Le variabili fisiche connesse
con l’ambiente di montagna
A. Caporali
Dipartimento di Geoscienze
Università di Padova
Corso di Perfezionamento in Medicina di Montagna
Bressanone, 20 Febbraio 2012
Argomenti trattati
Questioni 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 Terra
Crosta e mantello: ricchi in silicati
Nucleo (interno e esterno): ricchi in
ferro
Spessore della crosta: 35 km in
media, c. 9 km negli oceani, fino a
70 km sotto gli orogeni
Moho: discontinuità di densità tra
crosta (2670 kg/m3) e mantello
(3300 kg/m3)
Profondità dell’interfaccia nucleo
(liquido)-mantello: c. 2900 km
Profondità dell’interfaccia nucleo
liquido – nucleo solido (non
mostrato in figura): 5100 km
Raggio terrestre medio: 6300 km
crosta
mantello
nucleo
Moho
Deriva dei continenti e flussi
convettivi nel mantello
Come usare i grandi terremoti per
ricostruire la struttura interna della
incidente
Terra
Tomografia sismica in ambiente a
simmetria sferica
Legge 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)
riflessa
trasmessa
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
h
T = 30
km

m
H
P
In equilibrio, il peso del fluido spostato eguaglia la forza peso:
P   m gH è il peso del fluido spostato, per unità d' area
ρ(h  H)g è il peso della massa immersa, per area di base unitaria
All' equilibrio ρ(h  H)g   m gH  H 

m  
h  4.5  h
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)
Volumi di gas (a sin.) e liquido (a destra) a confronto, entrambi soggetti alla
forza peso
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
Stratificazione (2/2)
liquido
Pressione
gas
Quota (km)
Profondità (km)
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 atmosferica
Si 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 atmosferiche
Svantaggi: non funzionano in rifugio, a
ridosso di una parete di roccia, o … quando
le batterie sono esaurite!