1. Modello a strati dell’interno della Terra

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1. Strati della Terra

La Terra è divisa in diversi strati interni.

modello a strati dell'interno della terra
Strati interni della Terra, Fonte: https://it.wikipedia.org/

1.1. Il nucleo

La superficie è lo strato di crosta ed è coperta dallo strato del mantello, che è il più spesso. Poi c’è il nucleo. Il nucleo è diviso in due parti: il nucleo esterno e il nucleo interno.

1.1.1. Il nucleo interno

Il nucleo interno è lo strato più centrale della Terra ed è per molti versi simile al nucleo esterno. È anche principalmente ferro e nichel e ha un raggio di circa 1.220 km. La differenziazione tra il nucleo esterno e il nucleo interno è guidata dalla densità. Le pressioni diventano abbastanza alte che, nonostante le temperature molto elevate, il nucleo interno è solido. È anche arricchito da elementi pesanti insoliti tra cui oro, argento, platino, palladio e tungsteno.

Le temperature raggiungono fino a 5.400 gradi Celsius e le pressioni fino a 360 gigapascal. Il nucleo interno è circa il 70% del raggio della Luna ed è approssimativamente la stessa temperatura della superficie del Sole! Ora, rispondiamo ad alcune domande frequenti nel caso in cui tu stia cercando risposte rapide.

1.1.2. Il nucleo esterno

Il nucleo esterno è lo strato liquido in gran parte ferroso della terra che si trova sotto il mantello. I geologi hanno confermato che il nucleo esterno è liquido a causa delle indagini sismiche dell’interno della Terra. Il nucleo esterno ha uno spessore di 2.300 km e scende a circa 3.400 km sulla terra. Nessuno ha mai visto il nucleo esterno, ma sulla base di una serie di indicatori, i geologi ritengono che il nucleo esterno sia per l’80% di ferro, un po ‘di nichel e un certo numero di diversi elementi più leggeri. Quando la Terra stava appena iniziando a raffreddarsi miliardi di anni fa, gli elementi più pesanti affondarono nel centro della Terra, mentre gli elementi meno densi salirono in superficie. Pertanto, vediamo un aumento generale della densità, man mano che ci si avvicina al centro della Terra.

Il nucleo esterno è abbastanza caldo da essere fuso, ma non abbastanza sotto una pressione sufficiente per rendere il ferro di nuovo solido, come si vede nel nucleo interno. La temperatura del nucleo esterno varia da circa 4.030 a 5.730 gradi Celsius. Sorprendentemente, il nucleo esterno è abbastanza fluido e abbastanza basso in viscosità da poter girare più velocemente dell’intera Terra. Questa velocità differenziale di rotazione, insieme alla convezione e al flusso turbolento del nucleo esterno di ferro, crea il campo magnetico terrestre.

1.2. Il mantello

Il mantello terrestre è lo strato più spesso del pianeta e rappresenta circa l’84% del volume terrestre e il 67% della sua massa. Si trova tra la crosta e il nucleo. Il mantello inizia al confine noto come discontinuità di Mohorovicic e si estende fino al confine nucleo-mantello, che è anche chiamato discontinuità di Gutenberg.

Il mantello superiore inizia tra 7 e 35 chilometri sotto la superficie della Terra. Il confine è più basso nei bacini oceanici e più profondo sotto i continenti. In alcune parti profonde dell’oceano, la roccia del mantello è effettivamente esposta sul fondo del mare.

La discontinuità di Mohorovicic è la velocità delle onde sismiche mentre passano attraverso la roccia. Le onde primarie possono muoversi attraverso la roccia del mantello molto più velocemente che attraverso la roccia più fragile della crosta. Grazie al modo in cui rispondono ai diversi strati rocciosi, le onde sismiche sono state lo strumento più importante degli scienziati per esplorare la struttura interna della Terra.

Il mantello è composto principalmente da silicati di magnesioalluminiosilicio ossigeno. Alcuni dei tipi di roccia che sono comuni nel mantello includono olivina, peridotite, pirosseno e granato. Il mantello è più denso della crosta ma molto meno denso del nucleo terrestre, che è un’enorme palla di metallo caldo, per lo più ferro e nichel.

La temperatura nella parte superiore del mantello superiore varia da 500 a 900 gradi Celsius e aumenta con la profondità. Anche se la parte superiore del mantello è seriamente calda, il suo comportamento è ancora abbastanza “roccioso” da essere considerato parte della litosfera terrestre, insieme alla crosta.

La parte del mantello superiore sotto la litosfera è chiamata astenosfera, da asthenes, una parola greca per “debole”. Prende il nome dalla sua natura duttile; a temperature superiori a 1300 gradi Celsius e ad altissima pressione, la roccia si comporta in modo molto diverso da quello a cui siamo abituati. Si comporta più come Silly Putty che come una roccia di granito su cui potresti arrampicarti o costruire! Le onde sismiche rallentano di nuovo nell’astenosfera.

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Il mantello inferiore è ancora più caldo, più strano e meno compreso di quello che si trova sopra di esso, ma sembra estendersi da una complessa zona di transizione al confine dell’astenosfera (circa 220 chilometri più in basso) al confine centrale a 2.890 chilometri sotto la superficie terrestre. La temperatura a quella incredibile profondità raggiunge i 4000 gradi Celsius, ma a causa della pressione estrema, pochissima roccia è liquida.

1.3. La crosta: continentale e oceanica

La crosta terrestre è ciò su cui viviamo ed è di gran lunga il più sottile degli strati della terra. Lo spessore varia a seconda di dove ci si trova sulla terra, con la crosta oceanica di 5-10 km e le catene montuose continentali che hanno uno spessore fino a 30-45 km. La crosta oceanica sottile è più densa della crosta continentale più spessa e quindi “galleggia” più in basso nel mantello rispetto alla crosta continentale. Troverai alcune delle più sottili croste oceaniche lungo le dorsali oceaniche centrali dove si sta formando attivamente una nuova crosta. In confronto, quando due continenti si scontrano come nel caso della placca dell’India e della placca dell’Eurasia, si ottengono alcune delle sezioni più spesse della crosta mentre è accartocciata insieme.

1. Modello a strati dell'interno della Terra | Maturansia
Crosta continentale e oceanica, Fonte: https://www.gmpe.it/

Le temperature all’interno della crosta terrestre varieranno dalle temperature dell’aria in superficie a circa 870 gradi Celsius nelle sezioni più profonde. A questa temperatura, inizi a sciogliere la roccia e formare il mantello sottostante. I geologi suddividono la crosta terrestre in diverse placche che si muovono l’una in relazione l’una con l’altra.

Dato che la superficie terrestre è per lo più costante nell’area, non è possibile creare crosta senza distruggere una quantità comparabile di crosta. Con la convezione del mantello sottostante, vediamo l’inserimento del magma del mantello lungo le dorsali oceaniche centrali, formando costantemente nuova crosta oceanica. Tuttavia, per fare spazio a questo, la crosta oceanica deve affondare sotto la crosta continentale. I geologi hanno studiato a fondo la storia di questo movimento delle placche, ma ci manca gravemente determinare perché e come queste placche si muovono nel modo in cui si muovono.

La crosta terrestre “galleggia” sopra il morbido mantello simile alla plastica sottostante. In alcuni casi il mantello guida chiaramente i cambiamenti nella crosta, come nelle isole Hawaii. Tuttavia, è in corso un dibattito se la subduzione della crosta oceanica e la diffusione della dorsale oceanica centrale siano guidate da un meccanismo di spinta o trazione. In termini molto ampi, la crosta oceanica è costituita da basalto e la crosta continentale è costituita da rocce simili al granito. Sotto la crosta c’è una porzione solida relativamente più fredda del mantello superiore che viene combinata con la crosta per creare lo strato litosfera. La litosfera è fisicamente distinta dagli strati sottostanti a causa delle sue temperature fredde e in genere si estende per 70-100 km di profondità.

Sotto la litosfera si trova lo strato di astenosfera, una porzione molto più calda e malleabile del mantello superiore. 

L’astenosfera inizia nella parte inferiore della litosfera e si estende per circa 700 km nella Terra. L’astenosfera agisce come lo strato lubrificante sotto la litosfera che consente alla litosfera di muoversi sulla superficie terrestre.

2. Superfici di discontinuità

Per ricavare informazioni sulla composizione e sulla struttura interna del pianeta, tendenzialmente non si può procedere con indagini dirette, poiché i pochi chilometri che si esplorano attraverso le miniere o le stratificazioni di materia delle catene montuose non misurano nulla rispetto alle 6371 km del raggio medio della Terra.

È per questo che si tende a ricorrere ad analisi indirette, come quelle che spesso si fanno studiando i meteoriti, che hanno una composizione simile a quella del pianeta, se si tende a supporre che derivino dalla costante nebulosa originaria con cui si sono formati i pianeti del Sistema Solare.

Il campo gravitazionale ci dice che se la densità del pianeta fosse uniforme, e proprio come quella delle rocce sulla sua superficie, la forza di gravità sarebbe solo un mezzo di quella esistente. Pertanto, è necessario ammettere che all’interno del pianeta ci sono materiali abbondantemente più densi delle rocce che conosciamo in superficie.

Molto importanti sono le informazioni che si ottengono dalla sismologia, che studia come si propagano le onde sismiche all’interno del pianeta. Poiché le onde modificano la loro velocità in funzione della densità del mezzo che attraversano e possono essere riflesse, rifratte o bloccate è possibile ricostruire la struttura dell’interno della Terra.

La struttura della Terra è suddivisa in quattro componenti principali: la crosta, il mantello, il nucleo esterno e il nucleo interno. Ogni strato ha una composizione chimica e uno stato fisico unici e può avere un impatto sulla vita sulla superficie terrestre. Tutti questi strati sono separati l’uno dall’altro attraverso una zona di transizione. Queste zone di transizione sono chiamate discontinuità.

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Discontinuità della Terra, Fonte: https://it.wikipedia.org/

Ci sono quattro zone di discontinuità all’interno della terra:

  • discontinuità di Mohorovicic: Zona di transizione tra crosta e mantello;
  • discontinuità di Repetti: Zona di transizione intermedia tra mantello esterno e mantello interno;
  • discontinuità di Gutenberg: zona di transizione tra mantello e nucleo;
  • discontinuità Lehman: zona di transizione tra nucleo esterno e nucleo interno.

La zona di transizione tra la crosta e il mantello è chiamata discontinuità di Mohorovicic. La discontinuità di Mohorovicic fu scoperta da Andrija Mohorovicic nel 1909. La Moho si trova a 35 km di profondità sotto i continenti e a 8 km sotto la crosta oceanica. La Moho separa sia la crosta continentale che quella oceanica dal mantello sottostante. La Moho si trova quasi interamente all’interno della litosfera. Solo sotto la dorsale oceanica media è definita come il confine tra litosfera e astenosfera. Immediatamente sopra la Moho la velocità dell’onda P è di 6 km/sec e appena sotto la Moho diventa di 8 km/sec. La Moho è caratterizzata da uno spessore fino a 500 km.

La zona di transizione mantello-nucleo è chiamata discontinuità di Gutenberg. Nel 1912 Weichert Gutenberg scoprì questa discontinuità alla profondità di 2900 km sotto la superficie terrestre. In questa zona la velocità delle onde sismiche cambia improvvisamente. La velocità delle onde P diminuisce e le onde S scompaiono completamente a questa profondità.

È una zona stretta e irregolare e contiene ondulazioni che possono essere larghe fino a 5-8 km. Questa ondulazione è influenzata dall’attività di convezione guidata dal calore all’interno del mantello sovrastante. Il confine tra mantello e nucleo non rimane costante. Man mano che il calore dell’interno della Terra si dissipa costantemente ma lentamente, il nucleo fuso all’interno della Terra si solidifica e si restringe, facendo sì che il confine nucleo-mantello si sposti lentamente sempre più in profondità all’interno del nucleo terrestre.

La discontinuità di Lehmann è la zona di transizione tra nucleo esterno e nucleo interno. La discontinuità di Lehmann è un brusco aumento delle velocità delle onde P e S alla profondità di 220 km. Appare sotto i continenti, ma di solito non sotto gli oceani.

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