Elementi di Geologia, Idrogeologia e Rischio Sismico: la tettonica delle placche

Sommario

CAPITOLO 1: IL SISTEMA TERRA

IL METODO SCIENTIFICO LA GEOLOGIA COME SCIENZA FORMA E DIMENSIONI DELLA TERRA LA SCOPERTA DI UNA TERRA "A INVOLUCRI" La densità della Terra Il mantello e il nucleo La crosta Il nucleo interno Composizione chimica dei principali involucri che compongono la Terra LA TERRA COME SISTEMA DI COMPONENTI INTERAGENTI Il geosistema clima. Il geosistema Tettonica delle placche La geodinamo Le interazioni tra i geosistemi sostengono la vita UNO SGUARDO D'INSIEME AL TEMPO GEOLOGICO L'origine della Terra e dei suoi sottoinsiemi

CAPITOLO 2: TETTONICA DELLE PLACCHE: UNA TEORIA UNIFICANTE

LA SCOPERTA DELLA TETTONICA DELLE PLACCHE LA DERIVA DEI CONTINENTI L'ESPANSIONE DEI FONDI OCEANICI LA GRANDE SINTESI: 1963-1968 LE PLACCHE E I LORO MARGINI MARGINI DIVERGENTI MARGINI CONVERGENTI MARGINI CONSERVATIVI (O DI FAGLIE TRASFORMI) COMBINAZIONI DI MARGINI DI PLACCA VELOCITÀ E STORIA DEL MOVIMENTO DELLE PLACCHE Il fondo oceanico come registratore a nastro magnetico PERFORAZIONI IN MARE PROFONDO LA GEODESIA E LA MISURA DEL MOVIMENTO DELLE PLACCHE LA GRANDE RICOSTRUZIONE LE ISOCRONE DEL FONDO OCEANICO Ricostruire la storia del movimento delle placche La frammentazione del supercontinente Pangea L'ASSEMBLAGGIO DEL SUPERCONTINENTE PANGEA E LA DERIVA DEI CONTINENTI LE IMPLICAZIONI DELLA GRANDE RICOSTRUZIONE MOVIMENTI CONVETTIVI NEL MANTELLO: IL MOTORE DELLA TETTONICA DELLE PLACCHE DOVE SI ORIGINANO LE FORZE CHE MUOVONO LE PLACCHE?

L'evoluzione della vita

FINO A QUALE PROFONDITÀ HA LUOGO IL RICICLAGGIO DELLE PLACCHE? QUAL È LA NATURA DI RAMI ASCENDENTI DELLE CORRENTI CONVETTIVE? LA TEORIA DELLA TETTONICA DELLE PLACCHE E IL METODO SCIENTIFICO

CAPITOLO 12: I VULCANI.

VULCANI COME GEOSISTEMI LAVE E ALTRI DEPOSITI VULCANICI. TIPI DI LAVA TESSITURA DELLE ROCCE VULCANICHE DEPOSITI PIROCLASTICI. TIPI DI ERUZIONE E FORME CUI DANNO ORIGINE ERUZIONI CENTRALI ERUZIONI LINEARI INTERAZIONE TRA I VULCANI E ALTRI GEOSISTEMI VULCANISMO E IDROSFERA VULCANISMO E ATMOSFERA. LA DISTRIBUZIONE GLOBALE DEL VULCANISMO VULCANISMO NEI CENTRI DI ESPANSIONE VULCANISMO NELLE ZONE DI SUBDUZIONE I VULCANI E L'UOMO LA PERICOLOSITÀ VULCANICA RIDURRE IL RISCHIO CHE PUÒ DERIVARE DAI PERICOLI VULCANICI RISORSE NATURALI DAI VULCANI IL MOUNT SAINT HELENS IL RISCHIO VULCANICO IN ITALIA

CAPITOLO 13: I TERREMOTI

COS'È UN TERREMOTO? LA TEORIA DEL RIMBALZO ELASTICO ATTIVAZIONE DEL PIANO DI FAGLIA DURANTE I TERREMOTI SCOSSE PRELIMINARI E REPLICHE COME SI STUDIANO I TERREMOTI? SISMOGRAFI ONDE SISMICHE LOCALIZZARE L'IPOCENTRO E L'EPICENTRO MISURARE LA DIMENSIONE DI UN TERREMOTO DETERMINARE I MECCANISMI FOCALI IN BASE AI DATI DEL TERREMOTO MISURAZIONI GPS E TERREMOTI SILENZIOSI TERREMOTI E AMBIENTI TETTONICI UN QUADRO COMPLESSIVO: TERREMOTI E TETTONICA DELLE PLACCHE SISTEMI DI FAGLIE REGIONALI PERICOLOSITÀ E RISCHI DEI TERREMOTI IN CHE MODO I TERREMOTI CAUSANO DANNI RIDURRE IL RISCHIO DA TERREMOTO SI POSSONO PREVEDERE I TERREMOTI? PREVISIONE A LUNGO TERMINE. PREVISIONE A BREVE TERMINE PREVISIONE A MEDIO TERMINE LA PIETRA DELLO TSUNAMI DEL VILLAGGIO DI ANEYOSHI 7 PASSI PER LA SICUREZZA SISMICA SCIENZIATI ITALIANI CONDANNATI PER OMICIDIO COLPOSO A CAUSA DI UNA ERRATA COMUNICAZIONE DEL RISCHIO PRIMA DEL TERREMOTO DELL'AQUILA DEL 2009 IL RISCHIO SISMICO IN ITALIA LA PREVENZIONE ANTISISMICA IN ITALIA ZONAZIONE E MICROZONAZIONE. QUALI SONO LE NOSTRE ATTUALI POSSIBILITÀ DI DIFESA DAI TERREMOTI?

Capitolo 1: Il sistema Terra

La geologia è la scienza che studia la Terra: com'è nata, come si è evoluta, come funziona e come possiamo contribuire a preservare il suo habitat idoneo alla vita.

Il metodo scientifico

Il fine ultimo della geologia è spiegare come funziona l'universo fisico. Il metodo scientifico consiste in un piano generale di ricerca, basato su osservazioni ed esperimenti sistematici, volto a scoprire come funziona l'Universo. Uno scienziato propone un'ipotesi, la presenta alla comunità scientifica affinché sia verificata ripetutamente confrontandola con nuovi dati sperimentali. Un'ipotesi si rafforza se viene confermata da altri scienziati. Un insieme coerente di ipotesi in grado di spiegare alcuni aspetti della natura costituisce una teoria. Le teorie ben fondate sono quelle sopravvissute a numerose verifiche. Le conoscenze che scaturiscono da numerose ipotesi e teorie possono essere utilizzate per produrre un modello scientifico, cioè una precisa rappresentazione del modo in cui operano i processi naturali o in cui si comportano i sistemi naturali.

La geologia come scienza

I maggiori interrogativi della geologia comportano la comprensione di processi a scala molto maggiore e che si svolgono in tempi assai più lunghi. La geologia è una "scienza all'aperto", con un suo proprio particolare stile e un suo proprio modo di vedere. I geologi "vanno sul campo" per osservare direttamente la natura. La geologia è una "scienza planetaria" che per esaminare l'intero globo impiega mezzi di rilevamento a distanza. Un aspetto peculiare della geologia è la capacità di esplorare la lunga storia della Terra leggendo ciò che è "scritto nelle rocce". Una testimonianza geologica è un'informazione racchiusa nelle rocce che si sono formate in diversi momenti della storia della Terra. Le testimonianze geologiche ci dicono che i processi in atto oggi sulla Terra hanno agito più o meno nello stesso modo anche nel passato geologico. Questo importante processo è noto come principio dell'uniformismo (o attualismo). Il principio dell'uniformismo non implica una generalizzata lentezza dei fenomeni geologici, né che quelli che avvengono siano i soli fenomeni geologici significativi.

Forma e dimensioni della Terra

Il metodo scientifico ha le sue radici nella geodesia che studia la forma e le dimensioni del nostro pianeta. La Terra non è perfettamente sferica; a causa del movimento di rotazione intorno al proprio asse il nostro pianeta è leggermente rigonfio all'equatore e schiacciato ai poli. Le irregolarità della topografia (montagne, valli) vengono misurate rispetto al livello del mare. Nella topografia della Terra i due elementi più estesi sono i continenti e i bacini oceanici.

La scoperta di una Terra "a involucri"

Un terremoto si verifica quando le forze geologiche provocano la rottura di rocce fragili, che è accompagnata da vibrazioni. Queste onde sismiche vengono registrate da strumenti denominati sismografi e consentono ai geologi di localizzare il terremoto ma anche di avere un'immagine dell'interno della Terra. Alla fine del XIX secolo quando fu istallata la prima rete di sismografi i geologi hanno cominciato a scoprire che l'interno della terra è diviso in involucri concentrici di differente composizione.

La densità della Terra

Il fisico tedesco Emil Wiechert fu il primo a proporre l'ipotesi che l'interno della terra fosse costituito di diversi involucri. Egli voleva spiegare perché il nostro pianeta è così denso. Henry Cavendish calcolo la densità media della Terra di 5,5 g/cm3 ma le rocce comuni sono molto meno dense. Wiechert sapeva che andando in profondità all'interno della Terra la pressione esercitata sulle rocce aumenta a causa del peso delle masse sovrastanti. Questa pressione comprime le rocce in un volume minore facendone aumentare la densità. Tuttavia, l'effetto della pressione non basta per giustificare la densità calcolata da Cavendish.

Il mantello e il nucleo

Wiechert propose un'importante ipotesi, sapeva che il ferro e il nickel hanno una densità alta e sono abbondanti in tutto il sistema solare. Ipotizzò che la maggior parte del ferro e del nichel poteva essere migrata verso l'interno del pianeta grazie alla forza di gravità. Questo movimento avrebbe creato un nucleo denso circondato da un involucro di rocce ricche di silicati che denominò mantello. Sulla base di queste ipotesi elaborò un modello della Terra a due strati che spiegava i valori della densità ma contrastava con il comportamento delle onde sismiche registrate dai sismografi. Le onde sismiche sono di due tipi: le onde di compressione e le onde di taglio. Le prime determinano dilatazioni e compressioni dei materiali solidi, liquidi e gassosi che attraversano; le seconde determinano i movimenti trasversali rispetto alla loro direzione di propagazione. Le onde di taglio si propagano attraverso i solidi, che resistono agli sforzi di taglio, ma non attraverso i fluidi. Robert Oldham dimostrò che le onde di taglio non si propagano attraverso il nucleo. Il nucleo, dunque, almeno nella sua parte più esterna doveva essere liquido. L'interno più profondo della Terra è sufficientemente caldo perché una lega di ferro e nichel si trovi allo stato fuso, ma i silicati fondono a temperature superiori quindi si trovano allo stato solido. Il limite nucleo-mantello si trova circa 2890 km di profondità.

La crosta terrestre

Uno scienziato croato aveva individuato un altro limite ad una profondità di circa 40 km. Questo limite separa una crosta composta di silicati a bassa densità, ricchi di alluminio e potassio, da un mantello costituito di silicati a maggiore densità e ad alto contenuto di magnesio e ferro. Questa discontinuità è più superficiale al di sotto degli oceani e più profonda al di sotto dei continenti. Infatti, lo spessore della crosta oceanica è di 7 km. Poiché la crosta continentale è più spessa ma meno densa della crosta oceanica, i continenti si elevano maggiormente galleggiando sul mantello più denso. Il mantello e la crosta sono entrambi allo stato solido ma i continenti "galleggiano" perché a una profondità superiore a 100 km il mantello fluisce per adattarsi a sostenere il peso dei continenti.

Il nucleo interno

Nel 1936 la sismologa danese Inge Lehman scoprì un'altra netta superficie sferica che separa il nucleo liquido da una massa centrale a maggior densità. Le onde si propagano attraverso il nucleo interno, pertanto, quest'ultimo è una sfera metallica solida contenuta nel nucleo esterno liquido. Il "congelamento" del nucleo interno non è legato a temperature più basse ma alle elevate pressioni esistenti al centro della Terra.

Composizione chimica degli involucri terrestri

Alla metà del XX secolo i geologi avevano scoperto che il mantello si può dividere in: un mantello superiore e un mantello inferiore, che sono separati da una zona di transizione in cui la densità delle rocce aumenta. Questo aumento della densità dipende da un aumento del grado di compattezza dei minerali dovuto all'aumentare della pressione. La densità del nucleo interno corrisponde a quella di una lega quasi pura di ferro e nickel