02_struttura Terra.pdf

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Struttura
interna
della
Terra
Crosta
Litosfera
Astenosfera
Mantello
Limite nucleo-mantello
Nucleo esterno
Nucleo interno

Le onde sismiche
cambiano velocità e
direzione quando
passano da un
materiale a un altro
La velocità delle
onde sismiche
dipende dalla
composizione dei
materiali attraversati
e dalla pressione
Zona d’ombra d
delle onde P
Zona d’ombra d
delle onde S
Percorsi delle onde P e
delle onde S attraverso
la Terra
Possiamo sfruttare
il comportamento
delle onde
sismiche per
indagare l’interno
della Terra
2.2

2.3
Registrazione sismografica di onde P, PP, S
e superficiali
Le variazioni di velocità
delle onde P ed S all’interno
della Terra rivelano
l’esistenza
di strati di
differente spessore e
caratteristiche fisiche

Struttura della Terra
Lo studio del comportamento delle onde sismiche fornisce
informazioni circa la forma e la composizione dell’interno della Terra:
• Crosta: ~10–70 km, composizione intermedia
• Mantello: ~2800 km, composizione mafica
• Nucleo esterno : ~2200 km, ferro liquido
• Nucleo interno: ~1500 km, ferro solido
Composizione della Terra
La sismologia ci informa anche sulla densità delle rocce:
• Crosta continentale: ~2.8 g/cm 3
• Crosta oceanica: ~3.2 g/cm 3
• Astenosfera: ~3.3 g/cm 3 2.4

Isostasi
“Galleggiamento” di masse rocciose a bassa densità su rocce a più
alta densità; giustificazione delle “radici” delle fasce montagnose
Due ipotesi: Pratt e Airy
La crosta meno densa “galleggia” sul mantello più denso
Discontinuità di
Mohorovicic
(MOHO)
2.5

La crosta terrestre si comporta
come un supporto elastico
Struttura della crosta e
del mantello superiore
Il ghiaccio continentale
si accumula sulla crosta
Il ghiaccio causa la
subsidenza isostatica
Lo scioglimento del
ghiaccio causa il
sollevamento isostatico
Ritorno all’equilibrio
isostatico
2.6

Il calore interno della Terra
Calore originale
Successivo
decadimento radioattivo
Conduzione
Convezione
Le correnti di convezione nel
mantello come possibile
meccanismo della tettonica
delle placche crostali
2.7

Paleomagnetismo
• Uso del campo magnetico terrestre per investigare i movimenti
delle placche crostali nel passato
• Registrazione permanente della direzione del campo magneitico
terrestre al momento della formazione della roccia
• Può non essere lo stesso campo magnetico attuale
Campo magnetico di un magnete a barra
Gli elementi che hanno un numero
dispari di elettroni (es.. Fe, Mn, , Cr,
Co) sono interessati da un campo
magnetico. . Se un minerale
contenente tali elementi si raffredda
sotto una certa temperatura in
presenza di un campo magnetico, , lo
stesso minerale si orienta in
direzione del polo Nord (valido
anche per i sedimenti)
2.8

Il campo magnetico terrestre
La Terra si comporta come un
magnete i cui poli sono quasi
coincidenti con l’asse di rotazione (poli
geografici)
Le linee di forza del campo
magnetico si diffondono dai poli
magnetici in modo tale che un
magnete liberamente sospeso si
inclina verso l’alto nell’emisfero
meridionale, si mantiene orizzontale
all’Equatore e si inclina verso il basso
nell’emisfero settentrionale
Declinazione magnetica: angolo, su di
un piano orizzontale, fra il Nord
magnetico e quello reale
Inclinazione magnetica: angolo, su di
un piano verticale, verticale con un
piano orizzontale
2.9

Il campo magnetico terrestre
All’inizio si pensava che il campo magnetico terrestre
fosse causato da un grande e permanente magnete
localizzato nelle profondità dell’interno della Terra.
Nel 1900, Pierre Currie scoprì che il magnetismo
permanente è viene perso dai materiali magnetizzabili a
temperature comprese fra 500 e 700 °C (punto di Currie).
Dal momento che il gradiente geotermico all’interno
della Terra è ≈ 25°C/km, nessun materiale può essere
magnetizzato in modo permanente al disotto di circa 30
km dalla superficie.
Si deve trovare un’altra spiegazione.
2.10

Una dinamo autoalimentata
Una dinamo produce corrente elettrica dal moto di un
conduttore entro un campo magnetico e viceversa (una
corrente elettrica in un conduttore produce un campo
magnetico)
Si pensa che nel nucleo esterno si verifichino moti convettivi (in
quanto si trova allo stato liquido in un gradiente di temperatura).
Un campo magnetico “vagante” (probabilmente causato dal
Sole) interagisce col ferro in movimento nel nucleo per produrre
una corrente elettrica che si muove intorno all’asse di rotazione
terrestre producendo un campo magnetico: una dinamo che si
alimenta da sé stessa!
Se questi dettagli sembrano vaghi, è perché non sappiamo ancora
abbastanza della dinamica del nucleo.
2.11

Inversioni magnetiche
• La polarità del campo magnetico terrestre è cambiata migliaia di
volte nell’era Fanerozoica (l’ultima inversione si è verificata circa
700,000 anni fa).
• Queste inversioni sembrano essere verificarsi in tempi brevi
(probabilmente gli ultimi 1000 anni o quasi).
• Un periodo di tempo in cui il è dominante il magnetismo di una
particolare polarità è detto “epoca magnetica”. Definiamo normale la
polarità Nord e inversa la polarità Sud.
• L’inversione magnetica fu scoperta indagando la “firma” magnetica
del fondo oceanicoDiscovered by looking at magnetic signature of the
seafloor as well as young (0-2 Ma) lavas in France, Iceland, Oregon
and Japan.
• Quando furono resi noti, questi dati furono accolti con grande
scetticismo
2.12

Evidenza di una possibile inversione
del campo magnetico terrestre
Oggi possiamo usare le proprietà magnetiche di una
sequenza di rocce per determinare la loro età
2.13

Teoria dell’inversione
• Suggerì innanzitutto che era cambiata la natura delle rocce, non il campo
magnetico
• Datando l’età delle rocce (di solito per mezzo del metodo K–Ar) è stato
dimostrato che tutte le rocce di una particolare età hanno la stessa “firma”
magnetica
Registrazione del campo magnetico in
un sedimento deposto recentemente
Successione di lave che registrano inversioni
del campo magnetico terrestre
2.14

Scala geomagnetica
del tempo
Basata sulla
determinazione delle
caratteristiche magnetiche di
rocce (sia oceaniche che
continentali) ) di età nota
Oggi possediamo una
buona registrazione delle
inversioni geomagnetiche a
partire da circa 60 milioni di
anni fa
2.15