Le variabili fisiche connesse con l’ambiente di montagna

A. CaporaliDipartimento di GeoscienzeUniversità di Padova

Corso di Perfezionamento in Medicina di Montagna

Bressanone, 20 Febbraio 2012

Argomenti trattatiQuestioni di base:

• Struttura statica e dinamica della Terra• Processi fisici che controllano la formazione di catene

montuose

Aspetti specifici:

• Ande• Sistema Alpino Himalayano• Caucaso

Temi correlati:

• Sismicità

Atmosfera: Pressione e Temperatura dell’aria e loro variazione con la quota

Struttura della TerraCrosta e mantello: ricchi in silicatiNucleo (interno e esterno): ricchi in ferroSpessore della crosta: 35 km in media, c. 9 km negli oceani, fino a 70 km sotto gli orogeniMoho: discontinuità di densità tra crosta (2670 kg/m3) e mantello (3300 kg/m3)

Profondità dell’interfaccia nucleo (liquido)-mantello: c. 2900 kmProfondità dell’interfaccia nucleo liquido – nucleo solido (non mostrato in figura): 5100 kmRaggio terrestre medio: 6300 km

mantello

nucleo

crosta

Moho

Deriva dei continenti e flussi convettivi nel mantello

Come usare i grandi terremoti per ricostruire la struttura interna della Terra

Tomografia sismica in ambiente a simmetria sfericaLegge di Snell: un’onda incidente su una superficie piana si riflette ad un angolo uguale a quello di incidenza e si rifrange (trasmette) ad un angolo tale che..’il rapporto dei seni dell’angolo di incidenza e di rifrazione è uguale al rapporto delle velocità nei due mezzi (ovvero degli indici di rifrazione)

trasmessa

riflessaincidente

Vedi animazione di grandi terremoti

Teoria della Tettonica delle Placche

Lo spreading del fondo oceanico (margine divergente)

Lo scivolamento continentale (margine convergente)

La collisione continentale (margine collisionale)

Blocchi che si sfregano l’un l’altro (margini trascorrenti)

Alpi e Himalaya

Le catene montuose ‘galleggiano’ per Isostasia

T = 30 km

hhHgHH)gρ(h

H)gρ(h

gHP

mm

m

5.4 equilibrioAll'

unitaria base di areaper immersa, massa della peso il è

aread' unitàper spostato, fluido del peso il è

m

h

H

In equilibrio, il peso del fluido spostato eguaglia la forza peso:

P

All’equilibrio, la topografia h viene sostenuta da una radice di profondità proporzionale H sufficiente a creare una spinta isostatica uguale e opposta

Struttura dell’Atmosfera

Stratificazione (1/2)

Atmosfera: gas compressibile è tanto più rarefatto quanto più diminuisce il carico sovrastante

Acqua: liquido incompressibile mantiene la stessa densità al variare il carico sovrastante

Volumi di gas (a sin.) e liquido (a destra) a confronto, entrambi soggetti alla forza peso

Stratificazione (2/2)

Profondità (km)Quota (km)

Pre

ssio

ne

gas liquido

Regole generali per la dipendenza di pressione e temperatura atmosferica dalla quota

La pressione decade esponenzialmente con la quota: P(h)=Ps.l.m.e-h/7900 con h in metri

Il fattore di scala è definito dal rapporto P0/0g~101325Pa/(1.3 kg/m3 * 9.8 m/sec2)~7900 m

Per quote << 7900 m, P ~ Ps.l.m.(1-h/7900): quindi la pressione atmosferica si dimezza nei primi 4-5000 m. Poi diminuisce meno rapidamente

La temperatura dell’aria diminuisce a un tasso di 6 °C/km in condizioni di tempo stabile. Tuttavia può diminuire a un tasso superiore (ad es. gradiente adiabatico 10 °C /km), oppure aumentare (inversione termica).

Pressione atmosfericaSi misura con un altimetro: scatola sigillata contenente gas: all’aumentare della quota il gas tende ad espandersi ed esercita una pressione maggiore sulle pareti della scatola. La deformazione viene convertita in metri (NB: misura relativa)Naturalmente anche la pressione sanguigna risente della minore pressione atmosferica e tende ad aumentare in quota nel senso che aumenta la differenza tra pressione interna e pressione esterna.

Misura della quota svincolata dalla pressione atmosferica

Gli altimetri satellitari consentono di ricavare l’altezza senza ricorrere alla misura della pressione, semplicemente misurando la distanza sui satelliti GPS

Vantaggi: le misure non risentono delle mutate condizioni atmosfericheSvantaggi: non funzionano in rifugio, a ridosso di una parete di roccia, o … quando le batterie sono esaurite!