Nozioni geografia astronomica

1. Dopo aver indicato la posizione del Sole nel diagramma di HR descrivi la struttura del Sole e i fenomeni che si possono osservare sulla sua fotosfera.
Nel diagramma di Hertzsprung-Russel, che evidenzia la distribuzione delle stelle in base alla luminosità e temperatura, il sole si trova in una posizione intermedia nella fascia delle stelle gialle. Il sole è formato da un nucleo, una zona radiativa e una zona convettiva: nel nucleo si produce l’energia mediante la trasformazione ad elevatissime temperature dell’idrogeno in elio, questo processo è detto fusione nucleare, la zona radiativa è la zona di passaggio dell’energia, mentre la zona convettiva sia il trasporto di energia per convenzione.

2. Mediante la prima e la seconda legge di Keplero illustra le caratteristiche della stagione estiva ed invernale nell’emisfero settentrionale/meridionale.
La prima legge di Keplero afferma che “I pianeti descrivono orbite ellittiche, quasi complanari, aventi tutte un fuoco comune a cui si trova il sole”. La seconda dice che “Il raggio che unisce il centro del sole al centro di un pianeta descrive superfici con aree uguali in intervallo di tempo uguali. Queste causano che l' asse terrestre inclinato di 33.66° durante la rivoluzione mostra facce diverse della terra rispetto al sole. Nel solstizio d'estate quindi le zone d'illuminazione è maggiore nel nostro emisfero, mentre nel solstizio d'inverno il sole è allo zenit sul tropico del capricorno e l'illuminazione è maggiore nell'emisfero australe.

3. Moto di rotazione caratteristiche prove e conseguenze.
La terra compie una rotazione intorno al proprio asse da occidente a oriente, il moto è chiamato moto di rotazione e la durata di questo movimento è detta giorno sidereo e dura circa poco meno di ventiquattro ore. Una delle prove che sorregge la teoria del moto di rotazione è l’apparente spostamento diurno dei corpi celesti da Est a Ovest, una seconda prova deriva dalle analogie con gli altri pianeti del sistema solare che mostrano un evidente moto di rotazione assiale, ulteriori prove provengono dalla fisica come l’esperienza di Guglielmini, che fece cadere un corpo dalla Torre degli Asinelli e ne calcolò uno spostamento. Le conseguenze del moto sono l’alternarsi del di e della notte e meno evidenti lo spostamento delle correnti marine e dei venti.

4. Moto di rivoluzione caratteristiche prove e conseguenze.
La terra compie un moto di rivoluzione descrivendo un’orbita ellittica intorno al sole in senso antiorario. L’ellisse immaginario lungo il quale la terra compie il moto presenta due punti distinti: il perielio ( minima distanza dal sole) e l’afelio ( massima distanza dal sole ). Le prove a favore del moto di rivoluzione sono: analogie con gli altri pianeti, la periodicità annua di alcuni gruppi di stelle cadenti, l’aberrazione nella luce proveniente dagli astri. Le conseguenze del moto di rivoluzione sono la diversa durata del di e della notte, la presenza di equinozi e solstizi, ma cosa più importante l’alternarsi delle stagioni ( stagioni astronomiche ).

5. Le cause delle stagioni. Spiega la differenze tra stagioni astronomiche e meteorologiche.
La causa principale dell’alternarsi delle stagioni è l’asse inclinato della terra, il quale permette al sole di colpire per sei mesi maggiormente un emisfero e per sei mesi l’altro. Nelle date degli equinozi ( primavera e autunno ) il sole colpisce perpendicolarmente l’equatore. Nei periodi di tempo che intercorrono tra solstizi e equinozi si sviluppano le stagioni con i loro cambiamenti climatici dovuti all’inclinazione dei raggi solari di arrivo sulla superficie. Si dividono le stagioni in: astronomiche, periodi compresi tra un equinozio e un solstizio o viceversa, e meteorologiche, cioè il reale cambiamento e andamento del tempo meteorologico e del clima che percepiamo direttamente.

6. Quali sono i principali moti millenari della Terra? Spiega la causa principale dei moti e quali possono essere le conseguenze sul clima.
La terra compie numerosi movimenti dai tempi lunghissimi, dell’ordine dei millenni. Questi moti sono detti moti millenari e possono essere dovuti all’azione gravitazione del sole o della luna. Tra questi moti figurano la precessione luni-solare, cioè un moto doppio conico dell’asse terrestre, la precessione degli equinozi, ovvero l’anticipazione dei solstizi e degli equinozi dovuta al mutamento di direzione dell’asse terrestre, e lo spostamento della linea degli apsidi che determina l’inversione di posizione di equinozi e solstizi dovuti all’anticipazione della precessione degli equinozi. La precessione degli equinozi e altri moti millenari hanno ripercussioni pesanti sul clima, perché causano nel tempo le glaciazioni.

L’atmosfera terrestre e i fenomeni meteorologici
9. Descrivi la struttura verticale dell’atmosfera.
Verticalmente la Terra può essere suddivisa in "sfere sovrapposte", separate da "pause". Gli strati sono: troposfera, dalla superficie alla tropopausa (circa 11km), in cui la temperatura è influenzata dal calore terrestre e diminuisce secondo il gradiente termico verticale; stratosfera, dalla tropausa alla stratopausa (circa 55km), dove i gas sono più rarefatti e la temperatura aumenta a causa dell'ozonosfera che assorbe energia dalla scissione dell'ossigeno dovuta ai raggi UV assorbiti dall'ozono stesso; mesosfera, dalla stratopausa alla mesopausa(circa 80km), dove la temperatura riprende a diminuire; termosfera, dalla mesopausa alla termopausa (circa 450km), dove la temperatura aumenta e dove sono presenti molti ioni (ionosfera); esosfera, dalla termopausa a circa 2500km, dove la temperatura aumenta e alcune particelle raggiungono la velocità di fuga.

10. Spiega il significato delle pause nella struttura dell’atmosfera indicando come e perché varia la temperatura nei vari strati.
Le pause della struttura dell'atmosfera sono le parti di atmosfera che delimitato una sfera da un'altra. Le pausa sono, in ordine di altitudine: tropopausa, stratopausa, mesopausa e termopausa. La temperatura varia nei vari strati in quanto, allontanandosi dalla superficie, l'atmosfera subisce di meno l'influenza del calore terrestre, infatti nella tropopausa il gradiente termico verticale indica che ogni 100m la temperatura diminuisce di 0.6°C. Nella stratosfera la temperatura è inizialmente costante ma poi aumenta a causa dell'ozonosfera che assorbe i raggi UV e scinde le molecole di ossigeno, liberando calore. Nella mesosfera la temperatura riprende a diminuire; mentre nella termosfera aumenta nuovamente a causa della ionizzazione di in questa zona. Anche nell'esosfera la temperatura continua ad aumentare.

11. Che cos’è la pressione atmosferica? Come si misura? Da quali fattori meteorologici e ambientali è influenzata?
La pressione atmosferica è il rapporto fra il peso dell'aria e la superficie su cui agisce; in particolare essa, al livello del mare, alla latitudine di 45° e a temperatura di 0°C, fa stare in equilibrio una colonnina verticale di mercurio alta 760mm di sezione 1cm2, pari a 1013 millibar. La pressione è diminuisce all'aumentare dell'altitudine, in quanto si riduce lo spessore d'aria che grava sulla superficie; aumenta al diminuire della temperatura, in quanto ad alte temperatura l'aria si contrare e sale di quota. Diminuisce all' aumentare della presenza di vapore acqueo nell' acqua. La distribuzione della pressione viene studiata mediante le isobare, che definiscono zone ad alta pressione (anticicloni) e zone a bassa pressione (cicloni).

12. Solo una parte delle radiazioni solari raggiunge la superficie terrestre: di quale percentuale si tratta? E’ costante in tutti i punti della superficie terrestre? Perché?
Soltanto quasi un miliardesimo del totale della radiazione solare raggiunge la Terra. Essa non è tuttavia costante in tutti i punti della superficie terrestre in quanto l'intensità della radiazione varia al variare dell'inclinazione dei raggi. Le onde che ci giungono dal Solo sono onde corte, mentre quelle che la Terra emette a sua volta sono lunghe. Il divario fra la radiazione solare e quella terrestre è detto bilancio radiativo. Il sistema Terra-atmosfera si comporta come una serra, l'atmosfera lascia passare le radiazioni luminose ma intercetta quelle termiche (effetto serra).

13. Cosa sono le aree anticicloniche e cicloniche? Definisci le rispettive caratteristiche in termini di temperatura, pressione, movimento orario e antiorario al loro interno. Come si rappresentano graficamente?
Le aree anticicloniche sono le zone ad alta pressione (ma bassa temperatura), le zone cicloniche sono quelle a bassa pressione (ma alta temperatura). Il movimento orario o meno è influenzato dal moto di rotazione della Terra; se essa non ruotasse, i flussi d'aria andrebbero nella direzione più breve per colmare il dislivello di pressione. In realtà, la forza di Coriolis agisce sulle masse d'aria in movimento e le fa deviare verso destra nell'emisfero boreale e verso sinistra in quello australe. La pressione si rappresenta con le isobare, linee che congiungono zone con uguale pressione. I flussi d'aria divergono dagli anticicloni in senso orario e convergono nei cicloni in senso antiorario. I venti spirano quindi parallelamente alle isobare.

14. Che cosa sono i venti? Quali fattori li generano? Quali fattori influiscono sul loro andamento? Come vengono classificati i venti?
I venti sono movimenti di massa d'aria che avvengono parallelamente alla superficie terrestre (dalle cone anticicloniche alle cicloniche) causati dalle differenze di pressione fra zone diverse; il movimento è causato da una predisposizione a ristabilire l'equilibrio barico. I venti locali sono detti brezze e spirano dal mare alla terra di giorno e viceversa di notte (in montagna possono essere di valle, dal basso all'alto o di monte). Zone più vaste coinvolgono i monsoni, venti periodici che soffiano dal mare al continente in estate (provocando piogge) e dal continente al mare in inverno, quando sono freddi e secchi.

15. Descrivi la circolazione generale nella bassa troposfera. Rappresenta con un disegno la Terra con le principali zone di bassa e alta pressione, mettendo in evidenza la circolazione dell’aria nelle tre celle convettive.
Nella bassa troposfera la circolazione si spiega a causa di tre venti originati da differenti pressioni. Alle basse latitudini la velocità di rotazione della Terra è maggiore di quella dei moti dell'aria, che tendono quindi ad andare da Est a Ovest; si hanno così due zone di venti orientali detti alisei (da SE o da NE) che convergono verso l'Equatore. A 30° di latitudine N e S, l'aria ha la stessa velocità della Terra e vi sono due zone simmetriche di alte pressioni subtropicali, da cui le masse d'aria divergono sia verso l'Equatore che verso le media latitudini. Fra 35° e 55°, l'aria è più veloce della Terra, determinando venti da Ovest (venti occidentali), che muovono verso le basse pressioni subpolari. Alle latitudini estreme si hanno i venti orientali polari, dalla zone di alte pressioni polari.

16. Come si originano le brezze di mare? Ci sono fenomeni simili su scala maggiore?
/vedi numero 14/

17. Come si originano gli alisei?
Gli alisei sono i venti orientati nell'emisfero boreale da NE all'Equatore e nell'emisfero australe da SE all'Equatore. Essi sono generati dal fatto che alle basse latitudini la velocità di rotazione della Terra è maggiore di quella dei moti dell'aria, che tendo quindi ad andare da Est a Ovest.

La tettonica
22. La teoria della deriva dei continenti di A. Wegener: punti di forza e di debolezza.
Secondo la teoria di Wegener i continenti attuali si trovavano un tempo uniti in un unico supercontinente chiamato Pangea, circondato da un unico grande oceano chiamato Pantalassa; a partire da 200 milioni di anni fa la Pangea si sarebbe smembrata grazie al meccanismo della deriva dei continenti creando la situazione attuale: la presenza di diversi continenti. La teoria si basava su prove solide e accettate da tutti come il paleomagnetismo, prove paleontologiche e paleoclimatiche, dove la teoria di Wegener sembrava essere poco sostenibile era sulle modalità della deriva, in quanto le forze invocate per spiegare questo fenomeno apparivano del tutto inadeguate.

23. Il calore interno della Terra: cause e conseguenze. Come varia il gradiente geotermico?
L’interno della terra è molto caldo e, come conseguenza, il pianeta perde costantemente calore dalla sua superficie. La causa è rintracciabile grazie alla presenza di isotopi radioattivi nella costituzione della terra, tali isotopi essendo instabili decadono, emettendo particelle nucleari che si trasformano in isotopi di elementi diversi. Questa energia si trasforma in calore che fluisce dalla terra. Le conseguenze dell’emissione di calore dalla superficie sono riassunte nel concetto di flusso termico, cioè la quantità di calore emessa nell’unità di tempo per superficie. La temperatura all’interno della terra, quindi, cambia in corrispondenza della profondità, determinando il gradiente geotermico, per calcolarlo i geofisici hanno costruito la geoterma: un grafico che descrive il cambiamento di gradiente.

24. Spiega le caratteristiche della crosta continentale e oceanica.
La crosta oceanica costituisce il “pavimento” degli oceani ed è interamente coperta da acque, questo tipo di crosta è meno spessa rispetto alla continentale ( da 6 km) e si assottiglia molto nei pressi delle dorsali. La crosta oceanica si è sviluppata in tempi più recenti ed ha quindi una struttura più giovane, essa possiede una struttura a strati regolari in cui si riconoscono sedimenti, basalti e gabbri. La crosta continentale corrisponde ai continenti alla loro prosecuzione sotto il livello del mare, il suo spessore si aggira intorno ai 35 km e la sua età può arrivare anche a 4 miliardi di anni. La crosta continentale ha una struttura eterogenea compresa di rocce sedimentarie, magmatiche e metamorfiche, ha avuto una complessa evoluzione dominata dall’orogenesi.

25. Spiega come i geologi hanno compreso la struttura e composizione degli strati interni della Terra.
La terra contiene al suo interno tre strati: crosta, mantello e nucleo. Per risalire alla natura delle rocce negli strati più interni e alla loro composizione i geologia hanno messo a confronto la velocità di propagazione di onde meccaniche ( ricavate dall’analisi delle onde dei terremoti) con le analoghe velocità determinate in laboratorio per una serie di materiali. Si è capito così che il mantello superiore è prevalentemente formato da peridotiti e a mano a mano che si scende in profondità da materiali sempre più resistenti al calore. Dai dati sismici si è inoltre capito che la parte più esterna del nucleo ha un carattere fluido, mentre la parte centrale è solida.

26. Illustra la teoria delle tettonica delle placche. Cause e conseguenze
La tettonica delle placche è un modello globale riguardo l'attività del pianeta. La litosfera è intersecata da fasce molto attive caratterizzate da sismicità e vulcanismo. Queste sono le _dorsali d'espansione _le fosse di subduzione _le grandi faglie trasformi. Nel loro insieme formano un'immensa rete che si dirama su tutta la litosfera, suddividendola in una ventina di placche. Queste possono essere formate da sola litosfera oceanica o sola litosfera continentale, o da entrambe. In definitiva le dorsali sono luoghi i cui movimenti convettivi in atto nel mantello si manifestano con inarcamenti della litosfera e fuoriuscita di magma. Le fosse abissali sono invece i luoghi in cui la litosfera ritorna nel mantello e viene in gran parte riciclata nel processo di subduzione.

27. Moti convettivi del mantello e punti caldi
La tomografia sismica ha rivelato che vicino alla superficie si può osservare la struttura delle placche, più in profondità la forma di zone calde e fredde non è collegabile direttamente alle zone di attività superficiale. A profondità ancora maggiori non si osserva più corrispondenza tra zone a diverse temperature e distribuzione dei continenti. Tra mantello e nucleo compare una regione calda posta sotto l'Oceano Pacifico circondato da materiale freddo. Dalle regioni più calde alla base del mantello si innalzano colonne di materiale caldo dette pennacchi che arrivano fino in superficie dove si manifesta come punti caldi.

28. Moti convergenti delle placche di litosfera oceanica e continentale e loro conseguenze
L'orogenesi, processo di intensa deformazione crostale che coinvolge molte rocce e porta a fenomeni di metamorfismo e magmatismo e al sollevamento di una catena montuosa nuova. Un orogeno può formarsi in tre diverse situazioni:
Crosta oceanica in subduzione sotto un margine continentale: se un continente incontra una fossa oceanica, quest'ultima viene sovrastata dalla prima e la litosfera oceanica viene trascinata in profondità dal mantello.
Collisione continentale: quando due placche continentali si incontrano, una volta consumata tutta la crosta oceanica fra esse, i due margini entrano in contatto e vengono deformati fino a saldarsi insieme.
Accrescimento crostale: quando due placche si incontrano, man mano che ha luogo il processo di formazione della dorsale, i frammenti vengono strappati dalla placca che sprofonda.
Crosta oceanica sotto crosta oceanica: la crosta più densa scende e si fonda; poi in tempi lunghissimi risale formando un arco insulare.

29. Moti divergenti delle placche di litosfere oceanica e continentale e loro conseguenze
Quando grandi volumi di materiale caldo arrivano al di sotto della litosfera, essa si inarca e si frattura, dalle fessure inizia a fuoriuscire lava formando le fosse tettoniche, delimitate da faglie. È questo lo stadio embrionale. In seguito, se il processo di espansione continua, i due margini continentali si allontanano e le lave formano una prima striscia di nuova crosta oceanica, mentre le acque vicino invado la zona è stadio giovanile. L'ultimo è lo stadio di maturità, con cui l'oceano si amplia e i detriti lungo i margini formano primi sedimentari. Sul fondo dell'oceano in espansione le bande di anomalie magnetiche registrano lo scorrere del tempo.

30. Spiega cosa sono le anomalie magnetiche sui fondali oceanici e il paleomagnetismo
Il paleomagnetismo studia il campo geomagnetico del passato, in quanto molte rocce conservano una magnetizzazione propria, indotta dal campo presente alla formazione diventando minuscole calamite permanenti. Le navi che negli anni '60 avevano dei magnetometri riscontrarono anomalie del campo magnetico. I basalti del fondale oceanico formandosi hanno acquisito una magnetizzazione conforme al campo geomagnetico allora presente. I magnetometri registrano quindi il campo geomagnetico attuale ma anche quello del paleomagnetismo dei basalti, rivelando anomalie in quanto il campo geomagnetico subisce un'inversione periodicamente. A diverse anomalie si ha interferenza positiva con stessa direzione fra campo geomagnetico e campo magnetico della crosta, se no negativa. Ciò indica che la crosta non si sia formata tutta insieme.

31. Dorsali, fosse, archi vulcanici insulari, orogenesi, espansione dei fondali, Trova una causa per ogni struttura geologica
Un'altra attività, più intensa, dei fondi oceanici sono le fosse abissali, depressioni del fondo lunghe migliaia di km e relativamente strette. L'attività vulcanica è presente, ma a una certa distanza dalle fosse, dove si individua l'arco vulcanico. Le fosse vicino ai continenti formano una catena di vulcani (esempio Ande), altrimenti forma un arco di isole vulcaniche. Il vulcanismo lungo le fosse è altamente esplosivo. Il sistema di dorsali sui fondi oceanici è lungo circa 60.000 km. Queste dorsali oceaniche sono una specie di "cicatrice" in rilievo sui fondali. La cresta del sistema di dorsali è quasi ovunque segnato da un solco longitudinale largo alcuni km e profondo un paio di km, chiamato rift valley. Le dorsali disarticolate in trasversale rispetto all'asse della rift valley sono dette faglie trasformi. I movimenti tra due segmenti di rift valley sono opposti e provocano terremoti.