Fisica della Terra
e dell’Atmosfera
Gaetano Festa
Obiettivi del corso
• Come è fatta la Terra ?
• 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)
• Tettonica a zolle
• Fisica dell’Atmosfera (Principi di Climatologia,
Fisica-Chimica dell’Atmosfera)
Esercitazioni
• Risoluzione di problemi computazionali per lo
studio della Terra
• Discretizzazione di eq. differenziali
• Equazione della corda
• Simulazione delle onde sismiche in un mezzo
omogeneo
• Analisi della soluzione
• Problema inverso dei modelli di Terra
Libri di Testo
• Lay and Wallace. Modern Global
Seismology.
• Aki and Richards. Quantitative Seismology
• Turcotte and Shubert. Geodynamics
• Gasparini e Mantovani. Fisica della Terra
solida
• Barry and Chorley. Atmosphere, Weather
and Climate.
Esame
• Scritto : Risoluzione di un problema
attraverso metodi di simulazione
• Orale: Discussione del programma
Sommario lez. 1
• Osservazioni sulla dinamica terrestre
• Modelli di struttura terrestre
• Meteoriti
• Formazione della terra
Effetti della Dinamica della Terra
Vulcani
Terremoti
Montagne
Terremoti
• I terremoti sono lo strumento più accurato per lo studio
dell’interno della Terra (a diverse scale)…
• I terremoti sono stati utilizzati per lo studio della
struttura della Terra a partire dagli anni Trenta
• 132 Dc: Primo sismografo
Houfeng Didong Yi
Terremoti
• 1855 : Sismografo di Palmieri
• 1872 : Effetto dei Terremoti dovuti alle
faglie, Gilbert
Vulcani
• Dal 1800 Scienza osservazionale.
• Soltanto nel 1910 venne proposta una
teoria per vulcani e terremoti
attraverso la tettonica
Montagne
• XVII Secolo : Teoria della deformazione
delle rocce (Steno).
• XVIII Secolo : Prime mappe geologiche.
Teoria di montagne prodotte per forze
verticali (Hutton)
• XIX Secolo : Teoria delle forze
orizzontali prodotte per contrazione
Tettonica
• Osservazioni geologiche sulla presenza
di fossili
• Localizzazione di vulcani e terremoti
Tettonica
Tettonica
Struttura della Terra
• 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
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
• Hanno una matrice interna, a grana più
fine
• 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
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, mentre quello
teorico è 0.4 mR2 (Conservazione
momento Terra-Luna)
Formazione del sistema
solare
• Contrazione di una nebulosa
(collasso gravitazionale)
• Dimensioni : 1 pc (3.26 lightyears); Tempo: 5000 Myr;
M=M (sole), H, He, Li
• Durante questo processo, più
supernovae si sono formate
vicino al sole (meteoriti- Fe60)
• Durante il collasso la velocità aumenta come la probabilità di
collisione, trasferendo energia cinetica in calore (gradiente
termico): planetario
• Contrazione vs calore : Equilibrio idrostatico!
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 esterni oltre la linea di glaciazione
Struttura della Terra
La terra oggi ….
