Sismologia, struttura terrestre, il calore interno della terra, la deriva dei continenti, espansione dei fondali oceanici, paleomagnetismo, tettonica delle placche, atmosfera

SISMOLOGIA

I terremoti sono detti anche sismi. Vengono classificati per natura:

• Tettonica;
• Vulcanica;
• Esperimenti nucleari.

Esistono solo difese passive, come la prevenzione da parte dell'uomo.

Le onde sismiche hanno consentito di riprodurre la struttura interna della Terra.

La teoria del rimbalzo elastico è la più accreditata per la genesi dei terremoti tettonici. Due blocchi di crosta terrestre sono sottoposti a due forze diverse per le quali essi si muovono in direzioni opposte oscillando, e tra di essi si provoca la rottura. Come l'elastico, si propagano one, dette onde sismiche. Il punto dove avviene la rottura e si generano le onde è detto ipocentro. La sua proiezione sulla superficie della crosta terrestre è l' epicentro.

I terremoti sono fenomeni ciclici. Il tempo che intercorre tra un sisma e l'altro è detto periodo di ritorno. Questo porta alla previsione dei terremoti.

ONDE SISMICHE

L'energia che nasce dall'ipocentro si trasmette nelle zone circostanti in modo concentrico. Le onde scaturite dal sisma sono di tipo longitudinale ed trasversale e si propagano indipendentemente l'una dall'altra dall' epicentro.

• Onde longitudinali: si trasmettono per compressioni e dilatazioni. La direzione dell'onda e delle oscillazioni sono nello stesso senso. Sono le onde più veloci, con la velocità media di 14 km/sec. Sono onde di tipo P. Onde prime, essendo le più veloci. Attraversano sia solidi che liquidi.
• Onde trasversali: le particelle della crosta terrestre sottoposte al sisma oscillano in modo trasversale, perpendicolare. L'oscillazione è quindi perpendicolare alla direzione de propagazione dell'onda. Sono dette one S. Viaggiano mediamente a 7 km/sec. Attraversano solo solidi.
• Onde L (lunghe): sono il terzo tipo di onde che si propagano dall'epicentro. La propagazione avviene in modo radiale. La loro velocità media è pari a 3,5 km/sec. Questo tipo di onde è l'unico che provoca danni effettivi poiché provoca l'oscillazione del terreno.

MISURARE UN TERREMOTO

Per misurare l'entità di un terremoto si fa appello alla scala:

• Mercalli: tale scala è anche indicata con l'acronimo M.C.S. (Mercalli, Cancani, Sieperg). E' una scala empirica. E' costituita da dodici gradi. Serve a misurare l'intensità del sisma.
• Richter: tale scala è più recente della Mercalli. Serve a misurare l'energia del sisma. E' una scala logaritmica. In essa non esiste un grado massimo perché esso è rappresentato dal sisma più forte che si è avuto.

STRUTTURA TERRESTRE

La struttura interna della Terra è stata oggetto di varie teorie. Essa è formata da crosta, mantello e nucleo. Grazie allo studio delle onde sismiche riguardo alla loro variazione di velocità all' interno della Terra, gli scienziati hanno potuto affermare che esistono tre zone di discontinuità (zone in cui le onde sismiche subiscono variazioni di velocità):

• Discontinuità di Mohorovicic (situata fra la crosta ed il mantello);
• Discontinuità di Gutenberg (situata fra il mantello ed il nucleo);
• Discontinuità di Lehmann  (situata fra il nucleo esterno e quello interno).

La litosfera è costituita dalla crosta terrestre, la discontinuità di Mohorovicic ed il mantello. Il mantello si divide, partendo dallo strato più superficiale a quello profonodo, in mantello superiore, mantello astenosferico e mantello interno. Gli ultimi due non fanno parte della litosfera. Il mantello astenosferico è uno stato fluido, più elastico, del materiale interno terrestre, nel quale si verificano i moti convettivi (causa dello spostamento orizzontale delle placche della litosfera).

Proseguendo verso il nucleo troviamo la discontinuità di Gutenberg e il nucleo esterno (ne segue quello interno) che è più fluido di quello interno e anche in esso avvengono moti convettivi, i quali sono la causa del magnetismo terrestre. Questa è la teoria più accettata dalla comunità scientifica ed è detta dinamoautoeccitante. I moti convettivi dei materiali ferrosi nel nucleo esterno generano un campo magnetico partendo dalla loro energia elettrica.

La temperatura al di sopra della quale un magnete si smagnetizza, in fisica, è detta punto   di Curie. Questa temperatura oscilla dai 500°C ai 700°C (dato che varia a seconda dei libri di testo).

La temperatura interna della Terra è di circa 6000°C, per cui viene accettata la teoria della dinamoautoeccitante.

Come intorno a tutti i magneti, intorno alla Terra ci sono delle linee di forza che costituiscono la magnetosfera. Come in una calamita, sulla Terra esiste un polo Nord e un polo Sud magnetico (esistono anche il polo Nord e il polo Sud geografico, ma questi non corrispondono a quelli magnetici). Rispetto ai poli geografici, i poli magnetici sono spostati, lungo l'asse terrestre, di circa 11°. Il Nord magnetico cade nel Canada.

Con una certa periodicità si verifica un fenomeno che vede l'inversione dei poli magnetici. Le linee di forza della Terra non sono simmetriche come quelle di un normale campo magnetico perché, a causa dell'azione del vento solare, le linee rivolte verso il sole sono compresse e le altre sono allungate.

IL CALORE INTERNO DELLA TERRA

Più si va verso il nucleo e più aumenta la temperatura. Il gradiente geotermico prevede che per ogni 100 metri la temperatura aumenta di circa 2-3°C. La valenza di tale gradiente cale fino a pochi km di profondità. Nelle zone di attività vulcanica il gradiente è più accentuato.

La Terra, quando ha iniziò a consolidarsi, conservava al suo interno una certa energia termica (calore primordiale) che ora sta attraversando i vari strati terrestri verso l'esterno.

Ipotizzando una composizione mineralogica degli strati interni della Terra e misurandone la conducibilità termica, il calore primordiale starebbe arrivando in superficie solo ora. La teoria del decadimento degli isotopi radioattivi è la più accreditata per la conducibilità termica.

Questi isotopi sono urano 238 e 235, torio 232 e potassio 240. Quando emettono radiazioni ad alta energia, parte di tale energia genera calore e quindi questi isotopi, fortemente presenti nella Terra, generano un flusso di calore.

Oggigiorno il calore della Terra viene considerato come fonte d'energia rinnovabile.

LA DERIVA DEI CONTINENTI

Bisogna collocare la deriva dei continenti a vavallo tra il 1800 e il 1900. La attribuiamo ad Alfred Wegener. Sipassa da una visione fissista ad una dinamica., influenzando anche le varie teorie biologiche per quanto riguarda l'evoluzione della specie. Tale teoria è andata affermandosi col passare dei decenni, man mano che le carte geografiche si aggiornavano raggiungendo una maggiore attendibilità.

La teoria sostiene che, all'inizio esisteva un unico supercontinente, la Pangea.

La Pangea comincia a frammentarsi nei primi due grandi blocchi nei quali essa si divide: Laurasia e Gondwana.

L' orogenesi è la genesi delle montagne.

Si ipotizzava che la formazione dei monti era dovuta al raffreddamento della Terra con un conseguente corrugamento. Se tale teoria fosse stata vera, la distribuzione delle montagne sarebbe stata regolare (non casuale).

Successivamente, scoprendo il calore endogeno della Terra, si scoprì, conseguentemente, che il raffreddamento non poteva essere avvenuto. Quindi questa teoria sull'orogenesi, dovuta al raffreddamento, fu abbandonata.

Successivamente, Wegener ipotizzò a supporto della sua tesi vari discorsi:

Geofisici (misurazioni dirette nel tempo. La Groenlandia sta andando alla deriva e si sta allontanando dall Europa, osservò Wegener, che notò delle variazioni delle onde radio nel tempo [tra due stazioni] dovute all'allontanamento i all'avvicinamento);

Geologici (i vari continenti potrebbero essere incastrati tra loro come pezzi di un puzzle in quanto le relative coste hanno anche il loro complementare [vedi coste del Brasile e quelle della Guinea]);

Paleontologici ([Paleos=Antichissimo], in punti sul globo terrestre molto lontani tra loro, troviamo fossili di uguale natura. Questo è spiegato con la teoria dei ponti continentali [erano istmi di terra che avrebbero unito i continenti], però questa teoria fu abbandonata e la teoria della Pangea si affermava sempre di più.

Paleoclimatici (i carboni fossili, tutt'oggi, si trovano in zone soggette ad un clima caratterizzato da una temperatura bassa. Essi però si sono formati dalla stratificazione delle felci in condizioni di assenza di ossigeno e ad elevate temperature. Ciò comporta che le terre, nelle quali si trovano questi carboni fossili, si sono spostate.

ESPANSIONE DEI FONDALI OCEANICI

In un fondale si distinguono le dorsali medio-oceaniche (catene montuose), i margini continentali, il bacino oceanico, in cui spesso troviamo le fosse oceaniche, e infine degli archi insulari.

Le dorsali si estendono per 80.000 km e vanno dal polo Nord al polo Sud. L'Islanda è una dorsale emersa dagli oceani ed è la prova d'esistenza delle dorsali oceaniche.

La parte centrale di una dorsale è fessurata, fessure larghe anche 2-3 km. Ci sono anche dei tagli longitudinali da cui fuoriesce del magma, proveniente dall' astenosfera, il quale esce costantemente formando le pendici delle dorsali. La crosta oceanica si rinnova sempre per questo motivo.

Se ci sono punti in cui si forma la nuova crosta oceanica, la vecchia crosta oceanica si allontana costantemente dalla dorsale. La vecchia crosta oceanica subduce ai margini continentali rientrando a far parte dell'astenosfera, lasciando spazio alla nuova crosta oceanica.

Gli organismi marini, morendo, si depositano sul fondale oceanico formando i sedimenti. Tali sedimenti, più si trovano lontani dalle dorsali e più sono remoti, perché la crosta è in continuo movimento.

PALEOMAGNETISMO

La Terra è un enorme magnete.

Esiste il fenomeno dell'inversione dei poli magnetici. Ogni periodo c'è questa inversione.

Le rocce che si formano sono influenzate dal campo magnetico esistente poiché hanno componenti metalliche. Quindi esse avranno lo stesso orientamento magnetico che la Terra aveva al momento della loro formazione. Le rocce coetanee hanno lo stesso orientamento magnetico per cui possiamo dire che questa è la prova della veridicità dell'espansione dei fondali oceanici.

TETTONICA DELLE PLACCHE

E' una teoria che dà un modello dell'involucro esterno della Terra. Si basa sul fatto che il guscio esterno della Terra è costituito da diverse placche litosferiche (placche). Tali placche sono in continuo movimento le une rispetto alle altre e l'espressione di tali movimenti è la sismicità.

Le fasce sismiche (zone dove statisticamente sono più frequenti i sismi) individuiamo i margini tra le varie placche.

La geografia di tali placche è in continuo mutamento.

Nel primo schema, riprodotto nel 1968, si individuarono sei placche, ma rimane un numero in continua evoluzione.

I margini continentali possono essere:

Passivi, costituenti il bordo di oceani in espansione che si allontanano l'uno dall'altro;

Trasformi, quelli che procedono in direzione opposta;

Attivi, soggetti a movimenti compressivi (facendo emergere le montagne). Le più famose sono le placche Euroasiatica e Indoaustraliana, le quali determinano i monti più alti del pianeta (altopiano dell' Hymalaya).

ATMOSFERA

I corpi celesti trattengono attorno a sé un involucro gassoso, e tale capacità dipende da una massa critica.

L'atmosfera della Terra è gassosa ed è composta prevalentemente da azoto (71%). Poi dall' ossigeno (20-21%), da una piccola percentuale di anidride carbonica (0,3%), il gas maggiormente responsabile dell'effetto serra.

Non si può dire che esista un limite dell'atmosfera terrestre.

L'atmosfera può essere divisa in bassa atmosfera e alta atmosfera.

La bassa atmosfera arriva fino a 100 km d'altitudine. Oltre i 100 km d'altitudine comincia l' alta atmosfera.

Bassa atmosfera= Azoto 78%, Ossigeno 21%, altri gas 1%.

L'atmosfera è formata da sfere concentriche dove il confine tra l'una e l'altra è detto discontinuità.

Il primo strato è la troposfera (la più importante in quanto in essa si svolgono i fenomeni biologici). Essa si modella sulla forma della Terra (geoide), infatti ha uno spessore di 8-23 km. All' aumentare dell'altitudine diminuisce la temperatura.

Lo strato successivo è costituito dalla stratosfera, preceduta da una discontinuità detta tropopausa. Nella stratosfera la temperatura aumenta con l'aumentare dell'altitudine, perché è presente un gas detto ozono (O₃), o anche ibrido di risonanza, molto instabile. La molecola d'ozono è, dunque, un ossigeno triatomico che presenta un primo atomo d'ossigeno legato ad un secondo tramite un doppio legame e ad un terzo tramite un legame singolo. Questa molecola costituisce uno strato a sé (ozonosfera), nell'atmosfera terrestre, e lo collochiamo nel bel mezzo della stratosfera.

L'ozono si forma con una reazione che potrebbe essere riassunta così:

3O₂ ↔ 2O₃  (L'ozono viene a formarsi come conseguenza dei fulmini).

L'ozono trattiene i raggi U.V. (ultra violetti).

Lo strato d'ozono è meno spesso ai poli poiché anche l'ozonosfera si modella sulla forma della Terra.

L'ozono, filtrando i raggi U.V., li fa penetrare nel giusto quantitativo.

Cercando le cause di tumori alla pelle, hanno attribuito la causa all'eccessiva quantità di raggi U.V. (in quanto agenti mutageni) all'interno dell'atmosfera. Quest'eccessiva quantità è dovuta al buco nell'ozono, il quale è causato dai CFC (cloro, fluoro, carburi), che sono dei gas refrigeranti. L'atomo di cloro arriva nell'ozonosfera, agisce con la molecola d'ozono e la trasforma in ossigeno biatomica.

Esistono due tipi d'ozono, quello buono e quello cattivo.

Il primo è detto ozono stratosferico, il secondo è detto troposferico (troposfera), che ha influenze negative sulla salute dell'uomo (irritazioni alle mucose).

Proseguendo nella successione delle sfere gassose attorno alla terra, dopo la stratosfera troviamo, la stratopausa, la mesosfera (in essa la temperatura scende all' aumentare dell'altitudine), la mesopausa, la termosfera (in essa la temperatura aumenta all' aumentare dell' altitudine), la termopausa e l'esosfera (in cui la temperatura aumenta all' aumentare dell' altitudine).

Ci sono altri due strati che si sovrappongono a questi, ma non fanno parte dell'atmosfera non essendo costituiti da materiale gassoso.

Uno è la magnetosfera, l'altro è la Ionosfera (quindi composta da ioni).

Nella zona più alta della bassa atmosfera, e in tutta l'altra atmosfera, molte particelle gassose si presentano sottoforma di ioni.E' una conseguenza dell'influenza dei raggi U.V., raggi x e raggi cosmici del sole che fanno perdere la neutralità ai gas tramutandoli in ioni.

Gli ioni hanno proprietà che permettono la trasmissione di onde radio.

Le onde televisive, invece, non vengono riflesse dalla ionosfera, ma vengono deviate da vettori artificiali (satelliti).

La magnetosfera è una sfera in cui i campi magnetici fanno sentire i loro effetti.

Le particelle ionizzate, per effetto del campo magnetico, vengono accelerate verso i poli magnetici creando le aurore boreali.

La fascia di Van Allen è costituita da una zona interna ed una esterna. La prima va dai 700 agli 8000 km di altitudine ed è costituita da protoni. Quella esterna è costituita da elettroni di provenienza solare.

I MOTI DELL'ARIA

Il concetto di pressione atmosferica è da integrare con tale argomento.

I moti dell'aria, nella troposfera, vengono considerati sia in senso verticale che in senso orizzontale.

Si hanno masse d'aria calda che salgono e masse d'aria fredda che scendono. Si vengono a creare, dunque, dei moti convettivi (celle convettive).

La scienza che studia i cambiamenti fisici dell'atmosfera è la meteorologia, la quale utilizza uno strumento detto barometro per poter misurare la pressione atmosferica.

La pressione atmosferica diminuisce all' aumentare di tre parametri:

Altitudine, una colonna d'aria che insiste su un punto della crosta terrestra ad elevata altitudine esercita una pressione minore rispetto ad una colonna d'aria che insiste su un punto di altitudine minore;

Temperatura, se un corpo riceve calore le particelle che lo compongono si allontanano tra loro, quindi l'aria più si riscalda e più le particelle che la compongono s'allontanano tra loro diminuendo la pressione atmosferica;

Umidità, l'aria umida è più leggera dell'aria secca perché il peso molecolare d'una molecola d'acqua, rispetto ai gas, è minore.

LE CARTE DEL TEMPO

Le carte del tempo sono linee isobare, cioè linee curve chiuse che uniscono punti accomunati dalla stessa pressione atmosferica. Esistono aree di bassa pressione e aree di alta pressione.

Area di bassa pressione (area ciclonica): aree caratterizzate da linee isobare concentriche in cui la pressione atmosferica diminuisce sempre più andando verso la linea isobara più interna.

Area di alta pressione (area anticiclonica): aree caratterizzate da linee isobare concentriche in cui la pressione atmosferica aumenta sempre più andando verso la linea isobara più interna.

Nelle zone a bassa pressione, l'aria è più leggera per cui tende a salire su nella troposfera.

Nelle zone ad alta pressione, l'aria è più pesante per cui tende a scendere.

I VENTI

I venti sono il fenomeno meteorologico più evidente all'occhio umano. Siamo abituati a considerarli come movimenti orizzontali di masse d'aria, ma esse compiono anche movimenti verticali.

I venti si generano perché esistono aree con diversa pressione atmosferica.

Nelle zone di bassa pressione, l'aria è più leggera e tende a salire negli strati più alti della troposfera. In quelle ad alta pressione, l'aria è più pesante per cui tende a scendere verso il basso. Questo fenomeno genera i venti.

La caratteristica più evidente dei venti è la velocità, la quale è direttamente proporzionale alla differenza di pressione tra l'area a bassa pressione e l'area ad alta pressione e inversamente proporzionale alla distanza tra le due aree.

In un'area, più le isobare sono vicine tra loro, maggiore è la velocità del vento che si viene a generare.

La velocità si misura con l' anemometro.

L' anemoscopio è uno strumento che individua la direzione del vento.

Ci sono masse d'aria che sovrastano i poli del globo terrestre ed altre che stanno all'equatore. Quelle più leggere sono quelle calde (quindi quelle all'equatore).

C'è un movimento fondamentale dei venti per cui, a bassa quota le masse calde dell'equatore tendono a salire lasciando un vuoto colmato dalle masse fredde che scendono dai poli. Si vengono a creare dei veri e propri moti convettivi (celle convettive).

EFFETTO SERRA

L'effetto serra, insieme al buco nell'ozono e alla eutrofizzazione, sono le problematiche ambientali più conosciute.

Se sul pianeta Terra non ci fosse l'effetto serra, la vita sarebbe impossibile, perché ciò implica che non ci sarebbe un' atmosfera, per cui la Terra avrebbe violentissime escursioni termiche. L'effetto serra favorisce la vita sulla Terra regolando le escursioni termiche quali consentono la vita.

Il problema non consiste nel fenomeno stesso dell'effetto serra ma nel suo aumento.

I gas maggiormente responsabili dell'effetto serra sono l'anidride carbonica, il metano e il vapore acqueo (i gas serra).

Le cause che determinano l'aumento dei gas serra sono antropiche (legate alle attività umane).

Si potrebbe ovviare all'aumento dell'effetto serra estendendo le foreste su aree più vaste.

Un'ultima frontiera per la diminuzione di anidride carbonica coincide con Craig Wenter che lavora sulla costruzione di un batterio sintetico che si alimenta di anidride carbonica e che produce metano (destinato ad un uso energetico).