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1.6 ANDRILL – Team Proprietà fisiche | Progetto Smilla
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1.6 ANDRILL – Team Proprietà fisiche

> vedi anche Galleria Fotografica n°15

E’ il gruppo che per primo in assoluto vede la carota (vedi anche il flusso di lavoro). Sono talmente solerti che il loro laboratorio si trova proprio accanto alla torre di perforazione (vedi anche galleria fotografica n°15). Le carote passano attraverso una finestrella dalle mani degli operai addetti alla perforazione direttamente a quelle dei ricercatori.

Cosa viene analizzato

La carota di materiale (sedimenti e/o roccia e/o acqua) nel suo insieme, tale e quale come viene estratta dal pozzo di perforazione. Vengono rilevati sia le caratteristiche macroscopiche della superficie esterna dellla carota che alcune sue grandezza fisiche.

Quali analisi si fanno

Le analisi che interessano la superficie esterna consistono principalmente in una scannerizzazione della superficie attraverso uno scanner speciale 3D che digitalizza l’immagine e la restituisce in alta risoluzione (1cm scannerizzato è distribuito su ben 100 pixels) e piatta (vedi galleria fotografica n°15). In questo modo è possibile studiare tutti i dettagli della superficie in modo più pratico e dettagliato rispetto allo studio diretto sulla carota. L’immagine viene gestita da un software speciale denominato Corealyzer.

Le grandezze fisiche che vengono determinate sono molteplici: da quelle più semplici a quelle più complesse. Eccole tutte:

  • le dimensioni esatte, sia lunghezza che larghezza (spessore)
  • la velocità delle onde sismiche P (ogni centimetro)
  • la densità detta anche wet bulk density (densità grezza umida) (ogni centimetro)
  • la resistività elettrica (ogni centimetro)
  • la suscettibilità magnetica (ogni centimetro)

In questa fase poi si fanno anche alcune operazioni che servono per cercare di ricostruire la originaria orientazione della carota, che, come forse sapete già, viene ruotata su se stessa un bel pò durante la perforazione. Sempre in questa fase, poi, la carota viene tagliata in spezzoni di 1 metro di lunghezza l’uno.

Come vengono fatte le analisi

Le analisi di scannerizzazione vengono fatte con un apposito scanner 3D (chiamato DMT core scanner <pagina web della ditta costruttrice>) dotato di un rullo su cui viene appoggiata la carota e di un sensore soprastante, per la illuminazione e la acquisizione delle immagini. I dati sono acquisiti in digitale ed elaborati da un software apposito (Corealyzer).

Tutte le analisi per la determinazione delle grandezze fisiche vengono fatte con un unico strumento (chiamato MSCL che sta per “Multi Sensor Core Logger”, letteralmente Registratore multi-parametrico per carote) che contiene, integrati, tutti i sensori delle varie misure. Proviamo a passare in rassegna tutte le grandezze fisiche che riesce a determinare:

La velocità delle onde sismiche P (simbolo Vp) viene determinata con un sensore a ultrasuoni che utilizza un’onda con una frequenza di 500Hz. Il parametro quantifica la velocità delle onde sismiche nel centimetro di carota analizzato. L’unità di misura è il m/sec

La densità (simbolo d) viene determinata attraverso uno strumento che irradia il campione con dei raggi gamma: dalla quantità di raggi assorbiti si risale alla densità del campione. L’acqua ha densità minima, ovviamente, poi (in linea generale) ci sono le rocce sedimentarie e dopo ancora, quelle vulcaniche che hanno la d più alta. L’unità di misura è il g/cm3.

La resistività elettrica è l’inverso della conducibilità elettrica. E’ un parametro collegato al contenuto di acqua della carota: più acqua c’è nel cm analizzato, minore sarà la resistività cioè la resistenza che offre al passaggio della corrente elettrica (maggiore conducibilità elettrica)

La suscettività magnetica fornisce una stima della quantità di minerali (la magnetite soprattutto) sensibile al campo magnetico presente in quel punto della carota. L’unità di misura è il SI che sta per Sistema Internazionele.

Per sapere cosa


Lo studio particolareggiato della superficie della carota permette di evidenziare faglie, pieghe e fratture.

Tutte queste strutture si vedono sulla superficie della carota e alcune possono testimoniare la presenza delle stesse strutture nella roccia originaria. Ma c’è un problema da risolvere: la carota durante la perforazione ha subito una rotazione su sè stessa. Come risalire alla sua giacitura, orientazione originaria? Questo problema, chiamato “Core orientation” non è di facile soluzione e viene risolto in vari modi, tra cui anche quello di inviare all’interno del pozzo una telecamera che riprende immagini della parete interna del pozzo. Sempre per questo scopo, sulla carota appena estratta vengono tracciate due righe longitudinali e opposte, una rossa e una blu (vedi anche galleria fotografica n°15).

Le analisi delle proprietà fisiche forniscono indicazioni utili per le successive analisi: la suscettività magnetica serve per le analisi paleomagnetiche, la densità oltre che al contenuto di acqua è collegata anche ai minerali presenti, alla origine dell rocce.

Molti di questi dati vengono confrontati con quelli sismici acquisiti durante le indagini esplorative (vedi sezione “La scelta del sito“) con lo scopo di valutare le decisioni prese preliminariamente alla scelta del sito.

I dati ottenuti sia dallo studio della superficie della carota che quelli delle caratteristiche fisiche vengono interpretate in relazione alla geologia della zona. Per esempio una struttura sedimentaria può mostrare la direzione di antiche correnti d’acqua. Pieghe e faglie possono rivelare antichi o recenti linee di stress della crosta terrestre. Altre strutture ancora, possono indicare come si è evoluta la erosione dei sedimenti, e, fatto molto importante, si possono trovare anche tracce di remoti cambiamenti delle strutture glaciali Tutte queste informazioni vengono incrociate con quelle delle altre discipline, come la micropaleontologia, la sedimentologia, la petrografia per fornire una quadro complessivo di interpretazione della storia geologica della zona.

Casi di studio

In tutte le foto l’intervallo di valori è lo stesso e pari a 1-1000 per la suscettività magnetica e 0-3 per la desnità

Diamictite

Diamictite 8230-8260m (sotto alla sup.)
(Immagine catturata dallo schermo di Corelyzer. vedi anche galleria fotografica n°15)

E’ una roccia che si forma là dove la piattaforma di ghiaccio giace direttamente sul fondale marino. Lì sotto si depositano dei clasti in maniera caotica e senza la classica selezione per granulometria e cioè più grosso sotto più piccolo sopra. La diamictite si presenta come una miscela di clasti di differrente granulometria e composizione. Alcuni di questi clasti poi, addirittura, sono a loro volta clasti di una diamictite piu remota. Le sue caratteristiche fisiche dipendono da quantità e qualità dei clasti vi si trovano e possono variare notevolmente. La diamictite è comunissima nelle carote sin qui prelevate (-230m) e si trova in spessori notevoli anche di 30 metri e ininterrotti.

Orizzonte vulcanico

Unità vulcanica 8320-8335m (sotto alla sup.)
(Immagine catturata dallo schermo di Corelyzer. vedi anche galleria fotografica n°15)

Gli orizzonti vulcanici sono piuttosto comuni, data la vicinanza del vulcano Erebus, anche se si sono trovati materiali piroclastici provenienti, probabilmente, da altri vulcani. I materiali piroclastici sono tutti quei materiali emessi durante l’eruzione (ceneri, lapilli ecc) e successivamente litifcati: questo strato in particolare, ad esempio, contiene anche delle pomici. Dal punto di vista delle proprietà fisiche questo tipo di strati ha una elevata densità e generalmente (soprattutto se la lava è basica, ricca di minerali femici) alta suscettività magnetica cioè è ricca di minerali sensibili al campo magnetico e quindi potenzialmente in grado di registrarne direzione e intensità. Questa è una caratteristica molto importante ai fini della datazione.

Sedimento biosiliceo

Sedimento biosiliceo 8670-8690m (sotto alla sup.)
(Immagine catturata dallo schermo di Corelyzer. vedi anche galleria fotografica n°15)

Questo tipo di deposizione è formato da silice di origine organica, lo strato riportato in questa foto in particolare è ricchissimo di diatomee. Si forma tipicamente in un ambiente di oceano aperto (con o senza copertura stagionale di ghiaccio) dove periodicamente avvengono delle vere e proprie fioriture, esplosive di diatomee. Ma si può formare anche sotto alla piattaforma di ghiaccio dove le correnti marine portano, anche a decine di Km di distanza, questo tipo di acque. Il sedimento che si ottiene ha una densità e una suscettività magnetica bassissima, in virtù della sua origine sedimentaria-biologica.

Ohio State University – Ohio – USA

University of Wisconsin – Oshkosh – USA

Federal Institute of Geoscience & Natural Resources – Hannover – Germania

Ohio State University – Ohio – USA)

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Stanare idee per le scienze a scuola. Fino ai poli