L’attività di laboratorio si propone di illustrare in modo semplice due processi fondamentali che si verificano sulla Terra: la litogenesi e l’orogenesi. Utilizzando un modello in sabbia, si visualizzerà uno dei modi in cui le montagne si formano, attraverso la collisione tra due placche continentali (come nel caso delle Alpi, dell’Appennino e dell’Himalaya). Si potranno fare osservazioni su come le rocce originariamente disposte in strati orizzontali vengano sollevate (deformate) e perché oggi ritroviamo i fossili di organismi marini a migliaia di metri sopra il livello del mare.
Questo esperimento è presente anche per la scuola secondaria di II grado: Montagne “fai da te”
Scheda esperimento
| Classi | 3° anno |
| Tipologia | Strumentazione semplice |
| Durata | 1h |
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Scheda sintetica delle attività
- Inserire una tavoletta in legno verticale all’interno della scatola trasparente, posta parallelamente al lato minore
- Versare nella scatola un primo strato di sabbia chiara e livellare
- Distribuire un secondo strato di sabbia scura e livellare
- Distribuire un terzo strato di sabbia chiara e livellare
- Distribuire un quarto strato di sabbia scura e livellare
- Distribuire un ultimo strato di sabbia chiara e livellare
- Disegnare con un pennarello, a circa metà altezza della scatola, una linea tratteggiata orizzontale che rappresenta il livello del mare
- Cominciare a spingere la tavoletta verticale con pressione costante
- Osservare il sollevamento degli strati
- Documentare l’esperimento con foto e video
Risorse
- 1 scatola di plastica trasparente (per es. con una base di 50 cm x 20 cm, e un’altezza di 20 cm)
- 1 tavoletta di legno A che sia larga quanto il lato minore della scatola (misurato internamente alla scatola)
- 1 tavoletta in legno B per stendere in modo omogeneo la sabbia;
- Un sacchetto di sabbia asciutta di colore chiaro
- Un sacchetto di sabbia asciutta di colore più scuro
- macchinetta fotografica/telecamera
Allegati
Prerequisiti
- Nozioni di base di stratigrafia e tettonica
- Conoscenza del ciclo delle rocce
Obiettivi di apprendimento
- Visualizzare in laboratorio un processo impossibile da visualizzare in natura perché avviene nel corso di milioni di anni
- Acquisire il concetto di” tempo geologico”
- Vedere come da rocce stratificate sub-orizzontali (indeformate) si formino le catene montuose, cioè rocce sollevate e deformate caratterizzate dalla presenza di pieghe e sovrascorrimenti
- Familiarizzare con le nozioni basilari della stratigrafia e della tettonica
Dotazioni di sicurezza
Nessuna
Svolgimento
Premessa
Si dispongono i due tipi di sabbia differentemente colorata a strati alterni (per riprodurre una stratificazione originaria). Ogni strato di sabbia deve essere pareggiato (reso orizzontale), prima dell’aggiunta dello strato superiore. Lo spessore totale della sabbia non deve superare i 4 cm altrimenti risulta difficile spingere la tavola in modo lento e continuo.
Realizzazione
- Si disegna a circa metà altezza di una delle due superfici lunghe verticali della scatola trasparente una linea tratteggiata orizzontale che indica il livello del mare;
- si dispone la tavoletta di legno A all’interno della scatola trasparente, poggiata parallelamente a uno dei due lati corti della scatola;
- si stende il primo strato di sabbia con il supporto della tavoletta B (figura 1);
- si stende il secondo strato di sabbia di colore diverso, sempre con il supporto della tavoletta;
- si continua ad inserire sabbia diversamente colorata, fino ad ottenere cinque strati (figura 2);
- si inizia a spingere con la tavoletta A inserita nella scatola: questo processo modella la compressione che avviene quando due placche litosferiche collidono;
- applicando una spinta orizzontale costante (stando attenti a muovere con fermezza la tavoletta e mantenendola verticale), gli strati iniziano a piegarsi (figura 3);
- si osserva un ispessimento verticale: gli strati superano il livello del mare ed emergono in superficie (figura 4).
- Il risultato è una catena montuosa a pieghe; con le frecce blu sono evidenziate le espressioni superficiali delle pieghe e dei sovrascorrimenti avvenuti in profondità (figura 5).
- Si osserverà come la superficie della sabbia aumenti il suo livello, avviene cioè un sollevamento, che si oppone alla forza di gravità (figura 6). Questo spiega perché oggi nelle catene montuose alte migliaia di metri si ritrovano fossili di organismi un tempo vissuti in mare: è stato proprio il processo di orogenesi a portarli a quote così elevate.
Nell’allegato 1 e nel video 1 si riportano ulteriori immagini delle fasi operative e della realizzazione dell’esperienza con una scatola trasparente simile alla precedente utilizzando un’altra sabbia naturale e differentemente colorata disposta a strati alterni.
Il modello finale ottenuto (figura 7) permette altresì di compiere importanti osservazioni sulle deformazioni plastiche ottenute, sulle diverse tipologie delle strutture a pieghe, sulle deformazioni di superficie.
Note e storia
Per tutta l’antichità e fino al Medioevo le catene montuose furono considerate entità immutabili. La scoperta di resti animali e vegetali di origine marina nelle rocce che costituivano le catene, venne attribuita a uno “scherzo di natura”.
Durante il Rinascimento, nacque il metodo scientifico, attraverso il quale la Terra venne sistematicamente analizzata e gli scienziati misero da parte visioni dogmatiche dell’Universo che per secoli preclusero la possibilità di osservare in modo critico ed analitico tutto ciò che li circondava.
Leonardo da Vinci (1452-1519) fu il primo a raffigurare le rocce in disegni rigorosi, utili per capire la forma naturale del pianeta. Egli riconobbe i fossili come resti di organismi vissuti in tempi passati. Nel XVII secolo, Niccolò Stenone (1638-1686), stabilì un principio fondamentale per la geologia, il Principio di orizzontalità originaria, secondo il quale i sedimenti si depongono in strati orizzontali. Partendo da tale principio ed esaminando affioramenti di rocce che non erano stratificate orizzontalmente, speculò su fatto che questi strati fossero stati deformati.
Dagli inizi del XVIII secolo, la complessità delle Alpi era largamente riconosciuta e nel tempo le idee sull’origine delle catene montuose sono evolute rapidamente. Dall’idea di catena montuosa come conseguenza di una spinta verticale dal basso, venne sempre più accettata l’idea di forze orizzontali come causa della deformazione delle rocce. Ma per giungere ad una spiegazione definitiva del collegamento che intercorre fra i processi che originano le catene montuose e gli ambienti marini si deve arrivare alla seconda metà del secolo scorso, quando si capì che i sedimenti accumulati sul fondo del mare potevano venire deformati e sollevati per migliaia di metri. Tra gli studiosi, è doveroso annoverate James Hall (1811-1898). Attraverso i successivi contributi della teoria della deriva dei continenti di Alfred Wegener (1880-1930) e della ipotesi dell’espansione dei fondi oceanici di Harry Hess (1906-1969) si è arrivati alla formulazione e all’accettazione della teoria della tettonica delle placche che vede la parte superficiale del nostro Pianeta (litosfera) suddivisa in placche rigide che cambiano nel tempo e nello spazio. L’interazione tra placche è alla base della formazione delle catene montuose e dei bacini oceanici, spiega il verificarsi di terremoti, vulcani e altri numerosi fenomeni geologici.
Bibliografia
Autori
Sabina Pagano, I.C. “Pietro Vanni”, Viterbo
Manuela Pontremoli, I.C. Fantappié, Viterbo
Antonia Smisi, I.C. “Piazza Damiano Sauli”, Roma (RM)