Scienze geologiche

CRISTIANO COLLETTINI
MARCO MARIA SCUDERI

Obiettivi formativi: conoscenza di base dei campi fisici del pianeta Terra e loro applicazioni allo studio dei processi geologici.

Risultati dell’apprendimento: Lo studente deve conoscere le proprietà fisiche della Terra e correlarle al concetto di anomalia (gravimetrica, magnetica, di velocità di propagazione delle onde sismiche). Deve conoscere quali interpretazioni geologiche sono deducibili sulla base delle anomalie geofisiche.

Comprensione dei principali metodi geofisici e caratterizzazione delle proprietà fisiche della Terra che con questi metodi si possono investigare. Saper sviluppare dei semplici scripts in Python per meglio caratterizzare e comprendere le proprietà geofisiche.

Descrizione e caratterizzazione delle principali proprietà fisiche della Terra.

1) Introduzione: Geologia vs. Fisica vs. Geofisica;
2) Cenni di tettonica a placche ed interno della Terra;
3) Onde sismiche;
4) Terremoti;
5) Gravità ed isostasia;
6) Magnetismo;
7) Flusso di calore;
8) Esercitazioni con Python.

Robert J. Lillie. Whole_Earth_Geophysics: An Introductory Textbook for Geologists and Geophysicists
William Lowrie, Andreas Fichtner Fundamentals of Geophysics, Third Edition.
Appunti delle lezioni scaricabili da Moodle.

Robert J. Lillie. Whole_Earth_Geophysics: An Introductory Textbook for Geologists and Geophysicists
William Lowrie, Andreas Fichtner Fundamentals of Geophysics, Third Edition.
Appunti delle lezioni scaricabili da Moodle.

Modalità d’esame: al termine dell’insegnamento, prova scritta della durata di 90 minuti consistente nello svolgimento di esercizi e dimostrazioni sugli argomenti trattati durante il corso. Durante la prova scritta gli studenti non hanno facoltà di consultare testi, appunti e fotocopie. L’esame scritto è integrato con una prova orale durante la quale si analizzerà l’esame scritto e si andranno a discutere alcune tematiche geofisiche trattate durante il corso mediante Python. Per il conseguimento del punteggio massimo, lo studente deve dimostrare una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati nel corso ed essere in grado di collegare tra loro tali argomenti in modo coerente e logico.

In aula frequentando le lezioni

Modalità d’esame: al termine dell’insegnamento, prova scritta della durata di 90 minuti consistente nello svolgimento di esercizi e dimostrazioni sugli argomenti trattati durante il corso. Durante la prova scritta gli studenti non hanno facoltà di consultare testi, appunti e fotocopie. L’esame scritto è integrato con una prova orale durante la quale si analizzerà l’esame scritto e si andranno a discutere alcune tematiche geofisiche trattate durante il corso mediante Python. Per il conseguimento del punteggio massimo, lo studente deve dimostrare una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati nel corso ed essere in grado di collegare tra loro tali argomenti in modo coerente e logico.

1) Rappresentare su di uno stereo-plot schematico i piani 5030 e 24035 e stimare la giacitura della loro linea di intersezione.

2) La figura sottostante mostra un profilo reologico elastico frizionale per una faglia diretta con coefficiente di attrito 0.5 e pressione di fluidi equivalente a = 0.4. Mostrare l’andamento dello stesso profilo per: a) attrito 0.8; b) coefficiente di attrito sempre di 0.5 ma con pressione dei fluidi equivalente a = 0.8. Si definisca anche .

3) Quali sono i 3 fattori principali che influenzano l’intensità di un terremoto ad un data posizione?

4) Nel grafico sottostante con V2 > V1, rappresentare in maniera schematica il ray-path, o percorso del raggio sismico, di un’onda diretta, riflessa e criticamente rifratta. A seguito di questa ricostruzione, riportare in un grafico sottostante la relazione spazio-tempo, ovvero la travel-time, per l’onda diretta, riflesa e criticamente rifratta dal secondo strato. Nel grafico indicare Xcritico ed Xcross.

5) Partendo dalla legge di gravitazione universale, derivare l’accelerazione di gravità, e calcolare il valore di g noto il valore della costante di gravitazione universale G = 6.67259*10 -11 (N m2 / kg2), la massa della terra MT = 5.972 *1024 kg ed il raggio terrestre RT = 6371 km. Dimostrare inoltre che il risultato è un’accelerazione.

6) LATO SX. I metodi geofisici diretti assumono un modello di sottosuolo e riproducono le osservazioni geofisiche derivanti da questo modello. Descrivere quali anomalie vanno a riprodurre i modelli della prima e seconda riga e quali sono i modelli più attendibili.
LATO DX. a) Quale corpo sferico che produce l’anomalia è più profondo (rosso o blu)?

7) Dato il vettore campo magnetico F riportato nella figura sottostante, rappresentare e definire la declinazione e l’inclinazione magnetica.

8) Scrivere l’equazione del flusso di calore e definirne i vari termini. Quanto è il valore del flusso di calore medio sulla superficie terrestre? Quali sono i fattori che influenzano il flusso di calore sulla superficie terrestre?

1) Lo script sotto riportato permette di stimare l’andamento dell’anomalia gravimetrica come nella figura. Cosa si deve cambiare nello script se (scrivere a fianco):
a) si vuole stimare l’andamento dell’anomalia su di una distanza di +- 10 km?
b) si vuole stima l’anomalia prodotta dal corpo sia a 1 che a 3 km di profondità.
c) si vuole stimare l’intrusione di un duomo salino (densità 2400 kg/m3) all’interno della crosta che ha densità rhoc = 2700 kg/m3 .

b) Lo script sotto riportato permette di rappresentare l’andamento delle T con la profondità per tre valori di flusso di calore.
Modificare lo script per stimare le geoterme con flusso di calore costante e pari a 10.5 mW/m2 ma con calore prodotto per decadimento radioattivo A pari a 1.25, 2.25 e 3.25 microW/m2 (Fermarsi alla prima riga dopo il ciclo for).