Gli strati della Terra (Credit: www.phys.org)
Gli strati della Terra forniscono ai geologi e ai geofisici indizi su come si è formata la Terra, sugli strati che compongono altri corpi planetari, sulla fonte delle risorse della Terra e molto altro. I progressi moderni hanno permesso agli scienziati di studiare ciò che si trova sotto i nostri piedi in modo più dettagliato che mai, eppure ci sono ancora lacune significative nella nostra comprensione.
Spero che questa guida vi accompagni attraverso gli strati della Terra, vi dia un senso generale della nostra comprensione e delle nostre attuali lacune. Tenete a mente che questa è un’area di ricerca in corso e probabilmente diventerà più raffinata nei prossimi anni e decenni.
Durante il mio secondo anno a Edimburgo ho assistito alle lezioni di Jameson di Geologia e Zoologia, ma erano incredibilmente noiose. L’unico effetto che produssero su di me fu la determinazione a non leggere mai, finché vivrò, un libro di geologia. – Charles Darwin
Gli strati della Terra
La Terra ha strati non dissimili da una cipolla e può essere sezionata per capire le proprietà fisiche e chimiche di ogni strato e la sua influenza sul resto della Terra. In generale, la Terra ha 4 strati:
- La crosta esterna su cui viviamo
- Il mantello plastico
- Il nucleo esterno liquido
- Il nucleo interno solido
USGS)
Nel differenziare gli strati, i geologi raggruppano le suddivisioni in due categorie, reologicamente o chimicamente. La differenziazione reologica parla dello stato liquido delle rocce sotto una pressione e una temperatura tremende. Per esempio, la roccia risponderà in modo molto diverso allo sforzo sotto temperature e pressioni atmosferiche normali rispetto a meno di migliaia di chilometri di roccia. Se suddividiamo la Terra in base alla reologia, vediamo la litosfera, l’astenosfera, la mesosfera, il nucleo esterno e il nucleo interno. Tuttavia, se differenziamo gli strati in base alle variazioni chimiche, li suddividiamo in crosta, mantello, nucleo esterno e nucleo interno.
Per capire la differenza tra le varie porzioni di mantello o nucleo esterno e nucleo interno è necessario comprendere i diagrammi di fase, di cui parlerò più avanti.
La crosta terrestre
La crosta è ciò su cui io e te viviamo ed è di gran lunga il più sottile degli strati della Terra. Lo spessore varia a seconda di dove ti trovi sulla terra, con la crosta oceanica che ha uno spessore 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. Troverete alcune delle croste oceaniche più sottili lungo le dorsali oceaniche centrali, dove si sta formando attivamente nuova crosta. In confronto, quando due continenti entrano in collisione, come nel caso della placca dell’India e della placca dell’Eurasia, si ottengono alcune delle sezioni più spesse di crosta che vengono accartocciate insieme.
Le temperature all’interno della crosta terrestre variano da quelle dell’aria in superficie a circa 870 gradi Celsius nelle sezioni più profonde. A questa temperatura, si comincia a fondere la roccia e a formare il mantello sottostante. I geologi suddividono la crosta terrestre in diverse placche che si muovono l’una rispetto all’altra.
Dato che la superficie terrestre ha un’area per lo più costante, non si può creare crosta senza distruggere una quantità equivalente di crosta. Con la convezione del mantello sottostante, vediamo l’inserimento di magma di mantello lungo le dorsali medio oceaniche, formando costantemente nuova crosta oceanica. Tuttavia, per fare spazio a questo, la crosta oceanica deve subdurre (sprofondare sotto) la crosta continentale. I geologi hanno studiato ampiamente la storia di questo movimento di placche, ma siamo molto carenti nel determinare perché e come queste placche si muovono nel modo in cui lo fanno.
Mappa tettonica delle placche della Terra (Credit: USGS)Mappa tettonica delle placche della Terra (Credit: USGS)
La crosta terrestre “galleggia” sopra il sottostante mantello morbido e plastico. In alcuni casi il mantello guida chiaramente i cambiamenti della crosta, come nelle isole Hawaii. Tuttavia, c’è un dibattito in corso se la subduzione della crosta oceanica e la diffusione della dorsale oceanica media siano guidate da un meccanismo di spinta o di trazione.
In termini molto ampi, la crosta oceanica è fatta di basalto e la crosta continentale è fatta di rocce simili al granito. Sotto la crosta c’è una parte solida relativamente più fredda del mantello superiore che si combina con la crosta per formare lo strato di litosfera. La litosfera è fisicamente distinta dagli strati sottostanti a causa delle sue temperature fredde e si estende tipicamente a 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 alla base della litosfera e si estende per circa 700 km nella Terra. L’astenosfera agisce come lo strato lubrificante sotto la litosfera che permette alla litosfera di muoversi sulla superficie terrestre.
Il mantello terrestre
Il mantello è lo strato della terra che si trova sotto la crosta ed è di gran lunga lo strato più grande che costituisce l’84% del volume della Terra. Il mantello inizia alla discontinuità di Mohorovicic, nota anche come Moho. La Moho è definita come il contrasto di densità dalla crosta meno densa al mantello più denso e dove la velocità delle onde sismiche aumenta. Il mantello si comporta in modo simile alla plastica e a temperature e pressioni molto elevate la roccia è deformabile in tempi geologici. Questa deformazione provoca un processo simile alla convezione nel mantello dove si hanno zone di upwelling e downwelling su larga scala.
Il mantello si estende fino a 2.890 km nella superficie terrestre Temperature che vanno da 500 a 900 gradi Celsius nella parte superiore a oltre 4.000 gradi Celsius vicino al confine del nucleo. Si ritiene che il mantello terrestre sia composto da una mineralogia di massa simile alla peridotite. La peridotite di qualità gemmologica è chiamata peridoto, quindi la prossima volta che sei in una gioielleria dai un’occhiata al peridoto e vedrai qualcosa di simile all’84% della Terra!
Il video qui sopra fornisce uno sguardo alla circolazione globale del magma del mantello intorno alla Terra. Naturalmente, questo è molto semplificato, ma fornisce uno schema del processo che crea le dorsali oceaniche centrali, i vulcani e le montagne.
Il nucleo esterno della Terra
Il nucleo esterno è lo strato di ferro liquido della Terra che si trova sotto il mantello. I geologi hanno confermato che il nucleo esterno è liquido grazie alle indagini sismiche dell’interno della Terra. Il nucleo esterno è spesso 2.300 km e scende fino a circa 3.400 km nella terra. Nessuno ha mai visto il nucleo esterno, ma sulla base di una serie di indicatori, i geologi ritengono che il nucleo esterno sia composto per l’80% da ferro, un po’ di nichel e diversi elementi più leggeri. Quando la Terra stava cominciando a raffreddarsi miliardi di anni fa, gli elementi più pesanti affondavano nel centro della Terra, mentre gli elementi meno densi salivano in superficie. Di conseguenza, 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 pressione da 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 con una viscosità abbastanza bassa 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.
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Il nucleo interno della Terra
Il nucleo interno è lo strato più centrale della Terra ed è per molti versi simile al nucleo esterno. È anch’esso principalmente ferro e nichel e ha un raggio di circa 1.220 km. La differenziazione tra il nucleo esterno e il nucleo interno è determinata dalla densità. Le pressioni diventano abbastanza alte che, nonostante le temperature molto elevate, il nucleo interno è solido. È anche arricchito di elementi pesanti inusuali tra cui oro, argento, platino, palladio e tungsteno.
Le temperature arrivano fino a 5.400 gradi Celsius e le pressioni fino a 360 gigapascal. Il nucleo interno è circa il 70% del raggio della Luna e ha approssimativamente la stessa temperatura della superficie del Sole! Ora, rispondiamo ad alcune domande comuni, nel caso tu stia cercando delle risposte veloci.
Domande frequenti sugli strati della Terra
- Qual è lo strato esterno della Terra?
- Lo strato esterno della Terra è la crosta, uno strato duro e sottile composto da crosta continentale e oceanica.
- Quali sono le diverse parti della Terra?
- Le diverse parti della Terra sono la crosta, il mantello, il nucleo esterno e il nucleo interno.
- Quanti strati ci sono sulla Terra?
- Ci sono 4 strati nella Terra in generale. Tuttavia, dipende da come si misura ogni strato, in base alle proprietà fisiche o chimiche.
- Qual è la profondità del nucleo interno della Terra?
- Il nucleo interno della Terra inizia a 5.150 km dalla superficie terrestre e si estende fino al centro della Terra.
- Quali materiali compongono il nucleo interno?
- Il nucleo interno è composto principalmente da ferro all’80% e nichel, insieme a tracce di metalli pesanti.
- Quanto è profonda la crosta terrestre?
- La crosta terrestre varia da 5 a 60 chilometri a seconda della crosta oceanica o continentale
- Quali sono i due tipi di crosta terrestre?
- I due tipi di crosta sono la crosta oceanica, densa e sottile, e la crosta continentale, meno densa e più spessa.
Spero che questa guida agli strati della Terra ti sia piaciuta e ti abbia suscitato un nuovo interesse per ciò che sta sotto i nostri piedi!
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