In generale, la Terra ha quattro strati: la crosta solida all’esterno, il mantello e il nucleo – diviso tra nucleo esterno e nucleo interno.
La crosta
La crosta è tutto ciò che possiamo vedere e studiare direttamente. Lo strato più sottile della Terra, la crosta misura ancora circa 40 km in media, e va da 5 a 70 km di profondità. Ma alla scala del pianeta, è meno della buccia di una mela.
Ci sono due tipi di crosta: quella continentale e quella oceanica. La crosta oceanica si trova sul fondo degli oceani o sotto la crosta continentale; è generalmente più dura e profonda, costituita da rocce più dense come il basalto, mentre la crosta continentale contiene rocce di tipo granitico e sedimenti. La crosta continentale è più spessa sulla terraferma.
La crosta non è una cosa rigida, ma è divisa in diverse placche tettoniche. Queste placche tettoniche non sono stazionarie, ma sono in movimento relativo l’una rispetto all’altra. A seconda della relazione e dell’ambiente geologico, ci sono tre tipi di confini di placche tettoniche: convergenti (che si muovono una verso l’altra), divergenti (che si allontanano dall’altra) e trasformanti (che si muovono lateralmente).
Queste placche “galleggiano” sul mantello superiore morbido e plastico.
Il mantello
Il mantello si estende per 2.890 km, rendendolo lo strato più spesso della Terra. Costituisce circa l’84% del volume della Terra. Tutto ciò che sappiamo del mantello lo conosciamo indirettamente, poiché nessuno studio umano è riuscito ad andare oltre la crosta. La maggior parte delle cose che sappiamo sul mantello le conosciamo grazie agli studi sismologici (ne parleremo più avanti).
Il mantello è anche diviso in diversi strati, in base alle proprietà sismologiche. Il mantello superiore si estende da dove finisce la crosta fino a circa 670 km. Anche se questa zona è considerata viscosa, si può anche considerare come formata da roccia – una roccia chiamata peridotite per essere più precisi. Al di sotto di questo, il mantello inferiore si estende da 670 a quasi 2900 chilometri sotto la superficie.
E’ sostanzialmente accettato ormai che il mantello non è in uno stato stazionario, ma piuttosto in uno stato di costante movimento. C’è una circolazione convettiva generale, con materiale caldo che risale verso la superficie e materiale più freddo che va più in profondità. Si pensa generalmente che questa convezione diriga effettivamente la circolazione della tettonica a placche nella crosta.
La maggior parte dei terremoti si forma in superficie, nella crosta; quando le placche rifluiscono e rimorchiano si crea tensione, e quando questa tensione si allenta o quando qualcosa si rompe si ha un terremoto. Tuttavia, i terremoti possono avvenire anche nel mantello, e a quelle pressioni non si può parlare di faglie e rotture. Nelle zone di subduzione, dove un piano passa sotto un altro, sono stati osservati terremoti fino a 670 km di profondità. Il meccanismo di questi terremoti non è ancora ben compreso, ma una delle teorie è che alcuni minerali passano da uno stato all’altro, cambiando il loro volume nel processo. Questo cambiamento di volume può portare ai terremoti.
Tuttavia, ci stiamo avvicinando sempre di più alla comprensione del mantello – anche senza arrivarci. In tempi recenti, i ricercatori si sono avvicinati a replicare l’alta temperatura/pressione nel mantello, e modelli informatici di alto livello stanno anche rivelando alcuni dei suoi segreti.
Il nucleo
A volte ci riferiamo al nucleo come a una cosa sola, anche se il nucleo interno e il nucleo esterno sono fondamentalmente diversi – non sono strati della stessa cosa. Il nucleo interno “solido” ha un raggio di ~1.220 km, mentre il nucleo esterno “liquido” si estende fino a un raggio di ~3.400 km.
Aspettate, se non potessimo andare nel mantello, come potremmo sapere se uno è solido e uno no? Beh, come prima, la risposta è la stessa: onde sismiche (ci siamo quasi).
Il nucleo interno
Le temperature e le pressioni del nucleo interno sono assolutamente estreme, a circa 5.400 °C (9.800 °F) e 330 a 360 gigapascal (3.300.000 a 3.600.000 atm).
Si ritiene generalmente che il nucleo interno stia crescendo molto lentamente – man mano che il nucleo si raffredda, più del nucleo esterno si solidifica e diventa parte del nucleo interno. Il tasso di raffreddamento è molto basso, circa 100 gradi Celsius per miliardo di anni. Tuttavia, anche questa lenta crescita si pensa abbia un impatto significativo nella generazione del campo magnetico terrestre per azione dinamo nel nucleo esterno liquido.
Piuttosto interessante, il nucleo interno sembra essere asimmetrico sulla linea est-ovest. C’è un modello che spiega questa asimmetria con la fusione da una parte e la cristallizzazione dall’altra. Questa anomalia probabilmente influenza anche il campo magnetico terrestre, creando un’asimmetria sul lato di cristallizzazione.
Il nucleo esterno
Il nucleo esterno è un fluido a bassa viscosità (circa dieci volte la viscosità dei metalli liquidi in superficie) – “liquido” è un termine piuttosto improprio. Poiché ha una viscosità molto bassa, è facilmente deformabile e malleabile. È il luogo di una violenta convezione. Si pensa anche che soffra di correnti convettive molto violente – ehi, e indovina un po’? Il ribollire del nucleo esterno e il suo relativo movimento sono responsabili del campo magnetico terrestre.
La parte più calda del nucleo esterno è effettivamente più calda del nucleo interno; le temperature possono raggiungere i 6.000° Celsius (10.800° Fahrenheit) – tanto quanto la superficie del sole.
Come sappiamo degli strati della Terra
Possiamo vedere solo frazioni molto piccole della crosta terrestre, che di per sé è una piccola frazione del nostro pianeta – quindi come possiamo sapere tutte queste cose?
Bene, la migliore fonte di informazioni che abbiamo sono le onde sismiche. Quando si verifica un terremoto, esso rilascia onde di pressione che poi si propagano in tutto il pianeta. Queste onde portano con sé le informazioni degli strati che attraversano, compresi il mantello e il nucleo. Studiando la propagazione delle onde attraverso la Terra possiamo conoscere le proprietà fisiche dell’interno della Terra. Per esempio, alcune onde si propagano solo attraverso mezzi solidi, mentre altre si propagano attraverso mezzi sia solidi che liquidi – così possono mostrare se qualche strato è solido o no. Le onde sismiche campionano strette fasce dell’interno della Terra, così possiamo anche isolare le informazioni che portano; analizzando diversi terremoti registrati in diverse stazioni sismiche, possiamo produrre un’analisi tipo TAC di un’area.
I raggi si piegano e riflettono in base alle proprietà dell’ambiente che attraversano, e anche la velocità dell’onda è influenzata dall’ambiente.
Inoltre, le moderne simulazioni in laboratorio hanno mostrato come i minerali probabilmente si comportano a quelle temperature e pressioni, e abbiamo anche informazioni gravitazionali e magnetiche indirette, così come studi sul magma e sui cristalli trovati in superficie – ma il grosso delle informazioni viene dalla sismologia globale. È semplicemente incredibile che, senza nemmeno andarci vicino, possiamo sapere così tanto sugli strati della Terra.