Struttura della Terra

La struttura della Terra è una disposizione affascinante e complessa di strati che compongono l'interno del nostro pianeta. Comprendere questa struttura è fondamentale per geologi e scienziati poiché fornisce informazioni sulla composizione, sul comportamento e sui processi che modellano il nostro pianeta. Questa conoscenza è essenziale anche per vari campi, tra cui la geologia, la sismologia e tettonica delle placche, poiché aiuta a spiegare fenomeni naturali come terremoti, vulcanie la formazione dei continenti e dei bacini oceanici.

Interno della Terra: Crosta, Mantello e Nucleo

L'interno della Terra può essere suddiviso in tre strati principali: la crosta, il mantello e il nucleo. Questi strati hanno proprietà e composizioni distinte, che svolgono un ruolo significativo nel modellare la geologia e il comportamento del nostro pianeta.

1. Crosta:
   • La crosta terrestre è lo strato più esterno e quello con cui interagiamo direttamente. Lo spessore varia, con la crosta oceanica più sottile (circa 4-7 miglia o 6-11 chilometri) e la crosta continentale più spessa (in media circa 19 miglia o 30 chilometri).
   • La crosta è composta principalmente da roccia solida, con diversi tipi di roccia prevalenti nelle regioni continentali e oceaniche. La crosta continentale è prevalentemente costituita da granito rocce, mentre la crosta oceanica è composta principalmente da rocce basaltiche.
   • La crosta terrestre è dove troviamo la Terra morfologie, come montagne, valli e pianure, nonché il fondale oceanico.
2. Mantello:
   • Il mantello si trova sotto la crosta terrestre e si estende fino a una profondità di circa 1,800 chilometri. È lo strato più spesso della Terra.
   • Il mantello è composto da solida roccia, principalmente silicati minerali. Sebbene sia solido, il mantello si comporta come un materiale molto viscoso o plastico su scale temporali geologiche. Questa proprietà consente al mantello di scorrere lentamente, determinando il movimento delle placche tettoniche e dei relativi associati fenomeni geologici come terremoti e vulcani.
   • Il calore generato dall'interno della Terra e il decadimento degli elementi radioattivi contribuiscono alle alte temperature all'interno del mantello.
3. Nucleo:
   • Il nucleo della Terra è diviso in due parti: il nucleo esterno e il nucleo interno.
   • Nucleo esterno:
     • Il nucleo esterno si trova sotto il mantello, a partire da una profondità di circa 1,800 chilometri e estendendosi fino a circa 2,900 chilometri sotto la superficie.
     • È composto principalmente da fuso ferro ed nichel. Le alte temperature e pressioni nel nucleo esterno mantengono questi materiali allo stato liquido.
     • Il movimento del ferro fuso nel nucleo esterno è responsabile della generazione del campo magnetico terrestre attraverso il processo geodinamo.
   • Nucleo interno:
     • Il nucleo interno è situato proprio al centro della Terra, a partire da una profondità di circa 3,500 chilometri.
     • È composto principalmente da ferro solido e nichel. Nonostante le temperature estremamente elevate a questa profondità, il nucleo interno rimane solido a causa dell'enorme pressione.
     • La natura solida del nucleo interno è importante per comprendere le dinamiche interne della Terra, compreso il come onde sismiche attraversarlo.

La struttura della Terra e le interazioni tra questi strati sono responsabili di vari fenomeni geologici, inclusi terremoti, eruzioni vulcaniche e movimento delle placche tettoniche. La conoscenza della struttura interna della Terra è fondamentale per comprendere e prevedere questi eventi naturali, nonché per esplorare la storia e la geologia del pianeta.

Cosa dovresti capire dell'interno della terra?

• Non è possibile conoscere l'interno della terra mediante osservazioni dirette a causa delle enormi dimensioni e della natura mutevole della sua composizione interna.
• È una distanza quasi impossibile da raggiungere per gli esseri umani fino al centro della terra (il raggio terrestre è di 6,370 km).
• Attraverso operazioni di estrazione e trivellazione siamo stati in grado di osservare direttamente l'interno della terra solo fino a una profondità di pochi chilometri.
• Il rapido aumento della temperatura al di sotto della superficie terrestre è il principale responsabile di porre un limite alle osservazioni dirette all'interno della terra.
• Tuttavia, attraverso alcune fonti dirette e indirette, gli scienziati hanno una buona idea di come appare l'interno della terra.

Fonti di informazione sull'interno della terra

Fonti dirette:

1. Rocce dalla zona mineraria
2. Eruzioni vulcaniche

Fonti indirette

1. Analizzando il velocità di variazione della temperatura e della pressione dalla superficie verso l'interno.
2. meteore, in quanto appartengono allo stesso tipo di materiali di cui è fatta la terra.
3. Gravitazione, che è maggiore vicino ai poli e minore all'equatore.
4. Anomalia gravitazionale, che è la variazione del valore della gravità in funzione della massa del materiale, ci fornisce informazioni sui materiali all'interno della terra.
5. Sorgenti magnetiche.
6. Onde sismiche: le zone d'ombra delle onde del corpo (onde primarie e secondarie) ci danno informazioni sullo stato dei materiali all'interno.

Struttura dell'interno della terra

La struttura dell'interno della terra è fondamentalmente divisa in tre strati: crosta, mantello e torsolo.

Crosta

• È la parte solida più esterna della terra, normalmente spessa circa 8-40 km.
• È di natura fragile.
• Quasi l'1% del volume terrestre e lo 0.5% della massa terrestre sono costituiti dalla crosta.
• Lo spessore della crosta sotto le aree oceaniche e continentali è diverso. La crosta oceanica è più sottile (circa 5 km) rispetto alla crosta continentale (circa 30 km).
• I principali elementi costitutivi della crosta sono la silice (Si) e l'alluminio (Al) e quindi viene spesso definita come SIAL (A volte SIAL è usato per riferirsi alla litosfera, che è la regione che comprende anche la crosta e il mantello solido superiore).
• La densità media dei materiali nella crosta è di 3 g/cm3.
• La discontinuità tra idrosfera e crosta è definito come il Corrado Discontinuità.

Mantello

• La parte dell'interno oltre la crosta è chiamata mantello.
• La discontinuità tra crosta e mantello è chiamato come Discontinuità di Mohorovich o discontinuità di Moho.
• Il mantello ha uno spessore di circa 2900 km.
• Quasi l'84% del volume terrestre e il 67% della massa terrestre è occupato dal mantello.
• I principali elementi costitutivi del mantello sono il silicio e il magnesio e quindi è anche definito come SIMA.
• La densità dello strato è superiore a quella della crosta e varia da 3.3 a 5.4 g/cm3.
• La parte superiore solida del mantello e l'intera crosta costituiscono il Litosfera.
• I astenosfera (tra 80 e 200 km) è una regione altamente viscosa, meccanicamente debole e duttile, deformante del mantello superiore che si trova appena sotto la litosfera.
• L'astenosfera è la principale fonte di magma ed è lo strato su cui si muovono le placche litosferiche/placche continentali (tettonica a placche).

• La discontinuità tra mantello superiore e mantello inferiore è noto come Repetti Discontinuità.
• La parte del mantello che si trova appena al di sotto della litosfera e dell'astenosfera, ma al di sopra del nucleo è chiamata as mesosfera.

Nucleo

• È lo strato più interno che circonda il centro della terra.
• I il nucleo è separato dal mantello dalla Discontinuità di Guttenberg.
• È composto principalmente da ferro (Fe) e nichel (Ni) e per questo viene anche chiamato as NIFE.
• Il nucleo costituisce quasi il 15% del volume terrestre e il 32.5% della massa terrestre.
• Il nucleo è lo strato più denso della terra con una densità compresa tra 9.5 e 14.5 g/cm3.
• Il nucleo è costituito da due sottostrati: il nucleo interno e il nucleo esterno.
• Il nucleo interno è allo stato solido e il nucleo esterno è allo stato liquido (o semiliquido).
• La discontinuità tra il nucleo superiore e il nucleo inferiore si chiama as Discontinuità di Lehmann.
• Barisfera a volte è usato per riferirsi al nucleo della terra o talvolta all'intero interno.

Composizione della Terra

Principali elementi e minerali nella composizione della Terra:

1. Ossigeno (O): L'ossigeno è l'elemento più abbondante nella composizione della Terra, costituendo circa il 46.6% in peso della crosta terrestre. È un componente cruciale di minerali e composti, come silicati e ossidi.
2. Silicio (Si): Il silicio è il secondo elemento più abbondante nella crosta terrestre, rappresentando circa il 27.7% della sua composizione. È un componente chiave in vari minerali di silicato, che sono i principali elementi costitutivi della crosta terrestre.
3. Alluminio (Al): L'alluminio costituisce circa l'8.1% della crosta terrestre. Si trova spesso in minerali come feldspato, bauxitee vari silicati.
4. Ferro (Fe): Il ferro è un altro elemento essenziale nella composizione della Terra, costituendo circa il 5% della crosta terrestre. Si trova in vari minerali, incluso ematite ed magnetite.
5. Calcio (Ca): Il calcio costituisce circa il 3.6% della crosta terrestre e si trova comunemente in minerali come calcite ed gesso.
6. Sodio (Na) e potassio (K): Il sodio e il potassio insieme rappresentano circa il 2.8% della crosta terrestre. Questi elementi si trovano tipicamente in minerali come il feldspato.
7. Magnesio (Mg): Il magnesio costituisce circa il 2.1% della crosta terrestre e si trova in minerali come olivina ed serpentina.
8. Titanio (Ti): Il titanio costituisce circa lo 0.57% della crosta terrestre ed è presente in minerali come ilmenite ed rutilo.
9. Idrogeno (H): Sebbene l'idrogeno non sia un componente importante della crosta terrestre, è un elemento significativo nella composizione complessiva della Terra, principalmente sotto forma di acqua (H2O).
10. Altri elementi: Vari altri elementi, inclusi zolfo, carbonio, fosforo e molti oligoelementi sono presenti in quantità minori nella composizione della Terra.

Distribuzione degli elementi all'interno degli strati terrestri:

1. Crosta: La crosta terrestre è composta principalmente da minerali di silicato, inclusi quarzo, feldspato, micae vari tipi di roccia. Il silicio e l'ossigeno sono gli elementi più abbondanti nella crosta e costituiscono la spina dorsale di questi minerali.
2. Mantello: Il mantello è composto principalmente da minerali silicati, con ferro e magnesio come elementi dominanti. Olivina, pirosseni e granato sono minerali comuni che si trovano nel mantello.
3. Nucleo esterno: Il nucleo esterno è composto principalmente da ferro liquido e nichel. Questo strato è responsabile della generazione del campo magnetico terrestre, dove il ferro è l'elemento dominante.
4. Nucleo interno: Il nucleo interno è composto da ferro solido e nichel. Nonostante le temperature estremamente elevate, l'intensa pressione mantiene questi elementi allo stato solido.

La distribuzione degli elementi all'interno degli strati della Terra è il risultato della differenziazione e separazione dei materiali durante la storia primordiale della Terra. La struttura a strati della Terra è una conseguenza dei processi fisici e chimici che si sono verificati nel corso di miliardi di anni, tra cui l’accrescimento planetario, la differenziazione e l’attività geologica.

Temperatura, pressione e densità dell'interno della Terra

Temperatura

• Nelle miniere e nei pozzi profondi si osserva un aumento della temperatura con l'aumento della profondità.
• Queste prove insieme alla lava fusa eruttata dall'interno della terra sostengono che la temperatura aumenta verso il centro della terra.
• Le diverse osservazioni mostrano che il tasso di aumento della temperatura non è uniforme dalla superficie verso il centro della terra. È più veloce in alcuni punti e più lento in altri.
• All'inizio, questo tasso di aumento della temperatura è a un tasso medio di 1°C per ogni 32 m di aumento della profondità.
• Mentre nei 100 km superiori, l'aumento della temperatura è al ritmo di 12°C per km e nei successivi 300 km, è di 20°C per km. Ma andando più in profondità, questo tasso si riduce a soli 10°C per km.
• Pertanto, si presume che il il tasso di aumento della temperatura sotto la superficie sta diminuendo verso il centro (non confondere il tasso di aumento della temperatura con l'aumento della temperatura. La temperatura è sempre in aumento dalla superficie terrestre verso il centro).
• Si stima che la temperatura al centro sia compresa tra 3000°C e 5000°C, potrebbe essere molto più alta a causa delle reazioni chimiche in condizioni di alta pressione.
• Anche a temperature così elevate, i materiali al centro della terra sono allo stato solido a causa della forte pressione dei materiali sovrastanti.

Pressione

• Proprio come la temperatura, il anche la pressione aumenta dalla superficie verso il centro della Terra.
• È dovuto all'enorme peso dei materiali sovrastanti come le rocce.
• Si stima che nelle parti più profonde la pressione sia tremendamente alta, che sarà quasi da 3 a 4 milioni di volte superiore alla pressione dell'atmosfera a livello del mare.
• Ad alta temperatura, i materiali sottostanti si scioglieranno verso la parte centrale della terra ma, a causa della forte pressione, questi materiali fusi acquisiranno le proprietà di un solido e si troveranno probabilmente in uno stato plastico.

Densità

• A causa dell'aumento della pressione e della presenza di materiali più pesanti come Nichel e Ferro verso il centro, il anche la densità degli strati terrestri aumenta verso il centro.
• La densità media degli strati aumenta dalla crosta al nucleo ed è di circa 14.5 g/cm3 proprio al centro.

Il campo magnetico terrestre

Il campo magnetico terrestre è una caratteristica cruciale e complessa che circonda il nostro pianeta. Svolge un ruolo significativo nella nostra vita quotidiana e ha diverse funzioni importanti. Ecco una panoramica del campo magnetico terrestre:

1. Generazione del campo magnetico terrestre:

• Il campo magnetico terrestre è generato principalmente dal movimento del ferro e del nichel fusi nel nucleo esterno del pianeta. Questo processo è noto come geodinamo.
• La geodinamo è azionata dal calore generato dal decadimento degli isotopi radioattivi all'interno della Terra e dal raffreddamento del nucleo.

2. Polarità magnetica:

• Il campo magnetico terrestre ha un polo magnetico nord e un polo sud, simili a una barra magnetica. Tuttavia, questi poli magnetici non sono allineati con i poli geografici nord e sud.
• Le posizioni e gli orientamenti dei poli magnetici della Terra possono cambiare nel corso del tempo geologico e queste inversioni di polarità vengono registrate nelle rocce come “strisce magnetiche”.

3. Componenti del campo magnetico:

• Il campo magnetico terrestre è caratterizzato dalla sua forza, inclinazione e declinazione.
• Forza magnetica: Questo rappresenta l'intensità del campo magnetico in un punto specifico sulla superficie terrestre.
• Inclinazione: Si riferisce all'angolo al quale le linee del campo magnetico intersecano la superficie terrestre, variando da quasi verticale ai poli magnetici a orizzontale all'equatore.
• Declinazione: Questo è l'angolo tra il nord geografico (nord geografico) e il nord magnetico.

4. Funzione e importanza del campo magnetico:

• Il campo magnetico terrestre ha diverse importanti funzioni e vantaggi:
  • Funge da scudo protettivo, deviando le particelle cariche dannose provenienti dal Sole, come il vento solare e i raggi cosmici. Questo scudo è noto come magnetosfera e aiuta a proteggere l'atmosfera e la vita sulla Terra.
  • Consente la navigazione e l'orientamento degli animali migratori, inclusi uccelli e tartarughe marine, che utilizzano il campo magnetico come bussola.
  • Le bussole si affidano al campo magnetico terrestre per la navigazione e l'orientamento.
  • Il campo magnetico viene utilizzato in vari studi scientifici e geologici, incluso il paleomagnetismo (lo studio degli antichi campi magnetici registrati nelle rocce) per comprendere la storia della Terra e il movimento delle placche tettoniche.
  • Il campo magnetico è essenziale per la tecnologia moderna, compresa la risonanza magnetica (MRI) in medicina e varie applicazioni nell’esplorazione geofisica.

5. Cambiamenti nel campo magnetico terrestre:

• Il campo magnetico della Terra non è costante e può subire cambiamenti nel tempo, comprese variazioni secolari (cambiamenti graduali) e inversioni geomagnetiche (inversioni della polarità magnetica).
• I ricercatori monitorano questi cambiamenti e recenti osservazioni hanno dimostrato che il Polo Nord magnetico si sta spostando a un ritmo più rapido rispetto al passato.

Comprendere il campo magnetico terrestre è essenziale per vari motivi scientifici, tecnologici e ambientali. È parte integrante della geologia del pianeta e svolge un ruolo vitale nel mantenimento delle condizioni necessarie per la vita sulla Terra.

Riferimenti

Jijo Sudarsan ,Interno della Terra: crosta, mantello e nucleo (2018),https://www.clearias.com/interior-of-the-earth/