Scienze della Terra: Dinamica Interna e Tettonica delle Placche

Flashcards di ripasso sui concetti chiave della geologia endogena: struttura interna della Terra, campo geomagnetico, paleomagnetismo, isostasia, deriva dei continenti, espansione dei fondali oceanici, tettonica delle placche e dinamica del mantello.

Modello reologico della Terra

Suddivisione dell'interno terrestre in base allo stato fisico e alla risposta meccanica dei materiali alle sollecitazioni: litosfera (rigida), astenosfera (plastica e parzialmente fusa), mesosfera (solida), nucleo esterno (fluido) e nucleo interno (solido).

Modello composizionale della Terra

Suddivisione chimica a gusci concentrici determinata dalla diversa densità e composizione dei materiali: crosta (oceanica e continentale), mantello superiore, mantello inferiore (costituito da perovskite), nucleo esterno (lega fluida di ferro e nichel) e nucleo interno (lega solida di ferro e nichel).

Discontinuità sismiche principali

Superfici interne che separano involucri con caratteristiche sismiche differenti: la discontinuità di Mohorovićić (Moho) tra crosta e mantello, la discontinuità di Gutenberg tra mantello e nucleo esterno, e la discontinuità di Lehmann tra nucleo esterno e nucleo interno.

Comportamento reologico delle rocce

Modalità con cui le rocce reagiscono agli sforzi: comportamento elastico (deformazione reversibile che svanisce all'annullamento dello sforzo), plastico/duttile (deformazione permanente oltre il limite di elasticità) e rigido/fragile (rottura immediata una volta superato il carico di rottura).

Flusso termico

Quantità di calore emessa dalla Terra nell'unità di tempo per ogni unità di superficie; ha un valore medio globale di $0{,}06\,\text{W/m}^2$, risultando particolarmente elevato vicino ai vulcani e molto basso nelle aree stabili e non attive come lo scudo siberiano.

Gradiente geotermico

Incremento di temperatura che si registra all'aumentare della profondità all'interno della Terra, pari a circa $30^\circ\text{C}$ per ogni kilometro nella crosta superficiale, il cui andamento non rimane però costante alle grandi profondità.

Geoterma

Curva che descrive l'andamento effettivo della temperatura all'interno del pianeta all'aumentare della profondità, confrontata con la curva di fusione delle rocce e delle leghe metalliche costituenti mantello e nucleo.

Origini del calore interno terrestre

Insieme di sorgenti energetiche che alimentano il motore termico terrestre, comprendenti il calore primordiale residuo dall'accrezione, l'energia liberata dalla cristallizzazione progressiva del nucleo esterno e il calore generato dal decadimento spontaneo degli isotopi radioattivi.

Campo geomagnetico

Campo magnetico prevalentemente dipolare prodotto all'interno della Terra, con asse magnetico inclinato di $11^\circ$ rispetto all'asse di rotazione terrestre, le cui linee di forza escono dal polo sud magnetico ed entrano nel polo nord magnetico.

Punto di Curie

Temperatura limite, pari a circa $500^\circ\text{C}$, al di sopra della quale i materiali ferromagnetici perdono definitivamente la loro magnetizzazione permanente spontanea.

Dinamo ad autoeccitazione

Modello teorico che spiega l'origine del campo geomagnetico attraverso il movimento convettivo e la rotazione terrestre di un fluido metallico conduttore (ferro e nichel) all'interno del nucleo esterno.

Paleomagnetismo

Disciplina geologica che studia la magnetizzazione fossile registrata e conservata nei minerali delle rocce al momento della loro formazione, provando l'esistenza del campo magnetico terrestre da almeno 3,5 miliardi di anni.

Scala stratigrafica paleomagnetica

Cronologia geologica che ordina la successione delle inversioni del campo magnetico terrestre (da polarità normale a polarità inversa) registrate negli ultimi 170 milioni di anni; l'epoca a polarità normale attuale dura da circa 780.000 anni.

Magnetizzazione termorimanente

Magnetismo fossile acquisito dalle rocce magmatiche durante il raffreddamento della lava, quando i cristalli di minerali ferromagnetici superano in discesa il punto di Curie e si allineano secondo le linee di forza del campo magnetico dell'epoca.

Magnetizzazione detriticorimanente

Magnetismo fossile presente nelle rocce sedimentarie, acquisito quando i granuli minerali magnetici in sospensione o durante la litificazione si orientano parallelamente al campo magnetico vigente.

Magnetizzazione chimicarimanente

Magnetismo fossile tipico delle rocce metamorfiche, originato durante le trasformazioni mineralogiche quando i nuovi minerali che cristallizzano si orientano secondo il campo magnetico del momento.

Isostasia

Condizione ideale di equilibrio gravitazionale per cui i blocchi di crosta terrestre galleggiano sul mantello sottostante più denso, raggiungendo una quota di galleggiamento regolata dal principio di Archimede in proporzione al proprio spessore e alla propria densità.

Aggiustamenti isostatici

Movimenti verticali lenti di sollevamento o sprofondamento con cui la crosta terrestre ristabilisce l'equilibrio gravitazionale in seguito a variazioni di carico, come l'erosione di una catena montuosa o la fusione di ghiacciai.

Radici della catena montuosa

Porzione profonda di crosta terrestre che sprofonda sensibilmente nel mantello al di sotto dei rilievi orogenici per compensarne isostaticamente l'aumento di massa in superficie, risalendo progressivamente all'assottigliarsi del rilievo per erosione.

Teoria della deriva dei continenti

Ipotesi formulata da Alfred Wegener secondo cui circa 200 milioni di anni fa le terre emerse erano unite in un unico supercontinente chiamato Pangea, circondato dall'oceano Pantalassa, successivamente frammentatosi in blocchi andati alla deriva verso ovest.

SIAL e SIMA

Termini utilizzati da Wegener per definire la crosta continentale ricca di silicio e alluminio (SIAL), concepita come blocchi o zattere galleggianti sopra uno strato più denso e viscoso ricco di silicio e magnesio (SIMA).

Prove della deriva dei continenti di Wegener

Insieme di argomenti geografici (combaciamento delle coste atlantiche), paleontologici (fossili identici di Glossopteris e Mesosaurus in continenti oggi separati) e paleoclimatici (presenza di tilliti e giacimenti di carbone fossile in aree climaticamente incompatibili).

Gondwana e Laurasia

Due grandi masse continentali (Gondwana a sud e Laurasia a nord) separate dall'antico oceano chiamato Mare della Tetide, individuate da Alexander Du Toit nella sua modifica alla teoria di Wegener.

Teoria dell'espansione dei fondi oceanici

Modello proposto da Harry Hess secondo cui nuova crosta oceanica viene continuamente generata per risalita di magma lungo le dorsali medio-oceaniche e si allontana lateralmente per poi sprofondare nel mantello in corrispondenza delle fosse oceaniche.

Dorsali oceaniche

Imponenti rilievi montuosi sottomarini lunghi circa 60.000 km, ampi da 1000 a 4000 km e alti da 2000 a 3000 m, percorsi lungo la sommità da una fossa tettonica centrale chiamata rift valley.

Faglie trasformi

Faglie trasversali che disarticolano le dorsali oceaniche in segmenti sfalsati, lungo le quali due placche scorrono orizzontalmente in direzioni opposte generando intensa sismicità a ipocentro superficiale senza produzione o distruzione di crosta.

Fumaioli neri (black smokers)

Sorgenti idrotermali situate lungo le dorsali oceaniche che emettono getti di fluido ad alta temperatura ($380^\circ\text{C}$) ricchi di solfuri e minerali disciolti, i quali precipitano a contatto con l'acqua fredda del mare formando strutture a camino e sostengono comunità biologiche basate sulla chemiosintesi.

Fosse abissali

Strette e allungate depressioni del fondo oceanico profonde oltre 5 km rispetto ai fondali adiacenti, localizzate in prossimità dei margini continentali o degli archi insulari, dove la litosfera oceanica sprofonda nel mantello.

Piano di Benioff

Superficie ideale inclinata con un angolo compreso tra $30^\circ$ e $70^\circ$ rispetto alla superficie terrestre, lungo la quale si distribuiscono gli ipocentri dei terremoti generati dall'attrito della placca oceanica fredda che penetra in subduzione fino a circa 700 km di profondità.

Subduzione

Processo tettonico mediante il quale una placca di litosfera oceanica vecchia, fredda e densa si inflette e sprofonda nell'astenosfera e nel mantello inferiore, riscaldandosi fino alla parziale assimilazione.

Anomalie magnetiche dei fondali oceanici

Fasce alternate a polarità positiva (valori superiori al campo attuale per somma vettoriale) e negativa (valori inferiori per sottrazione vettoriale) disposte simmetricamente e parallelamente rispetto all'asse delle dorsali, interpretate da Vine e Matthews come prova dell'espansione dei fondali.

Placche litosferiche

Circa una ventina di porzioni rigide (di cui 6 molto vaste) che compongono la litosfera, costituite da sola litosfera oceanica, sola litosfera continentale o da entrambe (miste), le quali galleggiano e si muovono sull'astenosfera sottostante.

Margini costruttivi o divergenti

Limiti di placca coincidenti con le dorsali oceaniche in cui due placche si allontanano reciprocamente, consentendo la risalita di magma basaltico e la conseguente generazione di nuova litosfera oceanica.

Margini distruttivi o convergenti

Limiti di placca coincidenti con le fosse oceaniche o le zone di collisione orogenica in cui le placche collidono, determinando la subduzione, la deformazione e la distruzione di litosfera che viene riassimilata nel mantello.

Margini conservativi o trasformi

Limiti di placca lungo i quali le placche scivolano orizzontalmente l'una accanto all'altra senza creazione né consumo di litosfera, caratterizzati da marcata attività sismica superficiale.

Orogenesi

Processo geodinamico di intensa deformazione crostale, metamorfismo e magmatismo innescato dalla convergenza o collisione tra placche litosferiche, che porta al sollevamento e alla costruzione di una catena montuosa.

Prisma di accrescimento

Cuneo di sedimenti marini e scaglie di basalto oceanico che vengono raschiati dalla crosta oceanica in subduzione e compressi contro il bordo della placca continentale sovrastante, aumentandone lo spessore.

Ofioliti e scisti blu

Associazioni rocciose tipiche delle suture orogeniche da collisione continentale: le ofioliti (o rocce verdi) rappresentano frammenti dell'antico fondale oceanico basaltico obdotto, mentre gli scisti blu sono rocce metamorfiche generatesi in condizioni di alta pressione e temperatura moderata.

Ciclo di Wilson

Modello che descrive la ciclica evoluzione della litosfera attraverso stadi successivi: stadio embrionale o rifting continentale, stadio giovanile con fondale oceanico ristretto, stadio di maturità con oceano ampio, subduzione, collisione orogenica finale e ricostruzione di un supercontinente.

Anatessi

Processo di fusione parziale delle rocce della crosta continentale profonda, innescato dalla risalita di fluidi caldi (vapore e $CO_2$) provenienti dalla placca oceanica in subduzione e dai sedimenti idrati.

Punti caldi (Hot spot)

Aree vulcaniche intraplacca ristrette, caratterizzate da un elevato flusso termico e da una continua risalita di materiale ad altissima temperatura sotto forma di pennacchi stabili provenienti dal limite mantello-nucleo (circa 40 attivi sulla Terra).

Forza di trascinamento (Slab pull)

Principale forza motrice della tettonica delle placche (responsabile di circa il $90\%$ del movimento), esercitata dalla gravità che tira verso il basso e trascina nel mantello il bordo freddo e denso della placca oceanica in subduzione.

Tomografia sismica

Metodologia che permette di ricostruire immagini tridimensionali dell'interno del pianeta analizzando le anomalie di velocità delle onde sismiche (zone a bassa velocità corrispondono a materiale caldo e poco denso; zone ad alta velocità corrispondono a materiale freddo e denso).

Guyot

Edifici vulcanici sottomarini isolati originati da punti caldi che, allontanandosi dal pennacchio a causa dello scorrimento della placca, si sono estinti, sono stati spianati sulla cima dall'erosione del moto ondoso e sono infine sprofondati, venendo ricoperti da sedimenti.