Scienze della Terra - Riassunto La geografia generale con... Il globo terrestre e la sua evoluzione di E. Lupia Palmieri e M. Parotto, 6. ed PDF

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Riassunti fatti bene di alcuni capitoli del libro....

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CAPITOLO 3: IL PIANETA TERRA  La forma della Terra: La Terra ha una superficie curva e convessa: -L’altezza delle stelle sull’orizzonte varia se ci si sposta lungo un meridiano terrestre. -L’orizzonte va aumentando di diametro con il crescere dell’altitudine del punto di osservazione. La forma della Terra sembra discostarsi poco da quella di una sfera, e alcuni fatti lo dimostrerebbero come la comparsa/scomparsa graduale di un oggetto all’orizzonte; i viaggi di circumnavigazione; l’analogia con gli altri pianeti; l’ombra a contorno sempre circolare che la Terra proietta sulla Luna (eclissi di Luna); la gravità, che agisce approssimativamente lungo i raggi di una sfera. La sfericità del nostro pianeta è documentata, anche se non risulta perfetta. Infatti non si può definire omogenea ed è dotata di un veloce moto di rotazione attorno al proprio asse. La forza centrifuga, deve aver prodotto una progressiva deformazione. La forma che ne risulta è poco dissimile da quella di un ellissoide di rotazione o sferoide. L’asse minore dell’ellissoide terrestre è identificabile con la distanza fra i due poli (asse polare), mentre l’asse maggiore (asse equatoriale) dovrebbe corrispondere al diametro dell’equatore terrestre, il quale è stato dimostrato non essere perfettamente circolare. Pertanto come forma della Terra si deve considerare quella di un ellissoide a tre assi. La superficie terrestre nei suoi vari tratti presenta valori diversi della forza di gravità. I vari punti della superficie terrestre si trovano a diversa distanza dal centro. Si è pensato poi di identificare la forma del nostro pianeta con quella di un solido, detto geoide. La superficie del geoide è una superficie equipotenziale, ossia tale che in tutti i suoi punti non è uguale l’accelerazione di gravità, ma è uguale il lavoro necessario per portare un determinato oggetto da questa superficie a distanza infinita. La conoscenza della forma precisa e delle esatte dimensioni della Terra, di cui si occupa la Geodesia, è necessaria per la costruzione delle carte geografiche, sia per l’esecuzione delle grandi opere infrastrutturali.  Le dimensioni della Terra: Il tentativo di “misura della Terra” di cui abbiamo notizie più sicure e che condusse ad un risultato molto più preciso è quello eseguito da Eratostene di Cirene (3 secolo a.C.). Eratostene riteneva che le città di Alessandria d’Egitto e Siene fossero situate sullo stesso meridiano. Dal suo tempo, dovettero passare ancora 19 secoli prima di avere una migliore valutazione delle dimensioni della Terra, (J. Picard). Le dimensioni sempre più precise eseguire in varie parti della Terra hanno consentito di stabilire che l’arco di un grado di meridiano non presenta una lunghezza costante; il suo valore aumenta, sia pur leggermente, dall’Equatore verso i poli. Lo schiacciamento polare della Terra era già stato messo in evidenza verso la fine del 17 secolo. Le più recenti misure astrogeodetiche hanno permesso di determinare la lunghezza del raggio equatoriale in 6378, 16 km e quella del raggio polare in 6356,78 km. La loro differenza è di soli 21, 38 km, e lo schiacciamento che ne deriva è pari a 1/298,3; ossia il semiasse polare sarebbe più corto di circa 1/298 di quello equatoriale. Hanno deciso di assumere come solido di riferimento a rappresentazione della forma della Terra il cosiddetto ellissoide internazionale. Le dimensioni della Terra costituiscono la base del Sistema Metrico Decimale, fissato nel 1793 dall’Accademia delle Scienze di Parigi. Questa, stabiliva di assumere ad unità di misura delle lunghezze il metro, definito come la quaranta milionesima parte del meridiano terrestre. I vari meridiani non sono perfettamente uguali fra loro e la lunghezza di un determinato arco di meridiano non si mantiene esattamente costante nel tempo, a causa dei modestissimi ma continui cambiamenti di forma del nostro pianeta. Nel 1983 si è definito il nuovo metro come la distanza percorsa nel vuoto dalla luce nell’intervallo di tempo di 1/299 792 458 di secondo. La nuova definizione del metro collega le misure di lunghezza alla velocità della luce. Essa stabilisce in maniera più rigorosa l’unità di misura della lunghezza assieme alla massa (kg), intervalli di tempo (s), intensità di corrente elettrica (A), temperatura (K), intensità luminosa (cd), quantità di sostanza (mol), sulle quali si fonda il Sistema Internazionale di Unità, fondato in Italia dal 1978.  Le coordinate geografiche: Si immagini un piano perpendicolare all’asse terrestre e passante per il centro della Terra: tale piano dividerà la Terra in due emisferi, quello settentrionale o boreale dalla parte del Polo nord, quello meridionale o australe dalla parte del Polo sud. Determinerà sulla “superficie sferica” della Terra una circonferenza massima equidistante dai poli: l’Equatore. L’intersezione tra la superficie terrestre ed altri piani perpendicolari all’asse ma non passanti per il centro della Terra, sono i paralleli, (ampiezza di 360° e di lunghezza minore rispetto all’equatore e via via decrescente andando verso i poli). Si immagini poi di tagliare la Terra con dei piani contenenti l’asse, avremo tanti circoli massimi tutti uguali fra loro e passanti per i poli, i meridiani. Si considerano come meridiani geografici le

semicirconferenze comprese tra un polo e l’altro, ognuno di essi ha il proprio antimeridiano nella semicirconferenza. I paralleli e i meridiani sono in numero infinito. Spesso si usa prendere in considerazione quelli tracciati a distanza di un grado l’uno dall’altro, e perciò si dice che i meridiani di grado 360, ed i paralleli di grado sono 180. La rete dei meridiani e dei paralleli che si possono tracciare sulla sfera terrestre rappresenta il cosiddetto reticolato geografico. Il reticolato geografico ci consente di determinare la posizione assoluta di un punto sulla superficie della Terra. Bisogna definire le coordinate geografiche, che sono la latitudine e la longitudine.  La latitudine è la distanza angolare di un punto dall’Equatore e può essere Nord o Sud, corrisponde all’ampiezza dell’angolo al centro della Terra.  La longitudine è la distanza angolare di un punto da un determinato meridiano, misurata sull’arco di parallelo che passa per quel punto. La longitudine può essere Est o Ovest. Come meridiano di riferimento (meridiano iniziale o meridiano di 0°), si usa quello che passa per l’Osservatorio astronomico di Greenwich. Sia la latitudine, sia la longitudine vengono espresse in gradi e frazioni di grado. Tutti i punti che si trovano sull’Equatore hanno latitudine 0°, mentre il valore massimo possibile per la latitudine Nord o Sud è di 90° ai poli. Tutti i punti del meridiano iniziale hanno longitudine 0° ed il valore massimo, 180°, si ha sull’antimeridiano. A causa dello schiacciamento polare della Terra, la lunghezza dell’arco di un grado di latitudine va crescendo dall’Equatore ai poli, da un valore di 110, 575 km ad un valore di 111,699 km. Tale lunghezza si può ritenere approssimativamente costante a qualsiasi latitudine e per qualsiasi meridiano, 111, 121 km. La sua 60° parte cioè 1852 m, rappresenta la lunghezza dell’arco di meridiano di 1’: essa corrisponde al miglio marino. La lunghezza dell’arco di un grado di longitudine è invece estremamente più variabile, perché i paralleli non sono uguali fra loro. Questa lunghezza è di 111,324 km all’Equatore e si riduce a 0 ai poli.  I movimenti della Terra: La Terra compie intorno al proprio asse una rotazione, da Ovest a Est. La durata di questo movimento, detta giorno siderco, si può ritenere uniforme ed è di 23 ore, 56 minuti e 4 secondi. Poiché ogni punto della Terra compie in un giorno un intero giro di 360°, qualunque sia la lunghezza del parallelo da esso descritto, la velocità angolare di rotazione è identica a tutte le latitudini, fatta a eccezione per i poli, dove è nulla. La velocità lineare, è invece molto variabile con la latitudine: è massima all’Equatore (463 m/s), e va diminuendo verso i poli, dove diventa nulla. Con il diminuire della velocità lineare diminuisce anche la forza centrifuga, mentre va aumentando la forza di gravità. Le osservazioni astronomiche moderne ed antiche e alcune prove paleontologiche, hanno messo in luce un graduale rallentamento della velocità di rotazione. Questo si spiegherebbe con l’attrito delle maree, ossia delle protuberanze che la Luna provoca sulle masse oceaniche terrestri. La Luna esercita un’azione frenante sulla Terra. Altre variazioni saltuarie del moto di rotazione terrestre si pensa che siano dovute a modificazioni molto lievi che avrebbero nella struttura interna della Terra: queste variazioni avrebbero prodotto una accelerazione del movimento. La Terra compie, un moto di rivoluzione descrivendo un’orbita ellittica intorno al Sole in senso antiorario. Come si sa dalla 1° Legge di Keplero, la distanza tra la Terra ed il Sole varia a seconda che la Terra si trovi in perielio, (minima distanza dal Sole circa 147 milioni di km) o in afelio (massima distanza dal Sole 152 milioni di km). E da ciò si può già capire che l’alternarsi delle stagioni non è dovuto al variare della distanza dal Sole. L’orbita descritta dalla Terra è un’ellisse pochissimo “schiacciata”: la sua eccentricità, ossia il rapporto tra la distanza del Sole dal centro dell’ellisse e la lunghezza del semiasse maggiore dell’ellisse stessa, è di appena 0,017. L’intero percorso orbitale ha una lunghezza che ammonta a circa 940 milioni di km; esso viene effettuato ad una velocità variabile (2° legge di Keplero) tra i 29,3 km/s in afelio ed i 30,3 km/s in perielio. Il tempo che la Terra impiega a compierne un’orbita completa, cioè l’effettiva durata della rivoluzione terrestre, è di 365 d 6 h 9 m 10 s, anno siderco. Il sistema Terra-Sole si muove attorno al baricentro comune, cioè attorno al punto che divide la congiungente i due corpi in due parti inversamente proporzionali alle loro masse. Si può approssimativamente considerare che la Terra sia in movimento intorno al centro del Sole. La Terra compie numerosi movimenti in tempi molto lunghi, dell’ordine dei millenni. Questi moti vengono perciò denominati moti millenari, considerati come perturbazioni dei due movimenti principali. Il moto di traslazione che la Terra esegue assieme al Sole e agli altri corpi del Sistema solare in direzione della Costellazione di Ercole; la partecipazione al moto di recessione della Galassia, cioè alla probabile espansione dell’Universo.  Il moto di rotazione: Una prima prova della rotazione della Terra intorno al proprio asse si può desumere dall’esame dell’apparente spostamento diurno dei corpi celesti da Est verso Ovest.

Un’altra prova indiretta della rotazione terrestre può essere ricavata dall’analogia con gli altri pianeti: tutti quanti mostrano un evidente moto rotatorio assiale; oppure da alcuni esperimenti di Fisica eseguiti sulla Terra stessa, (osservazione della caduta libera dei corpi, ovvero un grave che viene lasciato cadere da un punto elevato sulla superficie terrestre devia dalla verticale del punto di partenza e giunge sul suolo spostato verso Est. Questo fenomeno era già stato previsto da Galileo ed enunciato da Newton, ma fu dimostrato da G.B. Guglielmini, (esperienza di Guglielmini), oppure anche dall’esperienza di Foucault; o nella variazione dell’accelerazione di gravità con la latitudine, che oltre a essere un effetto dello schiacciamento polare della Terra, è anche conseguenza della forza centrifuga dovuta alla rotazione del nostro pianeta. La forza centrifuga, alla quale sono sottoposti tutti i corpi che si trovano sulla superficie terrestre, è perpendicolare all’asse di rotazione della Terra ed è diretta verso l’esterno, (Fc=m x w2 x R). Sulla superficie terrestre si può osservare che il peso di un corpo aumenta dall’Equatore verso i poli. Difatti la forza-peso è il prodotto della massa del corpo per l’accelerazione di gravità. Una conseguenza della rotazione la si individua nella stessa forma della Terra nel suo schiacciamento polare. Lo spostamento della direzione dei corpi in moto sulla superficie terrestre costituisce una conseguenza molto importane della rotazione del nostro pianeta, (Legge di Ferrel). Al fenomeno della deviazione dei corpi in moto sulla superficie terrestre sono sottoposti tutti i corpi che si muovono sulla superficie terrestre dell’atmosfera, quindi anche le correnti marine e i venti. La conseguenza del moto di rotazione di cui possiamo renderci conto in maniera più immediata consiste nell’alternarsi del dì e della notte. A causa della forma sferica della Terra, i raggi solari illuminano ogni istante e solo la parte di superficie terrestre che è rivolta verso il Sole, lasciando nell’oscurità tutti i punti della parte opposta. La rotazione si compie invece in un tempo molto più breve dell’intera rivoluzione intorno al Sole e ciò fa sì che sulla superficie terrestre si alternino un periodo di illuminazione, dì, e uno di oscurità che chiamiamo notte. Con il termine giorno indichiamo il tempo dell’intera rotazione, cioè l’insieme del dì e della notte. L’emisfero illuminato è diviso da quello in ombra da un circolo massimo che va spostandosi di continuo ed al quale diamo il nome di circolo d’illuminazione. Il passaggio dal dì alla notte non è brusco, ma graduale, a causa della presenza dell’atmosfera, i cui altri strati sono penetrati dai raggi un po’ prima del sorgere del Sole sull’orizzonte ed è un po’ dopo il tramonto. Tra le prove indirette del moto di rivoluzione terrestre possiamo considerare l’analogia con gli altri pianeti del Sistema solare. Per tutti i pianeti, si è potuta osservare l’esistenza di un complesso movimento intorno al Sole, regolato dalle leggi di Keplero. La periodicità annua di alcuni gruppi di stelle cadenti dovrebbe indicare che la Terra si muove nello spazio descrivendo un’orbita di forma tale. La prova diretta del moto orbitale della Terra è l’aberrazione della luce proveniente dagli astri. Quando noi osserviamo una stella, la direzione secondo cui la vediamo non è quella effettiva, ma è solo una direzione apparente. L’angolo compreso tra la direzione vera e quella apparente è detto angolo di aberrazione.  Come ulteriori prove del moto orbitale della Terra attorno al Sole possiamo considerare vari fenomeni che rappresentano altrettante conseguenze di questo movimento, composte da due fasi di estrema importanza: l’asse terrestre è inclinato di 66°33’ rispetto al piano dell’orbita.  Se si considerano tempi non troppo lunghi, si mantiene costantemente parallelo a se stesso durante l’intero tragitto che la Terra compie intorno al Sole. Il dì e la notte hanno la stessa durata solo in due momenti dell’anno: il 21 marzo e il 23 settembre. In tutti gli altri momenti soltanto i punti che si trovano sull’equatore hanno dì e notte sempre uguali, mentre nei luoghi a Nord e Sud osserviamo una diversa durata del dì e della notte. I due punti in cui la traiettoria solare attraversa l’Equatore celeste sono gli equinozi, le cui date cadono il 21 marzo e il 23 settembre. Le massime elevazioni a Nord e a Sud, il Sole le raggiunge in due posizioni che vengono dette solstizi; la prima si ha il 21 giugno, l’altra il 22 dicembre, in cui i raggi solari risultano perpendicolari a due paralleli a Nord (tropico del Cancro), e a Sud (tropico del Capricorno). In entrambi i casi il circolo d’illuminazione è tangente a due paralleli che distano dall’Equatore (quello dell’emisfero boreale è il Circolo polare artico, quello dell’emisfero australe è il circolo polare antartico). Nel solstizio d’estate, tutti i punti a Nord dell’equatore restano per un tratto più lungo nella parte illuminata e quelli a Sud dell’equatore rimangono per un tratto più lungo nella parte oscura. Solo all’equatore si hanno 12 ore di buio e 12 di luce. I luoghi compresi fra il Circolo polare artico e il polo Nord, restano illuminati durante tutta la rotazione terrestre, mentre quelli della calotta antartica restano al buio. Il ritmo delle stagioni: i quattro momenti fondamentali sopra descritti possono essere indicati sull’orbita terrestre con le relative posizioni in cui viene a trovarsi la Terra. La linea che passando per il centro del Sole unisce i due punti dell’orbita in cui i raggi solari sono allo Zenit

sull’equatore è la linea degli equinozi. Perpendicolare ad essa è la linea dei solstizi, che unisce i due punti in cui il Sole è alla massima elevazione rispetto al piano equatoriale. La linea dei solstizi non coincide con la linea degli apsidi, la quale congiunge l’afelio col perielio. Nei periodi di tempo che intercorrono fra questi 4 momenti fondamentali, le condizioni di illuminazione sono intermedie a quelle descritte e variano progressivamente dall’una all’altra di esse. Durante la rivoluzione nei vari luoghi della Terra si susseguono periodi più caldi e più freddi: si ha cioè l’alternarsi delle stagioni. Le stagioni astronomiche sono i periodi di tempo compresi tra un equinozio e il solstizio che lo segue, o tra un solstizio e l’equinozio successivo. Le stagioni astronomiche risultano invertite nei due emisferi, e a causa della diversa velocità della Terra sull’orbita, le stagioni non hanno tutte la stessa durata. Le stagioni astronomiche, non coincidono del tutto con le stagioni metereologiche, cioè con il reale andamento del tempo meteorologico e del clima. I due tropici e i due circoli polari rivestono un’importanza particolare per le condizioni di illuminazione e di inclinazione dei raggi solari nel corso dell’anno. Essi dividono la superficie terrestre in 5 parti caratterizzate da condizioni diverse di riscaldamento, chiamate zone astronomiche: la zona torrida o zona intertropicale, (limitata dai 2 tropici e divisa in due dall’Equatore); la zona temperata boreale, (compresa fra il Tropico del Cancro ed il circolo polare artico); la zona temperata australe, (tra il tropico del Capricorno ed il circolo polare antartico); la calotta polare artica, (dal circolo polare artico al polo Nord); la calotta polare antartica, (dal circolo polare antartico al polo Sud). Nella zona torrida il Sole passa allo Zenit di tutti i punti due volte all’anno; nelle zone temperate il Sole non passa mai allo Zenit e i suoi raggi arrivano più o meno obliqui, secondo il periodo dell’anno e la latitudine; nelle zone polari i raggi del Sole arrivano sempre molto obliqui e addirittura non colpiscono affatto la superficie per un periodo tanto più lungo quanto più ci si avvicina ai poli, (“gran dì”, “grande notte”).  I moti terrestri con periodi millenari: La direzione dell’asse terrestre va lentamente mutando, difatti, l’attrazione combinata che il Sole e la Luna esercitano sul rigonfiamento equatoriale, tende a far coincidere il piano dell’Equatore con il piano dell’orbita, cioè a raddrizzare l’asse terrestre. A ciò si oppone però la rapida rotazione della Terra che tende a mantenere immutata la posizione dell’asse. Le due forze si compongono e ne deriva un movimento. Il moto doppio-conico dell’asse terrestre, detto di precessione luni-solare, avviene in senso contrario a quello di rotazione terrestre. L’azione attrattiva luni-solare sul rigonfiamento equatoriale terrestre dipende dalle distanze fra il Sole, la Terra e la Luna. Dato che le distanze cambiano di continuo nel tempo, si verificano delle perturbazioni periodiche nel moto di precessione. Esse consistono in oscillazioni ampie pochi secondi di arco e con periodo molto più breve. Conseguenza della precessione luni-solare è che il prolungamento ideale dell’asse terrestre non va a cadere sempre in corrispondenza della Stella polare. Il mutamento di direzione dell’asse terrestre comporta un continuo spostamento nello spazio dell’Equatore celeste. Gli equinozi e i solstizi anticipano ogni anno la loro posizione sull’Eclittica, nel verso contrario all’apparente moto annuo del Sole. Il moto di precessione lunisolare è denominato anche precessione degli equinozi. In conseguenza, col tempo cambia la posizione che il Sole assume nei vari momenti dell’anno rispetto alle costellazioni dello Zodiaco. Lo spostamento (l’anticipo) dei punti sull’orbita terrestre in cui si verificano gli equinozi e i solstizi non deve far credere che cambino anche le date di questi momenti, in quanto cadono sempre alle stesse date del nostro calendario, che si basa sull’anno solare, e non sull’anno sidereo. A causa dell’attrazione esercitata sulla Terra dagli altri pianeti, l’...