crosta terrestre

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    Sappiamo molto poco di quello che abbiamo sotto ai piedi

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    Tra i tanti primati della sonda Voyager 1, lanciata 47 anni fa dalla NASA, c’è quello di essere l’oggetto più distante mai costruito dall’umanità: ha ormai raggiunto i confini del Sistema solare, a circa 25 miliardi di chilometri dal centro della Terra. Se spostiamo lo sguardo dal cielo verso il suolo per occuparci di ciò che più si è avvicinato al centro del nostro pianeta, il primato è meno entusiasmante: appena 12 chilometri al di sotto della superficie, sui circa 5mila chilometri che ci separano dal nucleo interno planetario. In un certo senso, sappiamo più cose di corpi celesti lontanissimi che di cosa abbiamo sotto i piedi, sull’unico pianeta che ci ospita da sempre.Nella regione di Murmansk, nell’estremo nord-occidentale della Russia e non molto distante dal confine con la Norvegia, nelle vicinanze di un grande capannone abbandonato c’è l’estremità di un tubo (flangia) sigillata con una copertura tenuta da dodici dadi. Ricorda un tombino arrugginito come ce ne sono tanti, eppure è la via di accesso al buco più profondo mai scavato. Fu realizzato a partire dagli anni Settanta nell’ambito di un progetto sovietico per studiare il più a fondo possibile – letteralmente – la crosta terrestre.
    La chiusura del Pozzo superprofondo di Kola in Russia (via Wikimedia)
    L’iniziativa si rivelò molto più complessa del previsto, tanto che in circa trent’anni fu possibile raggiungere appena i 12,2 chilometri di profondità. Il progetto fu chiuso a metà degli anni Novanta e il sito del pozzo superprofondo di Kola è ormai abbandonato, con qualche turista che ogni tanto si spinge fino lassù per osservare tra la ruggine l’ingresso alle profondità del pianeta.
    Dalla chiusura del pozzo in Russia non ci sono stati molti altri tentativi per spingersi per lo meno nelle parti più profonde della crosta terrestre, lo strato più esterno su cui viviamo e che fa da base agli oceani e ai continenti. Il suo spessore varia tra 4 e 80 chilometri, ma perforarlo significa fare i conti con pressioni e temperature molto alte. In media, per ogni chilometro di profondità la temperatura aumenta di 25 °C e la pressione diventa sempre più insostenibile, non solo per gli esseri umani ma anche per le strumentazioni, come sperimentarono i sovietici con il loro super buco.
    La forte pressione è dovuta alla grande massa di materiale sovrastante, man mano che ci si spinge in profondità. È un po’ come per una pila di libri: il libro in fondo deve sopportare il peso di tutti gli altri volumi e subisce una maggiore pressione. A 400 metri di profondità la pressione è simile a quella della superficie del pianeta Venere, cioè circa 90 volte quella che troviamo sul livello del mare qui sulla Terra. A 100 chilometri di profondità si può raggiungere una pressione che supera ampiamente quella al livello del mare di 20-25 mila volte, cosa che equivale ad avere più o meno un peso di 25 tonnellate su ogni centimetro quadrato del proprio corpo. A pressioni e temperature così alte, anche i materiali più duri come le rocce si comportano in modo particolare, mettendo in crisi alcune delle nostre convinzioni più granitiche.
    E per superare alcune delle più condivise sull’interno della Terra fu necessario molto tempo. Per secoli si pensò che il nostro pianeta fosse semplicemente cavo e che nascondesse al proprio interno mondi mai visti, proibiti o inaccessibili. Gli antichi Greci pensavano che le caverne fossero i punti di ingresso al mondo sotterraneo, mentre altre civiltà identificavano nelle profondità l’Aldilà in cui vivevano gli dei o le anime dei morti a seconda dei casi. Nel XIV secolo Dante aveva collocato l’Inferno nelle cavità della Terra per la sua Divina Commedia.
    Rappresentazione dell’inferno dantesco secondo Michelangelo Caetani (via Wikimedia)
    Alla fine del XVII secolo l’astronomo e fisico inglese Edmond Halley ipotizzò che la Terra fosse fatta a strati con gusci concentrici intervallati da cavità nelle quali c’era l’atmosfera, che talvolta sfuggiva dall’interno portando al fenomeno delle aurore boreali (che in realtà sono causate dall’interazione del vento solare con il campo magnetico terrestre). L’ipotesi affascinò non solo chi si occupava di scienza, ma nei secoli seguenti anche autori di libri e romanzi di avventura. Lo scrittore francese Jules Verne scrisse il suo Viaggio al centro della Terra nel 1864, immaginando che un vulcano islandese potesse essere la porta verso le profondità terrestri, in cui vivevano fantasiose creature preistoriche.
    Circa un secolo prima, un esperimento condotto per misurare la densità media del pianeta aveva dimostrato che non poteva essere vuoto, ma fu necessario molto tempo prima che la teoria sulla Terra cava venisse completamente abbandonata. Un contributo importante in tal senso fu dato dalla sismologa danese Inge Lehmann negli anni Trenta, quando studiando i tracciati (sismogrammi) di alcuni terremoti che erano avvenuti in Nuova Zelanda notò che le onde sismiche erano state registrate in alcune zone della Russia, dove secondo le teorie dell’epoca non sarebbero dovute arrivare. Analizzando il loro comportamento, Lehmann fu la prima a intuire che la Terra doveva avere un nucleo interno solido, circondato da uno esterno liquido, rivoluzionando la comprensione della struttura interna del pianeta.
    Ancora oggi le cose che sappiamo sull’interno della Terra derivano per lo più dallo studio del modo in cui le onde sismiche si propagano da una parte all’altra del pianeta. Non potendo osservare direttamente l’interno, come fa un chirurgo quando opera a cielo aperto, i geologi hanno imparato a studiare le profondità terrestri come farebbe un medico attraverso un’ecografia.
    Per quanto differenti, sia le onde sismiche sia quelle ultrasoniche prodotte da un ecografo interagiscono con le diverse strutture del mezzo che attraversano. Nel caso di un terremoto, le onde P (primarie) attraversano sia i solidi sia i liquidi, mentre le onde S (secondarie) sono più lente e non si propagano attraverso i liquidi. Un terremoto mette in vibrazione l’intero pianeta e con strumenti (sismometri) molto sensibili può essere rilevato a migliaia di chilometri di distanza, spesso dall’altra parte della Terra.
    A differenza di altri tipi di onde sismiche, le onde P riescono ad attraversare il nucleo interno, e se analizzate possono offrire dettagli sulle sue caratteristiche (Zanichelli)
    Le varie modalità di propagazione delle onde sismiche fanno sì che un terremoto sia registrato in modo diverso in giro per il mondo. Confrontando la forma e le modalità di arrivo delle onde si può dedurre la densità degli strati che hanno attraversato e la presenza di punti in cui non passano le onde S, un’indicazione della presenza di strati allo stato liquido, come fece negli anni Trenta Lehmann.
    È grazie soprattutto ai terremoti, naturali o registrati durante i grandi test atomici della Guerra Fredda, che si sono via via affinate le conoscenze su cosa abbiamo sotto i piedi. Oggi sappiamo che la densità della crosta terrestre è la metà rispetto a quella media di tutto il pianeta, e che quindi l’interno della Terra deve essere sensibilmente più denso dell’involucro esterno.
    Sotto la crosta terrestre c’è il mantello che si estende fino a quasi 2.900 chilometri di profondità e ancora più sotto il nucleo fino al centro della Terra a quasi 6.400 chilometri dalla superficie.
    Ogni sezione è a sua volta suddivisa in altri strati separati da delle “discontinuità”, cioè le zone dove le proprietà fisiche del materiale terrestre cambiano bruscamente. Il loro studio è molto importante per comprendere i meccanismi che hanno reso la Terra ciò che vediamo oggi, con terremoti, vulcani e il lento e incessante spostarsi delle grandi aree (“placche”) che formano la crosta. Queste in un certo senso galleggiano sul mantello, che a contatto con la crosta ha una temperatura intorno ai 100 °C mentre in prossimità del nucleo raggiunge i 4mila °C.
    (Zanichelli)
    Il mantello è per lo più solido e formato da rocce ricche di magnesio e ferro, ma per via della forte pressione e del calore nei lunghissimi tempi geologici si comporta come un fluido molto viscoso. Il materiale più caldo sale dalle profondità, si raffredda vicino alla superficie e poi ridiscende, creando un circolo continuo che fa muovere le placche e contribuisce a plasmare la crosta.
    Tutto questo calore ha una lunga, lunghissima, storia alle spalle.
    Si stima che circa la metà dell’energia termica interna alla Terra sia infatti “primordiale”, cioè il residuo dei processi turbolenti con cui si formò il nostro pianeta 4,5 miliardi di anni fa. I continui impatti di frammenti di corpi celesti, che aggregandosi portarono la Terra a formarsi, furono estremamente energetici e generarono enormi quantità di calore, che scaldarono le parti più interne del pianeta. L’altra metà dell’energia termica deriva invece dal decadimento radioattivo degli isotopi presenti nel mantello e in parte nella crosta terrestre, con ulteriore aumento della temperatura.
    Il nucleo interno è una sfera con un diametro di circa 2.400 chilometri ed è la cosa più calda che ci sia sulla Terra. Si stima che raggiunga una temperatura di oltre 5.400 °C, paragonabile quindi a quella della superficie del Sole. Non disponiamo di campioni diretti di questo strato così profondo del pianeta, ma dallo studio delle caratteristiche delle onde sismiche che lo attraversano e del campo magnetico terrestre si ritiene che sia solido e che sia formato da una lega di ferro-nichel (è solido nonostante la temperatura per via dell’alta pressione a cui si trova, sotto strati e strati di altro materiale).
    Lo schema mostra la relazione tra il moto di un fluido conduttore e il campo magnetico generato dal moto (via Wikimedia)
    Questa sfera solida è racchiusa da un involucro di ferro liquido e altri metalli, cioè il nucleo esterno. L’interazione tra i due nuclei è ciò che probabilmente porta alla produzione del campo magnetico terrestre, che tra le altre cose ci protegge dalle emissioni solari più pericolose (“modello della geodinamo”). L’ipotesi è che il nucleo interno giri più velocemente del resto della Terra, forse alternando periodi in cui riduce la propria velocità, che aiuterebbero a spiegare le oscillazioni nel campo magnetico stesso.
    Si ipotizza inoltre che il nucleo interno stia crescendo per via della progressiva riduzione della temperatura al confine con il nucleo esterno. È comunque un processo che avviene con estrema lentezza, almeno secondo le valutazioni su cui c’è finora maggiore consenso e che hanno identificato una riduzione di circa 100 °C ogni miliardo di anni. La Terra ha quindi ancora moltissima autonomia.
    La maggiore disponibilità di stazioni sismiche in giro per il mondo e la maggiore sensibilità degli strumenti hanno permesso negli ultimi decenni di raccogliere molti più dati su come vibra il nostro pianeta, rivelando nuovi indizi sulla sua struttura interna che può anche aiutarci a capire come funzionano altri mondi, lontanissimi da noi. Quanto allo spingerci a grandissima profondità: probabilmente non potremo mai farlo. Non ci riuscirono del resto nemmeno i protagonisti del fantasioso mondo cavo di Viaggio al centro della Terra: riemersero sull’isola di Stromboli, ancora prigionieri della crosta terrestre. Appena un anno dopo, comunque, Verne liberò idealmente l’umanità da quel vincolo, proiettandola con un nuovo romanzo di avventure Dalla Terra alla Luna. LEGGI TUTTO

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      in Scienza

      Quanti sono i continenti?

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      Il numero dei continenti è una delle prime nozioni di geografia che si imparano a scuola, e forse per questo una di quelle che vengono meno messe in discussione. Secondo il modello teorico più condiviso in Italia e in Europa sono sei: Africa, Asia, Europa, America, Oceania, Antartide. Ma basta poco per accorgersi di come la risposta possa variare a seconda di criteri più o meno arbitrari. I cerchi sulla bandiera olimpica, che secondo la Carta Olimpica «rappresentano l’unione dei continenti», sono cinque: perché sono presi in considerazione solo i continenti abitati, quindi non l’Antartide.Altri modelli, più diffusi nei paesi anglosassoni, prevedono che i continenti siano sette perché suddividono l’America in Sudamerica e Nordamerica. E altri modelli ancora, che includono questa stessa suddivisione, prevedono che i continenti siano però sei: accorpano infatti Europa e Asia in un unico continente, l’Eurasia, senza considerare rilevante il confine segnato dai monti Urali, una catena che attraversa più o meno tutta la Russia da nord a sud.
      La ragione fondamentale della variabilità dei modelli è che non dipendono soltanto dalla geografia e dalla geologia, ma anche da aspetti culturali, politici e storici. Generalmente la parola indica infatti un insieme di terre emerse con determinate connotazioni fisiche ma che condividono anche caratteristiche culturali. È per questo motivo che Europa e Asia sono perlopiù considerati due continenti distinti, pur facendo parte di una stessa massa continentale: perché i vari gruppi culturali in Asia hanno più in comune tra loro che con altri gruppi in Europa.
      Allo stesso modo le isole che si trovano vicino a un continente sono di solito considerate parte di quel continente in senso geografico, ma possono non esserlo in senso politico. È il caso della Groenlandia, che appartiene al continente nordamericano pur essendo un territorio danese autonomo, quindi parte dell’Europa.
      Se poi la definizione dei continenti dipendesse soltanto dai collegamenti tra territori in epoche geologicamente recenti, niente impedirebbe di considerare Europa, Asia e Nordamerica addirittura un unico continente. Durante la più recente era glaciale, il livello del mare era infatti sufficientemente basso da permettere a esseri umani e altri animali di attraversare la piattaforma del mare di Bering, che collega l’Asia settentrionale al Nordamerica.
      Per quanto apparentemente stabili possano essere sui libri di testo scolastici, libri peraltro diversi da cultura a cultura, i confini continentali sono continuamente ridiscussi e ridefiniti dai geologi che studiano la crosta continentale (la parte di crosta terrestre non coperta, o coperta solo in alcune parti, dalle acque). Uno degli aspetti problematici per la definizione di quei confini riguarda i cosiddetti plateau oceanici, regioni del fondale marino molto estese e relativamente piatte, meno profonde rispetto al fondale oceanico circostante.
      Negli ultimi decenni la struttura, la composizione e l’evoluzione dei plateau oceanici sono state oggetto di estesi dibattiti in ambito accademico, ha scritto in un articolo pubblicato a luglio sulla rivista Geology un gruppo di ricerca dell’università di Friburgo e di altre università del mondo, guidato dal geologo Valentin Rime.

      – Leggi anche: Terra o mare?

      Generalmente, per essere considerata un continente sotto l’aspetto geologico, è necessario che una parte del pianeta rispetti quattro condizioni. Prima di tutto deve trovarsi in una posizione più elevata rispetto al fondale oceanico. Deve poi includere una certa quantità di rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche, composte da minerali ricchi di silice (SiO2). Inoltre deve avere una crosta più spessa rispetto alla crosta oceanica circostante. E infine deve avere limiti ben definiti in un’area abbastanza grande: la condizione più ambigua e problematica tra tutte, ha scritto il New York Times.
      Diversi punti della Terra hanno una struttura geologica che rende molto complicato individuare confini continentali stabili e definire in base a questi quali parti di terre emerse facciano parte di un continente e quali di un altro. La dorsale oceanica medio-atlantica, per esempio, è la più conosciuta e studiata congiuntura tra placche di crosta terrestre divergenti e in allontanamento l’una dall’altra: la nordamericana e l’euroasiatica. Divide quasi tutto l’oceano Atlantico, da nord a sud, e per la maggior parte è in profondità sotto il livello del mare: ma non in Islanda, che si trova esattamente lungo la linea di congiunzione delle placche.
      Una mappa dell’Islanda attraversata dalla dorsale medio-atlantica, con alcuni vulcani attivi segnalati da un triangolo rosso (U.S. Geological Survey/usgs.gov)
      Un discorso simile vale anche per la costa orientale dell’Africa, separata dall’Asia da una dorsale medio-oceanica: il rift (spaccatura) del mar Rosso. È una divergenza tra placche che si allontanano l’una dall’altra alla velocità notevole di circa 17-20 millimetri all’anno (più o meno la velocità con cui crescono le unghie). È abbastanza lineare per il suo tratto più lungo, ma si complica molto nel punto in cui il mar Rosso incontra il golfo di Aden: lì si interseca con la dorsale di Aden e il rift dell’Africa orientale, formando una tripla giunzione geologica.
      In quell’area del pianeta, anziché assottigliarsi in un punto in cui si forma una frattura, la crosta continentale tra Africa e Asia si sta frammentando in centinaia di pezzi. In un certo senso è come se si stesse allungando senza spezzarsi, ha detto Rime al New York Times, e di conseguenza non è chiaro quale sia il punto in cui finisce l’Africa e comincia l’Asia. Secondo lui e gli altri autori e autrici dell’articolo pubblicato su Geology una frammentazione della crosta continentale in parte simile a quella dell’Africa orientale si trova anche nei mari che circondano l’Islanda. E quindi anche in quel caso non è facile capire esattamente dove finisca il Nordamerica e dove cominci l’Europa.
      Una mappa delle placche dell’Africa orientale, con alcuni vulcani attivi segnalati da un triangolo rosso (U.S. Geological Survey/usgs.gov)
      In anni recenti anche la definizione del continente oceanico è stata messa in discussione, da alcuni studiosi che hanno proposto di considerare la Nuova Zelanda un continente a sé stante, la Zealandia, anziché raggrupparla con l’Australia. Oltre le coste dell’isola si estende infatti un’enorme piattaforma continentale poco profonda, composta da rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche ricche di silice: come vale per ogni altro continente.
      L’obiezione a questa proposta è che la crosta della Zealandia, tra 10 e 30 chilometri, non è spessa quanto quella di altri continenti, in genere tra 30 e 46 chilometri. Inoltre la piattaforma non sarebbe abbastanza grande da rientrare nella definizione di continente: si estende per 4,9 milioni di chilometri quadrati, cioè molto meno dell’Australia, che si estende per 7,7 milioni di chilometri quadrati. Ma soprattutto la Zealandia è in larghissima parte sommersa dall’acqua: condizione in contrasto con la tendenza comune a considerare continenti le terre emerse.
      Le continue scoperte dei geologi nell’ambito degli studi sulla crosta continentale e su quella oceanica rendono l’enumerazione e la definizione dei confini dei continenti un argomento meno semplice e chiaro di quanto si pensi comunemente, da reminiscenze scolastiche. I continenti possono infatti separarsi in più modi possibili, e spesso non lo fanno in modo netto, ma parziale e incompleto.
      A seconda dei criteri presi in considerazione, secondo Rime, è persino possibile immaginare un modello estremo a due soli continenti: l’Antartide e tutto il resto. Perché il Sudamerica è collegato al Nordamerica attraverso Panama, il Nordamerica all’Asia attraverso lo stretto di Bering, e l’Asia all’Europa, all’Africa e all’Australia rispettivamente attraverso gli Urali, il Sinai e l’Indonesia.

      – Leggi anche: La Terra è rotonda, il numero di Cose spiegate bene che si occupa di geografia LEGGI TUTTO