Le fonti di calore della terra e le accrezioni – riassunto geochimica

_______

Le fonti di calore della terra e le accrezione - riassunto geochimica

Abbiamo quindi analizzato il processo che ha portato alla formazione del pianeta Terra, adesso si dovrà capire come essa sia arrivata alla sua forma finale, quella che tutt’oggi possiamo analizzare. Il modello più logico è quello dell’accrezione, secondo il quale strutture di ridotte dimensioni, unendosi, hanno contribuito alla formazione del nostro pianeta; ciò giustifica anche la quasi totale assenza di neon, dato che gli elementi gassosi (come il Ne) non possono essere trattenuti per via delle ridotte dimensioni dei frammenti che partecipano all’accrezione (stesso discorso vale per l’He). Una volta comunemente accettata la teoria dell’accrezione, bisogna però spiegare perché alcune zone della Terra siano eterogenee.

Schema dell’accrezione in base alla temperatura di condensazione:
Seguendo tale teoria, nella prima fase di accrezione si accumulano ossidi (Ca, Al, Ti) con alta temperatura di condensazione (che quindi hanno condensato prima). Nella seconda fase si sono invece accumulati Fe e Ni, ed infine, nella terza fase, avremmo potuto trovare Fe metallico e silicati di Fe e Mg, che appunto hanno basse temperature di condensazione.
Dato che tali ossidi hanno densità inferiore a quella del ferro, ipotizzando che siano fluidi, supposero che tale materiale tenda a risalire, assumendo una struttura simile a quella che oggi conosciamo:

Schema dellaccrezione in base alla temperatura di condensazione

Questo è il modello della “accrezione eterogenea”.
E’ ormai chiaro che la terra si sia formata per accrezione fredda, ma nonostante tutto si è verificato che la Terra tutt’ora sia “calda” al suo interno, quindi deve essersi successivamente riscaldata. Questo fenomeno può essere spiegato dalla teoria del
collasso gravitazionale (processo in cui avviene una trasformazione da energia potenziale ad energia cinetica e, quando il materiale collide azzerando l’energia cinetica, quest’ultima si trasforma in energia termica. Quindi:
1° sorgente di calore nella storia della Terra Accrezione
Questa sorgente produce calore solo durante la fase di accrezione; quindi, quando l’accrezione finisce, il meccanismo si blocca.
2° sorgente di calore nella storia della Terra Decadimento radioattivo dei nuclidi instabili.
Ovvero il decadimento degli elementi formati durante la nucleosintesi; essa è una sorgente continua che produce calore anche oggi.

Decadimento radioattivo dei nuclidi instabili

Tali curve rappresentano il contributo termico del decadimento radioattivo dei principali nuclidi. Questa produzione di calore diminuisce col tempo (via via che gli elementi decadono). Le curve di uranio dimostrano che esso da il contributo più importante per la produzione di calore, ma si esaurisce in fretta per via del decadimento rapido.
U₂₃₈ è il nuclide che ha contribuito maggiormente alla produzione di calore nella storia della Terra.
Con il calore fornito, la temperatura aumenta in base alla capacità termica dei materiali di cui la Terra era fatta.
La produzione di calore diminuisce e la Terra fatica a trasmettere calore verso l’esterno (eccetto per i vulcani, ma in minima parte) a causa del fatto che le rocce hanno una scarsissima conducibilità termica.
Allora, tale energia termica, viene trasformata in energia meccanica! (Questo è il motore della Terra).

Nonostante il calore diminuisca nel tempo, la temperatura, al contrario, aumenta:
Terra fonti riscaldamento geochimica schema

Questo schema spiega che l’interno del pianeta tende a riscaldarsi. In tale grafico ci sono due curve particolarmente interessanti da analizzare.
La prima è la curva di fusione del “diopside” (silicato monoclino di Ca e Mg), che non fonde! Solo a 3.000.000.000 di anni dall’accrezione sfiora l’inizio fusione. Il diopside è un materiale capace di fondere in modo convergente (ovvero, ad un’unica temperatura).

La seconda curva è quella di fusione del ferro metallico:
– a 600.000.000 di anni dall’accrezione, i silicati rimangono solidi ed il Fe metallico inizia a fondere (quasi incrociando la sua curva di fusione con la geoterma del pianeta);
– a 1.200.000.000 di anni, a profondità di 1500\2000 km di profondità, esso inizia la vera e propria fusione. La parte metallica diventa liquida e, essendo più densa, si separa e sprofonda.

Da questo schema è possibile notare come il Fe metallico, che sta fondendo, inizi ad accumularsi per poi sprofondare verso l’interno del pianeta. E’ stato considerato che nell’arco di 100.000 anni, tutto il Fe metallico fonde e migra verso il centro della Terra (questo processo, a sua volta, genera calore e si è autoalimentato).
Di conseguenza, da un pianeta omogeneo, si passa ad una distinzione in proto-mantello (silicatico) e proto-nucleo (fe-metallico), creando un proto-pianeta antenato della Terra.

Con questo processo, partendo da una struttura omogenea, ottengo due materiali entrambi diversi da quello originario. Questo tipo di processo si chiama “differenziazione”. Il fenomeno visto prima (riguardante la fusione del Fe-metallico) è detto “differenziazione geochimica”, data dalla fusione del ferro (le fusioni possono essere congruenti, nel caso in cui sia prima che dopo la fusione il materiale rimane lo stesso, oppure incongruenti).
Nel nostro caso, il nostro materiale ha un intervallo di fusione in cui, inizialmente, fonde in modo incongruente, ma, aumentando la temperatura, si verifica una fusione congruente.
Tale processo è la prima differenziazione magmatica della storia del pianeta: “Differenziazione geochimica primaria”.

Quando ad un minerale vengono aggiunti uno o più minerali, la fusione passa da congruente ad incongruente e la curva (vista nella figura precedente) si apre formando una curva di fusione finale ed una di fusione iniziale. Quest’ultima, contemporaneamente, si abbassa ed interseca la geoterma, iniziando a fondere (circa l’1%), abbastanza da rendere il mantello plastico, che quindi tende a deformarsi. Così, tramite le correnti convettive, il pianeta riesce a trasmettere calore verso l’esterno ed iniziano i movimenti delle placche!

   
_______

Altri articoli da leggere:

More Like This


Categorie


Geochimica Università

Add a Comment

Your email address will not be published.Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>



Categorie




Questo sito partecipa al Programma Affiliazione Amazon Europe S.r.l., un programma di affiliazione che consente ai siti di percepire una commissione pubblicitaria pubblicizzando e fornendo link al sito Amazon.it