Corso di Fisica della Terra e dell Atmosfera Gaetano Festa

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1 Corso di Fisica della Terra e dell Atmosfera Gaetano Festa

2 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

3 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)

4 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

5 Libri di Testo Lay and Wallace. Modern Global Seismology. Aki and Richards. Quantitative Seismology Turcotte and Shubert. Geodynamics Devis. Atmosphere Physics

6 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

7 Orari Lunedì: Martedì: 9-11 Venerdì : 14-16

8 Sommario Modelli di struttura terrestre Meteoriti Formazione del sistema solare

9 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.

10 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

11 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

12 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

13 Acondriti Molto difficili da riconoscere : hanno una struttura molto simile ai basalti terrestri Sono il guscio esterno di asteroidi, che si sono frammentati

14 Meteoriti metalliche Meteoriti costituite principalmente da ferro e nichel Widmanstatten patterns Densità molto superiore a quella delle rocce normalmente presenti sulla superficie terrestre

15 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 kg, dalla legge di Newton Momento di inerzia, ca0.33 mr 2 dalla legge di Newton, (Conservazione momento Terra-Luna) mentre quello teorico è 0.4 mr 2 Come si spiega in relazione alla formazione dei pianeti?

16 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

17 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 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

18 Formazione del sistema solare Durante il collasso la velocità di rotazione aumentaper 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.

19 Ipotesi sulla struttura della Terra Gradiente termico Temperature di solidificazione 1400 K : Ferro 1300 K : Silicati 200 K : Ghiaccio

20 Formazione dei pianeti Formazione per accrezione (100 m) Gradiente termico -> Divisione pianeti terrestri e solari Condensazione di materiali pesanti, immersi in gas e polvere.

21 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 pianetesimalisono diventati pianeti : comete e asteroidi

22 Struttura della Terra

23 La terra oggi.