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osservazione della terra dallo spazio - laboratorio di...
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osservazioneosservazione delladella terra terra dallodallo spaziospazio
F.SansòF.Sansò
Giornata della ScienzaGiornata della ScienzaLiceo Scientifico Liceo Scientifico E.FermiE.Fermi
9 marzo 20069 marzo 2006
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La Terra e i suoi sottosistemiLa Terra e i suoi sottosistemiLa terra è divisa in parti che interagiscono tra loro, oltre checon lo spazio esterno, e che ne determinano l’evoluzione principalmente:
Atmosfera
Terra solida
H-idrosfera
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AtmosferaAtmosferaTroposfera 15 kmStratosfera 60 kmIonosfera 500 km
Parametri fisici che caratterizzano l’atmosferaTemperaturaPressioneUmidità (nella troposfera)PulviscoloIonizzazione (nella ionosfera)
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Terra solidaTerra solida
0 kmNucleo interno
1200 kmNucleo esterno
3500 kmMantello inferiore
5700 kmMantello superiore
6360 km
6300 km
Crosta
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Parametri fisici caratteristici
Densità
Temperatura
Moduli elastici
Parametri di viscosità
Composizione chimica
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La tettonica a placcheLa tettonica a placcheI moti convettivi generano la dinamica delle “placche”;parti abbastanza rigide che galleggiano sull’astenosfera
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Le placche scontrandosi tra loro generano fenomeni di rottura lungo faglie (sismica), di sovrascorrimenti e orogenesi
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La La HH--idrosferaidrosferaOceanica oceani
mari interni(Mediterraneo, Baltico, Nero)
Continentale laghi, fiumifalde acquifere
Criosfera calotte polarighiacciainevai
Atmosferica nubipioggia, neve, grandine
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Le interazioni tra i vari sottosistemiLe interazioni tra i vari sottosistemi
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Le interazioni viste in superficieLe interazioni viste in superficie
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La dinamica crostale si manifesta in superficie con un fenomeno di deformazione su scale che vanno da quella continentale (migliaia di km) a quella regionale (centinaia di km).
Sono indicatori dell’attività crostale anche il campo di gravità, il campo magnetico e il campo delle temperature di superficie dei continenti.
In alcune regioni la rottura della crosta è evidente in superficie (rift) e le deformazioni molto intense.
Le deformazioni possono oggi essere studiate da osservazioni spaziali GPS che raggiungono una precisione elevata anche per distanze di migliaia di km (es. 1mm su 1.000 km)
Questo permette di “vedere” deformazioni che si manifestano in pochi anni e comprendere la dinamica della crosta ad esempio scoprendo le aree dove è più probabile che si verifichino terremoti.
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Il sistema GPS dunque permette un monitoraggio globale della dinamica delle placche (International GPS Service) attraverso una rete globale di stazioni permanenti
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Reti locali vengono invece stabilite per studiare aree particolari
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Il campo di gravità come specchio Il campo di gravità come specchio della dinamica della dinamica crostalecrostale
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Il campo della gravità terrestre è una combinazione della Il campo della gravità terrestre è una combinazione della attrazione di gravità di attrazione di gravità di tuttetutte le masse distribuite nella terra le masse distribuite nella terra con la accelerazione centrifuga, dovuta al fatto che un con la accelerazione centrifuga, dovuta al fatto che un osservatore solidale con la terra gira (con velocità angolare osservatore solidale con la terra gira (con velocità angolare 360°/1 giorno) rispetto ad un sistema inerziale.360°/1 giorno) rispetto ad un sistema inerziale.
La forma fine del campo di gravità dunque riflette la La forma fine del campo di gravità dunque riflette la distribuzione delle masse e può essere usata per verificare distribuzione delle masse e può essere usata per verificare diverse ipotesi geofisiche sulla dinamica della crosta.diverse ipotesi geofisiche sulla dinamica della crosta.
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Esempio 1Esempio 1Catena di montagne in equilibrio Catena di montagne in equilibrio isostatico:isostatico:
crosta 2.67ρ =
mantello 3.27ρ =
h
H
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Esempio 1 (Esempio 1 (contcont))Ipotesi di “galleggiamento”inIpotesi di “galleggiamento”inequilibrio (legge di Archimede)equilibrio (legge di Archimede)
Variazione di profonditàVariazione di profonditàdell’interfaccia tra crosta e mantellodell’interfaccia tra crosta e mantello
( )m c
c
2 rH spinta verso l'alto
2 rh spinta verso il basso
π ρ − ρ = =
= π ρ =
c
m c
H h 4,45hρ
= =ρ − ρ
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2020
Esempio 2Esempio 2
Geometria di una montagna sostenuta da una forza Geometria di una montagna sostenuta da una forza compressivacompressiva
crosta 2.67ρ =
mantello 3.27ρ =
h
H
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Esempio 2 (Esempio 2 (contcont))La massa che si innalza di La massa che si innalza di hh sull’orizzonte non è sostenutasull’orizzonte non è sostenutada una radice “isostatica” ma dalla pressione ai bordi dellada una radice “isostatica” ma dalla pressione ai bordi dellapiastra.piastra.
La “radice” di profondità La “radice” di profondità HH è riempita con la densità è riempita con la densità ρρmm eequindi ho un eccesso di massa ed una gravità più alta lungoquindi ho un eccesso di massa ed una gravità più alta lungola montagna di quanto prevede l’ipotesi di equilibrio isostaticola montagna di quanto prevede l’ipotesi di equilibrio isostatico..
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Processi importanti sulla superficie Processi importanti sulla superficie in interazione con la Biosferain interazione con la Biosfera
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Quali processi di superficie Quali processi di superficie possiamo “vedere” dallo spazio?possiamo “vedere” dallo spazio?
PositioningPositioning:: Sistema di riferimento globale/rotazioneSistema di riferimento globale/rotazioneLaserLaserGP Posizione dei punti e deformazione globalGP Posizione dei punti e deformazione globaleeDORISDORIS
Gravità:Gravità: Modelli dettagliati di attrazione di gravitàModelli dettagliati di attrazione di gravitàCHAMP e di geoide per lo studio dei diversi fenomeCHAMP e di geoide per lo studio dei diversi fenomeniniGRACE geodinamiciGRACE geodinamiciGOCE GOCE
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Temperatura
e umidità del Suolo : Hotspots
TERRA (Nasa) Flussi di “risalita” di magma
Forma della superficie: Con immagini ad alta risoluzione
SPOT (ottico) o con il radar (SAR)
Quickbird Deformazioni nel tempo
Heros Linea di costa; Reticolo idrografico
ERS orografia ecc.
TOPEX POSEIDON
SRTM
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Uso del suolo: Abitato, acque superficiali,
LANDSAT coltivato, foreste
ERS
ENVI SAT
Frane: Movimenti franosi
SAR-HR
Meteorologia: Presenza di nubi, pioggia, neve
METEOSAT Presenza di pulviscolo
EUMETSAT
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i i satellitisatelliti artificialiartificiali
oggi sono in orbita satelliti artificiali per numerosiscopi.una possibile e non esaustiva classificazione dellemissioni satellitari è la seguente:
missioni geodetiche
missioni per la navigazione
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
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missionimissioni geodetichegeodetichei satelliti geodetici sono chiamati così per il loro contributo alla geodesia.
la geodesia è la scienza che si occupa della determinazione, tramite osservazioni satellitari e terrestri, della posizione di punti sulla superficie terrestre, della forma e della dimensione della terra e delle variazioni della gravità terrestre e del campo magnetico
è possibile suddividere le missioni geodetiche sulla base della loro finalità:
missioni geodetiche per il posizionamento e la definizione del sistema di riferimento
missioni geodetiche per la determinazione del campo di gravità
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laser ranging: si osserva la distanza in andata e ritorno di un segnale laser
LAGEOS
stazioni permanenti del GNSS: si determina la distanza tra satellite e ricevitore dal confronto tra un segnale radio emesso dai satelliti e una copia dello stesso generata nei ricevitori a terra. Problemi di sincronizzazione richiedono la misura simultanea da un ricevitore a 4 satelliti
missionimissioni geodetichegeodetiche
missioni geodetiche per il posizionamento e la definizione del sistema di riferimento
le osservazioni vengono utilizzate per determinare la posizione di punti sulla superficie terrestre in un opportuno sistema di riferimento e le loro variazioni nel tempo (geodinamica)
STARLETTE STELLA
GPS GLONASS GALILEO
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2929
satellite della costellazione NAVSTAR GPS
missionimissioni geodetichegeodetiche
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3030
satellite della costellazione GLONASS
missionimissioni geodetichegeodetiche
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3131
satellite della costellazione GALILEO
missionimissioni geodetichegeodetiche
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3232
rete IGS delle stazioni di tracciamento dei satelliti GPS
missionimissioni geodetichegeodetiche
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3333
CHAMP
missionimissioni geodetichegeodetiche
missioni geodetiche per la determinazione del campo di gravità
si osserva l’effetto dell’attrazione della terra su una massa sospesa sottraendo gli effetti non gravitazionali come il drag atmosferico e la pressione della radiazione solare
tra le applicazioni si ha lo studio della distribuzione delle masse all’interno della terra (geodinamica)
GRACE GOCE
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3434
missionimissioni geodetichegeodetiche
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3535
GOCE ha lo scopo di fornire un unico dataset per la determinazione di modelli globali e regionali del campo di gravita’terrestre.
missionimissioni geodetichegeodetiche
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missioni per la navigazione
missioni per la navigazione:si tratta di missioni per il posizionamento di oggetti in movimento intorno alla terra
segmento mobile del GNSS: si determina la distanza tra satellite e ricevitore dal confronto tra un segnale radio emesso dai satelliti e una copia dello stesso generata nei ricevitori a terra. Problemi di sincronizzazione richiedono la misura simultanea da un ricevitore a 4 satelliti
GPS GLONASS GALILEO
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missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
monitoraggio attivo in radio frequenzadella superficie degli oceani, dei ghiacciai, delle terre emerse
si determina la forma della terra (DTM) e le sue variazioni nel tempo (geodinamica globale e locale, subsidenza, vulcani)
SAR (radar interferometrico):terreni digitali,variazioni di superficie (es. Terremoti)SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) ha fatto il DTM di tutte le terreemerse con risoluzione di 100m
RADAR-ALTIMETROper monitorare la superficie degli oceani, la superficie topografica del marela superficie topografica del ghiacciai
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
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3838
ERS 1&2 ESA Remote Sensing Satellite 1&2
Envisat ENVIronmental SATellite
Proba Project for On-Board Autonomy
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3939
Faglia di San Andreas, 1200 km: e’ la piu’ lunga in Californiae una delle piu’ lunghe del Nord America
SAR (radar interferometrico)
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
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4040
SAR (radar interferometrico)
Interferogramma
DTM
Immagine SAR del Vesuvio
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
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4141
RADAR-ALTIMETRO:per monitorarela superficie degli oceanie dei ghiacciai
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
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4242
QUICK BIRDaltezza: 450 km inclinazione: 98 gradiorbita:elio-sincrono quasi-polareperiodo di rivoluzione 98 minutirepeat cycle: 1-3.5 giorni
Roma - Colosseo
risoluzione 70 cm
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
immagini ad alta risoluzioneper la fotointerpretazione,per l’aggiornamento della cartografia a piccola scala
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4343
Delta del Gange
ATSR (Along-Track Scanning Radiometer):sensore ottico, opera nella banda dell’infrarosso emisura la temperatura della superficie del mare e delle nuvole
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
immagini per bande di frequenzaper lo studio dei fenomeni di superficie: manto nevoso, forestazione, incendi, desertificazione, urbanizzazione…
ogni superficie riflette le onde di diversa frequenza in modo caratteristico
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4444
Chlorophyll in Mediterranean© SeaWiFs project, NASA and Orbimage
ORBVIEW: per lo studio della eutrofizzazione
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
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4545
studi urbanistici(verde urbano in rosso)
Panathinaiko olympic stadium in Athens,Greece
The Murray River east of Adelaide,Australia
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
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4646
EUMETSAT
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
sounding atmosfericoper le previsioni del tempo utilizzando osservazioni + modelli
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4747
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
sounding atmosfericoper le previsioni del tempo utilizzando osservazioni + modelli
MSG-1 Meteosat Second Generation
MetOp Lancio previsto nel 2005, MetOp sara’ il primo satellite europeo a orbita polare dedicato alla meteorologia
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Mappa globale ad alta risoluzione dell’inquinamento atmosferico da NO2dallo spettrometro SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography)a bordo di ENVISAT
missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente
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sounding atmosfericobackscattering delle particelle sospese
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http://www.eurimage.com
http://telsat.belspo.be/beo
http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/Kepler/Kepler.html
http://www.radarsat2.info/rs2_satellite/overview.asp
http://www.esa.int/esaCP/index.html
http://octopus.gma.org/surfing/space.html
http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html
Siti Web da cui e’ stato tratto il materiale illustrato: