L.M. FISICA
Curriculum di Fisica
della Terra
I anno corsi obbligatori: 48 CFU
Fondamenti di Geofisica (12 CFU)
estensivo
Laboratorio di Geofisica (12 CFU)
estensivo
Sismologia I (6 CFU) – I semestre
Geodesia I (6 CFU) – I semestre
Corso a scelta FIS/01 o FIS/07 (6 CFU)
Corso a scelta FIS/03 (6 CFU)
Corsi a scelta:
12 CFU al I anno
12 CFU al II anno (8 CFU liberi)
I semestre
Deformazioni e Gravimetria (4 CFU)
Fisica del Vulcanismo (4 CFU)
Laboratorio di Geofisica numerica (4 CFU)
Problema inverso in Geofisica (4 CFU)
(consigliato al 2° anno)
Corsi a scelta:
12 CFU al I anno
12 CFU al II anno (8 CFU liberi)
II semestre
Sismologia 2 (4 CFU)
Geodesia 2 (4 CFU)
Magnetismo terrestre (4 CFU)
Sismologia teorica (4 CFU)
Tettonofisica (4 CFU)
TESI (45 CFU) + Attivita` Propedeutica (3 CFU)
collaborazione con INGV
Le discipline geofisiche
Geomagnetismo
Fisica del Vulcanismo
Geotermia
Fisica dei Maremoti
Gravimetria
Sismologia
Geodesia
Tettonofisica
Climatologia
Oceanografia
Meteorologia
Fisica dell’atmosfera
Glaciologia
Dipartimento di Fisica
Università di Bologna
Il sistema Terra
Il pianeta Terra è costituito da diverse parti che interagiscono tra loro producendo numerosi
fenomeni fisici.
La geofisica quindi deve comprendere molte discipline, ciascuna interessata a fenomeni
diversi, o studiati da diversi punti di vista.
Per capire molti dei processi che avvengono nel sistema Terra, ogni disciplina geofisica deve
interagire con le altre e con le “geoscienze” in generale.
Il campo magnetico
terrestre è studiato
soprattutto da
Geomagnetismo,
il campo gravitazionale
terrestre da
Gravimetria
rotazione
pressione
atmosferica
r im
pos balzo
t- g
laci
terremoti t
ale
e tt
o
nic
vulcani
con
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llo
graf
topo nucleo
Crosta
del
Mantello
Nucleo Nucleo
Interno Esterno
iscoso
nto v
mome
nto
mome netico
romag
elett
correnti oceaniche
e maree
venti
maree luni-solari
acque continentali
I processi che
avvengono
nell’atmosfera terrestre
sono studiati soprattutto
da:
Fisica dell’Atmosfera
Climatologia
Meteorologia
carico degli oceani
scioglimento dei ghiacciai
Il sistema Terra-acqua
è studiato soprattutto
da:
Oceanografia
Fisica dei Maremoti
Glaciologia
La Terra come pianeta
solido è studiata
soprattutto da:
Geodesia
Sismologia
Tettonofisica
Fisica del Vulcanismo
Geotermia
Come studiare l’interno della
Terra?
Misurare in superficie osservabili che, secondo
modelli fisici, dipendono dalle proprietà
dell’interno inaccessibile.
– Un esempio banale:
g = 9.8 ms
−2
e I = 0.33Ma
2
ci dicono che al centro della Terra ci sono
materiali molto più densi che nelle regioni
esterne; già prima dell’avvento delle tecniche
sismologiche era noto che al centro della Terra
ci deve essere un NUCLEO molto denso,
presumibilmente costituito di Ferro.
Continuo confronto fra dati e
modelli
La teoria dell’isostasia di Airy (1857) spiegava
“anomalie” gravimetriche in termini di “radici” delle
catene montuose, dotate di bassa densità rispetto
alle rocce circostanti: crosta “rigida” e mantello
“fluido”.
Ai primi del 1900 Mohorovicic scopre una
discontinuità nella velocità delle onde sismiche a
circa 30 km di profondità che scende a 50-60 km
sotto le catene: la “crosta” di Airy esiste davvero!
… ma il mantello non è fluido: le onde S lo
mostrano inequivocabilmente
Tempi di transito delle onde primarie e percorsi dei raggi
sismici
Le eterogeneità determinano innumerevoli riflessioni e rifrazioni: dalla
complessità dei sismogrammi si può risalire alla complessità del
mezzo attraversato.
Nuovi modelli debbono essere elaborati
per spiegare osservazioni “strane”
Solidi elastici, fluidi viscosi e “solid state creep”: la
fisica dello stato solido spiega il paradosso solidofluido per il mantello.
Ma allora, nel mantello può verificarsi convezione ?
come possiamo verificarlo?
– Moto delle placche tettoniche
– Tomografia sismica
– Geotermia
Il “post-glacial rebound”
Mostra inequivocabili proprietà viscose per il mantello:
il suo studio coinvolge le seguenti discipline/ osservazioni
Glaciologia
Climatologia
Erosione costale
Datazioni radiometriche e fossili
Stima di Viscosità del mantello: 1021 Pa s
La distinzione fra continenti e
oceani è fondata su basi più
importanti del semplice “livello del
mare”:
piattaforme continentali = granito
fondali oceanici = basalto.
Anche l’età di continenti e oceani è
molto diversa: Età continenti ~ 109 anni
Età oceani ~ 107 anni
Le anomalie magnetiche ci
hanno fornito un metodo di
misura dell’eta` della crosta
oceanica, basato selle
inversioni del campo
magnetico terrestre nel
corso del tempo:
L’ultima inversione e`
avvenuta 700 mila anni fa.
Rocce magnetizzate in
direzioni opposte
testimoniano l’epoca di
formazione.
Dall’età possiamo risalire alla velocità di espansione dei fondali oceanici
La tomografia sismica
rivela “bassa” velocità
in corrispondenza
delle zone divergenti
(dorsali oceaniche) e
convergenti (fosse)
zone + calde?
Moti convettivi
ascendenti sotto le
dorsali?
Ma l’evidenza fornita
dal flusso di calore è
molto più esplicita
(misure + facili nei
fondali oceanici che in
terraferma!)
Misure del flusso di calore mostrano valori elevati in corrispondenza
delle dorsali oceaniche.
Le ipotesi formulate per spiegare le
osservazioni debbono essere testate in modo
quantitativo tramite l’impiego delle equazioni
della fisica e di modelli matematici.
Diversamente dalla Fisica “Galileiana” non e`
possibile replicare a piacimento un evento
(terremoto o eruzione vulcanica)
Inoltre, non e` possibile fissare a piacimento le
condizioni iniziali e al contorno.
Infine, molti parametri che governano l’evoluzione
del nostro Pianeta sono inaccessibili alla
osservazione diretta.
Conseguenze
epistemiologiche:
Importanza dei modelli in Geofisica: ogni nuovo
evento/osservazione e` testato tramite i migliori modelli
disponibili.
I modelli matematici in Geofisica assumono il ruolo
dell’esperimento nella Fisica Galileiana: l’assioma di
riproducibilita` riguarda la capacita` di un modello di
spiegare nuovi dati e osservazioni;
Importanza del “problema inverso” in Geofisica: tramite
i modelli possiamo risalire ai valori dei parametri
inaccessibili all’osservazione diretta, partendo da
osservazioni fatte in superficie.
