Tectonophysics
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
The course unit aims to make students acquire the ability to understand and describe mathematically the main physical processes that take place within our planet, from the Earth's surface to the core-mantle boundary, with particular regard to phenomena that modify the Earth on time scales of 102 - 106 years. The mathematization of these processes is also relevant to achieve the goal of making us understand the changes that our planet undergoes and that collectively take the name of global change. The student will be able to mathematically model the perturbations in radial and tangential displacements and gravitational potential, today monitored through different geophysical and geodetic techniques, due to a wide range of Solid Earth phenomena, from the redistribution of masses at the Earth's surface (changes in sea level, mass instability in the glacial compartment of the planet, earthquakes) and inside (convection of the mantle), to instability in the Earth's rotation.
Risultati apprendimento attesi
At the end of the course unit the student will have acquired the following skills:
1) will be able to matematize a realistic model of the Earth, spherically symmetric, self-gravitating and viscoelastic, in which the fundamental equations of conservation of momentum of momentum, angular momentum and Poisson are expanded in spherical harmonics;
2) will be able to derive in a completely analytical way the Green functions, relating to the perturbation of gravitational potential and surface deformations of the Earth, for surface and internal loads as well as dislocations, for a spherical, self-gravitating and incompressible model, due to surface and internal mass and redistribution and earthquakes;
3) will be able to use the results of the previous two points to matematize the physics inherent in the global processes that the Earth undergoes, following the melting taking place in the glacial compartment interacting with the solid part of the Earth, the changes in the average sea level and following the earthquakes that occur both in the Pacific belt of fire and in Italy, targeted towards a modern control the territory in which we live;
4) will be able to model and interpret from a physical point of view the perturbations of the Earth's rotation and gravitational potential, traceable to point 3) above, aimed at the exploitation of satellite gravitational data and GNSS (Global Navigation Satellite System) data;
5) will be able to apply the acquired methodologies to other planets and satellites of the Solar System, in particular to Icy Moons, such as Europa, Ganymede and Callisto of Jupiter and Titan and Enceladus of Saturn.
1) will be able to matematize a realistic model of the Earth, spherically symmetric, self-gravitating and viscoelastic, in which the fundamental equations of conservation of momentum of momentum, angular momentum and Poisson are expanded in spherical harmonics;
2) will be able to derive in a completely analytical way the Green functions, relating to the perturbation of gravitational potential and surface deformations of the Earth, for surface and internal loads as well as dislocations, for a spherical, self-gravitating and incompressible model, due to surface and internal mass and redistribution and earthquakes;
3) will be able to use the results of the previous two points to matematize the physics inherent in the global processes that the Earth undergoes, following the melting taking place in the glacial compartment interacting with the solid part of the Earth, the changes in the average sea level and following the earthquakes that occur both in the Pacific belt of fire and in Italy, targeted towards a modern control the territory in which we live;
4) will be able to model and interpret from a physical point of view the perturbations of the Earth's rotation and gravitational potential, traceable to point 3) above, aimed at the exploitation of satellite gravitational data and GNSS (Global Navigation Satellite System) data;
5) will be able to apply the acquired methodologies to other planets and satellites of the Solar System, in particular to Icy Moons, such as Europa, Ganymede and Callisto of Jupiter and Titan and Enceladus of Saturn.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Le lezioni frontali e di laboratorio potrebbero essere svolte in modalità sincrona mediante la piattaforma TEAMS
Programma
Il corso si prefigge di fare acquisire agli studenti la capacità di comprendere e di descrivere in modo matematico i principali processi fisici che avvengono all'interno del nostro pianeta, dalla superficie terrestre al confine nucleo-mantello, con particolare riguardo a fenomeni che modificano la Terra su scale di tempo di 10^2 - 10^6 anni. La matematizzazione di tali processi è rilevante anche per raggiungere l'obbiettivo di fare comprendere le modifiche che subisce il nostro pianeta e che collettivamente prendono il nome di global change.
Lo studente sarà in grado di modellare matematicamente le perturbazioni negli spostamenti radiali e tangenziale e nel potenziale gravitazionale, oggi monitorati mediante diverse tecniche geofisiche e geodetiche, dovuti ad una vasta gamma di fenomeni di Terra Solida, dalla ridistribuzione di masse alla superficie della Terra (variazioni del livello del mare, all'instabilità di massa nel comparto glaciale del pianeta, terremoti) e al suo interno (convezione del mantello), all'instabilità nella rotazione terrestre.
Al termine del corso lo studente avrà acquisito le seguenti abilità:
1) saprà matematizzare un modello realistico della Terra, a simmetria sferica, auto-gravitante e viscoelastico, in cui le equazioni fondamentali di conservazione del momento della quantità di moto, del momento angolare e di Poisson sono sviluppate in armoniche sferiche;
2) saprà ricavare in modalità completamente analitica le funzioni di Green, relative alla perturbazione del potenziale gravitazionale e alle deformazioni superficiali della Terra, per carichi superficiali, interni al mantello terrestre e dislocazioni, per un modello sferico, auto-gravitante e incomprimibile, dovuti a ridistribuzioni superficiali e interni di massa e terremoti;
3) saprà utilizzare i risultati dei due punti precedenti per matematizzare la fisica inerente ai processi globali che subisce la Terra, in seguito alla fusione in atto nel comparto glaciale interagente con la parte solida della Terra, alle variazioni del livello medio del mare e in seguito ai terremoti che si verificano sia nella cintura di fuoco del Pacifico, sia in Italia, al fine di un moderno controllo del territorio in cui viviamo;
4) saprà modellizzare e interpretare dal punto di vista fisico le perturbazioni della rotazione terrestre e del potenziale gravitazionale, riconducibili al punto 3) precedente, con agganci alle missioni gravitazionali attuali della NASA (National Aeronautics and Space Administration) e dell'ESA (European Space Agency);
5) saprà applicare le metodologie acquisite anche ad altri pianeti e satelliti del Sistema Solare, in particolare alle Icy Moons, quali Europa, Ganymede e Callisto di Giove e Titan ed Enceladus di Saturno;
6) saprà gestire in modo autonomo le problematiche relative ai punti precedenti, grazie all'utilizzo del libro di testo: Global Dynamics of the Earth - Applications of viscoelastic relaxation theory to Solid Earth and Planetary Geophysics, Roberto Sabadini, Bert Vermeersen and Gabriele Cambiotti (Authors), Springer (Editor), second edition 2016.
Lo studente sarà in grado di modellare matematicamente le perturbazioni negli spostamenti radiali e tangenziale e nel potenziale gravitazionale, oggi monitorati mediante diverse tecniche geofisiche e geodetiche, dovuti ad una vasta gamma di fenomeni di Terra Solida, dalla ridistribuzione di masse alla superficie della Terra (variazioni del livello del mare, all'instabilità di massa nel comparto glaciale del pianeta, terremoti) e al suo interno (convezione del mantello), all'instabilità nella rotazione terrestre.
Al termine del corso lo studente avrà acquisito le seguenti abilità:
1) saprà matematizzare un modello realistico della Terra, a simmetria sferica, auto-gravitante e viscoelastico, in cui le equazioni fondamentali di conservazione del momento della quantità di moto, del momento angolare e di Poisson sono sviluppate in armoniche sferiche;
2) saprà ricavare in modalità completamente analitica le funzioni di Green, relative alla perturbazione del potenziale gravitazionale e alle deformazioni superficiali della Terra, per carichi superficiali, interni al mantello terrestre e dislocazioni, per un modello sferico, auto-gravitante e incomprimibile, dovuti a ridistribuzioni superficiali e interni di massa e terremoti;
3) saprà utilizzare i risultati dei due punti precedenti per matematizzare la fisica inerente ai processi globali che subisce la Terra, in seguito alla fusione in atto nel comparto glaciale interagente con la parte solida della Terra, alle variazioni del livello medio del mare e in seguito ai terremoti che si verificano sia nella cintura di fuoco del Pacifico, sia in Italia, al fine di un moderno controllo del territorio in cui viviamo;
4) saprà modellizzare e interpretare dal punto di vista fisico le perturbazioni della rotazione terrestre e del potenziale gravitazionale, riconducibili al punto 3) precedente, con agganci alle missioni gravitazionali attuali della NASA (National Aeronautics and Space Administration) e dell'ESA (European Space Agency);
5) saprà applicare le metodologie acquisite anche ad altri pianeti e satelliti del Sistema Solare, in particolare alle Icy Moons, quali Europa, Ganymede e Callisto di Giove e Titan ed Enceladus di Saturno;
6) saprà gestire in modo autonomo le problematiche relative ai punti precedenti, grazie all'utilizzo del libro di testo: Global Dynamics of the Earth - Applications of viscoelastic relaxation theory to Solid Earth and Planetary Geophysics, Roberto Sabadini, Bert Vermeersen and Gabriele Cambiotti (Authors), Springer (Editor), second edition 2016.
Prerequisiti
Nessuno
Metodi didattici
Lezioni frontali
Materiale di riferimento
Global Dynamics of the Earth - Applications of viscoelastic relaxation theory to Solid Earth and Planetary Geophysics, Roberto Sabadini, Bert Vermeersen and Gabriele Cambiotti (Authors), Springer (Editor), second edition 2016.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Esame orale
GEO/10 - GEOFISICA DELLA TERRA SOLIDA - CFU: 6
Esercitazioni pratiche con elementi di teoria: 24 ore
Lezioni: 32 ore
Lezioni: 32 ore
Docente:
Cambiotti Gabriele
Turni:
Turno
Docente:
Cambiotti GabrieleDocente/i