Breve Lezione di Scienze della Terra - La Struttura interna della Terra

 

Struttura interna della Terra e strati dell'atmosfera terrestre

La Terra è il terzo pianeta del nostro sistema solare, ed è il nostro habitat, noto anche come il "pianeta blu" a causa della sua caratteristica copertura di acqua liquida. Ecco alcune delle sue proprietà principali:

1. Dimensioni e massa: La Terra ha un diametro medio di circa 12.742 chilometri e una circonferenza di circa 40.075 chilometri all'equatore. La sua massa è di circa 5,97 x 10^24 chilogrammi, che è circa 6 volte quella della Luna e circa 81 volte quella di Marte.

2. Composizione: La Terra è composta principalmente da rocce e minerali. La sua struttura interna comprende una crosta solida, un mantello roccioso e un nucleo metallico. La crosta terrestre è composta principalmente da ossigeno, silicio, alluminio, ferro, calcio, sodio e potassio. Il mantello è composto principalmente da silicati di ferro e magnesio, mentre il nucleo è costituito principalmente da ferro e nichel.

3. Struttura interna: La Terra è divisa in diverse regioni concentriche. La crosta terrestre, che è la parte più esterna, è suddivisa in crosta continentale e crosta oceanica. Il mantello si trova al di sotto della crosta e può essere suddiviso in mantello superiore e mantello inferiore. Il nucleo si trova al centro e comprende un nucleo esterno liquido e un nucleo interno solido.

4. Gravità: La Terra ha una forza di gravità che tiene attaccati gli oggetti sulla sua superficie. L'accelerazione di gravità sulla Terra è di circa 9,8 metri al secondo quadrato (9,8 m/s²), il che significa che gli oggetti cadono verso il centro del pianeta a questa velocità.

5. Atmosfera: La Terra è avvolta da uno strato di gas chiamato atmosfera. L'atmosfera terrestre è composta principalmente da azoto (circa il 78%) e ossigeno (circa il 21%), insieme a tracce di altri gas come l'argon, il biossido di carbonio e il vapore acqueo. L'atmosfera svolge un ruolo vitale nel mantenere la vita sulla Terra, fornendo ossigeno respirabile, assorbendo la radiazione solare nociva e regolando la temperatura.

6. Idrosfera: L'acqua è una caratteristica distintiva della Terra e copre circa il 71% della sua superficie. L'acqua si trova negli oceani, nei mari, nei fiumi, nei laghi, negli acquiferi sotterranei e nei ghiacciai. L'acqua è essenziale per la vita e gioca un ruolo fondamentale nel ciclo dell'acqua, nel clima e nell'ecosistema del nostro pianeta.

7. Tettonica delle placche: La Terra è soggetta a movimenti delle placche tettoniche, dove la litosfera (che include la crosta e parte del mantello) è suddivisa in placche rigide che si muovono lentamente. Questi movimenti causano fenomeni come il vulcanismo, terremoti e la formazione di catene montuose. Le placche possono scontrarsi, separarsi o scorrere l'una accanto all'altra lungo i loro confini, dando luogo a diverse caratteristiche geologiche.

8. Magnetosfera: La Terra ha un campo magnetico che circonda il pianeta, chiamato magnetosfera. Questo campo magnetico è generato dal movimento del ferro liquido nel nucleo esterno della Terra. La magnetosfera svolge un ruolo importante nel proteggere il pianeta dalle particelle cariche del vento solare e nel deviare la maggior parte della radiazione solare nociva.

9. Clima: La Terra ha un sistema climatico complesso che viene influenzato da fattori come l'energia solare, la circolazione atmosferica, gli oceani, le correnti marine e le caratteristiche topografiche. Il clima varia da una regione all'altra, creando una diversità di climi, da deserti aridi alle foreste pluviali tropicali e alle regioni polari ghiacciate.

10. Vita: La Terra è l'unico pianeta conosciuto ad ospitare vita. È ricca di una vasta varietà di organismi viventi, dalle piccole forme di vita microscopiche fino agli esseri umani e a molte altre specie complesse. La presenza di acqua liquida, una composizione chimica adeguata e condizioni abitative favorevoli hanno reso possibile lo sviluppo e la sopravvivenza della vita sulla Terra.

Queste sono solo alcune delle proprietà principali della Terra. Il nostro pianeta è un luogo straordinario, con una storia geologica complessa e una ricchezza di ecosistemi diversi. Continui studi e ricerche ci permettono di approfondire la nostra comprensione della Terra e dei processi che la governano, contribuendo alla nostra conoscenza del nostro mondo e alla sua conservazione.

La Terra è un pianeta complesso con diverse componenti interne che lavorano insieme per creare l'ambiente che conosciamo. La sua struttura è divisa in diverse sezioni principali: la crosta, il mantello e il nucleo.

1. Crosta: La crosta terrestre è lo strato più esterno della Terra. È sottile rispetto agli altri strati e composta principalmente da rocce e minerali. La crosta terrestre è divisa in due tipi principali: la crosta continentale, che si trova sotto i continenti, e la crosta oceanica, che costituisce il fondo degli oceani.

2. Mantello: Il mantello è uno strato di materiale denso che si trova sotto la crosta terrestre. È composto principalmente da rocce solide, ma può diventare fluido in alcune regioni. Il mantello è diviso in due parti: il mantello superiore e il mantello inferiore. Il movimento delle rocce nel mantello superiore crea una serie di correnti convettive chiamate correnti di convezione, che influenzano i movimenti delle placche tettoniche sulla superficie della Terra.

3. Nucleo: Il nucleo è lo strato più interno e denso della Terra. È principalmente composto da ferro e nichel. Il nucleo terrestre è diviso in due parti: il nucleo esterno e il nucleo interno. Il nucleo esterno è fuso e crea il campo magnetico terrestre, mentre il nucleo interno è solido a causa della pressione estrema.

Oltre a queste tre sezioni principali, è importante menzionare che la Terra è anche caratterizzata dalla presenza di placche tettoniche. Queste placche sono enormi frammenti della crosta terrestre che galleggiano e si spostano sulla superficie del mantello. I movimenti delle placche tettoniche causano fenomeni come l'attività sismica (terremoti) e la formazione di catene montuose.

In sintesi, la struttura della Terra è composta da una crosta sottile, un mantello denso e un nucleo centrale. Questi strati lavorano insieme per creare la dinamica geologica del nostro pianeta. La comprensione della struttura della Terra è fondamentale per lo studio della geologia, della tectonica delle placche e dei fenomeni naturali che influenzano la nostra vita quotidiana.

La crosta continentale è lo strato più esterno e più spesso della Terra che si trova sotto i continenti. È costituita principalmente da rocce silicatiche, che sono ricche di silicio e alluminio. La crosta continentale è molto diversa dalla crosta oceanica sia in termini di composizione che di spessore.

Ecco alcune caratteristiche chiave della crosta continentale:

1. Composizione chimica: La crosta continentale è composta principalmente da rocce ignee, metamorfiche e sedimentarie. Le rocce ignee sono formate dal raffreddamento e solidificazione del magma, le rocce metamorfiche si formano attraverso il cambiamento di rocce preesistenti sotto alte pressioni e temperature, mentre le rocce sedimentarie si formano dalla deposizione e compattazione di materiali detritici o da processi chimici. La crosta continentale ha una composizione più ricca di minerali leggeri come il quarzo, il feldspato e il granito rispetto alla crosta oceanica.

2. Spessore: La crosta continentale è significativamente più spessa della crosta oceanica. In media, la crosta continentale ha uno spessore di circa 35 chilometri, ma può variare notevolmente da luogo a luogo. Alcune regioni montuose possono avere una crosta continentale molto più spessa, mentre in alcune zone più sottili, come le fosse tettoniche, può essere molto più sottile.

3. Struttura geologica: La crosta continentale è caratterizzata da una vasta gamma di caratteristiche geologiche, tra cui montagne, altopiani, colline, valli, fiumi e laghi. Queste forme di rilievo sono il risultato di processi geologici come l'erosione, l'orogenesi (la formazione di catene montuose) e l'attività tettonica delle placche.

4. Stabilità: Rispetto alla crosta oceanica, la crosta continentale è generalmente più stabile e meno soggetta a movimenti tettonici intensi. Le regioni della crosta continentale tendono ad avere meno terremoti e attività vulcanica rispetto alle zone di subduzione o alle dorsali oceaniche presenti nella crosta oceanica.

5. Risorse naturali: La crosta continentale è ricca di una vasta gamma di risorse naturali. Queste includono minerali metallici come l'oro, l'argento, il rame, il ferro e l'alluminio, nonché risorse energetiche come il carbone, il petrolio e il gas naturale. La crosta continentale ospita anche importanti depositi di acqua dolce, che sono essenziali per la vita umana e gli ecosistemi.

La crosta continentale è una parte fondamentale della struttura della Terra e gioca un ruolo cruciale nell'abitabilità del nostro pianeta. Le sue caratteristiche e la sua composizione influenzano la geografia, il clima, la biodiversità e l'attività umana sulle terre emerse.

La crosta oceanica è uno strato sottile e relativamente giovane della crosta terrestre che si trova sotto gli oceani e i mari del mondo. È una delle due principali tipologie di crosta terrestre, insieme alla crosta continentale.

Ecco alcune delle caratteristiche principali della crosta oceanica:

1. Composizione: La crosta oceanica è composta principalmente da rocce basaltiche e gabbri, che sono rocce di origine vulcanica. Queste rocce sono ricche di silicati di ferro e magnesio. La crosta oceanica è più ricca di ferro e magnesio rispetto alla crosta continentale, che è più ricca di silice e alluminio.

2. Spessore: La crosta oceanica è molto più sottile della crosta continentale, con uno spessore medio di circa 5-10 chilometri. Questo la rende molto più sottile rispetto alla crosta continentale, che può raggiungere uno spessore di decine di chilometri.

3. Età: La crosta oceanica è relativamente giovane rispetto alla crosta continentale. La sua età varia da pochi milioni di anni nelle zone di espansione dell'oceano a diverse decine di milioni di anni nelle zone di subduzione. La crosta oceanica più antica conosciuta ha un'età di circa 200 milioni di anni.

4. Dorsali oceaniche: Le dorsali oceaniche sono catene montuose sottomarine che si estendono attraverso gli oceani del mondo. Queste dorsali sono il luogo in cui avviene la formazione di nuova crosta oceanica attraverso il processo di espansione degli oceani. Qui, il magma proveniente dal mantello terrestre risale e si solidifica per formare nuove rocce basaltiche, espandendo la crosta oceanica.

5. Bacini oceanici: I bacini oceanici sono le regioni più profonde degli oceani. Qui, la crosta oceanica è più sottile e presenta una superficie più pianeggiante rispetto alle aree montuose delle dorsali oceaniche. I bacini oceanici sono spesso caratterizzati da sedimenti marini e da una crosta oceanica più antica.

6. Subduzione: La crosta oceanica può subire il processo di subduzione, in cui viene spinta sotto la crosta continentale o un'altra crosta oceanica più vecchia. Durante la subduzione, la crosta oceanica viene riassorbita nel mantello terrestre, causando la formazione di zone di subduzione, vulcani e fossi oceanici.

La crosta oceanica svolge un ruolo fondamentale nella dinamica della Terra e nella formazione degli oceani. La sua formazione e distruzione sono parte integrante del ciclo delle placche tettoniche e hanno un impatto significativo sulla geologia e l'evoluzione della superficie terrestre.

Il mantello superiore è uno strato del mantello terrestre che si trova sopra il mantello inferiore e si estende dalla discontinuità di Gutenberg, che lo separa dal mantello inferiore, fino alla discontinuità di Mohorovičić, che lo separa dalla crosta terrestre.

Ecco alcune delle caratteristiche principali del mantello superiore:

1. Composizione chimica: Il mantello superiore è composto principalmente da silicati di magnesio, ferro e altri elementi come alluminio, calcio e sodio. Il minerale più abbondante nel mantello superiore è l'olivina, che costituisce gran parte della sua composizione.

2. Stato fisico: Il mantello superiore è solido, ma a causa delle alte temperature e pressioni presenti a quelle profondità, il materiale si comporta in modo duttile e può fluire molto lentamente su scale di tempo geologiche. Questo movimento lento, noto come flusso del mantello, è responsabile della deriva dei continenti e del movimento delle placche tettoniche sulla superficie terrestre.

3. Pressione e temperatura: Aumentando la profondità nel mantello superiore, la pressione e la temperatura aumentano progressivamente. Si stima che la temperatura nel mantello superiore sia compresa tra 1.000°C e 3.000°C, mentre la pressione può raggiungere diverse decine di gigapascal.

4. Sismicità: Il mantello superiore è caratterizzato dalla propagazione delle onde sismiche. Le onde sismiche possono attraversare il mantello superiore e le loro proprietà di velocità e direzione di propagazione forniscono importanti informazioni sulla struttura interna del mantello e sulla sua composizione.

5. Convezione del mantello: A causa delle differenze di temperatura e densità, si ritiene che il mantello superiore sia coinvolto in un movimento convettivo lento. Il calore generato dal nucleo terrestre risale attraverso il mantello superiore, scaldando il materiale circostante e causando il movimento delle masse rocciose.

Il mantello superiore svolge un ruolo cruciale nella dinamica della Terra, influenzando la tettonica delle placche, il vulcanismo e la convezione termica. La sua comprensione è fondamentale per studiare i processi geologici che avvengono nel sottosuolo e per comprendere l'evoluzione del nostro pianeta nel corso del tempo.

Il mantello inferiore è uno strato del mantello terrestre che si estende dalla base del mantello superiore fino a una profondità di circa 2.900 chilometri sotto la superficie terrestre. È separato dal mantello superiore dalla discontinuità di Gutenberg.

Ecco alcune delle caratteristiche principali del mantello inferiore:

1. Composizione chimica: Il mantello inferiore è principalmente composto da silicati di magnesio e ferro, simili alla composizione del mantello superiore. Tuttavia, a causa delle elevate pressioni presenti a queste profondità, si pensa che possano esistere minerali diversi, come la perovskite, che si formano sotto queste condizioni estreme.

2. Pressione e temperatura: A causa dell'aumento della profondità, la pressione nel mantello inferiore aumenta notevolmente. Le alte pressioni e temperature nel mantello inferiore contribuiscono alla sua natura solida e rigida. Si stima che la temperatura nel mantello inferiore sia compresa tra 2.200°C e 3.700°C.

3. Movimento convettivo: Anche se il mantello inferiore è solido, si ritiene che sia coinvolto in un movimento convettivo molto lento a causa delle alte temperature e pressioni. Questo movimento convettivo può influenzare la dinamica del mantello e del nucleo terrestre.

4. Proprietà fisiche: Il mantello inferiore ha proprietà fisiche diverse rispetto al mantello superiore. Ad esempio, a causa delle alte pressioni, il mantello inferiore ha una maggiore densità rispetto al mantello superiore. Ciò contribuisce alla separazione delle diverse zone del mantello terrestre.

5. Sismicità: Le onde sismiche che attraversano il mantello inferiore mostrano un aumento della velocità di propagazione, noto come discontinuità di D" (D-due prime). Questa discontinuità è associata a una serie di complessi fenomeni fisici e chimici che si verificano nel mantello inferiore.

Lo studio del mantello inferiore è un campo attivo di ricerca in geofisica. Gli scienziati utilizzano metodi indiretti, come l'analisi delle onde sismiche, i modelli numerici e le simulazioni al computer per cercare di comprendere la sua struttura, composizione e comportamento. La comprensione del mantello inferiore è fondamentale per la nostra conoscenza della dinamica interna della Terra e dei processi geologici che avvengono a profondità estreme.

Il nucleo esterno è uno strato del nucleo terrestre che si trova al di sopra del nucleo interno. È costituito principalmente da ferro fuso e una piccola quantità di altri elementi, come nichel e leghe di ferro-nichel.

Ecco alcune delle caratteristiche principali del nucleo esterno:

1. Composizione: Il nucleo esterno è composto principalmente da ferro fuso, che costituisce la maggior parte della sua composizione. Tuttavia, contiene anche una percentuale variabile di nichel e tracce di altri elementi, come zolfo e ossigeno.

2. Stato di fusione: A causa delle alte temperature presenti nel nucleo terrestre, il nucleo esterno è fuso, rendendolo un materiale liquido. Questo stato di fusione permette al materiale di muoversi liberamente, creando il movimento convettivo che svolge un ruolo fondamentale nella generazione del campo magnetico terrestre.

3. Densità e pressione: A causa della sua composizione di ferro fuso, il nucleo esterno ha una densità molto elevata. La sua densità è inferiore a quella del nucleo interno, ma ancora molto maggiore rispetto alla crosta terrestre e al mantello. La pressione aumenta notevolmente all'interno del nucleo esterno, poiché si avvicina al nucleo interno.

4. Movimento convettivo: Il nucleo esterno fuso è coinvolto in un movimento convettivo continuo. Questo movimento convettivo è generato dal calore residuo proveniente dal nucleo interno e dal calore generato dalla cristallizzazione del materiale che si solidifica a contatto con il nucleo interno. Il movimento convettivo è responsabile della generazione del campo magnetico terrestre attraverso un processo noto come effetto dinamo.

5. Campo magnetico terrestre: Il nucleo esterno fuso, insieme al nucleo interno solido e alla rotazione della Terra, è responsabile della generazione del campo magnetico terrestre. Il movimento convettivo del ferro fuso nel nucleo esterno induce correnti elettriche che generano un campo magnetico che circonda il pianeta. Questo campo magnetico è essenziale per la protezione del pianeta dalle radiazioni solari e per la navigazione magnetica.

Il nucleo esterno è una componente fondamentale per comprendere la geodinamica e la magnetosfera terrestre. La sua comprensione è importante per studiare l'origine e l'evoluzione del campo magnetico terrestre e per comprendere i processi che si verificano nelle profondità del nostro pianeta.

Il nucleo interno è lo strato più interno e denso del nucleo terrestre. È una regione solida composta principalmente da ferro e una piccola quantità di nichel, leghe di ferro-nichel e altri elementi.

Ecco alcune delle caratteristiche principali del nucleo interno:

1. Composizione: Il nucleo interno è composto principalmente da ferro solido con una percentuale variabile di nichel e tracce di altri elementi. Si stima che la sua composizione sia simile a quella del nucleo esterno, anche se le precise proporzioni degli elementi non sono ancora completamente definite.

2. Stato solido: Nonostante le alte temperature, il nucleo interno è solido a causa delle pressioni estreme che agiscono su di esso. Le pressioni nel nucleo interno superano di gran lunga quelle del nucleo esterno e del resto del pianeta, raggiungendo circa 3,6 milioni di atmosfere.

3. Dimensioni e forma: Il nucleo interno ha un diametro di circa 2.440 chilometri, circa il 70% del diametro della Luna. Tuttavia, il nucleo interno è relativamente piccolo rispetto al nucleo esterno e al resto del pianeta, rappresentando solo circa l'1% del volume totale della Terra. La sua forma è generalmente sferoidale.

4. Temperatura: La temperatura nel nucleo interno è estremamente elevata, con stime che oscillano tra i 5.000°C e i 6.000°C. Nonostante queste alte temperature, il nucleo interno rimane solido a causa della pressione estrema che prevale.

5. Campo magnetico terrestre: Il nucleo interno svolge un ruolo cruciale nella generazione del campo magnetico terrestre. Il movimento di convezione del materiale nel nucleo esterno induce correnti elettriche che generano il campo magnetico. Tuttavia, il nucleo interno solido è anch'esso coinvolto in questo processo, poiché il suo movimento differenziale rispetto al nucleo esterno contribuisce a mantenere la stabilità del campo magnetico.

6. Studio indiretto: A causa della sua posizione profonda nel nucleo terrestre, non possiamo studiare direttamente il nucleo interno. Le informazioni sul nucleo interno sono ottenute principalmente attraverso studi sismici e modelli teorici basati su proprietà dei materiali ad alte pressioni e simulazioni al computer.

Il nucleo interno svolge un ruolo chiave nella dinamica interna della Terra, influenzando la generazione del campo magnetico e contribuendo alla stabilità del campo magnetico terrestre nel corso del tempo. La sua comprensione è fondamentale per la geofisica e la nostra conoscenza della struttura e dell'evoluzione del nostro pianeta.

Breve Lezione di Scienze della Terra: La struttura del Globo Terrestre - Contiene Video

Testo proveniente da: Esplora i Vulcani Italiani

Il globo terrestre viene convenzionalmente suddiviso in tre gusci concentrici: la crosta, il mantello e il nucleo. 

La densità aumenta andando verso l'interno del globo. Infatti, le rocce che si trovano in superficie hanno una densità compresa tra 2.5 e 3 g/cm3 (solo in alcuni casi tra 3.3 e 3.5 g/cm3), mentre la densità media della Terra è molto più alta, 5.52 g/cm3.

La crosta rappresenta il guscio più esterno. Il suo spessore è variabile tra 5-15 km sotto gli oceani e 30-40 km sotto i continenti fino a superare i 50 km sotto le grandi catene montuose.

La crosta oceanica ha un sottile strato di sedimenti che ricopre lave e prodotti vulcanici basaltici. La densità media della crosta oceanica è di circa 2.9 g/cm3.

La crosta continentale è meno omogenea di quella oceanica e può essere suddivisa in crosta superiore (velocità delle onde sismiche fino a 6,5 km/s) e crosta inferiore o profonda (velocità delle onde sismiche da 6.5 a 7.6 km/s).

La crosta continentale superiore arriva a circa 10-20 km di profondità e ha una densità media di 2.5-2.7 g/cm3. E' costituita da rocce intrusive e metamorfiche con sottili coperture di rocce sedimentarie. La crosta continentale inferiore ha una densità media di 2.8 g/cm3 ed è composta da rocce di tipo gabbrico.

La variazione nella velocità delle onde sismiche che permette di operare la suddivisione tra crosta continentale superiore e inferiore viene chiamata discontinuità di Conrad. A testimonianza del carattere eterogeneo della crosta continentale, la discontinuità di Conrad non è uniformemente distribuita.

Alla base della crosta vi è un'altra discontinuità, detta di Mohorovicic (Moho), che segna l'inizio del mantello. La zona del matello comprende circa il 68 % della massa terrestre e si estende fino a una profondità di circa 2900 km. La Moho è individuata da un aumento di velocità delle onde sismiche, da valori inferiori a 7.6 km/s a valori vicini o superiori a 8 km/s.

Anche il mantello si divide in due strati: mantello superiore, fino a una profondità di circa 680 km e mantello inferiore. La parte superiore ha una densità di 3.3-3.4 g/cm3 e quella inferiore aumenta da 3.3 g/cm3 fino a 5.6 g/cm3 nella zona più profonda.

Quasi tutti i magmi che arrivano in superficie si formano alla profondità del mantello e quindi, per chiarire la loro formazione, sarebbe fondamentale indagare sul mantello stesso. Ma, data la sua posizione, si possono avere solo osservazioni indirette e, invece di partire dal mantello per capire i magmi, si è costretti a partire dai magmi per risalire al mantello.

Gran parte dei magmi eruttati sulla superficie terrestre sono di tipo basaltico. Si ritiene che il magma sia una piccola parte del mantello e che derivi da minerali che fondono per primi, mentre gli altri restano solidi. Un tipo di roccia che inizia a fondere formando un liquido basaltico, mentre la restante parte rimane solida, è la peridotite. Probabilmente, il mantello è composto da peridotite o da materiale simile.

A circa 2900 km di profondità si trova un'altra zona di discontinuità, detta Gutenberg, al di sotto della quale vi è il nucleo che arriva fino a circa 6370 km di profondità, misura che rappresenta il raggio medio terrestre.

La discontinuità di Gutenberg segna una differenza chimica tra il mantello e il nucleo che è formato in gran parte da ferro metallico. Anche il nucleo è diviso in due strati: uno esterno liquido e uno interno solido, entrambi a composizione piuttosto omogenea caratterizzata da ferro e nichel, separati da una zona di transizione.

La divisione tra i due strati è posta a circa 5200 km di profondità dove si riscontra un'altra discontinuità (discontinuità di Lehman) alla sommità della quale si estinguono le onde sismiche che non si propagano nei liquidi (onde S).

La suddivisione in crosta, mantello e nucleo è fatta in base alla diversa composizione del globo terrestre con la profondità. Se si considerano invece le caratteristiche meccaniche, (come la risposta a uno sforzo, la capacità o meno di fluire e di deformarsi, ecc.) il globo può essere suddiviso, dall'esterno verso l'interno, in litosfera, astenosfera, mesosfera e nucleo.

La litosfera comprende la crosta e una parte del mantello, cioé la parte più esterna fino a circa 100 km di profondità nelle zone oceaniche e fino a circa 120-130 km ed oltre in quelle continentali. Tutta questa porzione di globo ha un comportamento abbastanza uniforme di tipo rigido, tipico di solidi con temperature lontane da quella di inizio fusione.

La velocità di propagazione delle onde sismiche aumenta gradualmente fino alla base della litosfera. Quando la velocità comincia a diminuire, inizia l'astenosfera che si estende fino a circa 350 km di profondità, dove la velocità delle onde sismiche riprende ad aumentare.

La parte alta dell'astenosfera, dove la velocità delle onde sismiche diminuisce improvvisamente, è detta "strato a bassa velocità" (LVL = low velocity layer). Questo strato è considerato un involucro a comportamento meno rigido (meccanicamente più debole) rispetto a quello soprastante. Il materiale dovrebbe essere simile a quello del mantello superiore, ma con una temperatura vicina a quella di inizio fusione, con sparse sacche di materiale fuso.

L'astenosfera può deformarsi plasticamente, può fluire lentamente e inarcarsi verso l'alto per effetto di ampi moti convettivi. Dopo i 350 km di profondità il comportamento riprende ad essere di tipo rigido. Questo strato, fino al nucleo, viene chiamato mesosfera.

La suddivisione della parte più esterna del globo terrestre in base alle diverse proprietà fisiche (litosfera e astenosfera) rappresenta il punto di partenza per la teoria della tettonica a zolle.

     

Descrizione della struttura interna della Terra; teorie sulla sua formazione da materiali spaziali; descrizione delle principali rocce: ignee, sedimentarie e metamorfiche (Coronet Instructional Film 1960; revisionato 1982)

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.