Corso di Fisica della Terra e
dell’Atmosfera
Gaetano Festa
Obiettivi del corso
• Come è fatta la Terra (solida e fluida) ?
• Quali sono i meccanismi che ne
determinano la dinamica ?
• Comprendere ed applicare
metodologie per lo studio del sistema
Terra-Atmosfera
Programma
• Fondamenti di Meccanica del Continuo
(Deformazioni, sforzi, Eq. della dinamica)
• Sismologia (Teoria del Raggio, Onde di Superficie,
Oscillazioni libere della Terra)
• Flusso di Calore (Geoterma, Conduzione nella
crosta, principi di convezione)
• Campo Magnetico (Nucleo Terrestre,
Paleomagnetismo)
• Fisica dell’Atmosfera (Bilancio termico,
Termodinamica dell’Atmosfera, Dinamica
dell’atmosfera)
Esercitazioni
• Risoluzione di problemi computazionali per lo studio
della Terra
•
•
•
•
•
•
Discretizzazione di eq. differenziali alle differenze
Equazione della corda
Simulazione 2D delle onde elastiche in mezzi reali
Analisi della soluzione
Equazione del calore
Elementi finiti
Libri di Testo
• Lay and Wallace. Modern Global Seismology.
• Aki and Richards. Quantitative Seismology
• Turcotte and Shubert. Geodynamics
• Devis. Atmosphere Physics
Esame
• Scritto : Risoluzione di un esercizio attraverso
metodi di simulazione, scadenza definita,
entro un mese dalla fine del corso
• Orale: (Possibile tesina) Discussione del
programma
Orari
• Lunedì: 11-13
• Martedì: 9-11
• Venerdì : 14-16
Sommario
• Modelli di struttura terrestre
• Meteoriti
• Formazione del sistema solare
Struttura della Terra
Venere
Marte
Mercurio
• Ipotesi di Halley (1692): Terra Cava con
sfere dei diametri di Mercurio, Marte
e Venere
• Ipotesi di Symmes (1818). Terra
bucata ai poli, con 4 gusci, anch’essi
aperti.
Meteoriti
• Molte informazioni sulla struttura dei
pianeti deriva dalle meteoriti
• La maggior parte delle meteoriti viene
dalla zona dei pianetini, tra Marte e
Giove
• Ogni anno cadono sulla superficie circa
3500 meteoriti delle quali se ne
recuperano 5 e 6.
• Le meteoriti possono essere costituite
da rocce, ferro o da entrambi
Età delle meteoriti
• L’età delle meteoriti è compresa tra 4.3 e 4.7 Gyr
• La maggior parte delle rocce crostali terrestri ha un’età <570Myr
• Nelle aree di cratone
alcune rocce hanno età
compresa tra 2-3 Gyr
• La roccia crostale più
anziana ha età di 4.1 Gyr
Acasta
Gneiss
Condriti
• Hanno una crosta scura (atmosfera ed
impatto) ed una matrice piuttosto
chiara
• La loro struttura superficiale è
costituita da corpi piccoli (millimetri)
detti condrule (da 30 a 80%)
• Hanno una matrice interna, a grana più
fine, in cui sono immerse le condrule
• Sono costituiti da materiali ricchi in
silicio, come olivina e pirossene
Acondriti
• Molto difficili da riconoscere : hanno
una struttura molto simile ai basalti
terrestri
• Sono il guscio esterno di asteroidi, che
si sono frammentati
Meteoriti metalliche
• Meteoriti costituite principalmente da
ferro e nichel
• Densità molto superiore a quella delle
rocce normalmente presenti sulla
superficie terrestre
Widmanstatten patterns
Ipotesi sulla struttura della
Terra
• Struttura a due strati , con un nucleo
metallico (ferro/nichel) ed un guscio
esterno costituito da silicati
• Massa della Terra – 5.98 1024 kg, dalla
legge di Newton
• Momento di inerzia, ca 0.33 mR2 dalla
legge di Newton, (Conservazione
momento Terra-Luna) mentre quello
teorico è 0.4 mR2
• Come si spiega in relazione alla
formazione dei pianeti ?
Come si è formato il sistema solare ?
• I pianeti hanno una rivoluzione nello steso verso
• La maggior parte dei pianeti ruota nella stessa direzione verso
Est (eccetto Venere, Urano e Plutone)
• Le orbite dei pianeti sono quasi tutte contenute in un piano
Nebulosa iniziale
• Contrazione di una nebulosa
(collasso gravitazionale)
• Dimensioni : 1 pc (3.26 lightyears); Tempo: 5000 Gyr;
M=M (sole), 98% di H, He, Li
• Queste nebulose sono
osservate anche all’interno
della nostra galassia o di
quelle vicine
• La presenza di Fe60, indica
che diverse supernovae
esplosero vicino alla nebulosa
Formazione del sistema
solare
Durante il collasso la velocità di
rotazione aumenta per la conservazione
del momento angolare, come la
probabilità di collisione, trasferendo
energia cinetica in calore (gradiente
termico): gradiente planetario.
Gli oggetti che ruotano rapidamente
tendono ad appiattirsi.
Ipotesi sulla struttura della
Terra
Gradiente termico
Temperature di
solidificazione
1400 K : Ferro
1300 K : Silicati
200 K : Ghiaccio
Formazione dei pianeti
• Formazione per accrezione
(100 m)
• Gradiente termico -> Divisione
pianeti terrestri e solari
• Condensazione di materiali
pesanti, immersi in gas e polvere.
Pianeti
Sistema solare interno :
Pianeti più piccoli fatti di rocce e
metalli
Sistema solare esterno
Pianeti più grandi fatti di rocce,
metalli, e ghiaccio. Sono
abbastanza grandi da attrarre
anche H e He.
Non tutti i pianetesimali sono diventati pianeti : comete e
asteroidi
Struttura della Terra
La terra oggi ….
