Il termine “processi geologici” descrive le forze naturali che modellano la struttura fisica di un pianeta. La tettonica delle placche, l’erosione, l’erosione chimica e la sedimentazione sono tutti esempi di forze che influenzano in modo significativo la superficie terrestre e ne spiegano le principali caratteristiche. Questi processi sono studiati da vicino da geologi e scienziati della terra per migliorare la loro comprensione della storia del pianeta; per aiutare a localizzare risorse utili, come i minerali metallici; e per aiutare la previsione di eventi potenzialmente disastrosi, come terremoti, tsunami ed eruzioni vulcaniche.
Tettonica a zolle
Guardare la Terra dallo spazio dà un’impressione di totale, inamovibile serenità. La storia del pianeta, tuttavia, è dominata dalla scissione e dall’unione di masse continentali per formare nuovi continenti che cambiano continuamente le loro posizioni. Questi processi geologici sono guidati dalla tettonica delle placche e si verificano su scale temporali troppo lunghe per essere apprezzate direttamente dagli esseri umani. La crosta terrestre è costituita da “piastre” solide di roccia che galleggiano su materiale più denso, ma semiliquido, sottostante. Le correnti di convezione in questo materiale, noto come mantello, fanno sì che queste placche, che formano i continenti, si muovano nel tempo.
A volte, le placche continentali si scontrano l’una con l’altra, formando catene montuose come l’Himalaya. Le placche possono anche dividersi, come sta accadendo oggi nella Rift Valley africana. Se si potesse vedere il pianeta com’era circa 250 milioni di anni fa, sarebbe molto diverso dal suo aspetto attuale. Si pensa che, a quel tempo, tutti i continenti fossero uniti in un unico enorme “supercontinente” che i ricercatori chiamano Pangea. Circa 200-225 milioni di anni fa, spinta da processi tettonici, questa massa continentale iniziò a frammentarsi in pezzi più piccoli, formando infine i continenti moderni.
I processi tettonici possono anche unire i continenti. Alcuni geologi pensano che la Terra abbia attraversato diversi cicli in cui enormi masse continentali si sono divise per formare continenti più piccoli che in seguito si sono nuovamente fusi insieme. Potrebbero esserci stati un certo numero di supercontinenti precedenti.
La crosta terrestre è costituita da due strati: la crosta continentale e, al di sotto di essa, la crosta oceanica, che è composta da rocce più dense. La crosta oceanica è esposta sotto gli oceani. Sotto l’Oceano Atlantico, nuovo materiale sta salendo dal mantello per formare una dorsale medio-oceanica mentre l’America e l’Europa si allontanano ulteriormente. In altre aree, compresa la costa occidentale del Sud America, la crosta oceanica sta affondando sotto la crosta continentale in quella che viene chiamata zona di subduzione. L’attrito prodotto da questo processo ha portato al vulcanismo in questa zona, formando la catena montuosa delle Ande.
La tettonica a placche spiega perché i terremoti e l’attività vulcanica tendono a verificarsi attorno ai bordi dei continenti. Queste sono le aree di maggiore attività geologica, dove la subduzione o il movimento delle placche continentali l’una contro l’altra può provocare eventi violenti. Sfortunatamente, un gran numero di persone vive in aree geologicamente attive vicino ai confini delle placche, ma gli esseri umani stanno iniziando a sviluppare i mezzi per prevedere i disastri. Monitorando da vicino cose come piccoli movimenti di roccia, fratture e rigonfiamenti del terreno, gli scienziati a volte possono emettere avvisi anticipati di terremoti ed eruzioni vulcaniche.
Una comprensione dei processi geologici coinvolti nella tettonica delle placche può anche aiutare a localizzare preziose risorse minerarie. Il materiale delle croste continentali e oceaniche e del mantello varia nella sua composizione minerale. I geologi possono tracciare i confini delle placche e mappare le probabili posizioni di diversi tipi di crosta e roccia del mantello. Combinando questo con la conoscenza dei punti di fusione dei minerali e delle sequenze in cui si cristallizzano, potrebbe essere possibile, ad esempio, indovinare la probabile posizione di un deposito di minerale di rame all’interno di una grande massa di magma solidificato.
Erosione
Quando la roccia viene consumata dall’acqua, dal ghiaccio o persino dal vento, si parla di erosione. È uno dei processi geologici più importanti e, nel tempo, può trasformare i paesaggi. Le particelle di sabbia e sabbia trasportate dall’acqua o dal vento hanno un effetto abrasivo e possono scolpire la roccia in nuove forme su larga scala. Alcune delle caratteristiche della terra più drammatiche sono prodotte dal ghiaccio sotto forma di ghiacciai. Graniglia e frammenti di roccia incastonati nel ghiaccio raschiano contro la roccia, alterando il paesaggio su vasta scala.
Il sollevamento della terra causato dalla collisione di due placche continentali si combina con le forze dell’erosione per formare catene montuose come l’Himalaya o le Alpi. L’acqua forma valli fluviali, contribuendo a modellare la catena montuosa, ma quando la terra sale abbastanza in alto per la neve permanente, si formano i ghiacciai. Questi fiumi di ghiaccio che si muovono lentamente scavano valli ripide e dal fondo piatto, creste strette e picchi aguzzi e piramidali, producendo le catene montuose che la maggior parte delle persone conosce oggi. Il Cervino nelle Alpi svizzere-italiane è un classico esempio di vetta piramidale.
L’acqua corrente ha anche un forte impatto sui paesaggi. Forma valli fluviali e gole, a seconda della natura del terreno. Uno degli esempi più spettacolari di erosione idrica è il Grand Canyon, gola profonda più di un miglio (circa 6,000 piedi o 1.83 km) che segna il paesaggio dell’Arizona. Si è formato in un periodo di circa 17 milioni di anni.
Anche l’erosione eolica può contribuire alla formazione dei paesaggi, sebbene di solito su scala minore. Le caratteristiche causate da questa forma di erosione si trovano solitamente in aree molto secche. Il vento può rimuovere il materiale sciolto dal terreno, formando depressioni che possono essere piuttosto grandi, come la depressione di Qattara in Egitto. La sabbia e la sabbia spinte dal vento possono produrre caratteristiche del paesaggio su piccola scala, come gli yardang, lunghe creste lisce allineate alla normale direzione del vento.
Intemperie chimiche
La roccia può reagire con le sostanze presenti nell’acqua o nell’aria, producendo agenti atmosferici chimici. Quando le rocce che si formano in profondità nel sottosuolo sono esposte in superficie, possono cambiare lentamente colore e sgretolarsi a causa, ad esempio, dei composti di ferro che reagiscono con l’ossigeno nell’aria. Il materiale risultante, più debole, può iniziare a formare suoli o può essere eroso e depositato altrove.
Un altro esempio comune è la dissoluzione del calcare da parte dell’acqua acida. L’acqua può essere acidificata da composti organici o assorbendo gas vulcanici. Il calcare è costituito in gran parte da carbonato di calcio, che reagisce facilmente con gli acidi. Grotte e doline sono risultati comuni dell’erosione chimica del calcare. All’interno delle grotte, stalagmiti e stalattiti si formano nel tempo attraverso il gocciolamento e l’evaporazione dell’acqua contenente materiale roccioso disciolto.
La sedimentazione
Il materiale sospeso o disciolto nell’acqua forma la roccia mediante un processo noto come sedimentazione o deposizione. Ciò può avvenire attraverso l’accumulo e la compattazione di piccole particelle mentre si depositano fuori dall’acqua o per evaporazione che causa la cristallizzazione di sostanze chimiche disciolte. Le rocce formate in questo modo sono chiamate rocce sedimentarie. Gli esempi includono l’arenaria, che si forma dai granelli di sabbia; calcare, che consiste nelle conchiglie di piccoli organismi; e depositi di sale e gesso, che si formano dall’evaporazione dell’acqua contenente questi minerali. A volte, le rocce sedimentarie possono accumularsi in strati spessi diversi chilometri.
Le rocce sedimentarie possono contenere fossili, che hanno molte più probabilità di essere preservati in questo tipo di roccia rispetto a quelli che sono stati sottoposti a temperature elevate. Geologi e paleontologi sono stati in grado di ricostruire una storia della vita sul pianeta analizzando rocce sedimentarie e fossili. Gli organismi marini fossilizzati trovati sulle cime delle montagne lontane dal mare sono stati una prima indicazione che il movimento della roccia, sia orizzontale che verticale, aveva avuto luogo su vasta scala in qualche momento del passato. Furono le somiglianze nei fossili di una certa età in diversi continenti che alla fine portarono alla teoria della tettonica a zolle.
L’ipotesi che l’impatto di un meteorite possa aver causato l’estinzione dei dinosauri è emersa dalla scoperta di uno strato ricco del raro metallo iridio in sedimenti risalenti all’incirca all’epoca dell’estinzione. Questo strato si trova in parti del mondo ampiamente separate dove è esposta la roccia dell’età giusta, suggerendo che probabilmente proveniva da una fonte esterna che ha causato un evento che ha avuto un impatto estremamente ampio.