANOGENI (prevale il molluschi) carbonato di magnesio) • ammonitici Di scogliera (scheletri Calcari dolomitici (carbonato di • nummulitici di coralli) calcio+ carbonato di magnesio) PIETRISCO Clasti cementati ARENITI (diam. Clasti tra 2 e 1/16 mm) Accumulo e stratificazione di cenere, lapilli, etc provenienti dalle eruzioni vulcaniche GHIAIA Clasti non cementati BRECCE (spigoli arrotondati) PUDDINGHE (spigoli vivi) SABBIE(clasti non cementati) ARENARIE(clasti cementati) TRAVERTINO (ambiente fluviale) ALABASTRO (caverne) STALATTITI e STALAGMITI (grotte) SALGEMMA (Na. Cl) GESSO (solfato di calcio) SPONGIOLITI (spugne) RADIOLARITI (radiolariprotozoi) DIATOMITI (diatomee-alghe)

CONGLOMERATI

BRECCIA PUDDINGA

ARENARIE

ARGILLE

STALATTITI E STALAGMITI

GESSO SALGEMMA

ALABASTRO

TRAVERTINO

TUFO VULCANICO

SELCE

DOLOMITI

DOLOMIA del Trentino

ROCCE ORGANOGENE : barriera corallina(i reef)

LUMACHELLE

CALCARE

CALCARE A NUMMULITI TORNA AL CICLO LITOGENETICO

Sono rocce ignee o sedimentarie trasformate in altre rocce in seguito all’aumento di P e T dovuto alla loro “sepoltura” e “cottura” in profondità Ambiente di formazione: all’interno della crosta terrestre a profondità intermedia (alcune decine di Km) dove le T e P sono elevate ma la temperatura non è ancora così alta da far fondere i minerali METAMORFISMO REGIONALE METAMORFISMO di CONTATTO Legato a spinte prodotte dai moti delle placche litosferiche e riguarda masse rocciose di ampi territori Deriva dal contatto di rocce preesistenti con magma incandescente e riguarda brevi strati di roccia GNEISS ARDESIE derivano dal granito derivano dalle argilliti MARMO da trasformazione del calcare assumono un aspetto lamellare detto anche SCISTOSO (nel corso del metamorfismo i minerali tendono ad orientarsi su piani paralleli) In altri casi, sempre a causa di variazioni di temperatura e pressione, i minerali possono ricristallizzare formando granuli di grosse dimensioni. Es GNEISS OCCHIADINI (con grossi granuli di feldspato di forma lenticolare)

GNEISS

GNEISS OCCHIADINI

MARMI

SCISTI

ALPI : masse di GNEISS CERVINO

GRAN PARADISO

MONTE ROSA

APPENNINO : Alpi Apuane TORNA AL CICLO LITOGENETICO

• …e le forme che ne derivano • …e alcuni esempi di rapporto con le Scienze della Vita

Se immaginiamo di sezionare la Terra, è possibile riconoscere un sottilissimo strato esterno detto CROSTA TERRESTRE , al di sotto del quale si trovano MANTELLO e NUCLEO. La crosta terrestre è lo strato più esterno, quello su cui noi camminiamo e su cui si svolgono le attività degli organismi viventi. E’ composto da materiali solidi: le rocce. CONTINENTALE ( forma i continenti; spessa mediamente 35 Km ma può raggiungere 60 -70 Km in corrispondenza delle catene montuose) CROSTA TERRESTRE OCEANICA ( forma i fondali degli oceani e dei mari; mediamente lo spessore è di 10 Km ed è più densa rispetto alla continentale)

Il passaggio dalla crosta al mantello è segnato dalla discontinuità di Mohorovicic’ (legata al cambiamento di velocità delle onde P in prossimità di questa superficie). CROSTA TERRESTRE + PARTE SUPERFICIALE DEL MANTELLO = LITOSFERA La Litosfera si comporta rigidamente se sottoposta a tensioni. Il MANTELLO ha uno spessore di circa 2900 Km. E’ formato da rocce parzialmente fuse che alimentano il magma.

La parte del mantello superiore a contatto con la litosfera forma l’ ASTENOSFERA ( che ha un comportamento plastico ). Il passaggio da mantello a nucleo è segnato dalla MANTELLO discontinuità di Gutenberg. Il nucleo ha uno spessore di circa 3470 Km ed è composto da una parte esterna liquida e da una parte interna solida. Nel passaggio dalla crosta al nucleo si osserva un SUPERIORE progressivo aumento della densità dei materiali, della pressione e della temperatura. Nel mantello, che ha un comportamento plastico, INFERIORE avverrebbero fenomeni di CONVEZIONE tipici dei fluidi. Se riscaldiamo un fluido esso si espande diventando meno denso rispetto al materiale circostante e tende quindi a salire. Il materiale più freddo tenderà invece a scendere instaurando così un circolo che prende il nome di CELLA CONVETTIVA. Queste correnti sono responsabili della DERIVA DEI CONTINENTI e della TETTONICA DELLE PLACCHE e forniscono magma ai vulcani e alle dorsali oceaniche.

Negli anni ’ 60 e ’ 70 si realizza quella rivoluzione scientifica delle scienze della Terra che va sotto il nome di Tettonica a placche o più propriamente TETTONICA GLOBALE, proprio perché cerca di inquadrare e spiegare tutti i fenomeni geologici del pianeta (continenti, oceani, catene montuose, vulcani, terremoti, dati paleontologici, paleoclimatici, paleomagnetici, ecc…). Furono gli scienziati Morgan e Mc. Kenzie che, nel 1967, formularono questa teoria che è considerata una teoria unificante poiché permette di spiegare molti fenomeni che apparentemente sembrano non avere alcuna relazione tra loro: per esempio, la distribuzione dei fenomeni vulcanici e sismici, la localizzazione delle catene montuose, ecc… Secondo la teoria della tettonica delle placche (o zolle), la litosfera non forma un guscio continuo, ma si presenta fratturata, divisa in una serie di zolle o placche. Le zolle galleggiano sulla sottostante astenosfera e sono in continuo movimento, trascinando con sé i continenti. Sono state individuate complessivamente una ventina di zolle, di cui sette più grandi e le altre di minore estensione.

LA CROSTA TERRESTRE E’ IN CONTINUO MOVIMENTO, IN CONTINUA EVOLUZIONE

Ma qual è il motore, la causa che determina il movimento di queste zolle e di conseguenza dei continenti a queste associati ?

La causa sono proprio quei moti convettivi presenti nel mantello che determinano la risalita del magma verso la litosfera (più caldo e quindi più leggero) e del suo ritorno verso l’astenosfera (più freddo e quindi più pesante). Questi moti convettivi stabiliscono nel mantello un movimento ciclico nei materiali fluidi responsabile del lento spostamento delle zolle. Naturalmente il movimento delle zolle è molto lento, dell’ordine di pochi centimetri l’anno.

Tutti i margini tra le placche coincidono con le principali zone sismicamente attive della Terra. TRE TIPI DI MOVIMENTO SCONTRO SCORRIMENTO ALLONTANAMENTO

ALLONTANAMENTO …delle placche SI FORMA NUOVA CROSTA Lo spazio che si forma tra le due zolle che si allontanano, lascia posto alla fuoriuscita del magma proveniente dal mantello che giunto in superficie solidifica formando nuova crosta e determinando per esempio l’espansione dei fondali oceanici. Questo allontanamento porta alla formazione delle cosiddette dorsali oceaniche (es. dorsale medio-atlantica). I margini di queste zolle vengono detti margini di accrescimento o costruttivi (perché si forma nuova crosta terrestre) o margini divergenti (poiché lungo questi margini le zolle divergono, cioè si allontanano)

SCONTRO…tra placche LA LITOSFERA VIENE CONSUMATA SI FORMA UNA CATENA MONTUOSA Margini convergenti o distruttivi

Possono verificarsi tre diversi tipi di scontro che vengono di seguito mostrati:

SCONTRO TRA UNA ZOLLA CONTINENTALE ED UNA OCEANICA: La zolla oceanica, più densa, si flette sotto la zolla continentale e ritorna nel mantello (processo di subduzione). Parte della crosta terrestre viene distrutta, nell’astenosfera la crosta oceanica fonde e il materiale fuso risale in superficie formando dei vulcani sulla crosta continentale. Si forma inoltre una fossa oceanica.

SCONTRO TRA DUE ZOLLE OCEANICHE: La subduzione, in questo caso, avviene in pieno oceano e si formano archi vulcanici insulari e profonde fosse oceaniche (ad es. la fossa delle Marianne profonda 11. 000 m).

SCONTRO TRA DUE ZOLLE CONTINENTALI: In questo caso si assiste al processo di orogenesi in cui la litosfera si può corrugare e sollevare fino a formare una nuova catena montuosa (le Alpi e l’Himalaya sono esempi di catene montuose formatesi per questo fenomeno e, in particolare, le Alpi si sono originate dall’impatto tra la zolla africana e quella eurasiatica mentre l’Himalaya per l’impatto tra la zolla indo-australiana e quella eurasiatica.

A questo tipo di eventi sono legati i principali fenomeni sismici che normalmente si verificano lungo i margini di placca

SCORRIMENTO…delle zolle I margini di placca soggetti allo scorrimento si dicono margini conservativi. Non si crea né si distrugge litosfera Attriti e fratturazione delle rocce in profondità. Terremoti e risalita di materiale fuso sono normalmente i fenomeni legati a questo tipo di movimento Le faglie trasformi sono le fratture che si formano quando due zolle scorrono l’una accanto all’altra in direzioni opposte (famosa è la faglia di San Andreas in California dovuta allo scorrimento, in direzioni opposte, della zolla del Pacifico accanto a quella nord-americana) INDIETRO

La tettonica a placche gioca un ruolo importante nella genesi e nel mantenimento della vita sul Pianeta Se si fermasse a causa Della diminuzione del calore generato dal decadimento radioattivo Dall’interruzione dei moti convettivi nel mantello Dall’ispessimento crostale o dell’aumento di viscosità del mantello Dall’interruzione dei fenomeni vulcanici Dalla variazione delle caratteristiche fondamentali di inclinazione/rotazione del pianeta SI VERIFICHEREBBE Una drastica diminuzione della quantità di CO 2 nell’atmosfera, che controlla la temperatura globale del pianeta La scomparsa del campo magnetico terrestre e la conseguente esposizione della Terra alle radiazioni cosmiche e al vento solare . . un globo completamente sommerso Diminuzione degli habitat attualmente presenti con una conseguente diminuzione della biodiversità Incremento dell’erosione continentale, non più contrastata dal sollevamento vulcanico e orogenetico, con il rischio di un innalzamento del mare fino alla completa sommersione del globo

ACQUA, BIOSSIDO DI CARBONIO E TETTONICA DELLE PLACCHE

COSA HA PERMESSO ALL’ACQUA DI CONSERVARSI ALLO STATO LIQUIDO FINO AD OGGI ? DETERMINANTE E’ IL MANTENIMENTO DI UN CAMPO DI TEMPERATURA COMPATIBILE CON LO STATO LIQUIDO DELL’ACQUA ( TRA 0°C E 100°C ). PER MANTENERE LE VARIAZIONI DI TEMPERATURA IN TALE INTERVALLO DI VALORI E’ DETERMINANTE LA QUANTITA’ DI CO 2 PRESENTE NELL’ATMOSFERA LA CO 2 VIENE IMMESSA NELL’ATMOSFERA PER CIRCA IL 20% MEDIANTE LE REAZIONI DI COMBUSTIONE E, PER IL RESTANTE 80%, MEDIANTE REAZIONI LEGATE AL COSIDDETTO CICLO GEOCHIMICO DEL CARBONIO Il CICLO GEOCHIMICO DEL CARBONIO regola il trasferimento del carbonio tra la crosta, l’oceano e l’atmosfera 1. La CO 2 presente nel suolo reagisce con l’acqua producendo acido carbonico 2. L’acido carbonico altera i minerali carbonatici e silicatici, producendo ioni bicarbonato, ioni calcio e silice in soluzione 3. Questi prodotti vengono trasportati dai fiumi fino agli oceani dove gli organismi viventi li incorporano, combinandoli nuovamente in carbonato di calcio e liberando CO 2 che alla fine torna all’atmosfera 4. Mentre il ciclo dei carbonati è in equilibrio, quello dei silicati comporta un deficit di CO 2 finale …e allora?

La compensazione di CO 2 avviene nelle profondità della Terra, dove il carbonato di calcio e la silice riscaldati reagiscono e danno silicato di calcio e CO 2. La CO 2 viene emessa nell’atmosfera da eruzioni vulcaniche e sorgenti di acque minerali gassate, completando il ciclo. LA DINAMICA DELLA TETTONICA DELLE PLACCHE RISULTA QUINDI FONDAMENTALE PER IL MANTENIMENTO DEI LIVELLI DI CO 2 NELL’ATMOSFERA. LA CO 2 ASSICURA LA PRESENZA DI ACQUA LIQUIDA SULLA TERRA E PERMETTE QUINDI LO SVILUPPO DELLA VITA NELLE FORME CHE TUTTI CONOSCIAMO

Dove nacquero i primi esseri viventi? Ci sono varie teorie. Ultimamente una delle più attendibili presuppone che le prime cellule viventi abbiano trovato un ambiente ideale nelle bocche idrotermali nel fondo degli oceani ( lungo le dorsali oceaniche ) E’ un altro collegamento tra le particolari caratteristiche del nostro Pianeta e la comparsa e lo sviluppo della vita. TORNA ALL’INDICE

Realizzato dal prof. Francesco Barberis