1003152 - FISICA TERRESTRE CON LABORATORIO

L'obiettivo principale è quello di fornire agli studenti le nozioni base di fisica terrestre e gli strumenti necessari per trattare ed utilizzare i dati geofisici. 

 Conoscenza e capacità di comprensione: 

 - basi teoriche delle tecniche di indagine di sottosuolo, quali sismica a rifrazione, sismica a riflessione, prospezioni gravimetriche e magnetiche; 

 - basi teoriche riguardanti i campi gravitazionale e magnetico terrestri; 

 - basi teoriche su terremoti, sorgenti sismiche e struttura dell'interno della Terra. 

 Capacità di applicare conoscenza: 

 - capacità di applicare le conoscenze acquisite per l’interpretazione dei dati geofisici al fine di caratterizzare il sottosuolo; 

 - capacità di comprendere le proprietà fisiche del sistema Terra e le leggi fisiche che lo regolano; 

 - capacità di comprendere i fenomeni sismici e la loro pericolosità; 

 - capacità di analizzare e interpretare dati geofisici reali o simulati. 

 Autonomia di giudizio 

 - capacità di argomentare personali interpretazioni riguardanti indagini e dati geofisici, sviluppata mediante attività di laboratorio. 

 Capacità di apprendere

- acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacità di accedere alla letteratura specializzata nel campo della fisica terrestre, sviluppata mediante attività di laboratorio.

L’insegnamento si svolge mediante lezioni frontali, esercitazioni di laboratorio e seminari. Le lezioni frontali sono finalizzate all’acquisizione delle conoscenze teoriche e metodologiche della fisica terrestre, mentre le esercitazioni consentono di applicare tali conoscenze all’analisi e interpretazione di dati geofisici reali o simulati mediante semplici elaborazioni, grafici, profili e mappe. 

Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Per una proficua comprensione degli argomenti trattati nell’insegnamento è importante possedere conoscenze di base di matematica, fisica generale e geologia, con particolare riferimento alle grandezze fisiche fondamentali, ai concetti elementari di meccanica, onde, campi gravitazionali e magnetici. Tali conoscenze sono da intendersi come prerequisiti culturali utili, e non come propedeuticità formali.

1. Introduzione: definizione di geofisica, analisi spettrale, convoluzione, cross-correlazione, filtraggio digitale.
2. Il pianeta Terra: la scoperta dei pianeti, le leggi di Keplero del moto planetario, parametri orbitali, caratteristiche dei pianeti, legge di Titius-Bode, momento angolare, origine del Sistema solare.
3. Campo gravitazionale e metodi gravimetrici: basi fisiche, variazione di g con la latitudine, forma della Terra, geoide, strumenti di misura, correzioni di gravità, interpretazioni delle anomalie di gravità, applicazioni.
4. Campo magnetico terrestre e metodi magnetici: concetti base, proprietà dei materiali magnetici, il campo magnetico terrestre, strumenti di misura, survey, anomalie magnetiche, applicazioni.
5. Sismologia applicata - basi: stress e strain, onde sismiche, propagazione, sorgenti sismiche, registrazione di segnali sismici.
6. Sismica a rifrazione: rifrazione critica e head waves, semispazio, strato orizzontale, due strati orizzontali, multi-strati orizzontali, strato inclinato, survey, applicazioni.
7. Sismica a riflessione: considerazioni generali, equazione delle onde riflesse, onde riflesse e profondità, onde riflesse e velocità, metodo t² - x².
8. Terremoti: rimbalzo elastico, ciclo sismico, geometria delle faglie, meccanismi focali, localizzazioni, magnitudo e intensità, sismogrammi, struttura interna della Terra.

Laboratorio

1. Sismologia: lettura di sismogrammi,  triangolazione epicentri da dati di arrivo onde P e S, studio di eventi sismici significativi attraverso dataset pubblici.
2. Gravimetria: calcolo dell'accelerazione di gravità in diverse condizioni geografiche, analisi di profili gravimetrici reali, interpretazione delle anomalie gravimetriche per dedurre strutture geologiche.
3. Magnetismo terrestre: misure con magnetometro (o simulazioni di dati reali), analisi di carte magnetiche, studio delle inversioni del campo magnetico e magnetismo delle rocce.
4. Leggi di Keplero e la dinamica orbitale: calcolo di parametri orbitali da dati osservativi, simulazioni del moto dei pianeti e satelliti, determinazione della massa della Terra dal periodo orbitale.

1.      Kearey et al. (2002). An Introduction to Geophysical Exploration. Wiley-Blackwell.

2.      Lowrie (2007). Fundamentals of Geophysics, Second edition. Cambridge University Press.

3.      Reynolds (2011). An introduction to applied and environmental geophysics. John Wiley & Sons.

4.      New Manual of Seismological Observatory Practice (NMSOP-2). https://bib.telegrafenberg.de/publizieren/bibliotheksverlag/nmsop

5.      Stein, S., Wysession, M. (2003). An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure. Blackwell Publishing.

6.      Havskov, J., Ottemoller, L. (2010). Routine Data Processing in Earthquake Seismology. Springer.

7.      Dispense.

L’esame consiste in una prova orale della durata indicativa di circa 30 minuti, finalizzata ad accertare la conoscenza degli argomenti teorici e metodologici del corso e la capacità di applicarli all’interpretazione di dati geofisici e alla caratterizzazione del sottosuolo. Gli studenti potranno iniziare l’esame con l’esposizione di un argomento a loro scelta. La valutazione terrà conto della correttezza e completezza delle risposte, della capacità di analisi e collegamento tra gli argomenti, dell’uso appropriato del linguaggio tecnico-scientifico e della capacità di discutere e interpretare dati, grafici, mappe e risultati derivanti dalle esercitazioni di laboratorio.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere. A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Parla delle misure di accelerazione di gravità.

Illustra i diversi comportamenti magnetici dei materiali.

Illustra cosa si intende per anomalia di gravità regionale e residua, e come esse possano essere separate.

Descrivi gli strumenti di misura nei metodi geomagnetici.

Descrivi le sorgenti sismiche che conosci.

Cosa è la legge di Titius-Bode?

Parla delle leggi di Keplero.

Dromocrone delle onde dirette, rifratte e riflesse.

Parla dei meccanismi focali.

Descrivi il processo di localizzazione di un terremoto.

Parla della struttura interna della Terra.

Parla della magnitudo di un terremoto.

Crea un foglio excel per il calcolo del tempo di tragitto delle onde P e S.

Crea un foglio excel per il calcolo del tempo di rivoluzione della Terra.