IL GEOSISTEMA E LA GEOSFERA

LA TERRA : UN SISTEMA COMPLESSO

La Terra costituisce un geosistema formato da :

la geosfera: la parte solida del pianeta, di cui conosciamo forme e misure; la sua

parte + superficiale è la litosfera (dal greco=roccia)

l'idrosfera: l'insieme delle acque del pianeta; ricopre la superficie della geosfera

in modo discontinuo, una piccola parte nella litosfera,nell'atmosfera

sotto forma di vapore acqueo (in troposfera di solito)

l'atmosfera: l'involucro d'aria che circonda il pianeta; + sottile ai poli, + sottile

ai poli, + spessa all'equatore

Le tre sfere si compenetrano l'una nell'altra. Il geosistema non è isolato rispetto al resto dell'Universo, riceve dallo spazio materiali solidi (polvere cosmica e meteoriti) ed energia (proveniente dal Sole nella quantità media di 13x10 alla 23 calorie per anno.

Il prodotto + importante dell'interazione fra acqua, aria e litosfera è la vita.

" Un materiale è vivente se, dopo isolamento, mantiene una configurazione specifica in grado di

integrarsi autonomamente nel ciclo della materia organica" (Luria, premio Nobel fisiologia e

medicina del 1969)

L'insieme della materia vivente costituisce la biosfera, mentre lo spazio del geosistema nel quale si trovano gli organismi viventi costituisce l'ecosfera

ORGANISMI AUTOTROFI ED ETEROTROFI

Organismi autotrofi : comprendono le piante verdi; sono in grado di nutrirsi da sé;

sono detti organismi produttori

Organismi eterotrofi : comprendono gli animali e i funghi; non sono capaci di sintetizzare sostanza        

organica x il loro nutrimento; sono chiamati organismi consumatori: primari gli

erbivori, secondari i carnivori

Le molecole organiche complesse dei vegetali e degli animali morti sono utilizzate dagli organismi degradatori che sono in grado di trarne energia e nutrimento "smontandole", trasformandole in sostanze semplici.

Cicli biogeochimici: processi che trasferiscono continuamente composti chimici dall'ambiente

inorganico a quello organico, da un organismo all'altro e infine dall'ambiente

organico a quello inorganico di partenza.

I CICLI BIOGEOCHIMICI

ciclo del carbonio

ciclo dell'ossigeno e del carbonio

ciclo dell'azoto

ciclo dell'acqua

Il ciclo del carbonio

Fotosintesi clorofilliana: consumo di anidride carbonica CO2

Energia radiante del Sole trasformata in energia di legame chimico => si creano

molecole complesse (glucosio da acqua e anidride carbonica)

H2O + CO2 => H2CO3

L'acido carbonico si dissocia in ione carbonato (CO3)-- non solubile

Ione bicarbonato (HCO3)- solubile

L'anidride carbonica in parte torna rapidamente nell'atmosfera e nell'acqua, in parte viene esclusa

dal ciclo del carboio x tempi + o - lunghi (carbonificazione e litificazione)

LA CARBONIFICAZIONE

Miliardi di tonellate di piante vennero sepolti sotto terra dove nel tempo hanno formato giacimenti di carbon fossile. Oggi l'uomo restituisce in parte all'atmosfera l'anidride carbonica allora esclusa dal ciclo.

LA LITIFICAZIONE

Le conchigllie dei molluschi, gli scheletri, le teche di carbonato di calcio di animali e piante, alla morte dell'organismo si accumulano e danno origine a rocce calcaree. L'uomo restituisce parte della CO2 con la produzione di calce nei cementifici.

Il ciclo dell'ossigeno e dell'idrogeno

Durante il processo fotosintetico l'ossigeno viene liberato nell'aria, mentre l'idrogeno entra a far parte con l'anidride carbonica, del glucosio (C6H12O6). Anche l'idrogeno può essere sottratto x lunghi periodi al ciclo biogeochimico.

L'ossigeno è libero nell'atmosfera e nell'idrosfera: è utilizzato x tutti i processi di ossidazione (combustione, respirazione, decomposizione aerobica)

ciclo dell'azoto

Il ciclo dell'azoto

80% di azoto nell'aria. Con l'ossigeno, il carbonio, l'idrogeno è un elemento fondamentale della sostanza vivente, dove entra a far parte delle proteine.

la decomposizione delle proteine (x batteri) le scinde in amminoacidi "smontati" in componenti + semplici (ammoniaca)

a) parte ossidata da batteri nitrificanti 1- Nitrosomonas amm in nitriti

2- Nitrobacter nitriti in nitrati

altri batteri demoliscono i nitrati originando azoto gassoso che entra

nell'atmosfera

b) parte è assorbita direttamente dalle radici delle piante e viene

ritrasformata in amminoacidi e proteine

una parte dell'azoto proteico deriva anche dall'azoto atmosferico

LA TERRA SOLIDA : LA GEOSFERA

La geosfera è costituita da una parte solida esterna detta litosfera che "galleggia" sui materiali sottostanti che formano il mantello

La litosfera poggia su un involucro fluido, l'astenosfera, estremamente viscoso (materia con proprietà plastiche). La differenza con la litosfera dipende dalla temperatura + elevata.

L'astenosfera circonda un guscio chiamato mesosfera, con comportamento rigido. Oltre si trova il nucleo, il cui strato + superficiale è fluido, mentre la parte + interna si trova allo stato solido, nonostante l'alta temperatura causata dalla pressione intensa cui è sottoposta.

Le unità geologiche

La litosfera è formata da numerose unità geologiche, ciascuna delle quali è costituita da un'associazione di rocce diverse, a loro volta formate da un'associazione di uno o + minerali.

I MINERALI

Le sostanze allo stato solido si presentano sotto forma di cristalli; le loro proprietà geometriche e chimiche determinano le loro caratteristiche fisiche, ottiche (trasparenza e lucentezza) e meccaniche (durezza e resistenza agli urti).

Un minerale è l'insieme di tutti i cristalli di una sostanza chimica, dotati tutti delle stesse proprietà geometriche.

QUARZO: # aggregato di prismi + o - grandi, a sezione esagonale, trasparenti se privi di impurezze

# composizione chimica SiO2 (biossido di silicio)

# il colore può cambiare

# lucentezza vitrea

# tendenza a rompersi con l'urto in frammenti scheggiosi irregolari

# durezza elevata

# densità non molto elevata

Si considerano minerali anche alcune sostanze inorganiche che fisicamente si trovano allo stato liquido, ma che sono estremamente viscose.

La litosfera è composta x la maggior parte da sostanze allo stato solido ed è quindi costituita da minerali.

IL MAGMA

A 30 km di profondità dalla superficie terrestre la temperatura è di circa 1100°C. la maggior parte dei minerali passerebbe allo stato liquido se la pressione fosse quella normale dell'atmosfera. Ma la pressione della massa di materiale sovrastante è tanto elevata da impedire la fusione diretta dei minerali.

Magma: soluzione molecolare calda, composta da silicati, vapore acqueo e una miscela di gas. Se la

pressione non è sufficientemente elevata una parte dei minerali fonde e risale lungo le fratture

litosferiche, raffreddandosi e iniziando a segregarsi sotto forma di piccoli cristalli o come bolle

di vapori e gas.

LE ROCCE

Sono aggregati di minerali formatisi naturalmente. La maggior parte è costituita da + minerali diversi tra loro (es. granito: cristalli + scuri laminette lucenti di mica bruna; + chiari granuli di quarzo).

Altre rocce sono formate da un solo minerale (es. gesso naturale)

A seconda del modo con cui si sono formate le rocce possono essere:

magmatiche o eruttive (derivate dal consolidamento di un magma)

sedimentarie (generate da processi chimico-fisici agenti sulla superficie terrestre o nelle vicinanze)

metamorfiche (formate da particolari processi chimiciche hanno agito all'interno della litosfera come conseguenza di cambiamenti di temperatura e pressione)

Il ciclo petrogenetico

Le rocce eruttive sono la "materia prima" da cui possono trarre origine le rocce sedimentarie e metamorfiche.

Ciclo petrogenetico : insieme delle trasformazioni che compie una roccia nel contesto dell'evoluzione geologica del nostro pianeta.

§ magma consolidato : granito

§ a causa di numerosi agenti (acqua, vento) si forma una sabbia = roccia sedimentaria sciolta

§ la pressione consolida la roccia sciolta trasformandola in una roccia compatta che prende il

nome di arenaria

§ se si verificano condizioni di pressioni e temperatura molto elevate i granuli si sciolgono in

parte e si forma una roccia metamorfica come lo gneiss.

§ se si sciolgono tutti i granuli si torna a formare il magma, dal suo consolidamento una

roccia eruttiva.

Nel ciclo solo la composizione chimica rimane inalterata.

"Memoria delle tappe percorse" : è possibile stabilire se una roccia metamorfica è derivata da una roccia

sedimentaria o direttamente da una roccia magmatica o metamorfica.

LE PARTI INTERNE ALLA LITOSFERA

Le perforazioni raggiungono la profondità di circa 12 km (primato della Russia)

Sotto la litosfera la materia si presenta allo stato solido ma acquista proprietà tipiche di un fluido molto viscoso. Siamo nell'astenosfera. Si suppone che i materiali qui presenti non siano troppo dissimili da quelli della litosfera.

Alcuni geologi sostengono che particolari tipi di rocce come le Iherzoliti (sulle Alpi) siano frammenti di materiali astenosferici.

Rimangono numerosi dubbi e controversie sulle condizioni fisiche e mecccaniche dei materiali che la compongono e sulla loro reale composizione chimica.