La litosfera e i suoi materiali

Definisci con parole tue che cos'è la litosfera e spiega in che cosa si differenzia dalla geosfera.

L'acqua del mare fa parte della litosfera? Spiega la tua risposta e chiarisci quale parte del fondo oceanico ne fa invece parte.

Osserva la sezione schematica della geosfera: la fascia blu contrassegnata con «?» evidenzia una delle sue zone. Indica quale zona è e quali strati la formano, spiega la relazione tra geosfera, litosfera, crosta e mantello, e ragiona sul perché diciamo che quella zona è «rigida».

Spiega la differenza tra la crosta e la litosfera: quale delle due è più spessa, quale parte del mantello comprende la litosfera e perché diciamo che la litosfera è lo strato «rigido».

Spiega la differenza tra una roccia e un minerale usando l'esempio del granito, che è formato da quarzo, feldspato e mica.

Classifica questi materiali in roccia o minerale, giustificando ogni risposta: salgemma, granito, quarzo e marmo.

Quali sono i due tipi di materiali di base della litosfera che studia la geologia? Spiega come sono in relazione tra loro.

Spiega che cos'è un cristallo e nomina un minerale che forma cristalli visibili a occhio nudo. Dove potresti trovarlo?

Classifica questi materiali in minerale o roccia, giustificando ogni risposta: ardesia, calcite, basalto e sale comune.

Nomina tre oggetti di casa tua fabbricati con materiali provenienti dalla litosfera (per esempio una finestra, una tazza di ceramica o una padella metallica) e indica da quale materiale geologico proviene ciascuno.

Un mattone è una roccia? Il carbone è una roccia? Motiva entrambe le risposte tenendo conto di come si forma ciascun materiale: se è naturale o fabbricato e se è un aggregato di minerali.

In un'escursione trovi una pietra scura con cristalli brillanti incastonati. Spiega che cosa sono probabilmente quei cristalli, come si chiama l'insieme della pietra e quale relazione c'è tra gli uni e l'altra.

Il granito mostra tre minerali visibili (quarzo, feldspato e mica) e l'arenaria è fatta di granelli di quarzo cementati tra loro. Confronta le due rocce: in quale si identificano meglio i minerali a occhio nudo e perché? Quale pensi che si consumi prima?

«Una roccia è come una torta e i minerali sono i suoi ingredienti»: spiega quali pregi ha questa analogia e indica una differenza importante tra cucinare una torta e formare una roccia.

Uno studente afferma: «Poiché il suolo deriva dall'alterazione e dalla disgregazione delle rocce della crosta, il suolo è semplicemente una roccia triturata e appartiene esclusivamente alla litosfera».

1. a) Confuta la sua affermazione spiegando perché il suolo non può essere considerato una roccia, analizzando la sua composizione e la sua struttura.
2. b) Giustifica perché i geologi definiscono il suolo come una «interfaccia» in cui interagiscono quattro sottosistemi terrestri (litosfera, atmosfera, idrosfera e biosfera), indicando un componente concreto che apporta ciascuno.

Nel laboratorio di Geologia hai quattro campioni solidi sconosciuti (A, B, C e D) e disponi di una moneta di rame (durezza 3), una lastra di vetro (durezza 5,5), una lente d'ingrandimento e un flacone di acido cloridrico diluito. Ottieni i seguenti dati sperimentali:

• Campione A: aspetto omogeneo; la moneta non lo scalfisce, ma il vetro sì; colpito si rompe in frammenti a forma di cubi perfetti.

• Campione B: osservato con la lente mostra granuli intrecciati di tre colori diversi; scalfisce con facilità il vetro.

• Campione C: scalfisce il vetro; è completamente trasparente e presenta facce piane naturali che formano un prisma esagonale terminante a punta.

• Campione D: di colore grigio uniforme; produce un'intensa effervescenza con bollicine versandovi sopra una goccia di acido.

Rispondi giustificando le tue risposte:

1. Determina quali campioni sono con certezza minerali singoli e quali sono rocce.

2. Identifica quale proprietà dei minerali è messa in evidenza dal modo in cui si rompe il campione A e confrontala con le facce del campione C.

3. Progetta una prova semplice per scoprire se il campione B contiene quarzo.

Il cemento dei marciapiedi si fabbrica cuocendo una miscela di calcare e argilla. Ragiona se il cemento sia una roccia e spiega perché diciamo che è un «prodotto della litosfera» anche se lo fabbricano le persone.

Un'azienda commercializza online dei cubi trasparenti etichettati come «cristalli minerali di sale puro da laboratorio». L'azienda sostiene che la loro composizione chimica (cloruro di sodio, NaCl) e la loro struttura cristallina siano esattamente uguali a quelle della salgemma naturale estratta nelle miniere.

1. a) Assumi il ruolo di perito geologo e analizza se questo prodotto soddisfa rigorosamente ciascuno dei requisiti richiesti dalla definizione scientifica di minerale.
2. b) Emetti un parere motivato: è corretto chiamarlo minerale? Spiega quale differenza esiste tra questo cristallo sintetico e un cristallo di sale formatosi sulla riva di una salina costiera per evaporazione dell'acqua di mare.

Un artigiano trova due frammenti di colore nero lucido: uno è ossidiana (vetro vulcanico naturale formato dal raffreddamento istantaneo della lava) e l'altro è un pezzo di vetro di una bottiglia rotta che qualcuno ha gettato in campagna. L'artigiano sostiene che entrambi sono minerali perché sono solidi, inorganici e duri.

1. a) Confuta la sua argomentazione spiegando quale caratteristica della struttura microscopica interna manca a entrambi per poter essere considerati minerali.
2. b) Giustifica perché la comunità scientifica classifica l'ossidiana come una roccia, mentre il vetro della bottiglia è totalmente escluso dalla categoria delle rocce.

Il comune di una località di montagna dove gli inverni sono molto freddi (con gelate quasi quotidiane) e piove spesso deve restaurare la facciata del municipio. Il gruppo tecnico deve scegliere tra tre tipi di roccia disponibili:

• Roccia 1 (Calcare): porosità media (5,8 %), durezza moderata (si scalfisce con un coltello d'acciaio), reagisce e si scioglie lentamente con acque acide.

• Roccia 2 (Granito): porosità quasi nulla (0,3 %), durezza molto alta (scalfisce il vetro), inerte nei confronti dell'acqua e degli acidi.

• Roccia 3 (Arenaria molto porosa): porosità alta (19,2 %), assorbe una grande quantità di acqua nei suoi vuoti e ha un cemento argilloso tenero.

1. a) Prevedi che cosa accadrebbe alla facciata nel corso di vari inverni se fosse costruita con la Roccia 3, giustificando il ruolo che svolge l'acqua quando congela all'interno dei pori.
2. b) Giustifica quale roccia dovresti scartare se la pioggia della zona contiene sostanze acide disciolte provenienti dall'inquinamento urbano.
3. c) Argomenta quale delle tre rocce è la migliore scelta tecnica per garantire che l'edificio resista al passare dei decenni senza degradarsi.

Sfida del tema. Hai mai pensato da quale parte della geosfera provengono gli oggetti della tua stanza? Trasformati in geologo ed elabora un breve rapporto tecnico seguendo questi passi:

1. Esplora l'interno: Entra nel visualizzatore dei terremoti dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e individua un sisma recente in Italia. Annota la sua magnitudo e profondità (ad esempio $12,4\text{ km}$) e identifica, motivando, in quale strato della geosfera si è originato (crosta o mantello superiore).

2. Verifica litosferica in casa: Cerca in casa 3 oggetti fabbricati con materiali geologici (ad esempio: sale da cucina (halite), piano di marmo o pavimento di granito). Classifica ciascun materiale in roccia o minerale e descrivi brevemente la sua utilità.

3. Calcolo e sostenibilità: Calcola quale percentuale del raggio medio terrestre ($6371\text{ km}$) rappresenta la profondità del sisma scelto e scrivi una proposta motivata sull'importanza di riciclare i minerali per proteggere la litosfera.

Verranno valutati:

• Corretta identificazione degli strati della geosfera e precisione nel calcolo percentuale.

• Rigorosa distinzione tra rocce e minerali negli elementi dell'ambiente domestico.

• Coerenza e fondamento scientifico della proposta di uso sostenibile delle risorse litosferiche.

Alla sorgente di un fiume di montagna affiora un massiccio di granito (roccia composta approssimativamente per il 30 % da quarzo, il 50 % da feldspato e il 20 % da mica). Tuttavia, analizzando la sabbia fine di una spiaggia situata alla foce di quel fiume dopo un percorso di 350 km, si verifica che il 95 % dei granelli è esclusivamente di quarzo.

1. a) Interpreta questo cambiamento di composizione e deduci che cosa è successo al feldspato e alla mica durante il trasporto in confronto alla resistenza del quarzo.
2. b) Un bagnante riempie un barattolo con quella sabbia e dice che «porta via una roccia come ricordo». Ragiona se la sabbia sciolta debba essere classificata come roccia, come insieme di minerali sciolti o come sedimento, e spiega quale processo geologico mancherebbe perché diventi una roccia sedimentaria.

Un documentario divulgativo commette il seguente errore nello spiegare il ciclo delle rocce: «Un granulo di quarzo di un granito situato a 5 km di profondità può entrare a far parte di una roccia sedimentaria detritica come l'arenaria senza che il granito arrivi mai in superficie né entri in contatto con l'atmosfera».

1. a) Individua e giustifica l'errore scientifico di questa affermazione, spiegando perché è indispensabile che la roccia madre affiori in superficie per dare inizio al ciclo sedimentario.
2. b) Ricostruisci la sequenza logica delle fasi geologiche (dall'alterazione meteorica alla diagenesi o litificazione) che quel granulo di quarzo deve attraversare per finire integrato in un'arenaria compatta.

Per indagare come si originano i terremoti in una litosfera solida e rigida, realizzi in classe il seguente esperimento: appoggi un righello di plastica rigida piatto sul bordo di un tavolo lasciandone metà nel vuoto. Spingi l'estremità libera verso il basso con un dito, poco a poco: il righello si curva leggermente opponendo resistenza alla forza, finché all'improvviso si spezza con uno schiocco violento e avverti un tremito istantaneo nel tavolo e nella mano.

1. a) Interpreta il modello: deduci che cosa rappresentano nella dinamica della Terra la forza continua del tuo dito, la curvatura elastica del righello, lo schiocco della rottura e il tremito che vibra nel tavolo.
2. b) A partire da questo modello, giustifica perché la rigidità delle rocce non impedisce i terremoti, ma è proprio la condizione indispensabile affinché si accumuli energia e venga rilasciata in forma sismica invece di deformarsi in modo dolce e continuo.