La Terra e i terremoti

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Testo

IL PIANETA TERRA
La forma della terra
• La terra come sfera. Questa idea nacque con Pitagora, il quale sostenendo che la sfera fosse il solido perfetto ipotizzò che la terra in quanto perfetta fosse sferica. Prove: 1)L’orizzonte visibile diventa sempre più esteso quanto più è in alto il punto di osservazione. 2) Quando si avvista una nave all’orizzonte prima si vedono gli alberi e le vele e poi l’intera nave. 3) L’altezza delle stelle rispetto al piano orizzontale cambia spostandosi in senso N-S.
• La terra come ellissoide. Nell’Alto Medioevo ritornò in auge l’idea della terra piatta, ma con il Rinascimento si passò definitivamente alla terra come sfera anche grazie alle carte geografiche. Dopo la legge gravitazionale di Newton si ipotizzò che la terra fosse schiacciata ai poli a causa della rotazione. Prove: 1)Pendolo di Richer, egli sperimentò che il pendolo oscillava con il periodo di un sec. a Parigi, ma alla Cayenna ritardava di 2’30” e aveva dovuto accorciarlo per farlo oscillare con lo stesso periodo. Quindi se T=2 l/g l’unica cosa che cambiava era la gravità. 2)In Perù e in Lapponia: gli esperimenti confermarono la teoria di Newton.
• La terra come geoide .Il geoide non ha una superficie geometrica descrivibile con formule matematiche, ma una sup. fisica caratterizzata dall’essere perpendicolare in ogni suo punto alla direzione della forza di gravità. Il solido si ottiene unendo tutte le sup. piane che si possono misurare attraverso degli strumenti (bolle, filo di piombo, etc.)
Il problema dell’orientamento
• Piano dell’orizzonte. Località dove la vista spazia agevolmente
• Linea dell’orizzonta sensibile: il confine del piano di orizzonte che sembra unirsi con il cielo
• Nord-Sud: di notte è indicata dalla direzione della Stella Polare; di giorno con lo strumento dello GNOMONE (bastoncino nel terreno), a mezzogiorno l’ombra indica il Nord
• Est-Ovest: linea perpendicolare a quella N-S
Nord, Est, Sud, Ovest costituiscono i punti cardinaliNRosa dei Venti
• Bussola: è costituita da un ago calamitato sospeso in modo tale da poter ruotare liberamente, esso si orienta nel campo magnetico terrestre in direzione N-S.
La declinazione magnetica è l’angolo tra la direzione del Nord magnetico e la direzione del Nord geografico.
Le coordinate:il modo per indicare le posizioni sulla sup. terrestre
• Coordinate polari: per conoscere la posizione di tutti i punti sul piano dell’orizzonte rispetto al piano di stazione ( luogo in cui ci si trova).
Azimut: è l’angolo compreso tra la direzione N geografico e la direzione del punto considerato, viene misurato in senso orario.
Distanza: il punto di stazione e il punto di cui si devono determinare le coordinate polari.
• Reticolo geografico:
Poli: punti in cui l’asse di rotazione interseca la sup. terrestre.
Equatore: circonferenza equidistante in ogni punto dai due poli.
Paralleli: circonferenza paralleli all’equatore sono 90 a N e 90 a S dall’Equatore stesso; essi sono equidistanti tra loro
Meridiani: perpendicolari ai paralleli, sono semicirconferenze che passano per i poli. Meridiano 0 o Fondamentale: passa per Greenwich; l’Antimeridiano si trova nell’Oceano Pacifico.
• Coordinate geografiche:
Latitudine: distanza angolare del punto dall’Equatore, misurata sull’arco di meridiana
Longitudine: distanza angolare del punto dal meridiano 0, misurata sull’arco di parallelo
Altitudine: dislivello rispetto al livello del mare
I MOVIMENTI DELLA TERRA
Il moto di rotazione della Terra
Tutti i punti ruotano con la stessa velocità angolare: 360° ogni 24h, 1° ogni 4’. La velocità tangenziale dipende dalla latitudineddecresce andando verso i poli
• Prove della rotazione terrestre:
-Analogia con gli altri pianeti
-Spostamento diurno e notturno dei corpi celesti nel cielo: moto apparente dovuto alla rotazione della terra sul proprio asse
-Esperienza di Guglielmini: caduta dei pesi
-Esperienza di Foucault: pendolo sulla sabbia
Conseguenze del moto di rotazione terrestre
• Moti apparenti dei corpi celesti: della Luna di notte e del Sole di giorno, da E-O
• Alternarsi del dì e della notte: è dovuto dal movimento apparente del Sole. In ogni momento solo metà dell’emisfero è illuminato e le due parti sono collegate dal circolo di illuminazione; i crepuscoli e le aurore sono causate dalla diffusione e dalla rifrazione.
• Variazione dell’accelerazione di gravità al variare della latitudine: l’accelerazione è andando dall’Equatore ai poli, varia anche a causa della forza centrifuga che è max all’Equatore e nulla ai poli
• Deviazione della direzione dei corpi in movimento sulla sup. terrestre: un corpo muovendosi per mare o per aria trova dei ritardi rispetto ai punti che incontra. Andando dall’Equatore verso N il corpo si trova spostato verso E
Moto di rivoluzione della terra intorno al Sole(=in senso orario)
Movimento che la terra compie ruotando intorno al sole (teoria copernicana o eliocentrica). N. Copernico dimostrò che i movimenti apparenti del Sole potevano essere facilmente capiti se si supponeva che esso fosse immobile e le Terra con gli altri pianeti ruotasse intorno ad esso. G. Galilei usando il telescopio scoprì le “Lune” di Giove e per la prima volta trovò il modello del sistema copernicano. G. Keplero dimostrò che le orbite erano ellissi e il Sole si trovava in una dei due fuochi quindi vi è un periodo in cui la Terra è più vicina al Sole(pPERIELIO, 3 gennaio) e uno in cui è più lontana (iAFELIO, 3 luglio).
Linea degli absidi: congiunge Afelio con Perielio.
La velocità media della Terra è di 29,8 km/s, la sua velocità varia: Perielio 30,3 km/s; Afelio 29,3 km/s. L’orbita percorsa dalla terra giace su un piano detto Piano dell’Eclittica, l’asse di rotazione è inclinato di 66°33’.
Prove del moto di Rivoluzione:
• Analogie con altri pianeti del sistema solare
• Movimento apparente del Sole rispetto alle stelle fisse: ogni sembra che il Sole attraversi le costellazioni dello Zodiaco, ciò è dimostrabile o con un moto reale del Sole o con un moto apparente, solo la seconda ipotesi è possibile perché è impossibile che la massa della Terra riesca a tenere legata a sé il Sole.
• Periodicità nel corso dell’anno di alcuni gruppi di stelle cadenti: è dovuta al fatto che la Terra incontra nelle medesime posizioni sciami di meteoriti e alcune di esse vengono attratte.
• Aberrazione della luce: spostamento della posizione apparente degli oggetti celesti dovuta alla Rivoluzione della Terra.
Conseguenze del moto di rivoluzione della terra
La terra compie un moto di rivoluzione completo in un anno
Anno sidereo = tempo necessario perché il sole ritorni nella medesima posizione rispetto alle stelle fisse
Anno Solare = tempo che intercorre fra i due successivi equinozi
Se l’asse terrestre fosse perpendicolare al piano dell’eclittica il dì e la notte avrebbero la stessa durata, ma l’asse è inclinato di 23,27° e inoltre si mantiene // durante il moto quindi si hanno gli equinozi che sono i due giorni dell’anno in cui il circolo di illuminazione è tangente ai meridiani, quindi taglia i poli.
Equinozio di primavera 21 marzo
Equinozio di autunno 23 settembre
Ai giorni che seguono l’equinozio di primavera il sole culmina sempre più a Nord, finché non culmina sul Tropico del Cancro, perciò ci sarà sempre il sole sopra al Circolo Polare Artico → Al Circolo Polare Antartico c’è buio.
Solstizio d’estate 21 giugno
Solstizio d’inverno 22 dicembre
• Stagioni. La durata del dì e della notte dipendono dalla posizione del circolo di illuminazione; le stagioni sono determinate dall’inclinazione dei raggi.
• Variazione della durata del giorno è determinata dalla variazione di velocità con cui la terra percorre l’orbita attorno al Sole per la Seconda Legge di Keplero.
Stagioni Astronomiche:
Determinate da Solstizi ed Equinozi:
Primavera 21marzo-21giugno
Estate 21giugno-23settembre
Autunno 23settembre-22dicembre
Inverno 22dicembre-21marzo
In genere le stagioni metereologiche sono in ritardo rispetto a quelle astronomiche
Zone Astronomiche:
• Zona Intertropicale o Torrida: tra Tropico del Cancro e del Capricorno
• Zona Temperata Boreale: tra Tropico Cancro e Circolo Polare Artico
• Zona temperata Australe: tra Tropico Capricorno e Circolo Polare Antartico
• Zona Artica
• Zona Antartica
FENOMENI ENDOGENI: I TERREMOTI
Che cosa è un terremoto
I terremoti sono la testimonianza della presenza di immani forza all’interno della terra capaci di frantumare e spostare rocce. Quando si verificano parte dell’energia che ha prodotto il fenomeno viene liberato sottoforma di onde(→in sup. terremoti). Il terreno può vibrare sia in senso verticale che orizzontale
Terremoti e faglie
I terremoti sono associati a sistemi di grandi fratture chiamate faglie(che interessano le parti rigide della Terra, si estendono per un centinaio di profondità). Le forze che generano mantengono attive queste fratture sono da mettere in relazione con il movimento delle placche litosferiche, che generano diverse situazioni a seconda della forza:
FORAZE DI COMPRESSIONE → Agiscono in direzioni contrapposte spingendo gli ammassi rocciosi uno contro l’altro
FORZE DI DISTENSIONE → li allontanano
FORZE DI TAGLIO → tendono a far scorrere pareti diverse di un ammasso roccioso in direzioni contrarie, sia nel piano orizzontale che in quello verticale
Forze deboli → rocce si comportano in modo plastico
Forze forti → come un corpo rigido, quindi faglia
Dove vi sarà una faglia sarà la zona in cui sarà più probabile lo scaricarsi di energia che si andrà accumulando e rimarranno attive le forze perturbatrici → Faglie successive in base al tipo di roccia e profondità
Quando si genera un sisma
Nelle zone in cui vi sono faglie le rocce sono sottoposte a tensioni che tendono a farle muovere; con il perdurare delle tensioni si accumula energia elastica. Quando la tensione è > alla resistenza per attrito i blocchi tendono a spostarsi. Quando i due blocchi si muovono(spostamento = rigetto) l’area viene chiamata FUOCO o IPOCENTRO, vinta la forza d’attrito l’energia elastica viene liberata sottoforma di vibrazione → ONDE SISMICHE(in tutte le direzioni);esse quando raggiungono la sup. terrestre danno origine al terremoto.
LE ONDE SISMICHE
Esse sono un modo attraverso cui l’energia elastica viene trasportata, finché non viene assorbita dalle materie incontrate.Due condizioni necessarie:
• Presenza di connessione tra le parti della materia che trasmette l’onda;
• Forza di richiamo capace di riportare il corpo nella posizione iniziale
Le forze che originano i sismi danno origine a 2 tipi di deformazione:
1. compressione pura: variazione del volume, no della forma
2. sforzo di taglio: variazione di forma, no del volume
I liquidi trasmettono onde derivanti dalla compressione e non dallo sforzo di taglio.
Tipi di onde di sismiche
ONDE LONGITUDINALI: derivano dal propagarsi delle onde sismiche per compressione; il movimento è nella direzione della propagazione dell’onda. Esse si propagano nelle rocce dell’interno terrestre a una velocità compresa tra 5,5 e 11,7 km/sec a seconda della densità della roccia. Sono le prime ad arrivare in sup.→onde primarie o onde P
ONDE TRASVERSALI: generate dalla forze di taglio; le rocce vibrano perpendicolari alla direzione di propagazione. Esse non si trasmettono nei liquidi; sono più lente delle onde P poiché l’energia viene dispersa nel movimento laterale. Vengono chiamate onde secondarie o onde S.
ONDE SUPERFICIALI: esse giungono sulla sup. della terra (verticalmente all’ipocentro)→epicentro del terremoto. Derivate dalle interazioni delle onde P e onde S, si propagano solo sulla sup. terrestre. Si distinguono 2 gruppi:
• ONDA DI LOVE: simile all’onda S, ma non ha la componente verticale. Muove il suolo in un piano orizzontale // alla sup. e perpendicolarmente alla direzione di propagazione.
• ONDA DI RAYLEIGH : essa si propaga come l’onda del mare →le particelle si muovono sull’ellissi . L’energia si smorza andando in profondità.
Le onde sup. sono più lente delle onde S e P, le onde Love sono più veloci delle onde di R.
Come si avverte un terremoto
Seconda le velocità delle onde sismiche quando si verifica un terremoto si dovrebbero avvertire:
1. Onde P- scosse sussultorie
2. Onde S- scosse ondulatorie
3. Onde superficiali- oscillazioni complesse
In realtà non avviene così linearmente perché all’interno della crosta terrestre le onde vengono riflesse e rifratte e l’energia viene trasmessa da un tipo di onda all’altra.
LA REGISTRAZIONE DELLE ONDE SISMICHE
Lo studio delle onde sismiche con l’obbiettivo di localizzare l’epicentro e quantificare l’energia liberata è stato possibile con l’introduzione dei SISMOGRAFI.
Problema: avere un sistema di riferimento capace di restare fermo al momento del sisma.
Soluzione: Il principio d’inerzia: Ogni corpo mantiene il suo stato di quiete finché non interviene una forza dall’esterno.
SISMOGRAFI E RETI SISMICHE: i sismografi sono costituiti dalla massa di un certo valore sospeso in modo tale che le oscillazioni del suolo non vengano trasferite alla massa. Se si fissa un pennino scrivente, registrerà le vibrazioni del terremoto su un rotolo di carta fissato al terreno: il grafico ottenuto è un SISMOGRAMMA. La parte più delicata del sismografo è il sistema di ammortizzazione. E’ difficile registrare le vibrazioni che giungono da più direzioni è più semplice farlo per una sola direzione, quindi in ogni stazione vi sono sismografi che registrano ciascuno un tipo di oscillazione. Altro problema è costruire un sismografo sensibile a terremoti di qualsiasi intensità, quindi gruppi di tre sismografi capaci ciascuno di misurare un certo intervallo.
SISMOGRAFI MODERNI= Più leggeri; sistema di registrazione di tipo ottico o elettrico.
RETI SISMICHE= Un insieme di stazioni sismologiche distribuite secondo opportuni criteri su un territorio, che viene così tenuto sotto controllo.

LA MISURA DELLE INTENSITA’ DEI TERREMOTI
Mallet: carte delle località colpite da un terremoto in modo da mettere in rilievo i luoghi danneggiati dalla stessa forza distruttrice. Queste località venivano collegate da linee isosismiche. SCOPO: trovare l’epicentro
De Rossi-Forel: misurare l’intensità dei terremoti, introduzione dell’unità di misura: il grado. La scala dei gradi da I a X; erano definiti in modo approssimativo.
Scala Mercalli: +precisa e +descrittiva, comprendeva 10 gradi ed era basata sulla percezione soggettiva e sull’entità dei danni degli edifici. Venne modificata da Wood e Neumann per adattarla alle abitazioni della California: Scala Mercalli Modificata, comprende 12 gradi ed è poco precisa. In Europa ci sono: MCS = Europa Occidentale, MKS = Europa Orientale.
Scala Richter:si basa sulla misura delle ampiezze delle onde sismiche registrate sui sismogrammi
Magnitudo: logaritmo in base dieci della massima ampiezza d’onda sismica registrata sul sismografo standard, posto a una distanza di 100 km dall’epicentro.
Dato che è difficile che un terremoto avvenga a 100 km da un sismografo→M=loga+C*logd+D
a = max ampiezza del movimento in orizzontale
d = distanza misurata in gradi
C, D=parametri variabili da luogo a luogo
La scala Richter non è applicabile per tutti i terremoti per esempio per quelli in profondità deve essere modificata.
Grandi Sismi:la scala non è in grado di distinguere i terremoti di grande intensità, a causa delle funzioni logaritmiche che tendono a esaltare le differenze per i valori bassi e a comprimere quelle per i valori alti.
La scala attualmente più attendibile è quella di Hiroo Kamamori, basata sul momento sismico, che tiene conto di 3 fattori:
1. Area totale della superficie di rottura della faglia
2. Spostamento medio della roccia lunga la faglia
3. Rigidità misurata attraverso opportuni coefficienti
DISTRIBUZIONE dei TERREMOTI sulla SUP. TERRESTRE
Ci sono diversi tipi di terremoti in base alla profondità dell’ipocentro:
·Terremoti Superficiali: Da 0 a 70 km
·Terremoti di profondità intermedia: da 70 a 300 km
·Terremoti profondi: da 300 a 700 km
Non si conoscono terremoti con ipocentro più profondo poiché le rocce a causa delle temperature e pressioni hanno un comportamento classico.
Aree maggiormente colpite dai terremoti:
• Dorsali Medio-Oceaniche: fasce rilevate rispetto ai fondali oceanici che corrono circa a metà degli oceani
• Archi Insulari del Pacifico Orientale: dall’Alaska all’Indonesia verso il Pacifico Meridionale
• Costa Occidentale delle Americhe: sismi catastrofici
• Sistema Alpino-Hymalaiano + Aree da recenti corrugamenti o complessi sistemi di fratture.

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Esempio



  


  1. federica

    Esperimenti sui terremoti