Struttura della Terra, Il campo magnetico terrestre, l'espansione dei fondi oceanici, la Tettonica delle placche, celle convettive e punti caldi

Struttura della Terra, Il campo magnetico terrestre, l'espansione dei fondi oceanici, la Tettonica delle placche, celle convettive e punti caldi.

I dati sismici permettono di concludere che la Terra è formata da una serie di involucri concentrici ; dall'esterno:

crosta: distinta in continentale (spessore medio 35km) e oceanica (spessore medio 6 km)

mantello: rocce ultrabasiche , con uno spessore di 2900 km;

nucleo: lega di ferro- nichel  , con un raggio di 3470 km; la parte più esterna è fluida.

La Terra perde continuamente calore (flusso termico), prodotto nel suo interno dagli isotopi radioattivi. Il flusso termico è disomogeneo e riflette la presenza di correnti convettive : materiale più caldo risale nel mantello mentre materiale più freddo sprofonda ( con velocità di qualche cm/anno). La temperatura cresce con la profondità (geoterma): nel mantello arriva a oltre 3000°C; al centro del pianeta è di oltre 4000°C.

La Terra è circondata da un campo magnetico esteso nello spazio circostante. Molte rocce possono venire magnetizzate al momento della loro formazione e conservano le tracce del campo magnetico terrestre che le ha influenzate (paleomagnetismo), per cui è possibile ricostruire l ' apparente posizione del Polo nord (magnetico) nel passato. Si è scoperto, tra l'altro, che i due poli magnetici si invertono periodicamente di posizione (inversione di polarità magnetica).

Crosta continentale e crosta oceanica sono molto diverse:

crosta continentale: spessore maggiore (35 km in media, 60-70 sotto le catene montuose); età delle rocce da oggi fino a oltre 4000 Ma; composizione eterogenea, con profonde deformazioni (pieghe, faglie, falde, metamorfismo ecc . ). E' divisa in cratoni (aree stabili da lungo tempo) e orògeni (fasce deformate negli ultimi 500 Ma); le più recenti sono ancora instabili ( sismicità e vulcanismo) e con crosta di grosso spessore.

crosta oceanica: spessore molto minore ( 6 km; si riduce sotto le dorsali oceaniche); età inferiore a 190 Ma; composizione omogenea (sedimenti che coprono rocce basiche - basalti e gabbri - in <<strati>> non deformati).

La crosta <<galleggia>> sul sottostante mantello ;le catene montuose emergono in quota perché al di sotto la crosta ha un forte spessore di rocce meno dense rispetto al mantello ( radici), che le mantiene in equilibrio (isostasia). Ogni variazione di spessore nella crosta si traduce in movimenti verso l'alto e verso il basso, verso un nuovo equlibrio (aggiustamenti isostatici).

La crosta oceanica comprende un sistema di dorsali oceaniche , una sorta di ampio inarcamento verso l'alto la cui sommità è percorsa dalla rift valley , una profonda e ampia fossa tettonica; entro tale fossa risale continuamente dal mantello magma basaltico, che si solidifica e forma nuova crosta. In altri settori la crosta oceanica si inflette verso il basso e forma le fosse abissali , fiancheggiate da archi vulcanici e con forte sismicità ( ipocentri lungo la superficie di Benioff).

L'ipotesi dell' espansione dei fondi oceanici prevede che lungo la rift valley delle dorsali, dove il magma risale, si formi continuamente nuova litosfera ( quindi anche crosta) oceanica, mentre i due lati delle dorsali si allontanano reciprocamente; nello stesso tempo, nelle fosse oceaniche altra litosfera, ormai fredda e densa, sprofonda nel mantello (subduzione) e viene riciclata; questo sprofondamento provoca terremoti (riconoscibili nella superficie di Benioff) e, con la fusione progressiva del materiale che affonda, produce magmi che risalgono e alimentano numerosi vulcani (arco vulcanico). Una conferma della graduale espansione dei fondi oceanici e della loro progressiva consunzione è stata vista nella distribuzione a fasce alternativamente positive e negative delle anomalie magnetiche registrate in corrispondenza dei fondali marini, che viene attribuita al paleomagnetismo dei basalti della crosta oceanica, combinato con il fenomeno delle inversioni di polarità magnetiche.

La litosfera è suddivisa in una ventina di placche di varie dimensioni, stabili al loro interno e delimitate da combinazioni di margini attivi : dorsali di espansione (margini costruttivi o divergenti ), fosse di subduzione (margini distruttivi o di convergenza ) e faglie trasformi (margini conservativi). Globalmente, la nuova litosfera che si produce lungo le dorsali è bilanciata da vecchia litosfera che viene riciclata nella subduzione. Le singole placche possono essere formate da sola litosfera oceanica o continentale o da entrambe.

Il movimento delle placche provoca la profonda deformazione di interi lunghi settori di crosta, con formazione di catene montuose ( orògeni) secondo vari meccanismi: per consumazione di crosta oceanica in subduzione sotto il margine continentale di una placca; per collisione continentale dopo la consunzione della litosfera oceanica interposta tra le due placche in convergenza tra loro; per accrescimento crostale a seguito di collisioni di frammenti di crosta di varia natura trascinati a saldarsi lungo un margine continentale. Modesti lembi di litosfera oceanica possono rimanere <<incastrati>> nella crosta deformata (ofioliti).

La litosfera continentale può lacerarsi lungo grandi fratture provocate da movimenti del mantello. L a fossa tettonica che si forma si allarga e i due settori di litosfera si separano. Nello spazio interposto si forma nuova litosfera oceanica, che diviene il <<pavimento>> di un nuovo oceano in espansione. Lungo i margini del nuovo oceano si accumulano grossi spessori di sedimenti (prismi sedimentari). Inversioni nel movimento delle placche possono portare un prisma sedimentario a collidere e le sue rocce entrano così a far parte di una catena montuosa ( un orògeno, destinato a diventare un nuovo lembo di crosta continentale).

Il movimento delle placche porta alla periodica aggregazione di un supercontinente (Rodìnia, Pangèa), destinato ogni volta a smembrarsi (ciclo di Wilson)

Vulcanismo e sismicità sono strettamente connessi con la Tettonica delle placche. Vulcanismo effusivo e terremoti superficiali sono associati alle dorsali (fusione parziale del mantello in risalita e faglie lungo la rift valley); vulcanismo esplosivo e terremoti da superficiali a profondi sono collegati al piano di subduzione ( fusione e deformazione con faglie della placca che affonda); vulcanismo isolato all'interno delle placche è dovuto alla risalita nel mantello di colonne di materiale caldo (punti caldi). Terremoti lungo le catene montuose attuali indicano che gli sforzi dovuti a collisioni continentali non si sono ancora esauriti. Terremoti superficiali all'interno di una placca possono segnare la prossima formazione di un nuovo margine.

Il <<motore>> delle placche è visto in movimenti convettivi all'interno del mantello, con circuiti unici tra la base del mantello inferiore e la litosfera o con circuiti separati nel mantello inferiore e in quello superiore. Litosfera oceanica fredda e pesante sprofonderebbe nel mantello e alcuni lembi scenderebbero fino al limite con il nucleo, mentre da quelle stesse regioni risalirebbero i pennacchi che si manifestano nei punti caldi. Il <<lavoro>> di questo gigantesco motore termico è fatto a spese dell'energia termica della Terra, legata al calore latente che si libera nella solidificazione del nucleo esterno (fluido) e al decadimento degli isotopi radioattivi.