5 C 2009 Interno Della Terra

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  • 1. Radiation Requires transparent medium Rocks aren’t (except perhaps at great depth) 2. Conduction Rocks are poor conductors Very slow 3. Convection Material movement ( requires ductility ) Heat-induced expansion and buoyancy Much more efficient than conduction
  • DECLINAZIONE:angolo che il meridiano magnetico fa con il meridiano terrestre per un dato punto della terra INCLINAZIONE: l’angolo che l’asse dell’ago calamitato fa con il piano dell’orizzonte di un punto sulla superficie terrestre INTENSITA’ del campo magnetico Terrestre : 0,5 Gauss(1 T =10^ 4 G) ANALISI DIMENSIONALE DEL TESLA.(kg s^ -2 A^ -1)
  • La teoria di William Gilbert ipotizzava che all’interno della Terra vi fosse una barra di ferro che causasse il campo magnetico terreste. Poi si comprese che questa ipotesi era impossibile in quanto la temperatura elevata all’interno del pianeta non consente a nessuna sostanza ferromagnetica di mantenere il suo magnetismo. Si nota che il polo nord e sud geografico non corrispondono perfettamente con quello nord e sud magnetico secondo un angolo di 11,5°. Questo a causa dell’inclinazione dell’asse della Terra.
  • Grazie al peleomagnetismo: MIGRAZIONI dei poli, in realtà lo si considera un fenomeno apparente perché in realtà sono migrate le placche. Inversioni:
  • Nel 2002, per esempio, Gauthier Hulot , dell’"Istituto di Fisica della Terra" di Parigi, confrontando i dati raccolti dal satellite Oersted con i dati raccolti vent’anni fa dal Magsat, ha individuato alcuni punti di flusso invertito in due zone a confine fra il Mantello e il Nucleo. In particolare uno è stato individuato sotto le regioni dell’estrema punta meridionale dell’Africa, ed è stato osservato che in quel punto il campo magnetico punta verso il centro della Terra , anziché verso il polo sud magnetico. Un’altra zona è stata individuata nelle regioni attorno al polo nord, con caratteristiche inverse rispetto al precedente. Secondo lo staff di Hulot queste scoperte potrebbero spiegare il progressivo indebolimento del campo magnetico terrestre negli ultimi 150 anni. Ciò che è sicuro per la comunità scientifica è che nel passato, come dimostrato dagli studi di paleomagnetismo, il campo magnetico ha subito, con una frequenza non regolare periodiche inversioni della sua polarità e questo fenomeno continuerà a verificarsi anche in futuro.
  • DINAMO semplice: consiste di una spira conduttrice immersa in un campo magnetico messa in rotazione da un albero. Per la legge di Faraday Neumann ad una variazione di flusso magnetico nel tempo ne consegue una produzione di corrente elettrica indotta Se ci fermassimo qui la dinamo non funzionerebbe perchè la corrente è altenata: la differenza di potenziale nella singola spira varia con l'angolo di rotazione, quindi cambia segno ogni mezzo giro producendo corrente alternata. IL FLUSSO DEL CAMPO : (legge).Unità di misura= Weber; analisi dimensionale = kg m^2 s^ -2 A^ -1 DIFFERENZA DI POTENZIALE : - Δ ф B/ Δ T ( LEGGE DI LENZ : IL VERSO DELLA CORRENTE INDOTTA SI OPPONE ALLA causa stessa CHE L’HA GENERATA)
  • FISICA Gli studi condotti sul paleomagnetismo , che riguarda l’analisi del magnetismo delle rocce di cui si trova traccia da milioni di anni a questa parte, hanno permesso di chiarire che sulla Terra si sono alternati periodi di polarità normale con periodi di polarità inversa .In natura si differenziano tre tipi di sostanze: diamagnetiche; paleomagnetiche; ferromagnetiche. Le prime non risentono dell’induzione del campo magnetico terrestre (momento magnetico m=0), presentano permeabilità magnetica μ m minore o circa uguale a uno, ne risulta che la suscettività (Xm= μm-1) è minore o uguale a 1 . Le seconde ne risentono in maniera parziale e temporanea (momento magnetico diverso da 0 sotto l’influsso del campo magnetico, poi lontano dal campo magnetico ritornano come prima), hanno permeabilità magnetica meggiore o circa uguale a 1 quindi la loro suscettività sarà maggiore o uguale a 1 . Le sostanze ferromagnetiche rimangono permanentemente isorientate secondo il campo nel momento dell’orientamento, all’interno si creano dei domini chiamati di Weiss. È possibile cambiare l’oriantamento portandole a temperature di 600° C, punto di Curiè.la permeabilità e suscettività è di gran lunga maggiore di 1..
  • 5 C 2009 Interno Della Terra

    1. 1. L’interno della Terra (r = 6367,650Km) Informazioni dirette Informazioni indirette
    2. 2. Informazioni dirette <ul><li>Scavo di pozzi; il più profondo, nell’isola di Kola, arriva a 15 Km </li></ul><ul><li>Xenoliti = frammenti di rocce strappate dalle pareti più profonde di un condotto vulcanico </li></ul>
    3. 3. Kimberliti ( 150 -300 Km) Kalahari
    4. 5. Vie indirette <ul><li>Densità media = 5,52 g/cm 3 </li></ul><ul><li>Sismi </li></ul><ul><li>Meteoriti </li></ul><ul><li>Principio dell’isostasia </li></ul><ul><li>Anomalie di Bouger </li></ul>
    5. 6. Rifrazione dipende dalla densità e dalla temperatura dei materiali attraversati Riflessione Dipende dall’angolo d’incidenza che la direzione dell’onda forma con la superficie di separazione di due mezzi con caratteristiche chimico-fisiche diverse Onde sismiche
    6. 7. La sismologia <ul><li>Quando avviene un terremoto nell’interno della Terra, una parte dell’energia accumulata è liberata sotto forma di onde elastiche che si propagano in tutte le direzioni. </li></ul><ul><li>Vi sono due tipi principali di onde: </li></ul><ul><li>le onde di volume </li></ul><ul><li>e le onde superficiali </li></ul>P o longitudinali o di compressione S o trasversali o di taglio L di Love R di Rayleigh
    7. 8. Le onde di volume viaggiano all’interno della terra e seguono le leggi dell’ottica geometrica. Vi sono due tipi principali di onde di volume: Le onde di volume <ul><li>Onde P, longitudinali: (prime) onde di compressione e rarefazione in cui l’oscillazione delle particelle di matteria avviene parallelamente alla direzione di propagazione dell’onda </li></ul>2. Onde S, di taglio : (seconde ) in cui l’oscillazione delle particelle avviene perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda
    8. 9. Onde P
    9. 10. Onde S
    10. 11. <ul><li>Si propagano per compressioni e rarefazioni alternate dei materiali rocciosi </li></ul><ul><li>sono conosciute anche come primae o onde P perché essendo le più veloci sono registrate per prime dai sismografi, viaggiano ad una velocità compresa tra 5,5 e 11,7 Km/s  nella crosta terrestre Vp = K- 4/3 μ K= coefficiente di incompressibilità μ = rigidità ρ =densità </li></ul><ul><li>ρ </li></ul>Quando raggiungono la superficie generano scosse sussultorie; Sono longitudinali perché si trasmettono nella stessa direzione della variazione di volume provocano variazione di volume, ma non di forma, trasmettendosi nei fluidi sono responsabili dei boati Le onde P
    11. 12. <ul><li>Le onde di taglio , conosciute anche come secundae o onde S viaggiano più lentamente, circa il 60 % della velocità delle onde P (il valore del rapporto Vp/Vs, in solidi &quot;poissoniani&quot; e' generalmente pari alla radice quadrata di 3 = 1.732...); </li></ul><ul><li>V S = μ μ = rigidità (nei fluidi=0) ρ =densità </li></ul><ul><li>ρ </li></ul>non possono trasmettersi nei fluidi. <ul><li>Provocano variazioni di forma, ma non di volume per questo generano scosse ondulatorie. </li></ul><ul><li>Sono onde Trasversali perché le parti rocciose vibrano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda. </li></ul>Le onde S
    12. 13. Onde P Onde S
    13. 14. P = onde P S = onde S  = densità La dipendenza delle velocità dall’inverso della densità non è tale da bilanciare gli effetti della incomprimibilità e rigidità del mezzo , cosicché all’aumentare della profondità si ha un corrispondente aumento della velocità delle onde sismiche.
    14. 15. L’analisi dei cammini delle onde sismiche ha permesso la conoscenza dell’interno della terra. zona d’ombra
    15. 16. meno veloci di P ed S, si generano dalle interazioni tra le onde P ed S con la superficie terrestre, per la loro ampiezza sono anche dette onde lunghe o L Onde di Love , più veloci Onde di Rayleigh I nomi derivano dai due scienziati che ne postularono l’esistenza. Le onde superficiali
    16. 17. Le onde superficiali Onde di Love Onde di Rayleigh Le onde superficiali si propagano lungo superfici di discontinuità come la superficie terrestre o le superfici di discontinuità vicine ad essa Le onde superficiali non penetrano all’interno della terra tuttavia hanno un’ampiezza ed una durata maggiore delle onde di volume. Le onde superficiale sono onde dispersive (la velocità dipende dalla frequenza). <ul><li>Nelle onde di Love : possono essere generate solo in un materiale non compatto : hanno bisogno di uno strato superficiale in cui la velocità delle onde S sia inferiore rispetto allo strato sottostante </li></ul><ul><li>l’oscillazione delle particelle avviene su piani paralleli alla superficie di discontinuità. </li></ul><ul><li>Nelle onde di Rayleigh l’oscillazione delle particelle avviene in un piano verticale contenente la direzione di propagazione e le particelle oscillano con moto rotatorio retrogrado. </li></ul>
    17. 18. Onde di Love Onde di Rayleigh
    18. 19. sismoscopi : <ul><li>modellino in scala ridotta (l'originale è alto circa 2 m.) di un antico strumento cinese costruito nel 132 d.C.. </li></ul>
    19. 20. SISMOGRAFI
    20. 21. SISMOGRAFI E SISMOGRAMMI Massa inerte Rullo solidale con il terreno
    21. 22. Un terremoto viene registrato attraverso un sismografo che consiste essenzialmente in un pendolo ed un apparato di registrazione . Il passaggio dell’onda sismica provoca il movimento del supporto del pendolo. Un pendolo con un corto periodo tende a muoversi insieme al supporto e quindi a non registrare alcun terremoto, un pendolo con un periodo maggiore tende a rimanere fermo mentre il supporto oscilla. Il limite fra i due comportamenti è chiamato periodo naturale del pendolo. Soltanto i movimenti più rapidi del periodo naturale vengono registrati dal sismografo.
    22. 23. E’ possibile ammortizzare efficacemente le sollecitazioni provenienti da una sola direzione  perciò in ogni stazione sismica devono essere presenti 3 sismografi , uno per ogni direzione W-E, N-S, verticale
    23. 24. Stazione sismologica <ul><li>Sotto terra fino al basamento roccioso </li></ul><ul><li>Su un blocco di cemento armato </li></ul>
    24. 25. sismogramma
    25. 26. Il sismografo la notte del 6 aprile 2009 La scossa, a quanto riferiscono i tecnici dell'Ingv, è pari a 5,9 gradi della Richter.
    26. 27. 15 giugno 1995 un sismografo a 2300 km di distanza dall’epicentro di un sisma registra il seguente tracciato
    27. 30. LOCALIZZAZIONE DEI TERREMOTI L’intersezione delle circonferenze di raggio ricavato dalla tabella Tempo-Distanza indica la posizione dell’epicentro
    28. 32. Distanza angolare dall’ipocentro = 103° Distanza angolare dall’ipocentro = 142° Fra i 103° e i 142 ° si ha una zona d’ombra in cui non si registrano né onde P né onde S Ciò è dovuto alla doppia rifrazione delle onde nel passaggio dal mantello al nucleo esterno e dal nucleo esterno al mantello
    29. 33. 1909 terremoto di Zagabria 1913 1936 Le scosse erano molto attenuate nei sismografi a 200Km di distanza Tra i 103° e i 143° c’è la zona d’ombra
    30. 36. Interno della Terra Mantello Nucleo esterno Nucleo interno Crosta <ul><li>Quattro strati principali: </li></ul><ul><li>Crosta </li></ul><ul><li>Mantello </li></ul><ul><li>Nucleo esterno </li></ul><ul><li>Nucleo interno </li></ul>
    31. 38. Le ofioliti e la crosta oceanica <ul><li>Crosta Oceanica </li></ul><ul><ul><li>Sottile: 2-10 km (in media 7 km) </li></ul></ul><ul><ul><li>Stratigrafia relativamente uniforme  serie ofiolitica: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Sedimenti </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Lave a cuscino ( pillow basalts ) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Gabbri con un fitto intreccio di filoni di diabase </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Gabbri massivi </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Peridotiti più o meno metamorfosate in serpentiniti </li></ul></ul></ul>Crosta Continentale Crosta Oceanica Rift centrale Lave a cuscino Dicchi basaltici Peridotite (Mantello) Camera magmatica Sedimenti Gabbri massivi
    32. 39. <ul><li>Crosta Oceanica </li></ul><ul><li>1: sedimenti </li></ul><ul><li>2: roccia vulcanica basaltica </li></ul><ul><li>3: roccia plutonica (gabbro) </li></ul><ul><li>4: Mantello peridotitico </li></ul>
    33. 40. Serie ofiolitica
    34. 41. La geosutura
    35. 43. <ul><li>Crosta Continentale </li></ul><ul><ul><li>Più spessa: 20-70 km; in media ~ 35 km </li></ul></ul><ul><ul><li>Composizione molto variabile (~ granodiorite) </li></ul></ul>Crosta continentale <ul><ul><li>Divisa in: </li></ul></ul><ul><ul><li>- Crosta Superiore granitica (meno densa, più ricca in SiO 2 e relativamente povera in MgO) e </li></ul></ul><ul><ul><li>- Crosta Inferiore impropriamente detta basaltica per le sue proprietà elastiche, più densa (meno ricca in SiO 2 e più ricca in MgO) </li></ul></ul>Discontinuità di Conrad (20 km): Crosta Continentale Crosta Oceanica
    36. 44. Meteoriti Ogni anno entrano nell’atmosfera terrestre  200 tonnellate di meteoriti Di questa quantità cadono sullla superficie terrestre ogni anno per ogni milione di kilometri quadrati:  58 meteoriti > 100 grammi  9 meteoriti > 1 kg  1,3 meteoriti > 10 kg (L’Europa ha una superficie di  10 milioni di kilometri quadrati) (In Antartide ci sono  8 milioni di tonnellate di meteoriti con un peso > 100 grammi)
    37. 45. Ci sono tre grandi classi di meteoriti: <ul><li>Le meteoriti rocciose sono formate da silicati , come olivina e pirosseno , mescolati a solfuro di ferro e leghe metalliche </li></ul><ul><li>si suddividono in due gruppi : </li></ul><ul><li>le condriti </li></ul><ul><li>e le acondriti. </li></ul>lititi o areoliti o rocciose , ferrose o sideriti e rocciose-ferrose o sideroliti o mesosideriti condriti acondriti.
    38. 46. Ordinarie (81%) Classificazione delle Meteoriti Età 4500-4600 Ma; sono composte da silicati anidri (essenzialmente olivine, pirosseni) che si ritrovano riuniti in condruli = globuli subsferici (0,5-1 mm); tra i condurli compaiono minerali metallici (leghe di Fe e Ni o solfuri sempre di questi elementi). Condriti (86%) Carbonacee (5%) Fino al 20% di H 2 O. Sono caratterizzate dalla presenza di minerali silicatici tipo serpentino/clorite ). Con sostanze orga niche (idrocarburi, acidi grassi ed aromatici, etc. Sono considerate le più primitive e meno differenziate tra i prodotti di condensazione che hanno originato i pianeti. Silicatiche ( 95%) Acondriti (9%) Età e composizioni molto variabili; senza condruli. In genere hanno una grana più grossolana rispetto alle condriti. In genere senza Fe-Ni . iniziale. Alcuni tipi oltre che dalla fascia degli asteroidi, sembrano provenire dalla superficie di Marte o da quella Lunare - - Sideroliti (1%) (Silicatico-ferrose) Formate da s ilicati e minerali metallici (essenzialmente Fe + Ni) Da riferire alle porzioni interne dei corpi differenziati della cintura di asteroidi Essenzialmente composte da minerali metallici (Fe + Ni) Da riferire alle porzioni interne dei corpi differenziati della cintura di asteroidi Sideriti (4%) ( Ferrose )
    39. 47. <ul><li>Le condriti per la maggior parte sono rimaste immutate fin dalla loro formazione, avvenuta 4,6 miliardi di anni fa, cioè poco dopo la formazione del Sole. </li></ul>Un frammento della superficie di Marte Quasi tutte le condriti contengono condri - piccole inclusioni gassose di forma sferica che si sono formate al tempo della nebulosa solare Le acondriti sembrano essere state di natura condritica, prima di venire alterate dal calore o da qualche impatto. Le acondriti sono molto più rare delle condriti e comprendono il gruppo di meteoriti provenienti dall'asteroide Vesta (HED) e dal pianeta Marte (SNC).
    40. 48. <ul><li>Le meteoriti ferrose o sideriti sono ritenute essere pezzi di nuclei frantumati di asteroidi e contengono quantità variabili di ferro e nichel con piccole quantità di solfuro di ferro </li></ul><ul><li>Si ritiene che le pallasiti, tra le meteoriti più affascinanti, si siano formate sul confine tra nucleo e mantello degli asteroidi : esse contengono cristalli di olivina (peridoto). </li></ul><ul><li>Le mesosideriti sono frammenti spigolosi di roccia e nichel-ferro che si sono fusi insieme a causa dell'impatto con un altro corpo. </li></ul><ul><li>Le sideroliti o mesosideriti e le pallasiti sono i due gruppi principali delle meteoriti rocciose-ferrose: </li></ul>
    41. 49. - Le condriti sono la migliore stima della composizione totale della Terra - Le meteoriti ferrose forniscono la stima più vicina alla composizione del nucleo terrestre Cristalli di solfuri di Fe e Ni in una meteorite ferrosa Meteorite ferrosa (304 kg)
    42. 50. - prima della missione Pathfinder su Marte, le meteoriti ci avevano dato solo (e ancora la migliore) stima della composizione (ed età) del pianeta Marte - le meteoriti silicatiche-ferrose (sideroliti; foto sotto) possono rappresentare il materiale dell’interfaccia nucleo-mantello Metallo di Fe-Ni Silicato di Mg (olivina) sideroliti o mesosideriti
    43. 51. Ogni anno ~60 milioni di tonnellate di polvere spaziale e meteoriti raggiungono la superficie della Terra. Le meteoriti possono uccidere Una condrite di ~12 kg ha messo fine all’esistenza di questa Chevrolet Malibu a Peekskill, NY, nel 1992.
    44. 52. Velocità delle onde sismiche
    45. 53. Al centro : variazione delle velocità delle onde P ed S con la profondità. a sinistra : s uddivisioni composizionali della Terra; a destra : suddivisioni reologiche Crosta Mantello Nucleo Esterno Velocità (km/sec) 0 5 10 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Profondità (km) Onde S Onde P Nucleo Interno Asteno- Solido Liquido Meso- sfera Onde S <ul><li>La Litosfera comprende: </li></ul><ul><li>la Crosta </li></ul><ul><li>e la porzione di mantello più superficiale. </li></ul><ul><li>Al contatto Crosta-Mantello litosferico si verifica un aumendo di velocità delle onde sismiche </li></ul><ul><li>Al contatto Litosfera-Astenosfera si verifica una diminuzione di velocità delle onde sismiche (astenosfera parzialmente fusa) </li></ul>Litosfera sfera La reologia (dal greco scorrere) è la disciplina che studia le proprietà di scorrimento dei materiali. Nella figura
    46. 54. Litosfera = crosta + LID o mantello litosferico <ul><li>Spessore: </li></ul><ul><li>70 Km nelle aree oceaniche </li></ul><ul><li>Profondità media100 Km </li></ul>I dettagli del mantello
    47. 55. L’astenosfera <ul><li>LVL fino a 200-250 Km </li></ul><ul><li>Parzialmente fusa: dall’1% al 10% </li></ul>Sotto al mantello litosferico c’è
    48. 56. Interno della Terra Mantello: <ul><li>Mantello litosferico (solido) spessore variabile (in genere fino a ~80 km) </li></ul><ul><ul><li>Mantello Astenosferico (parzialmente fuso) ~ 80-220 km </li></ul></ul><ul><ul><li>Mesosfera di nuovo solida (peridotite a granato) </li></ul></ul><ul><ul><li>Zona di Transizione dove si notano due discontinuità minori: </li></ul></ul><ul><li>- 410 km  da olivina a spinello </li></ul><ul><li>-660 km  aumento del rapporto Fe/Mg e passaggio da spinello a ossidi </li></ul>Composizione stratificata sia in termini di composizione chimica che mineralogica. <ul><li>Mantello Superiore dal contatto con la crosta fino a 410 km. </li></ul><ul><li>Mantello Inferiore (Mesosfera) fino a 2900 km </li></ul>6370 5145 2900 660 410 80 220 Crosta Mantello Nucleo Mantello Superiore Zona di transizione Nucleo Interno (solido) Profondità (km) Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Discontinuità di Mohorovicic Discontinuità di Gutenberg
    49. 57. Zona di transizione Litosfera astenosfera Zona di stabilità dell’olivina Zona di stabilità dello spinello Zona di stabilità della perovskite e di altri ossidi Intorno a 410 e a 660 km di profondità due significativi aumenti di velocità delle onde P ed S testimoniano l’esistenza di due discontinuità minori mesosfera
    50. 58. mesosfera Nuovo brusco aumento della velocità delle onde sismiche Si formano ossidi di Fe, Si e Mg organizzati in reticoli cristallini molto densi e compatti
    51. 59. Nel mantello la velocità delle onde P aumenta progressivamente Da 8Km/sec a 13Km/sec; la densità raggiunge valori di 5,6g/cm 3 La temperatura aumenta fino a 3000°C La pressione raggiunge valori di 1,3 -1,4 milioni di atm
    52. 60. Confine nucleo mantello
    53. 61. Discontinuità di Gutemberg a circa 2900 Km di profonità
    54. 62. Confine tra nucleo e mantello Lo strato D ha uno spessore variabile
    55. 63. Nucleo: Lega metallica di Fe-Ni. (non ci sono silicati) <ul><li>Nucleo Esterno è liquido </li></ul><ul><ul><li>senza onde di tipo S </li></ul></ul>Nucleo Interno è solido (a causa delle fortissime pressioni) 6370 5145 2898 660 410 60 220 Crosta Mantello Superiore Zona di transizione Nucleo Interno (solido) Profondità (km) Mantello Inferiore Nucleo Esterno (liquido) Mantello Nucleo nucleo
    56. 64. Tra mantello e nucleo avvengono scambi Sedimenti arricchiti di ferro
    57. 65. Il nucleo <ul><li>Il nucleo ha un diametro di 3470 Km.( poco più grande della luna). </li></ul><ul><li>Nel centro della terra la temperatura potrebbe superare i 6000 °C (4300°C ?) mentre nella porzione più esterna si abbassa a 3000 °C </li></ul><ul><li>. La pressione raggiunge valori di oltre 3.600.000 atmosfere. </li></ul>Gli ultimi studi a riguardo ritengono che il nucleo sia composto prevalentemente da ferro , con la presenza di un 6% di nichel e di qualche materiale meno denso come il silicio e lo zolfo (?) o Fe con 15-20% Si? O?,S?
    58. 66. Nucleo interno e nucleo esterno <ul><li>La discontinuità di Gutemberg separa il mantello dal nucleo esterno e si trova ad una profondità di 2900 km. </li></ul><ul><li>La discontinuità di Lehman separa il nucleo esterno fuso dal nucleo interno solido , è localizzata ad una profondità di 5170 Km ed è circondata da una zona di transizione di 500 Km </li></ul>
    59. 67. Tomografia sismica <ul><li>Mediante un calcolatore vengono elaborate matematicamente le informazioni ottenute da molti tracciati sismografici ottenendo immagini tridimensionali dell’interno della Terra </li></ul>
    60. 68. Tomografia sismica Un aumento di Vp dipende da un aumento di rigidità che corrisponde ad un abbassamento della temperatura
    61. 71. le parti in blu mostrano le zone dove il materiale più freddo, più rigido (e più veloce sismicamente parlando) penetra nel mantello. Vicino alla superficie la maggior parte del materiale più freddo rappresenta le radici di antichi continenti, i cosiddetti cratoni.
    62. 72. In quest'immagine da sud-ovest le zone in rosso sono i &quot;plumes&quot; di materiale più caldo e meno rigido, che risalgono principalmente dai centri di apertura medio-oceanici .
    63. 73. Il campo gravitazionale terrestre <ul><li>Massa della Terra = 5, 976 x 10 24 Kg </li></ul><ul><li>Raggio = 6 367 650 m </li></ul><ul><li>Volume = 1,083 x 10 12 Km 3 </li></ul><ul><li>Densità = 5,517 g/cm 3 </li></ul>
    64. 74. <ul><li>la distanza fra Kaliana e Kalianpur (due località alla base dell'Himalaya) fu misurata con la triangolazione geodetica e con la triangolazione con le stelle e il filo a piombo, </li></ul><ul><li>fra le due misurazioni c'era uno scarto di 150m ( (su 600 km) </li></ul><ul><li>il mistero fu risolto da Pratt prendendo in considerazione la massa dell'Himalaya che curvava il campo gravitazionale, </li></ul>ma l'errore, secondo studi dei fisici, non doveva essere di 150m, bensì di 450 m. G.B. Airy (1801-1892) capì che quanto più un corpo montuoso emerge tanto più ci deve essere un difetto di massa nelle radici
    65. 75. Isostasia Equilibrio geostatico che regola il galleggiamento della litosfera sul sottostante mantello.
    66. 76. Superficie di compensazione isostatica p = in ogni punto
    67. 78. La penisola scandinava si sta sollevando <ul><li>copertura dei ghiacci nell'era glaciale Wurmiana (10 000 anni fa). </li></ul><ul><li>Le frecce indicano le direzioni di sviluppo della calotta polare. </li></ul>
    68. 79. <ul><li>velocità di innalzamento della penisola Scandinava; </li></ul>Si ritiene che la Scandinavia si sia sollevata di circa 200m con una velocità media di 2cm/anno e che per tornare al suo equilibrio isostatico originario dovrà innalzarsi per altri 200 metri con una velocità media di circa 1cm/anno
    69. 80. Il principio su cui si basa il funzionamento di un gravimetro è lo stesso di un dinamometro La forza peso misurata a parità di massa dipende da g I gravimetri più sofisticati misurano variazioni di g dell’ordine del centomillesimo di grammo per questo si usa come u.di m. il milligall = 10 μ /sec 2
    70. 81. Anomalie di Bouguer g > g 0 a nomalia positiva g < g 0 Anomalia negativa
    71. 82. 5.5 Calore interno e radioattività
    72. 83. La variazione di Temperatura che si registra scendendo all’interno della Terra viene definita GRADIENTE GEOTERMICO ( Δ °C/100m) Il gradiente geotermico medio della crosta terrestre vale circa 3,0°C/100m (ma varia da località a località da 0,6 a 14,0 °C/100m) Il gradiente geotermico per gli starti più interni della Terra è molto più basso ( ~ 0,7-0,8 °C/km)
    73. 85. La quantità di energia termica che sfugge dalla Terra espressa per unità di area e di tempo viene definita <ul><li>FLUSSO DI CALORE </li></ul><ul><li>Questa viene espressa in HFU ( Heat Flow Unit ) </li></ul><ul><li>1HFU = 1 µ cal/ cm 2 sec , </li></ul><ul><li>Flusso di calore = gradiente geotermico x </li></ul><ul><li>conducibilità termica locale. </li></ul><ul><li>La media del flusso di calore sui continenti è 1,5 HFU pari a 0,06 watt per metro quadro, quindi moltiplicato per tutta la superficie si arriva a valori di 30.000 miliardi di watt; </li></ul><ul><li>In alcune regioni (es. Italia) il flusso di calore è superiore alla media. Perchè? </li></ul>
    74. 86. <ul><li>1. Calore dall’accrezione primordiale e dalla differenziazione della Terra </li></ul><ul><ul><li>raggiunge ancora lentamente la superficie </li></ul></ul><ul><li>2. Calore rilasciato dal decadimento radioattivo dei nuclidi instabili </li></ul>Sorgenti di calore nella Terra
    75. 87. Trasferimento di Calore 1. Conduzione (energia termica trasmessa dal moto vibratorio degli atomi da una zona calda a una fredda): Questa è funzione della conducibilità termica della sostanza (ossia dell’abilità a condurre calore) 2. Radiazione (energia termica trasmessa da una sostanza portata all’incandescenza) 3. Convezione (spostamento di materia; es. acqua che bolle in una pentola; fumo di una sigaretta o di un camino. Avviene perchè se riscaldiamo un fluido (liquido o gas) questo si espande divenendo meno denso, quindi più leggero, del materiale circostante. Tale fluido quindi tende a salire, mentre il materiale più freddo e più pesante scende aprenderne il posto. Si instaura così un ciclo convettivo, detto CELLA CONVETTIVA )
    76. 88. Trasporto di calore <ul><li>Il nucleo della Terra si trova a una temperatura compresa tra 4300° e 6000°C. Il calore, dal nucleo, si sposta verso la superficie terrestre attraverso due processi: </li></ul><ul><li>conduzione e convezione . </li></ul>le quantità in gioco sono basse, poiché le rocce sono cattive conduttrici: per Attraversare 400km di rocce ci vogliono 5 miliardi di anni! Alle condizioni di temperatura e pressione esistenti all’interno della Terra, sotto l’azione di forze che agiscono per tempi molto lunghi, il mantello si comporta come un fluido.
    77. 89. Origine del calore terrestre: <ul><li>Calore fossile ( circa 1000 °C alla formazione, poi ulteriore aumento ) </li></ul><ul><li>Rilascio di energia gravitazionale </li></ul><ul><li>Passaggi di stato </li></ul><ul><li>decadimento di isotopi radioattivi (quelli più importanti sono: </li></ul><ul><li>il torio 232 , ( tempo di dimezzamento = 13,9 miliardi di anni) </li></ul><ul><li>l' uranio 238 , ( 4,51 miliardi di anni) e 235 ( 0,713 miliardi) </li></ul><ul><li>e il potassio 40 ; ( 1,3 miliardi di anni) </li></ul><ul><li>un grammo di uranio 235 produce 4,34 calorie all'anno). </li></ul><ul><li>Dal momento che con il decadimento la quantità di questi isotopi diminuisce si deduce che al momento della formazione della crosta terrestre il flusso di calore doveva essere notevolmente maggiore. </li></ul>
    78. 91. Il magnetismo <ul><li>è parte della nostra vita quotidiana e dell'ambiente naturale </li></ul><ul><li>è verificabile con semplici esperimenti, es. bussola o calamita </li></ul><ul><li>generiamo campi magnetici accendendo la luce o la tv </li></ul><ul><li>le proprietà magnetiche di alcuni materiali sono utilizzate in vari campi della tecnologia e della ricerca </li></ul><ul><li>alcune applicazioni riguardano geologia e archeologia: paleomagnetismo e archeomagnetismo </li></ul>
    79. 92. <ul><li>Il primo trattato sul magnetismo fu il celebre lavoro, pubblicato nel 1600 con il titolo &quot; De magnete, magneticisque corpibus, et de magno magnete tellure &quot;, del medico di corte della regina Elisabetta I William Gilbert (1544 - 1603) </li></ul><ul><li>prima di lui prevalevano idee fantastiche che sconfinavano spesso nella magia. </li></ul>
    80. 93. Le linee del campo sono, per convenzione, uscenti dal polo nord ed entranti al polo sud
    81. 94. la Terra si comporta come un dipolo magnetico , con un polo Nord e un polo Sud magnetici che non coincidono con quelli geografici <ul><li>Il campo magnetico terrestre è paragonabile a quello generato </li></ul><ul><li>da una barra magnetica </li></ul><ul><li>posta all’interno della Terra </li></ul><ul><li>con una inclinazione di 11°30’ </li></ul><ul><li>Non passante per il centro della Terra </li></ul>Quindi i poli magnetici non sono diametralmente opposti!
    82. 95. <ul><li>si disporrà parallelamente alle linee di flusso magnetico </li></ul>nel campo magnetico terrestre dipolare , un ago magnetico libero di ruotare in un qualsiasi punto della superficie terrestre, il c.m.t. è rappresentato da un vettore con determinate direzione, verso e intensità
    83. 96. Confronta queste due figure cosa deduci????
    84. 97. <ul><li>Declinazione </li></ul><ul><li>Inclinazione </li></ul><ul><li>Intensità </li></ul>Parametri del campo magnetico terrestre
    85. 98. Declinazione magnetica <ul><li>l'angolo orizzontale compreso tra la direzione del Polo Nord geografico e la direzione del Polo Nord magnetico. </li></ul>
    86. 99. Inclinazione magnetica: l'angolo che un ago magnetico libero di ruotare nel piano verticale forma con la superficie terrestre. tan φ =1/2 tan i nota l’inclinazione è possibile calcolare la distanza angolare dal polo magnetico
    87. 101. <ul><li>Il tesla (simbolo T ) è l’unità di misura del sistema internazionale utilizzata per esprimere la densità del flusso magnetico o l’induzione magnetica. </li></ul><ul><li>1 T = 1 N · A -1 m -1 </li></ul><ul><li>L’induzione magnetica ha il valore di 1T quando un filo conduttore lungo 1 m, percorso dalla corrente 1 A, collocato nello spazio in perpendicolarmente alle linee di campo subisce la forza di 1 Newton. </li></ul><ul><li>Una volta veniva utilizzata un'unità di misura più piccola, il gauss pari a 10 -4 T. </li></ul>
    88. 102. Origine del c.m.t. <ul><li>il c.m.t. deriva quasi esclusivamente (oltre 90%) da cause interne </li></ul><ul><li>il restante valore ( campo residuo ) risulta da: </li></ul><ul><li>anomalie magnetiche </li></ul><ul><li>scambi elettrici tra atmosfera e superficie terrestre </li></ul><ul><li>sciami di particelle cariche provenienti dallo spazio - soprattutto il cosiddetto vento solare </li></ul>
    89. 103. Il campo magnetico terrestre <ul><li>Quando si effettua la misura del campo magnetico terrestre in un determinato punto della superficie del nostro pianeta questa fornisce un valore che è il risultato della sovrapposizione di contributi aventi origine diversa. </li></ul><ul><li>1) Campo principale , generato nel nucleo fluido tramite il meccanismo di geodinamo 99% </li></ul><ul><li>2) Campo crostale , generato dalle rocce magnetizzate della crosta terrestre; </li></ul><ul><li>3) Campo esterno , generato da correnti elettriche che fluiscono nella ionosfera e nella magnetosfera come conseguenza dell'interazione tra il vento solare e il campo geomagnetico </li></ul><ul><li>4) Campo d'induzione elettromagnetica , generato da correnti indotte nella crosta e nel mantello dal campo esterno variabile nel tempo. </li></ul>
    90. 104. <ul><li>si estende fino circa 60.000-80 000 km nello spazio rivolto verso il Sole </li></ul><ul><li>è molto asimmetrico (a causa dell’interazione con campo magnetico solare e vento solare) </li></ul><ul><li>intrappola le particelle cariche del vento solare </li></ul>fasce di Van Allen : regioni dello spazio intorno alla Terra con densità di particelle cariche  100.000 volte superiore alla densità normalmente presente attorno alla terra le particelle cariche si muovono di moto elicoidale, Attorno ad un centro che oscilla avanti ed indietro fra due punti di riflessione. Il campo magnetico terrestre :
    91. 105. Le fasce di Van Allen
    92. 106. Fasce di Van Allen Polo nord geografico Polo sud geografico Polo nord magnetico Polo sud magnetico
    93. 108. VARIAZIONI DEL CAMPO MAGNETICO <ul><li>MIGRAZIONI </li></ul><ul><li>INVERSIONI </li></ul>apparenti reali
    94. 109. I poli magnetici posizione attuale dei poli geomagnetici: N: 78.5º N e 69º W (isola di Bathurst, Canada) S: 78.5º N e 111º E (in Antartide)
    95. 112. Le variazioni del c.m.t <ul><li>il cmt non è costante, ma varia nel tempo, in modo differenziato; </li></ul><ul><li>si distinguono, in base alla durata, tre tipi di variazioni : </li></ul><ul><li>1. di breve periodo: da poche ore a qualche anno </li></ul><ul><li>2. di lungo periodo: secolari </li></ul><ul><li>3. di lunghissimo periodo: centinaia di migliaia/milioni di anni. </li></ul>
    96. 113. Le variazioni di breve periodo <ul><li>influiscono sulla direzione e sull'intensità del c.m.t. </li></ul><ul><li>e possono avere una durata compresa tra le ore e gli anni </li></ul><ul><li>possono essere: </li></ul><ul><li>1. regolari , es. le variazioni diurne correlate alle interazioni gravitazionali del sole e della luna con la ionosfera. </li></ul><ul><li>2. irregolari, come nel caso delle tempeste magnetiche, dovute a fasi di intenso &quot;vento solare&quot; (flusso di plasma) che può modificare e deformare la magnetosfera terrestre </li></ul>
    97. 114. Le variazioni di lungo periodo <ul><li>hanno durata secolare ( variazione secolare geomagnetica ) e derivano dallo spostamento della posizione dei poli magnetici </li></ul><ul><li>L'ampiezza di queste variazioni per un dato luogo di osservazione, oscilla tra pochi nT e qualche decina di nT all'anno per le componenti intensive e da qualche primo a qualche decina di primi l'anno per l' inclinazione e la declinazione. Anche se la variazione secolare sembra mostrare andamenti diversi nei vari osservatori del mondo è una caratteristica del campo principale per questa ragione è rappresentativa di un fenomeno planetario.  </li></ul>
    98. 115. Agli inizi degli anni '60 è stata definitivamente provata l'esistenza delle inversioni del campo magnetico terrestre Epoche magnetiche durano 500 000 600 000 anni Comprendono più eventi magnetici L'ultima inversione di polarità è avvenuta 780 mila anni fa
    99. 116. Gauthier Hulot:il campo magnetico si sta indebolendo e il fenomeno si manifesta in particolari zone del nostro pianeta AFRICA POLO NORD  La scoperta grazie al confronto dei satelliti Magsar e Oersted
    100. 118. la terra funzione come una dinamo autoeccitata: trasforma energia meccanica in energia elettrica  campo magnetico Probabile origine del campo magnetico terrestre: Oggi pensiamo che la sorgente principale del campo magnetico terrestre sia da ricercarsi nelle caratteristiche fisiche del nucleo esterno <ul><li>Lega Ferro-Nickel : </li></ul><ul><li>troppo caldo per essere intrinsecamente magnetico </li></ul><ul><li>è un ‘perfetto’ conduttore </li></ul><ul><li>è fuso </li></ul>
    101. 119. <ul><li>Alla base di questa dinamo autoeccitante ci sarebbero: </li></ul><ul><li>La buona conducibilità del nucleo esterno, </li></ul><ul><li>Il lento moto del nucleo esterno </li></ul><ul><li>moto generato da moti convettivi, rotazione terrestre, forze mareali della luna e del sole </li></ul>3. Un iniziale campo magnetico di origine esterna, campo solare, che avrebbe interagito col ferro fluido in movimento, producendo correnti elettriche che a loro volta avrebbero prodotto un ulteriore campo magnetico, iniziando così un processo a catena autosostenuto. La teoria della “dinamo autoalimentata” fu proposta da Bullard nel 1948.
    102. 120. DINAMO AD AUTOECCITAZIONE Una dinamo è una macchina elettrica rotante e serve per trasformare il lavoro meccanico in energia elettrica, sotto forma di corrente continua Secondo la legge di Faraday-Neumann la variazione del flusso del campo magnetico nel tempo ( Ф B = B x S ) genera una corrente elettrica indotta. S
    103. 121. Il disco di rame ruota attorno ad un asta verticale Tutti i materiali sono buoni conduttori L’asta e il bordo esterno del disco sono collegati attraverso delle spazzole in modo da costituire un circuito che comprende una bobina Se il sistema è immerso in un campo magnetico iniziale  si produce una d.d.p. tra l’asse e la periferia del disco che genera una corrente elettrica La corrente genera un campo magnetico …..che genera una corrente che genera un campo magnetico ecc……….
    104. 122. Convalide sperimentali <ul><li>fluidodinamica: un liquido in rotazione tra due termostati a diversa temperatura sviluppa moti vorticosi . </li></ul><ul><li>nel nucleo terrestre: </li></ul><ul><li>la simmetria assiale induce moti vorticosi a colonna con asse parallelo all’asse di rotazione (conferma in laboratorio). </li></ul>
    105. 123. <ul><li>Sostanze diamagnetiche : non risentono dell’induzione magnetica m = 0 (momento magnetico annullato dal momento angolare) (rame, argento, gas nobili) </li></ul><ul><li>Sostanze paramagnetiche : risentono parzialmente, temporaneamente m = 0 durante l’influsso del campo magnetico B, poi ritorna alla situazione di partenza (platino, alluminio) </li></ul><ul><li>Sostanze ferromagnetiche : risentono in modo permanente dell’induzione magnetica, gli elettroni formano DOMINI isorientati. Per rompere l’orientamento = Punto di Curié (600°C) </li></ul>
    106. 124. I principali minerali magnetici contenuti nelle rocce terrestri sono: <ul><li>La Magnetite </li></ul><ul><li>L'Ematite </li></ul><ul><li>La Maghemite </li></ul><ul><li>La Goethite </li></ul><ul><li>La Pirrotina </li></ul><ul><li>La Greigite </li></ul>
    107. 125. <ul><li>Molte rocce, soprattutto ignee, contengono minerali di ferro (magnetite, ematite ecc..) che hanno proprietà magnetiche. Esse infatti si orientano parallelamente alla direzione del campo magnetico terrestre al momento della loro cristalizzazione e, se le rocce che li contengono vengono smantellate e poi sedimentate, i minerali di ferro possono riorientarsi anche secondo direzioni diverse da quelle originarie. </li></ul><ul><li>La particolarità di questi minerali è che conservano comunque &quot;una memoria&quot; del magnetismo terrestre del passato (paleomagnetismo). </li></ul>
    108. 126. Il campo magnetico residuo <ul><li>Il campo magnetico residuo delle rocce magmatiche (ma anche alcune rocce sedimentarie contenenti minerali ferriferi possono mostrare tali fenomeni) va a sommarsi a quello attuale del campo magnetico terrestre, </li></ul>
    109. 127. Esperimento di acquisizione di una magnetizzazione termorimanente (TRM). Un frammento di roccia con magnetizzazione  M parallela al campo magnetico esterno F , viene scaldato a 700 C in assenza di campo esterno e quindi fatto raffreddare sotto  l'azione di un nuovo campo F orientato diversamente dal primo. Alcuni anni dopo, a temperatura ambiente, la magnetizzazione  acquisita dal campione permane anche sotto l'azione di un nuovo campo magnetico esterno.
    110. 128. Magnetizzazione detritica rimanente
    111. 129. <ul><li>Risultati paleomagnetici ottenuti su sedimenti messiniani (di età pari a circa 6 milioni di anni) negli appennini settentrionali. Ogni freccia indica la rotazione attorno ad assi verticali subita dalle località studiate da 6 milioni di anni fa fino ad oggi. </li></ul><ul><li>Si osserva come ogni settore dell'arco appenninico abbia subito rotazioni orarie ed antiorarie di varia entità. Questo implica che 6 milioni di anni fa la catena appeninica aveva una forma completamente diversa e quest'arco ancora non esisteva. </li></ul><ul><li>Viola0 liguridi </li></ul><ul><li>Verdi unità umbro-marchigiana </li></ul>
    112. 131. Magnetizzazione detritica rimanente
    113. 132. Stratigrafia magnetica
    114. 133. Negli anni ‘60 Vine e Mattews proposero la teoria dell’espansione dei fondali oceanici
    115. 139. <ul><li>i geofisici soprattutto negli anni cinquanta e sessanta cominciarono a raccogliere rocce di tutte le età e di varie parti del globo rilevando tre interessanti e sorprendenti fenomeni: </li></ul><ul><li>·        La migrazione dei poli, </li></ul><ul><li>·        Le inversioni di polarità, </li></ul><ul><li>·        Le anomalie magnetiche dei fondi oceanici.   </li></ul>
    116. 145. <ul><li>1. Mid-ocean Ridges </li></ul><ul><li>(Creste medio-oceaniche) </li></ul>Tettonica delle placche - Genesi Ignea 5. Back-arc Basins (Bacini di retroarco) ? ? ? 600 km 400 200 km 1 5 3 4 6 7 2 <ul><li>2. Intracontinental Rifts </li></ul><ul><li>(Fessure intracontinentali) </li></ul><ul><li>3. Island Arcs </li></ul><ul><li>(isole di arco) </li></ul><ul><li>4. Active Continental Margins (Margini continentali attivi) </li></ul>6. Ocean Island Basalts (Basalti di isole oceaniche) 7. Miscellaneous Intra-Continental Activity (Attività ignea continentale varia; es.kimberliti, carbonatiti, anortositi, etc.) Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter ? ? C. Continentale C. Oceanica Mantello Litosferico Mantello sub-litosferico Sorgente dei fusi
    117. 146. Crosta creata dove le placche divergono (Creste oceaniche) Tettonica delle Placche – Riciclaggio Globale ? ? ? 600 km 400 200 km Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter ?
    118. 147. Distruzione di Crosta, formazione di catene montuose, scontro di placche (es. Ande, Himalaya, Giappone) Tettonica delle Placche – Riciclaggio Globale ? ? ? 600 km 400 200 km Da: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter ?
    119. 148. Per accomodare gli sforzi su una superficie sferica, le zone trasformi sono regioni nelle quali le placche scivolano una rispetto all’altra (es. faglia di San Andrea, California) Tettonica delle Placche – Riciclaggio Globale
    120. 149. Tettonica delle Placche – Età degli Oceani Voi siete qui Milioni di anni dal presente 180 150 120 80 40 0

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