SCIENZE DELLA TERRA

L’ Universo

L’ Universo è lo spazio infinito e senza forma, nel quale sono sospesi i pianeti, (compresa la Terra in cui viviamo), i loro satelliti, le meteoriti e i miliardi di stelle.

Nell’Universo le distanze sono talmente grandi che per misurarle si usa l’anno luce (A.L.).

Essarappresenta la distanza che la luce percorre in un anno (9460 miliardi di km).

Miliardi di anni fa l’Universo doveva apparire come una sfera piccola con densità e calori enormi: un atomo primordiale che gli scienziati definiscono uovo primordiale.

Circa 15 miliardi di anni fa, una gigantesca esplosione, il così detto Big Bang scaraventò un’enorme quantità di materia ed energia, sotto forma di particelle elementari. Queste si sono attratte per via della forza gravitazionale ed unendosi e condensandosi tra di loro formarono stelle e galassie.

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La Terra

La Terra ha una forma particolare detta Geoide, simile ad una sfera schiacciata ai poli e rigonfia

all’equatore. Si è formata circa 4,5 miliardi di anni fa, quando l’ammasso incandescente di gas ha cominciato a raffreddarsi formando la crosta terrestre. Il nostro pianeta ha una struttura a gusci concentrici, diversi tra loro per i metalli che la compongono.

La crosta terrestre è lo strato più esterno e comprende i continenti e i fondali oceanici. Ha uno spessore che va da un minimo di 5 Km ad un massimo di 70-80 Km. E’ formato da rocce leggere quindi soprattutto silicio (Si) ed alluminio (Al)

Il mantello situato sotto la crosta terrestre è spesso circa 2900 Km ed è composto da rocce più pesanti, prevalgono il silicio ed il magnesio (Mg). Il mantello si divide in una parte più fredda e rigida che insieme alla crosta costituisce la Litosfera. Il secondo strato è più caldo ed elastico e costituisce l’ astenosfera, livello nella quale si verificano movimenti convettivi.

Il nucleo è la parte più interna e si estende con uno spessore di circa 3000 Km fino al centro della terra. E’ costruito in gran parte da nichel (Ni) e ferro (Fe) ed è suddiviso in nucleo esterno (zona allo stato liquido) e nucleo interno (zona allo stato solido)

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Le singole parti che costituiscono il sistema Terra si possono considerare come involucri o sfere a stretto contatto.

La litosfera cioè la terra solida, che è costituita da rocce e minerali.

L’ idrosfera ovvero l’insieme di tutte le acque superficiali e delle acque sotterranee.

L’atmosfera che è l’involucro aeriforme che avvolge il nostro pianeta.

La biosfera che comprende tutti gli organismi che vivono nelle terre emerse, nelle acque marine e nell’atmosfera.

Il nostro pianeta è perciò il risultato di un equilibrio dinamico che comprende continui scambi fra l’interno del pianeta e la superficie terrestre, tra atmosfera, oceani e terre emerse. La Terra è un sistema aperto che scambia energia sotto forma di radiazione e massa con il Sistema Solare

I processi che mantengo la Terra in evoluzione sono attivati da due motori uno interno ed uno esterno. Il motore interno (le forze endogene) è alimentato dall’energia termica che si trova all’interno del pianeta. Il motore esterno (le forze esogene) dipende dall’energia che la terra riceve dal sole sotto forma di radiazioni.

Orientamento e reticolato geografico

Il termine orientarsi significa letteralmente rivolgersi a verso oriente.

EST: punto cardinale dove sorge il Sole, chiamato anche oriente o levante

OVEST: punto opposto ad est. E’ il punto cardinale dove tramonta il Sole, viene chiamato anche

occidente o ponente.

SUD: punto cardinale dove il Sole raggiunge la sua massima altezza, vine chiamato anche mezzogiorno.

NORD: settentrione o mezzanotte.

Est, Ovest, Nord, Sud sono punti cardinali.

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Per orientarsi di notte, nel nostro emisfero si può individuare il Nord facendo riferimento alla Stella Polare. Che è l’ultima stella molto luminosa del timone del Piccolo Carro o Orsa Minore.

Si può trovare la Stella Polare anche osservando il Grande Carro o Orsa Maggiore perché essa è posta sul prolungamento che unisce le due ruote posteriori di questa costellazione.

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Nell’emisfero Australe si può individuare il nord facendo riferimento alla costellazione della Croce del Sud.

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Per poter localizzare un punto sulla superficie della Terra è necessario fissare un sistema di riferimento che consenta di individuare quel punto. Tale sistema è Il reticolato geografico,

una specie di rete immaginaria che avvolge l’intera superficie terrestre. Le linee che formano il reticolato geografico si chiamano Paralleli e Meridiani . Dall’intersezione con globo terrestre di piani che passano per il suo asse otteniamo tante linee chiuse che possiamo considerare delle circonferenze tutte uguali tra di loro passanti per i poli che prendono il nome di Meridiani.

Ogni Meridiano ha il suo Antimeridiano. Tra tutti i meridiani è stato assunto come meridiano di riferimento quello che passa per l’osservatorio di Greenwich presso Londra.

Dall’intersezione con la sfera terrestre i piani perpendicolari all’asse di rotazione otteniamo delle circonferenze dette Paralleli. Quando il piano di intersezione passa per il centro della Terra sulla superficie terrestre si ottiene la circonferenza più lunga chiamata Equatore.

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Reticolato Geografico

Meridiano Fondamentale 0°00’00”

La posizione assoluta di un punto sulla superficie terrestre viene identificata attraverso le sue Coordinate Geografiche. Le coordinate geografiche sono due: La Latitudine e la Longitudine.

La longitudine è l’angolo che esprime la distanza di un punto dal meridiano di riferimento.

La latitudine è l’angolo che esprime la distanza di un punto dall’equatore.

Tutti i punti che si trovano su un parallelo hanno la stessa latitudine.

Tutti i punti chi si trovano in un meridiano hanno la stessa longitudine.

I paralleli sono 180 di cui 90 Nord e 90 Sud.

I Meridiani sono 360 di cui 180 Est e 180 Ovest.

Sia la latitudine che la longitudine vengono misurati in gradi e frazioni di gradi es.(10° 20′ 30”)

La superficie terrestre è suddivisa in 24 spicchi corrispondenti alle ore che impiega la Terra ad effettuare una rotazione completa. Gli spicchi si chiamano Fusi Orari.

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I fusi orari

La superficie terrestre è suddivisa in 24 spicchi corrispondenti alle ore che impiega la Terra ad effettuare una rotazione completa. Gli spicchi si chiamano Fusi Orari. Ad ognuno di essi è stata assegnata un ora.

Il conteggio delle ore inizia dal meridiano di Greenwich.

Procedendo verso sinistra, cioè verso Est le ore aumentano; procedendo verso destra cioè Ovest le ore diminuiscono. Se ad esempio a Londra sono le 12 a mosca sono le 15, a New York invece sono le sette del mattino. L’ora valida per ciascuna località si chiama ora locale (o vera) e lo è per tutti i punti ed i luoghi dello stesso meridiano. Ci sono paese tra cui l’Italia che durante l’estate adottano i l’ora Legale.

Il Sistema Solare

Il Sistema solare è formato dal Sole e da tutti i corpi celesti (8 pianeti, 59 satelliti, meteoriti e asteroidi) che viene legati a se per mezzo della sua forza d’attrazione. I pianeti sono corpi celesti opachi, privi di luce ed illuminati dal Sole. Essi ruotano tutti nello stesso verso attorno al Sole (moto di rivoluzione), seguendo orbite ellittiche.

Tutti i pianeti inoltre ruotano attorno al proprio asse (moto di rotazione). I pianeti si distinguono in pianeti interni (terrestri) e pianeti esterni (gioviani): Quelli interni sono: Mercurio, Venere, Terra e Marte, piuttosto piccoli e solidi e con pochi satelliti. Quelli esterni sono: Giove, Saturno, Urano, Nettuno piuttosto grandi e avvolti da un’atmosfera gassosa con molti satelliti.

Al di là di Nettuno c’è Plutone che è molto piccolo e con orbita ellittica che non è sullo stesso piano delle altre.

Tra i pianeti interni e quelli esterni c’è una fascia di piccolissimi pianeti e di asteroidi.

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Il Sole

Il sole è una stella gialla è costituita per il 75% da H e per il 25% da He tracce di O, C e N (per le sigle vedi la Tavola periodica degli elementi).

E’ costituito dal Nucleo che è la parte centrale formato da materia gassosa e dove si verificano le reazioni Termonucleari che convertono atomi di H in He generando enormi quantità di energia;

Zona Radioattiva, che è la parte intorno al nucleo in cui l’energia viene trasferita verso l’esterno per irraggiamento.;

Zona Convettiva, la parte da cui l’energia viene sospinta verso la superficie con moti convettivi;

La Corona che è la parte più esterna ed è visibile solo durante L’eclissi totale di Sole ed è formata da un involucro di gas (ionizzati) da F e P: di carica. La corona insieme alla fotosfera e alla cromosfera costituiscono l’atmosfera.

La Cromosfera è luminosa e di colore rosso ed è caratterizzata da getti di gas a temperature molto elevate chiamate protuberanze.

La Fotosfera è la parte visibile nella quale si trovano le macchie solari immensi vortici di gas che hanno temperature più basse rispetto alle zone circostanti.

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Le leggi di Keplero e Newton.

Keplero descrisse il moto dei pianeti mediante tre leggi:

  1. La prima legge afferma che i pianeti si muovono su orbite ellittiche aventi il Sole in uno dei due fuochi. Il punto in la distanza è minima è detta Perielio (vicino al Sole); quella in cui è massima è detta Afelio.

  2. La seconda legge dice che il segmento che congiunge il pianeta con il Sole percorre arie uguali in tempi uguali.-

  3. La terza legge dice che i quadranti dei tempi impiegati dai pianeti a compiere le loro rispettive orbite sono proporzionali ai cubi dei semiassi maggiori delle orbite. Maggiore è la distanza media di un pianeta dal Sole più lungo sarà il suo periodo di rivoluzione e minore la sua velocità.

Keplero però non individuò quali forze costringessero i pianeti a muoversi secondo queste leggi.

Fu Newton che capì che i pianeti sono trattenuti da una forza che bilancia la forza centrifuga, la quale è dovuta al moto di rivoluzione. Newton descrisse le caratteristiche della forza attrattiva formulando la legge di gravitazione universale: due corpi si attirano in modo direttamente proporzionale alle loro masse e inversamente proporzionale alla loro distanza del quadrato.

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Nb: Maggiore è la distanza

o il quadrato della distanza

di due corpi minore è la forza

FGravity

Dove:

F= Forza

G= Costante di gravidazione universale

m1 m2= Massa dei corpi

d2= Distanza al quadrato

I corpi minori

I corpi minori del Sistema Solare si possono suddividere in 3 gruppi:

  1. Gli asteroidi, che sono corpi rocciosi dalle dimensioni di alcune decine di Km, in gran parte si trovano tra le orbite di Marte e di Giove dove formano la fascia di asteroidi. Altri in fine ruotano su orbite molto allungate che giungono fino oltre quelle di Nettuno (fra questi c’è Plutone)

  2. Meterore e Meteoriti, sono corpi rocciosi in orbita intorno al sole, troppo piccoli per essere chiamati asteroidi. A seconda delle dimensioni del corpo possono verificarsi 2 casi: Se il corpo è molto piccolo, l’attrito con l’atmosfera lo rende incandescente che lo fa evaporare dando origine a una scia luminosa che viene chiamata Meteora o stella cadente. Se il corpo è abbastanza grande, non viene consumato completamente dall’attrito, quindi arriva al suolo con un impatto violentissimo e viene chiamato Meteorite.

  3. Le Comete, sono costituite da gas e vapori congelati (acqua H2o , metano Ch4, ammoniaca Nh3, anidride carbonica Co2) misti a frammenti di roccia

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            Asteroide

         Meteora

      Meteorite

              Cometa

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La fascia principale di asteroidi si trova tra le orbite di Marte e Giove nella parte interna del Sistema Solare La fascia di Kuiper si trova oltre l’orbita di Nettuno ed è la fascia di asteroidi esterna al Sistema Solare

Le Stelle

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Il ciclo di una stella
La maggior parte dei punti luminosi che vediamo nel cielo notturno sono  stelle, corpi gassosi ad altissima  temperatura  che  emettono  energia  sotto  forma  di  radiazioni  elettromagnetiche che  in conseguenza delle reazioni nucleari  che avvengono al loro interno le stelle appaiono di diverso colore
e di diverse luminosità.

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Insieme di stelle. Esse differiscono per colore e luminosità

La luminosità di un corpo celeste è descritto da una grandezza detta magnitudine.

Nella scala della magnitudine tra due successivi gradi esiste una differenza di 2,5 volte. Più una stella è luminosa più la sua magnitudine è bassa. Una stella di magnitudine 1 è 2,5 volte più luminosa di una stella di magnitudine 2.

Tutti questi dati però sono forniti dall’osservazione dei corpi celesti compiuta dalla Terra.

Si tratta in altri termini di una magnitudine apparente che descrive la luminosità di una stella come appare e non per l’effettiva luminosità.

Per confrontare la luminosità di stelle poste a distanza o distanze differenti da noi è necessario misurare la magnitudine assoluta, cioè la quantità di energia luminosa effettivamente emessa.

Per fare ciò una volta misurata la magnitudine apparente di una stella si calcola quale magnitudine essa avrebbe se si trovasse ad una distanza standard dalla stella (che è stata fissata in 32,6 A.L.)

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Le stella nascono nelle nebulose, nubi costituite da polveri finissime e gas freddi diffusi nello spazio cosmico. Quando all’interno delle nebulose si innescano dei moti turbolenti, le particelle delle nubi si avvicinano e si aggregano formando zone di maggiore densità chiamate nuclei.

Se all’interno dei nuclei la concentrazione prosegue, l’energia delle particelle cresce, la temperatura della nube gassosa aumenta ed essa si trasforma in una protostella.

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    Nebulosa

       Protostella

Se la massa iniziale è scarsa non innescano reazioni termonucleari e non si forma una stella, bensì una nana bruna detta anche stella mancante.

Se invece la massa è sufficiente nel cuore delle stelle la temperatura è così alta da innescare reazioni termonucleari che trasformano l’idrogeno in elio e avviano l’emissione di una grande quantità di energia sotto forma di calore, queste emissioni di energia espandono i gas verso l’esterno fino a compensare la forza di gravità e l’astro raggiunge la fase di stabilità formando la stella adulta.

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Nana bruna

Stella adulta

Quando quasi tutto l’idrogeno è consumato e l’elio si è accumulato nel nucleo, le reazioni termonucleari rallentano, e la forza di gravità non è ben bilanciata dall’energia emessa dalla stella e il nucleo si contrae su se stesso, provocando un aumento della temperatura sufficiente per innescare nuove reazioni termonucleari, che trasformano l’elio in carbonio provocando l’emissione di una quantità di energia maggiore a quella precedente.

Tutto ciò comporta la formazione di una gigante rossa. Dopo la fase di gigante rossa, quando anche l’elio è esaurito, l’evoluzione segue vie diverse che dipendono dalla massa iniziale o di partenza della stella.

  1. Stella con massa inferiore al sole: si trasformano in una nana bianca sfere molto dense, caldissime bianche destinate a raffreddarsi lentamente.

  1. Se la massa è uguale al Sole o poco superiore prima di diventare nane bianche le stelle possono espellere i loro strati esterni dando origine a nubi di gas che sono chiamate nebulose planetarie oppure in alcuni casi esplodere in novae.

  1. Una stella con massa iniziale una decina di volte quella del Sole collassando esplode in maniera violentissima: gran parte della stella definita supernova si disintegra ed è lanciata nello spazio trasformandosi in stella di neutroni.

  1. Stella con massa iniziale alcune decine di vole a quella del sole: dopo la fase di supernova continuano a collassare e possono originare buchi neri.

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14 Nelle figure possiamo notare le stelle nella loro fase evolutiva finale:

  1. Gigante rossa
  2. Nana bianca
  3. Nebulosa planetaria
  4. Nova
  5. Supernova
  6. Stella di neutroni
  7. Buco nero

 

Diagramma Hertzsprung-Russell

Luminosità e temperatura superficiale delle stelle si possono rappresentare con un grafico, il diagramma H/R, dove le stelle non si distribuiscono a caso ma in grandissima parte si raccolgono in una fascia che attraversa diagonalmente il diagramma stesso, chiamato sequenza principale. Nella sequenza principale le stelle risultano disposte secondo un ordine regolare, da quelle blu più calde e con massa maggiore fino a quelle rosse più fredde di massa minore. Il Sole si trova nella sequenza principale in un posizione intermedia come una stella gialla. Al di fuori della sequenza principale, nella parte in alto e a destra del diagramma si trovano le giganti rosse, Mentre in basso e a sinistra del diagramma troviamo le nane bianche.

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Conseguenze del moto di rotazione e rivoluzione terrestre

Moto di rotazione

Uno dei movimenti principali è quello di rotazione: Il nostro pianeta gira su se stesso in senso antiorario; più precisamente ruota attorno ad un asse che passa per i poli e che prende il nome di asse terrestre. La Terra impiega 23h 56′ 4” cioè un giorno sidereo a compiere una rotazione completa

La rotazione terrestre ha diverse conseguenze importanti:

  1. In ogni luogo della Terra si alternano un periodo di illuminazione il Dì e un periodo di oscurità la Notte. L’insieme del Dì e della Notte costituisce il Giorno cioè l’intera rotazione terrestre.

  2. Una seconda conseguenza è lo schiacciamento polare che determina la vera forma della Terra stessa.

  3. Un oggetto che si muove liberamente sulla superficie terrestre se osservato da terra appare deviato dalla sua direzione iniziale. Per descrivere tale moto si considera che l’oggetto agisca con una forza detta Forza di Coriolis, che è una forza solo apparente introdotta per giustificare gli effetti dovuti dalla rotazione terrestre. La durata effettiva di una rotazione completa della Terra intorno al proprio asse è detta giorno sidereo.

Il giorno solare è invece l’intervallo di tempo che intercorre tra due culminazioni del sole in un certo luogo. Infatti per regolare le nostre attività si utilizza il giorno solare medio che è diviso in 24h

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Moto di rotazione della Terra e le sue conseguenze, il Dì e la Notte Esempio di come agiscono le Forze di Coriolis

Moto di Rivoluzione

La durata del moto di rivoluzione terrestre definisce la lunghezza di un anno. Rispetto alla retta perpendicolare al piano dell’orbita l’asse terrestre è inclinato di 23° 27′ in altre parole rispetto al piano dell’orbita l’asse forma un angolo di 66° 33′. Anche per il moto di rivoluzione della Terra occorre distinguere tra anno sidereo e anno solare., che hanno durata diversa. Per anno sidereo si intende l’effettivo periodo di rivoluzione della Terra attorno al Sole e corrisponde all’intervallo di tempo che passa tra due ritorni consecutivi del sole nella stessa posizione rispetto alle stelle. Quest’intervallo di tempo è di 365gg 6h 9′ 10”. L’anno solare è invece il tempo tra due passaggi consecutivi del Sole allo Zenit. Per questa ragione l’anno solare è un po’ più breve di quello sidereo e ha una durata di 365gg 5h 48′ 46”. Quando si parla di anno si fa riferimento all’anno solare, ma dato che la sua durata non corrisponde ad un numero intero di giorni, si è reso necessario l’introduzione dell’anno civile di 365gg esatti su cui si basano i calendari. Per tenere conto delle 6h in più contenute nella durata dell’anno solare rispetto all’anno civile ogni 4 anni si aggiunge n giorno per convenzione il 29 febbraio e si ha un anno detto bisestile.

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Moto di rivoluzione terrestre e le sue conseguenze ovvero il susseguirsi delle stagioni

L’alternanza delle stagioni

Una delle conseguenze più importanti del moto di rivoluzione è dell’inclinazione dell’asse terrestre sul piano dell’orbita è la diversa durata del e della notte che si verifica nel corso dell’anno e nei vari luoghi della Terra. La durata massima del giorno nell’emisfero boreale si presenta il 21/6 giorno del solstizio d’estate, mentre la durata minima del giorno si verifica il 22/12 giorno del solstizio d’inverno.

Ci sono però due giorni dell’anno durante i quali il giorno e la notte hanno ugual durata per tutta la superficie terrestre: 21/3 giorno dell’equinozio di primavera e il 23/9 giorno dell’equinozio d’autunno. Questo continuo avvicendarsi durante l’anno di periodi più caldi, intermedi e più freddi viene indicato come alternanza delle stagioni. Nei due emisferi le stagioni sono invertite.

La Luna

La Luna unico satellite naturale della Terra è il corpo celeste che oggi conosciamo meglio di ogni altro oltre la Terra. Ha un corpo quasi sferico e la massa è di circa 1/81 di quello della Terra. La Luna non brilla di luce propria ma riflette quella che proviene dal Sole. Sulla Luna mancano l’atmosfera e l’acqua, infatti la gravità su di essa è appena 1/6 di quella Terrestre e non è sufficiente a trattenere gas che sono sfuggiti nello spazio. Il paesaggio lunare è caratterizzato da vari tipi di strutture e forme di rilievo. I cosiddetti mari sono macchie scure che si estendono per aree molto ampie e che si sono formate dall’impatto con la superficie lunare di giganteschi meteoriti. I crateri presenti su tutta la superficie lunare possono avere diametri di tutte le dimensioni e la loro origine è dovuta in gran parte alla caduta di meteoriti. Le terre alte ancora più estese dei mari costituiscono circa il 70% della faccia della Luna rivolta verso noi e quasi tutta la faccia opposta. Sono regioni di colore chiaro e ricche di crateri.

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Mappa lunare della faccia rivolta verso la Terra

La Luna è dotata di vari movimenti:

  • Il moto di rotazione al proprio asse
  • Il moto di rivoluzione attorno alla Terra
  • Il moto di traslazione insieme alla Terra attorno al Sole

Il moto di rivoluzione avviene in un lasso di tempo detto mese sidereo, ha la stessa durata di quello di rotazione, per questo la Luna rivolge sempre la stessa faccia verso la Terra. Mentre si muove attorno alla Terra la luna si sposta anche attorno al Sole insieme al nostro pianeta. Il periodo necessario perche si ripeta lo stesso allineamento tra Terra-Luna-Sole è chiamato mese sinodico. I movimenti che la luna compie nello spazio causano fenomeni detti fasi lunari o eclissi. Le fasi lunari sono i diversi aspetti che assume la Luna dal punto di vista della sua illuminazione e sono dovute alle varie posizioni che essa occupa rispetto alla Terra e rispetto al Sole che la illumina.

Le 4 fasi lunari principali sono:

  • Luna nuova
  • 1° quarto
  • Luna piena
  • Ultimo Quarto

Tra una fase e l’altra passa circa una settimana.

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Le fasi lunari

Il periodo della successione delle fasi lunari che corrisponde al mese sinodico è detto lunazione. Il moto di rivoluzione della Luna intorno alla Terra consente di fissare un’altra unità di misura del tempo: Il mese. La Luna compie un giro completo intorno alla Terra in 27, 7h, 43′ 12” (mese sidereo). Il mese sinodico è di 29, 12h, 44′, 3” che corrisponde al nostro calendario.

1° ¼ e ultimo ¼ si hanno quando la congiungente Terra-Luna è a 90° rispetto alla congiungente Terra-Sole. Quando si trova dalla stessa parte del Sole rispetto alla Terra cioè in congiunzione la faccia che rivolge verso di noi non è illuminata. Questa fase si chiama Luna nuova o novilunio. Quando la Luna si trova dalla parte opposta al Sole rispetto alla Terra la semi-sfera lunare rivolta verso la Terra è totalmente illuminata dai raggi solari. Questa fase è detta Luna piena o plenilunio.

Le Eclissi

Un’altra conseguenza dei moti lunari sono le eclissi, che però non sono osservabili così di frequente come le fasi lunari. Quando la Luna si trova quasi allineata con la Terra e il Sole si realizza il fenomeno delle eclissi. L’allineamento dei tre corpi si può verificare sia quando la Luna si trova tra il Sole e la Terra, sia quando la Luna si trova dalla parte opposta al Sole rispetto alla Terra.

  1. Se la Luna si trova dalla parte opposta al Sole rispetto alla Terra è l’ombra della Terra a nascondere la Luna. In questo caso si ha l’eclissi di Luna.

  2. Se la Luna si trova tra il Sole e la Terra essa può inviare il suo cono d’ombra verso la Terra nascondendo il Sole. In questo caso abbiamo un’eclissi di sole.

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Eclissi di Sole Eclissi di Luna

La distanza massima della Luna dalla Terra si chiama Apogeo

La distanza minima della Luna dalla Terra si chiama Perigeo

Le eclissi possono essere Totali o Parziali

La Litosfera

La litosfera è lo strato esterno della Terra, formato dalla crosta e dalla parte superiore del mantello. E’ un involucro solido e rigido costituito in superficie e al proprio interno da rocce, che a sua volta sono miscugli eterogenei di minerali. Esistono moltissimi tipi di rocce diverse tra loro per origine forme e colori. Solo 8 dei 90 elementi chimici in natura cioè : ossigeno, silicio, alluminio, ferro, carbonio, sodio, magnesio, potassio costituiscono la crosta terrestre, e quindi gran parte delle rocce. Un minerale è una sostanza allo stato solido, è naturale e ha composizione chimica specifica. Secondo i geologi perché una sostanza chimica si possa definire minerale è necessaria un’altra importante caratteristica: deve avere struttura cristallina.

  1. E’ un composto di uno o più elementi chimici che può essere descritto da una precisa formula chimica;

  2. E’ naturale;

  3. E’ solido, tranne per il mercurio;

  4. Ha una struttura cristallina, cioè gli atomi che la formano sono disposti in configurazioni regolari.

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La Litosfera

Alcuni minerali presentano in natura delle forme geometriche: è il cosiddetto abito cristallino dove gli atomi sono collocati in modo ordinato secondo una precisa disposizione tridimensionale. Grazie alla tecnica della cristallografia a raggi infrarossi si è visto che gli atomi di un minerale si collocano sempre nelle stesse posizioni l’uno rispetto all’altro dando luogo ad una figura geometrica semplice ordinata chiamata cella elementare.

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Vari tipi di minerali
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Cristallo Grafica ai RX Cella elementare

L’insieme delle celle elementari accostate tra loro dà luogo al reticolato cristallino, ovvero la struttura ordinata e regolare tipica di ogni minerale che gli conferisce la sua forma caratteristica.

Riconoscimento dei minerali

Il riconoscimento dei minerali segue alcune regole dettate da quelle che sono le proprietà fisiche dei minerali stessi.

  1. Una di queste, che è la proprietà più appariscente è l’abito cristallino, cioè la forma geometrica esterna.

  2. Una seconda proprietà è il colore, alcuni minerali hanno un solo colore come le olivine che sono sempre verdi.

  3. La durezza, che è la capacità di resistere alla scolpitura da parte di un altro corpo. Per misurare la durezza di un minerale si usa la scala delle durezze di Mohs, la quale si basa sulla durezza di 10 minerali presi come riferimento.

  4. La densità cioè la quantità di materia per unità di volume e permette di distinguere minerali dello stesso colore.

  5. La sfaldatura che è la tendenza di un minerale a rompersi facilmente lungo delle superfici piane.

L’aspetto esterno dei minerali dipende dai processi di cristallizzazione. La cristallizzazione per raffreddamento e quella per precipitazione.

Nella prima i minerali si sformano a partire da rocce fuse, gli atomi e le molecole disposti in modo disordinato all’interno del fluido, solidificano riordinandosi nei reticoli cristallini, mentre la temperatura si abbassa.

La cristallizzazione per precipitazione si verifica quando gli atomi di una sostanza disciolta in acqua si legano tra loro formando solidi cristallini.

I principali gruppi di minerali

I minerali possono essere classificati in diversi gruppi a seconda della loro composizione chimica.

Ci occuperemo solo di minerali della crosta terrestre che è la parte più esterna della litosfera.

I silicati sono i minerali più abbondanti e costituiscono il 92% della crosta terrestre. Si formano in seguito a processi di cristallizzazione per raffreddamento e la loro unità base è lo ione silicato

  • I silicati ricchi di magnesio, ferro, e calcio sono scuri e densi e vengono chiamati mafici.

  • I silicati ricchi di silicio e alluminio sono chiari e vengono chiamati felasici.

  • Il quarzo è costituito da silicio ed ossigeno

Tutti gli altri minerali, quelli che non contengono lo ione silicato formano il gruppo di minerali non silicati. Sono più rari nella crosta ma molto importanti per l’estrazione dei metalli e degli altri elementi.

I carbonati sono composti dallo ione carbonato . Hanno origine spesso marina, dai gusci e dalle parti dure di organismi depositate sui fondali. Esempi di carbonato è la colcite e la dolomite. Sono i carbonati più diffusi.

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Calcite Dolomite

Alcuni elementi come Oro, Argento, Rame, Zolfo e Carbonio si trovano liberi e sono detti elementi nativi.

I solfuri sono un gruppo di minerali formati da metalli legati allo ione solfuro. Un tipico esempio è la pirite (solfuro di ferro). Il solfuro di ferro è di colore giallo simile all’oro.

I solfati sono composti dallo ione solfato. Un esempio è il gesso.

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Pirite Gesso

Gli aloidi sono formati da due elementi, uno è un non metallo come il fluoro e il cloro e un metallo come il sodio e il potassio. Il minerale più rappresentativo è il salgemma chiamato clorulo di sodio.

Gli ossidi e gli idrossidi che comprendono minerali composti da uno o più metalli legati all’ossigeno o allo ione idrossido. Tra gli ossidi ricordiamo l’ematite detto anche ossido di ferro.

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Salgemma Ematite

I Vulcani

Un Vulcano è una spaccatura della crosta terrestre, dalla quale fuoriescono rocce fuse, materiali solidi o gassosi oppure miscele di questi prodotti. All’origine dei fenomeni vulcanici ci sono il calore interno della Terra e in generale le forze endogene. Man mano che si scende in profondità della crosta terrestre la temperatura e la pressione aumentano finché in corrispondenza dell’astenosfera raggiungono valori tali da fondere parzialmente le rocce. Il magma (miscela di minerali e gas) tende a salire verso la superficie e ad accumularsi in cavità chiamate camere magmatiche. Una volta che queste camere si sono riempite il magma ricomincia a salire attraverso un varco detto condotto vulcanico.

Nel corso della risalita della risalita , il magma perde dei gas trasformandosi in lava. Una volta raggiunta la superficie, la lava fuoriesce attraverso una spaccatura della crosta terrestre: il cratere.

I materiali eruttati formano l’edificio vulcanico; quello che comunemente chiamiamo vulcano.

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Tipi di eruzioni

Le eruzioni caratterizzate dalla fuoriuscita del magma sono dette effusive e in generale sono le più tranquille. Esistono però fenomeni più violenti detti esplosivi, caratterizzati dall’emissioni di gas e frammenti solidi. Il tipo di eruzione dipende dalla composizione chimica del magma.

Magma basici danno origine a lave fluide ed eruzioni effusive e formano i vulcani a scudo.

Magma intermedi danno origini ad eruzioni frequenti, effusive ed esplosive che si alternano costruendo gli strato-vulcani, cioè edifici dai fianchi ripidi e scoscesi.

Magmi più acidi danno origine a eruzioni di tipo esplosivo.

I magmi acidi veri e propri causano eruzioni di tipo esplosivo che possono sventrare la sommità del vulcano dando origine alla caldere e provocare il fenomeno delle nubi ardenti.

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Esempio; dapprima le onde si propagano in profondità (onde P. dette primaria e onde S. dette secondarie). Quindi in superficie (onde superficiali). Le onde sismiche sono registrate dai sismografi, strumenti sensibili alle oscillazioni del terreno.

La traccia lasciata dai sismografi detta sismogramma permette di determinare il punto di origine del fenomeno sismico e di misurarne l’energia. La forza dei terremoti può essere misurata attraverso due scale sismiche: la scala Richter e la scala Mercalli.

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Esempi di sismografi Sismogramma

La scala Mercalli è suddivisa in 12 gradi e misura i danni provocati dai sismi.

La magnitudo Richter invece misura l’energia effettivamente rilasciata dal sisma.

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I terremoti si possono prevedere o secondo una previsione deterministica o probabilistica.

La prima cerca di stabilire quando avverrà un sisma utilizzando dei modelli e interpretando i segnali e l’ambiente come le deformazioni delle rocce.

La seconda si basa sul calcolo statistico delle probabilità che un sisma avvenga in una località. Per calcolare il rischio sismico vengono presi in considerazione alcuni parametri come la pericolosità e la vulnerabilità. I fattori più importanti sono le caratteristiche geologiche del terreno, i materiali usati per le costruzioni degli edifici e la densità di popolazione delle aree considerate a rischio. Per difendersi dai terremoti possono essere messe in atto strategie di prevenzioni. Per esempio costruire degli edifici utilizzando tecniche antisismiche, oppure informare i cittadini su cosa bisogna fare in caso di terremoto.

Tutta la penisola italiana è considerata un territorio a rischio sismico perché interessata da movimenti continui dei piccoli frammenti di litosfera di cui è costituita.

2 pensieri su “SCIENZE DELLA TERRA

  1. bella descrizione della terra e del sistema solare, ma quando si pubblica qualcosa occorre mettere i riferimenti da cui le nozioni sono state prese, visto che le definizioni sono estrapolate da noti testi.
    Gianfranco

    • Ciao Gianfranco (posso darti del tu?) queste informazione le ho apprese a scuola, facendo riferimento a degli appunti dettati dalla nostra Prof.sa. Ora sinceramente non so da quali testi sono stati estrapolati, e mi dispiace molto se ho violato alcuni diritti d’autore. Tu per caso sai a quali testi fanno riferimento? Se me li potessi dire provvederò subito a menzionare le fonti da cui sono estrapolati.
      Grazie e a presto.
      Rosario

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