Fisica terrestre

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
GEO/12
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Fornire una conoscenza di base sulla fenomenologia dei principali processi fisici che hanno luogo nel pianeta Terra e sui metodi fisici (sperimentali e teorici) di studio. Particolare attenzione sarà rivolta a fornire allo studente capacità di affrontare con metodologie fisiche i fenomeni di trasporto che riguardano la Terra, anche con riferimento ad aspetti applicativi e a tematiche ambientali.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente sarà in grado di
1. leggere e comprendere articoli scientifici e libri che approfondiscano le tematiche trattate;
2. leggere e valutare relazioni tecniche che descrivano applicazioni pratiche delle tecniche geofisiche;
3. affrontare con spirito critico problemi relativi ai processi di trasporto di massa, energia, quantità di moto, ecc.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
METODI DIDATTICI
Qualora richiesto dal perdurare della fase emergenziale prodotta dalla pandemia COVID-19, le lezioni saranno svolte in modalità telematica sincrona utilizzando la piattaforme Zoom e le registrazioni saranno rese disponibili sul sito Moodle dell'insegnamento accessibile attraverso la pagina web https://labonline.ctu.unimi.it/

PROGRAMMA E MATERIALI DI RIFERIMENTO:
Il programma e il materiale di riferimento non subiranno variazioni.

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO E CRITERI DI VALUTAZIONE
La prova orale si svolgerà in modalità telematica, attraverso la piattaforma MS Teams, per il cui utilizzo si rimanda alle informazioni presenti sul portale dell'Ateneo.
Programma
Introduzione alle Scienze della Terra. Materiali di interesse geofisico (minerali, rocce, acqua, aria); approccio continuo allo studio dei processi geofisici; scale spaziali e temporali.
Leggi fenomenologiche per i processi di trasporto in geofisica. Conduzione elettrica (legge di Ohm); flusso idrico sotterraneo (legge di Darcy, potenziale di Hubbert); trasporto di soluti (legge di Fick); trasporto di energia (legge di Fourier); trasporto di quantità di moto (mezzi elastici, legge di Hooke; fluidi viscosi, legge di Newton; tensori degli sforzi, delle deformazioni e delle velocità di deformazione).
Campo elastico. Equazione di continuità (approccio lagrangiano ed euleriano ai mezzi continui); equazione del moto di un mezzo elastico ed equazione delle onde elastiche; onde interne (P ed S) e superficiali; energia delle onde sismiche (densità e intensità di energia); riflessione e rifrazione delle onde sismiche; percorsi elementari delle onde sismiche (onde riflesse e rifratte da una discontinuità orizzontale; tempi di viaggio); geofono elettromagnetico; cenni alla prospezione sismica (strumenti, prospezione a rifrazione, prospezione a riflessione); cenni di sismologia.
Campo geoelettrico. Potenziali spontanei; teoria elementare del campo elettrico (campo generato da un elettrodo puntiforme sulla superficie di un semispazio omogeneo e isotropo; condizioni all'interfaccia tra mezzi con differenti resistività elettriche); quadripolo elettrico e resistività apparente; procedure di acquisizione dati sul terreno e di inversione.
Campo idraulico (circolazione idrica sotterranea). Equazione di flusso tridimensionale in un mezzo poroso deformabile, a saturazione variabile; flusso tri-dimensionale in mezzi saturi; flusso bi-dimensionale negli acquiferi; flusso nella zona parzialmente satura; termini di sorgente e condizioni al contorno.
Trasporto di soluti. Schema concettuale del trasporto di soluti (sorgenti di contaminazione; avvezione, diffusione, dispersione); equazione di di trasporto avvettivo-diffusivo-dispersivo con reazioni; soluzioni elementari.
Campo geotermico. Proprietà termiche della Terra e caratteristiche principali del campo geotermico; equazione del calore; semplici modelli della distribuzione della temperatura nella crosta e nel mantello terrestri; propagazione delle fluttuazioni superficiali di temperatura; raffreddamento istantaneo di un semispazio.
Campo di gravità terrestre. Accelerazione gravitazionale e centrifuga; variazione dell'accelerazione di gravità con la latitudine, geopotenziale e geoide; strumenti e procedure di misura; correzioni di Bouguer, in aria libera, topografica; definizione di anomalia di Bouguer e suo significato fisico; cenni all'isostasia.
Campo magnetico terrestre (CMT). Caratteristiche principali del CMT; campo primario (geomagnetico) e secondario; variazioni temporali; proprietà magnetiche dei materiali; definizione di anomalia magnetica; strumenti di misura (magnetometri a precessione nucleare); cenni alla propagazione dei campi elettromagnetici all'interno della Terra e ai metodi di prospezione elettromagnetica.
Per tutte le tipologie di campo esaminate saranno forniti esempi di applicazioni.
Prerequisiti
Buone conoscenze di fisica classica.
Metodi didattici
Lezioni frontali tradizionali. Durante le lezioni saranno proposti veloci quesiti (domande con risposta multipla), mentre tra lezioni successive gli studenti saranno chiamati a piccoli approfondimenti in modo autonomo; queste attività saranno svolte con strumenti telematici sincroni e/o ascincroni mediante la piattaforma Moodle.
Attività autonoma dello studente, attraverso la preparazione di una relazione scritta di approfondimento di uno degli argomenti presentati a lezione, a scelta tra una rosa proposta dal docente.
Materiale di riferimento
Dispense dell'insegnamento scaricabili dal sito Moodle accessibile attraverso il link http://labonline.ctu.unimi.it/

Altri testi consigliati
Turcotte, D.L. & Schubert, G., 2002, Geodynamics applications of continuum physics to geological problems Second Edition Cambridge University Press.
Lowrie, W., 2007, Fundamentals of Geophysics, 2nd edition. Cambridge University Press
Telford, W.M., Geldart, L.P., & Sherriff, R.E., 1990, Applied Geophysics, 2nd Ed, Cambridge University Press.
Bear, J., 1979, Hydraulics of groundwater, McGraw-Hill.
Marsily, G. de, 1986, Quantitative Hydrogeology - Groundwater hydrology for engineers, Academic Press.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Stesura di una relazione scritta di approfondimento di uno degli argomenti trattati a lezione.
Prova orale (discussione del report e domande sugli argomenti del programma) per verificare l'acquisizione della conoscenza degli argomenti presentati a lezione.
I risultati dei quesiti (domande a risposta multipla) e dei compiti a casa (domande aperte ed esercizi) svolti durante le lezioni potranno fornire una valutazione integrativa e aggiuntiva.

Per quanto riguarda la relazione scritta, sarà valutata la capacità di approfondire l'argomento attraverso la lettura di bibliografia specialistica, la capacità di presentare l'argomento in modo chiaro e rigoroso, la competenza nell'impiego del lessico specialistico,
Per quanto riguarda la prova orale, sarà valutata la capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza e la padronanza dell'argomento illustrato nella relazione e degli argomenti trattati nelle lezioni.

La valutazione finale è espressa attraverso un voto in trentesimi, che tiene conto della valutazione della relazione scritta e della prova orale; la valutazione dei risultati dei quesiti e dei compiti a casa potrà dare un contributo addizionale, incrementale per la determinazione del voto finale.
GEO/12 - OCEANOGRAFIA E FISICA DELL'ATMOSFERA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente: Giudici Mauro
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Ricevimento:
Qualunque ora, previo appuntamento telefonico o per posta elettronica
via Cicognara 7