Breve Lezione di Scienze della Terra - La dinamica Endogena e la dinamica Esogena

Struttura interna della Terra e strati dell'atmosfera terrestre

Dinamica Terrestre Endogena

La dinamica endogena si riferisce ai processi che avvengono all'interno della Terra e che sono responsabili della formazione e della modifica della crosta terrestre. Questi processi sono alimentati dal calore interno del pianeta e includono:

Mappa delle attività tettoniche e vulcaniche nell'ultimo milione di anni

1. Tettonica delle Placche**: La crosta terrestre è suddivisa in grandi placche tettoniche che galleggiano sul mantello inferiore, più fluido. Il movimento di queste placche può causare terremoti, formazione di montagne e attività vulcanica. Ad esempio, la collisione tra la placca indiana e quella eurasiatica ha dato origine alla catena montuosa dell'Himalaya.

Schema strutturale di un vulcano

2. Attività Vulcanica: I vulcani sono aperture nella crosta terrestre attraverso le quali il magma, proveniente dal mantello, può fuoriuscire. Questo processo non solo forma nuove terre, come le isole vulcaniche, ma può anche avere un impatto significativo sul clima globale. Ad esempio, l'eruzione del vulcano Tambora nel 1815 causò un "anno senza estate" a causa delle grandi quantità di cenere e gas rilasciati nell'atmosfera.

Scisto - Una Roccia metamorfica

3. Metamorfismo: Questo processo coinvolge la trasformazione delle rocce esistenti sotto l'influenza di alte temperature e pressioni all'interno della Terra. Le rocce metamorfiche, come il marmo e l'ardesia, si formano attraverso questo processo. Il metamorfismo può avvenire in prossimità delle zone di subduzione, dove una placca tettonica scivola sotto un'altra.

Dinamica Terrestre Esogena

La dinamica esogena riguarda i processi che avvengono sulla superficie terrestre e che modellano il paesaggio attraverso l'azione di agenti esterni come l'acqua, il vento e il ghiaccio. Questi processi includono:

1. Erosione: L'erosione è il processo di usura e trasporto di materiali rocciosi da parte di agenti come l'acqua, il vento e i ghiacciai. Ad esempio, il Grand Canyon negli Stati Uniti è stato formato dall'erosione causata dal fiume Colorado nel corso di milioni di anni.

2. Sedimentazione: Questo processo coinvolge il deposito di materiali erosi in nuovi luoghi, formando strati di sedimenti che possono diventare rocce sedimentarie. Le pianure alluvionali e i delta dei fiumi sono esempi di aree formate dalla sedimentazione.

3. Alterazione Meteorica: La decomposizione chimica e fisica delle rocce a causa dell'azione degli agenti atmosferici, come la pioggia, il vento e le variazioni di temperatura. Questo processo può portare alla formazione di suoli fertili, essenziali per l'agricoltura.

 Le frecce più spesse indicano il ciclo principale. In giallo i fenomeni che avvengono in superficie, in blu le interazioni con atmosfera e biosfera, in ocra la diagenesi, in arancione il metamorfismo, in rosso le rocce fuse, in nero la risalita delle rocce e in verde il loro sprofondamento nel mantello (nelle zone di subduzione)

Ciclo delle Rocce: La dinamica endogena ed esogena sono interconnesse nel ciclo delle rocce, un processo continuo di formazione, distruzione e riciclo delle rocce sulla Terra. Ad esempio, una roccia ignea può essere erosa e i suoi sedimenti possono formare una roccia sedimentaria, che a sua volta può essere trasformata in una roccia metamorfica.

Effetti Climatici: I processi esogeni sono fortemente influenzati dal clima. Ad esempio, le regioni aride sono più soggette all'erosione eolica, mentre le regioni umide vedono una maggiore erosione fluviale. I processi endogeni, invece, sono guidati dal calore interno della Terra e possono influenzare il clima attraverso l'attività vulcanica.

La comprensione di questi processi è fondamentale per la geologia e per la previsione dei fenomeni naturali come terremoti e eruzioni vulcaniche. La dinamica terrestre ci mostra quanto sia viva e in continua evoluzione la nostra Terra.  

Il nucleo della Terra

Struttura schematica della Terra 1. crosta terrestre - 2. crosta oceanica - 3. mantello superiore - 4. mantello inferiore - 5. nucleo esterno - 6. nucleo interno - A:discontinuità di Mohorovičić - B: discontinuità di Gutenberg - C: discontinuità di Lehmann

Il nucleo terrestre, in geologia e in geofisica, è il più interno degli involucri concentrici in cui è suddivisa la Terra.

Caratterizzato da un'alta densità, il nucleo è separato dal mantello da una discontinuità, detta di Gutenberg, posta a circa 2900 km dalla superficie. Il nucleo, pertanto, ha un raggio di circa 3500 km e, in base alla fase delle componenti che lo costituiscono, viene ulteriormente suddiviso in due gusci concentrici: il nucleo esterno, liquido, è composto principalmente da ferro (80%) e nichel ed è caratterizzato da una temperatura di 3000 °C, una densità di 9,3 g/cm³ e una pressione di 1400 kbar; le correnti convettive nel nucleo esterno liquido sarebbero, secondo alcune teorie, la causa dell'origine del campo geomagnetico terrestre, basato sul modello della geodinamo. Il nucleo interno è invece solido, composto quasi esclusivamente di ferro, con un raggio di circa 1250 km, ha una temperatura attorno ai 5400 °C, una densità di 13 g/cm³ e una pressione di 3300-3600 kbar (1 bar = 10 N/cm²). Tali condizioni limite fanno supporre che il ferro si trovi in uno stato cristallino.

Nonostante la temperatura del nucleo interno sia maggiore di quello esterno, esso è solido perché la pressione è superiore e questo porta a un innalzamento notevole del punto di fusione del ferro. Ma se esso potesse ipoteticamente essere perforato, risulterebbe liquido.

Il nucleo terrestre, così come il mantello, non è raggiungibile attraverso perforazioni né tantomeno esiste una località sulla Terra dove sia possibile osservare direttamente le rocce che lo compongono. Come è possibile allora stimare le proprietà dei gusci interni della Terra? La maggior parte delle risposte vengono dalla geofisica, anche se alcune discipline, quali la petrografia e l'astronomia, hanno contribuito alla creazione del modello attuale.

Le prime stime corrette riguardo alla massa terrestre vengono dalla fisica classica, per l'esattezza dalla legge di gravitazione universale di Newton. Risolvendo l'equazione per la massa terrestre e calcolando da questa la densità media prevista per il pianeta, si ottiene un valore quasi doppio rispetto alla densità media misurata sulla crosta. Questo fu il primo indizio di una composizione non omogenea dell'interno del pianeta.

Nuove ipotesi vennero formulate in seguito alla scoperta che le onde sismiche non si propagano all'interno della Terra alla stessa velocità, ma accelerano progressivamente spostandosi verso l'interno, talvolta anche con repentini cambiamenti, detti discontinuità come rilevato da Mohorovičić. Un'altra osservazione, legata al tipo di onde che si propagano, permise di determinare la fase di alcuni gusci in quanto si osservava la scomparsa di onde compressive quando queste attraversavano il nucleo esterno e un forte rallentamento nell'attraversare l'astenosfera (perché solo parzialmente fusa). Queste importanti osservazioni portarono alla formulazione di un modello a gusci concentrici.

Lo studio di brandelli di mantello superiore strappati da magmi poco viscosi e trasportati in superficie ha consentito di avere campioni di roccia provenienti dall'astenosfera. Tali brandelli, denominati xenoliti hanno una composizione peridotitica (per lo più lherzolitica). Gli xenoliti si ritrovano quasi esclusivamente in rocce basaltiche o carbonatiti perché i magmi che generano tali rocce sono i meno viscosi.

Recenti prove hanno suggerito che il nucleo interno terrestre possa ruotare leggermente più in fretta del resto del pianeta, di circa 2 gradi per anno. Non è ben chiara la ragione di questo comportamento.

Isostasia

La compensazione isostatica secondo il modello di Airy. Vedi il testo per spiegazione.

In geologia l'isostasia è un fenomeno di equilibrio gravitazionale che si verifica sulla Terra tra la litosfera e la sottostante astenosfera.

Il principio dell'isostasia afferma che per ciascuna colonna di materiale deve esserci la stessa massa per unità di area tra la superficie ed una certa profondità di compensazione.

La denominazione di isostasia venne coniata dal geologo statunitense Clarence Dutton verso la fine del XIX secolo. È paragonabile al fenomeno di galleggiamento descritto dal principio di Archimede, infatti, come un cubetto di legno galleggia sull'acqua e a dipendenza del suo peso e densità sporge più o meno da essa, una massa rocciosa galleggia sul mantello sottostante e sporge più o meno evidentemente. Ogni variazione di massa di questi corpi rocciosi provoca uno spostamento verticale degli stessi, fino al conseguimento di un nuovo equilibrio. Questi movimenti sono detti aggiustamenti isostatici, ma siccome i blocchi si modificano di continuo, un equilibrio isostatico definitivo non sarà mai raggiunto.

Questo processo si verifica nella litosfera, dove sono presenti la crosta che ha una densità media di 2 o 3 g/cm3 che galleggia sul mantello, e più in particolare sull'astenosfera, avente una densità superiore, che si aggira intorno ai 5 g/cm3, che ha un comportamento plastico.

Ad esempio l'isostasia si verifica quando, durante l'orogenesi, lo spessore delle rocce della crosta aumenta oppure durante i periodi glaciali quando aumenta lo spessore della calotta glaciale che poggia sopra la crosta terrestre alle alte latitudini. Questo comporta un aumento di peso e quindi le rocce sprofondano nell'astenosfera. La parte sprofondata, detta radice, per stabilire un nuovo equilibrio con l'astenosfera, compirà una serie di movimenti isostatici. Questo si verifica perché l'astenosfera risponde con un comportamento plastico alla forza intensa e costante esercitata dalla soprastante radice.