Geofisica - Appunti

Tettonica delle placche

La tettonica delle placche è una teoria che spiega l'evoluzione del guscio più esterno della terra, la litosfera.

Questa teoria fu formulata in modo compiuto solo negli anni 1967-1968 ma può essere considerata come uno sviluppo di una serie di osservazioni e teorie sviluppate negli anni precedenti.

Già nel periodo tra il 1600 ed il 1800, evidenze geologiche e paleontologiche avevano portato a ipotizzare in passato i continenti fossero uniti senza tuttavia cercare una forma di spiegazione sui meccanismi.

La prima importante teoria fu elaborata nel periodo tra il 1912 ed il 1915 da Alfred Wegener il quale elaborò la teoria della deriva dei continenti: circa 300 milioni di anni fa i continenti facevano parte di un unico supercontinente detto Pangea, dal quale si sono frammentati.

Wegener sosteneva le sue teorie con una vasta serie di argomentazioni:

• argomenti geologici: somiglianze geologiche tra i vari continenti
• argomenti paleontologici: stesse fossili in continenti diversi
• argomenti paleoclimatici: ritrovò l'antica della rocce sedimentarie risale a cicli climatici molto antiche

Il punto debole della sua teoria fu di non fornire spiegazione accurate sui meccanismi dei movimenti.

Un contributo importante alla conferma della teoria di Wegener fu dato nel 1960 da Harry Hess il quale formulò la teoria di espansione dei fondali oceanici.

I fondali oceanici sono costituiti da tre zone principali: le dorsali medio-oceaniche, i bacini oceanici (compresi tra due dorsali) ed i margini continentali.

Esistono inoltre zone profonde dette fosse oceaniche.

Secondo la teoria di Hess nel mantello terrestre sono presenti correnti convettive ed il materiale presente nel mantello fuoriesce proprio in corrispondenza delle dorsali allontanandosi da esse continuamente, fino far posto a nuova materiale in uscita.

In questo modo si viene a creare nuova crosta terrestre che viene riassorbita a corrispondenza delle fosse oceaniche.

La teoria di espansione oceanica fu ben presto dimostrata da prove sperimentali derivanti dallo studio dell'età dei sedimenti oceanici e dal magnetismo delle rocce (polarità inversa e normale).

Queste teorie, assieme alle conoscenze sulla struttura della terra, sui fenomeni sismici e vulcanici hanno consentito di elaborare la teoria delle tettoniche delle placche.

L'idea centrale della teoria è che la superficie terrestre sia costituita da un grosso blocco suddiviso in un certo numero di placche che si muovono in modo reciproco galleggiando su uno strato più plastico (astenosfera). Le placche si muovono sulla base di tre principali tipi di moti:

• moti trasforme - movimenti tetanici ^up _down
• moti divergenti - allontanamento _{left right}
• moti convergenti - delle anche moti di subduzione parte ^up _down

Una placca ad entrare sotto un’altra subendo un processo di fusione. Il materiale generato avviene in parti della crosta in cui avvengono moti divergenti. Inoltre, la teoria delle tettoniche delle placche permette di capire la sismicità e l’attività vulcanica, come conseguenza della collisione delle placche. Quasi tutta l’attività sismica e vulcanica è infatti limitata ai margini di placca. L'attività vulcanica non associata ai margini di placche è solo una piccola percentuale: i centri vulcanici isolati prendono il nome da hot spots e derivano come conseguenza della risalita in superficie di magma presente nel mantello.

Geofisica applicata: cos’è?

La geofisica può essere classificata in motecane nelle terre di vari utenti. In base agli obiettivi la geofisica può essere classificata in: geofisica pura ha come obiettivo la conoscenza delle caratteristiche del pianeta. Geofisica applicata studia le caratteristiche del sottosuolo della crosta per fini applicativi. E’ nucleo di fisica, problemi di ingegneria civile ecc. In base ai criteri operativi la geofisica può essere suddivisa in: geofisica di superficie, indagini superficiali, geofisica in foro di sonda, indagini profonde. Una ulteriore suddivisione in due su principi metodologici: metod. basata sullo studio di corpi naturali, metod. gravimetrici metod. basati sullo studio di corpi artificiali, metod. sismici ed elettromagnetici. Induzione in geofisica è il concetto di potere risolutivo, ovvero la capacità di ottenere dei dati sfruttando delle condizioni superficiali. Un metodo che in generale permette di buona poteri risolutivo potrebbe in condiziona facilcativi la identistica di potere risolutivo superiore. Ovviamente ogni metodo ha un proprio campo di applicabilità tecnica che nella pratica è fortemente condizionato dalle caratteristiche specifiche.

Sismologia

La sismologia è propriamente la scienza dei terremoti. Un terremoto (o sisma) è un fenomeno naturale che si manifesta con un scuotimento della Terra.

Iniziamo con un po' di ripasso delle tene dell’elasticità. Datto un tono di uno coerenti è noto che lo stato di tenenza di un capo è dita delle tre tensioni normale (σ_xx, σ_yy e σ_zz) e delle tre tensioni di taglio (τ_xy, τ_yz, τ_zx).

Affinché il capo sia in equilibrio statico è necessario che lo risultato delle tensioni sul nulla ( le tre componenti agenti su una faccia devono sempre uguali e contrarie a quelle agente sulla faccia opposto e il suo momento nello nulla (il capo non subisce rotazioni). Il capo oggetto a tension si deforma nate volte lo spostamento nelle direzioni degli assi e componenti di deformazione ε_xx = ∂u/∂x, ε_yy = ∂v/∂y, ε_zz = ∂z/∂z+. La reazione che amo le tensioni alle deformazione dipende dal comportamento del capo.

Diciamo che un capo elastico se una volta rimossa causa sollecitazione ritorno alle configurazioni iniziali, viceversa si parla di materiali plastici. Detto in altro modo un capo elastico quando tra tensioni e deformazione esiste in relazione lineare (legge di Hooke (τ = εE).

• E: modulo di young ovvero il allungamento di una sono sotto l’azione di una sora. U = εε;
• v: modulo di Poisson; G: = E/2(1+v) (v: costante di Lome). G;
• G: modulo di taglio 2 μΈ/(1+v). λ: 2 με/(1+υ -2μ)

Detto questo anziamo in modo più dettagliato i terremoti. Il ligo nel sottosuolo us cui ha orgione un terremoto è detto epicentro, le sua proiezione sulla superficie ternestra è detto epicentro. Nelle maggior parte dei casi il terremoti si govemano a causa dello scurimento

Per cui V₁/Q ^{= ΔA/π x A}

Per la propagazione sismica quello che ci interessa è come si propaga nel terreno segnale sismico, ovvero le perpendicolare al fronte d’onda.

Le legge fondamentali che ci permette di descrivere la traiettoria del raggio sismico è la legge di Snell e quando un’onda sismica (onde incidente) incontra la superficie di separazione V₁ tra due mezzi isotropi una parte dell’energia si propaga nello stesso mezzo dell’onda incidente (onda riflessa) e una parte si propaga nell’altro V₂ = V₁ strato (onda riflessa obliqua). Le onde riflesse e riflesse assumano durate diverse da quelle incidenti e legate ad esse dalla relazione sin(i₂) = sin(i₃)/V₁ = sin(a₁)/V₂.

Le due metodologie sismiche più utilizzate sono:

• sismica a riflessione
• sismica a riflessione

L’idea alla base della sismica a riflessione è che esistono un veloc di is, V₁ e V₂ per cui i₂ = 90 %. Il volta di is pu un 28900; viene detto angolo critico. In questo caso si genera dunque un’onda riflettente che si muove lungo la discontinuità con velocità V₁.

Se V₂ > V₁ da una stata distanza in pi (essendo piu veloce) l’onda riflett si pone a fronte dell’onda ridotta e di quella riflessa (che ai muovon a velocità V₁). L’onda riflessa genera inoltre una nuova detta hcad pave che si muove verso la superficie. Se invece V² = V¹ le onde riflesse, riflett e ridette si muovono con la stessa velocità.

Quindi, riassumendo, si possono osservare tre onde distinte:

• diretta: che vicino alla superficie e mesurata per prima
• riflessa: arriva tempo dop la diretta
• riflettente: da una certa distanza, viene rilevata per prima

La sismica a riflessione base quindi sull’analisi dei tempi d’arrivo delle onde ene geof con un modo da pot eculare la profondità e l’indinazione delle rislattati (discontinuità).

I vari tempi d’arrivo vengono registrati tracciando delle “travel radial irvres” ovvero diagrammi rappresentanti l’arrivo della varie onde registr (co che estense z il primo arrivo). Permettono di interpretari i risultati ottenuti.

Per capire meglio, epotizziamo di considerare il caso di due avec velocità