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

• 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.

Venere

Marte

Mercurio

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 light-

years); 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 ….