Le scienze della terra. Vol. A: Astronomia, idrosfera, geomorfologia. Per le Scuole superiori. Con e-book. Con espansione online [A] 8808157679, 9788808157676

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CAPITOLO

1A

Il pianeta Terra lezione 1A LA TERRA NELLO SPAZIO 1.1 La Terra e il sistema solare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Moto di rotazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PER SAPERNE DI PIÙ - L A FORZA DI GRAVITÀ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Poli ed equatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Moto di rivoluzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 Forma e dimensioni della Terra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A/2 A/3 A/4 A/5 A/5 A/6

lezione 2A L’ORIENTAMENTO I paralleli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I meridiani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’orizzonte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I punti cardinali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’orientamento di notte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’orientamento con la bussola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PER SAPERNE DI PIÙ - L A ROSA DEI VENTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.12 Le coordinate geografiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.13 I fusi orari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.14 La linea del cambiamento di data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11

A/8 A/8 A/9 A/9 A/10 A/11 A/12 A/12 A/13 A/14

lezione 3A CONSEGUENZE DEI MOTI DELLA TERRA

APPROFONDIMENTI y Carta d’identità della Terra y La notazione scientifica y I calendari y La conquista della Luna ANIMAZIONI y La forma della Terra y L’orientamento durante il dì y L’orientamento durante la notte y Le coordinate geografiche y I fusi orari y Il dì e la notte y La durata del dì e della notte y Stelle in rotazione y L’effetto della forza di Coriolis y Le stagioni nei due emisferi y Il moto di rivoluzione della Luna e le fasi lunari y Le eclissi SCHEDE DI LABORATORIO y L’alternanza delle stagioni

Flusso di energia solare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Angolo di incidenza dei raggi solari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Altezza del Sole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conseguenze del moto di rotazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Il dì e la notte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Moto apparente degli astri nella volta celeste . . – Effetto Coriolis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PER SAPERNE DI PIÙ - ENERGIA SOLARE E SUPERFICIE IRRAGGIATA . . . . . . . . 1.19 Conseguenze del moto di rivoluzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Le stagioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Equinozi e solstizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Zone astronomiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.15 1.16 1.17 1.18

A/15 A/16 A/16 A/17 A/17 A/18 A/18 A/18 A/19 A/19 A/20 A/22

lezione 4A LA LUNA E I SUOI MOTI 1.20 La Luna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/23 1.21 I moti della Luna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/24 1.22 Fasi lunari ed eclissi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/25

CAPITOLO

2A

CAPITOLO

Il sistema solare e il Sole

Oltre il sistema solare

lezione 5A IL SISTEMA PLANETARIO DEL SOLE

lezione 8A LA VOLTA CELESTE

2.1 I corpi del sistema solare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/30 2.2 Formazione del sistema solare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/32 PER SAPERNE DI PIô - LE DISTANZE NEL SISTEMA SOLARE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/33

lezione 6A IL SOLE 2.3 Caratteristiche del Sole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PER SAPERNE DI PIô - CONDUZIONE, IRRAGGIAMENTO, CONVEZIONE . 2.4 La struttura del Sole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Struttura interna del Sole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Struttura esterna del Sole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A/34 A/34 A/34 A/34 A/36

lezione 7A I PIANETI DEL SISTEMA SOLARE 2.5 Le leggi di Keplero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Prima legge (o legge delle ellissi) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Seconda legge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Terza legge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 La legge di gravitazione universale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 I pianeti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – I pianeti nani e la fascia di Kuiper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A/37 A/37 A/38 A/38 A/39 A/39 A/41

3.1 Il cielo e le costellazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/46 3.2 Le distanze tra le stelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/47

9A LA LUCE DELLE STELLE 3.3 Luminosità e magnitudine delle stelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/48 3.4 Spettri stellari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/49 PER SAPERNE DI PIô - LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE . . . . . . . . . . . . . . . . A/50

lezione 10A VITA E MORTE DELLE STELLE 3.5 Il diagramma H-R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Il ciclo vitale delle stelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Nascita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Fase di stabilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Fase fi nale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7 3.8 3.9 3.10 3.11

La Via Lattea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le altre galassie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’effetto Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’espansione dell’universo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’ipotesi del big bang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ANIMAZIONI y Le costellazioni y L'evoluzione del Sole y Origine ed evoluzione dell’universo

ANIMAZIONI y La formazione del sistema solare y Le leggi di Keplero y Le dimensioni dei pianeti del sistema solare SCHEDA DI LABORATORIO y Trasferimento di energia

IV

A/51 A/52 A/52 A/52 A/53

lezione 11A LE GALASSIE E L’UNIVERSO

APPROFONDIMENTO y I telescopi

APPROFONDIMENTI y Invasori dallo spazio: meteoriti e asteroidi y Galilei: il padre del metodo sperimentale y La corte del Sole

3A

A/54 A/54 A/56 A/57 A/57

CAPITOLO

4A

CAPITOLO

5A

Le acque oceaniche

Le acque continentali

lezione 12A ORIGINE E PROPRIETÀ FISICO-CHIMICHE DELLE ACQUE MARINE

lezione 14A L’ACQUA CHE SCORRE IN SUPERFICIE

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

L’idrosfera marina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Il ciclo dell’acqua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Salinità delle acque marine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gas disciolti nelle acque marine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Temperatura delle acque marine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Luminosità delle acque marine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A/62 A/62 A/64 A/64 A/65 A/66

lezione 13A I MOTI DEL MARE Varietà dei moti marini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le maree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le correnti marine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Correnti marine superficiali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PER SAPERNE DI PIÙ - EFFETTO CORIOLIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Correnti marine profonde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – La circolazione nei bacini minori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – El Niño e La Niña . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.11 I maremoti (tsunami) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.12 L’inquinamento del mare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Inquinamento da rifiuti solidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Inquinamento da acque residuali urbane . . . . . . . . . . . . – Eutrofizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Inquinamento da idrocarburi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Inquinamento da prodotti chimici e metalli pesanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . – Inquinamento da materiale radioattivo . . . . . . . . . . . . . . . .

4.7 4.8 4.9 4.10

APPROFONDIMENTI y L’oceanografia y Evaporazione e condensazione y Stratificazione delle acque marine y I nutrienti e la produttività degli oceani y Scala di Beaufort y El Niño e la pesca delle acciughe y Il Pacific Trash Vortex

A/67 A/67 A/69 A/71 A/71 A/72 A/73 A/73 A/73 A/74 A/75 A/75 A/75 A/75 A/76

5.1 5.2 5.3 5.4

I serbatoi dell’acqua dolce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Il bilancio idrologico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I corsi d’acqua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Il movimento delle acque correnti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A/80 A/80 A/81 A/82

lezione 15A SPECCHI D’ACQUA 5.5 I laghi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/84 5.6 Evoluzione dei laghi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/85 5.7 Classificazione dei laghi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/85

lezione 16A LE ACQUE DI FALDA 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12

Le acque del sottosuolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Acqua capillare e acqua di infiltrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . Permeabilità e porosità delle rocce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Falde freatiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Falde imprigionate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A/88 A/88 A/89 A/89 A/91

lezione 17A L’ACQUA SOLIDA 5.13 I ghiacciai e il limite delle nevi perenni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.14 Ghiacciai continentali e ghiacciai montani . . . . . . . . . . . PER SAPERNE DI PIÙ - BENTLEY E I CRISTALLI DI NEVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.15 Morfologia di un ghiacciaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.16 Il ghiacciaio in movimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PER SAPERNE DI PIÙ - L'INQUINAMENTO DELLE ACQUE CONTINENTALI .

A/76 A/76

ANIMAZIONI y Il ciclo dell’acqua y La salinità dell’acqua marina y Il moto ondoso y La forza generatrice delle maree y Lo tsunami generato y da un terremoto

APPROFONDIMENTI y Alluvioni e inondazioni in Italia y I laghi prealpini y Acqua nel Sahara y Impoverimento delle riserve acquifere ANIMAZIONI y Le falde idriche y Il profilo longitudinale di un ghiacciaio

SCHEDA DI LABORATORIO y Energia e passaggi di stato dell'acqua

SCHEDE DI LABORATORIO y Precipitazioni e scorrimento superficiale nei corsi d’acqua y Profilo longitudinale del fiume Tevere

V

A/92 A/93 A/95 A/95 A/96 A/98

CAPITOLO

6A

CAPITOLO

7A

Capire il paesaggio

L’azione delle acque continentali e marine

lezione 18A LO STUDIO DELLE FORME DEL PAESAGGIO

lezione 22A MORFOLOGIA FLUVIALE

6.1 Gli elementi del paesaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/102 6.2 La geomorfologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/104 – Litologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/104 – Tettonica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/106 – Clima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/106 – Idrografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/106 – Vegetazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/107 – Morfologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/108 – Interventi antropici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/108 6.3 Le cause delle forme del rilievo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/108

lezione 19A MOVIMENTI GRAVITATIVI

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7

Le acque di ruscellamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/126 Morfologia fluviale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/127 Trasporto dei sedimenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/128 Erosione fluviale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/128 Tracciati fluviali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/130 Sedimenti fluviali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/132 Delta fluviali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/133 PER SAPERNE DI PIÙ - IL CUNEO SALINO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/134

lezione 23A IL CARSISMO 7.8 Morfologia carsica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/135

lezione 24A IL MODELLAMENTO GLACIALE

6.4 L’erosione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/111 6.5 Le frane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/112 PER SAPERNE DI PIÙ - L A FRANA DEL VAJONT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/115

7.9 L’azione erosiva dei ghiacciai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/137 7.10 Le morene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/138

lezione 25A L’AZIONE DEL MARE SULLE COSTE

lezione 20A MORFOLOGIA EOLICA 6.6 L’azione del vento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/116 6.7 Deflazione e corrasione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/117 6.8 Forme di accumulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/117

lezione 21A IL SUOLO

7.11 I litorali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/140 7.12 Coste alte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/141 7.13 Coste basse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/143 Indice analitico

...................................................................................

6.9 Composizione del suolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/119 6.10 Struttura del suolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/120 6.11 Formazione del suolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A/121

APPROFONDIMENTI y I climi in Italia y Zone bioclimatiche italiane y La tutela del paesaggio italiano y Disfacimento meteorico y Il clima y Il suolo: una risorsa immensa

APPROFONDIMENTO y Le grotte di Castellana ANIMAZIONI y La formazione dei meandri y La formazione di una valle glaciale VIDEO y Le forme carsiche y L’azione del mare sulle coste

ANIMAZIONI y I tipi di frane y Il profilo pedologico VIDEO y I fenomeni franosi

VI

A/149

C A PI TO LO

1A

Il pianeta Terra

L’

oggetto di studio di questo capitolo è il pianeta Terra. Il nostro è il terzo pianeta del sistema solare ed è proprio la sua distanza dal Sole a renderlo così peculiare. All’inizio prenderemo in esame la Terra come se fosse un corpo omogeneo, prescindendo dalla sua composizione e dalla sua struttura interna e studieremo l’inclinazione del suo asse, i suoi principali moti e il modo in cui i raggi solari colpiscono la sua superficie. Ci occuperemo poi della forma del pianeta, solo apparentemente sferica, delle sue dimensioni, di come ci si orienta osservando la volta celeste e il proprio orizzonte e infine dei rapporti tra la Terra e il suo satellite, la Luna.

Immagine della Luna e della Terra viste dallo spazio. [ MARCELCLEMENS / SHUTTERSTOCK ]

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

lezione 1A >

La Terra nello spazio

1.1 La Terra e il sistema solare

L

L’energia cinetica di un corpo dipende dalla sua massa e dalla sua velocità.

FIGURA 1.1 † Il sistema solare. Rappresentazione di tutti i corpi presenti nel sistema solare fno alla fascia di Kuiper. Il Sole e i pianeti del sistema solare saranno oggetto di una trattazione più dettagliata nelle lezioni 6A e 7A del capitolo successivo.

a Terra fa parte di un raggruppamento di corpi celesti chiamato sistema solare. Il sistema solare è costituito da una stella, il Sole, da otto pianeti, tra cui la Terra, e svariati altri corpi di massa minore (figura 1.1). Ciò che consente di riunire tutti questi corpi celesti in un unico sistema è il fatto che essi si influenzano reciprocamente a causa della forza di gravità. La forza di gravità è una forza di attrazione che si esercita tra i corpi (vedi PER SAPERNE DI PIÙ nella pagina 4; vedi anche § 2.6). Il sistema solare è costituito dai corpi celesti che, per la loro posizione nello spazio, non subiscono attrazioni significative da altri corpi esterni al sistema. Ciò è dovuto all’enorme distanza che separa il Sole e i pianeti da altri corpi celesti di massa apprezzabile. Il sistema solare è un sistema stabile. Dei componenti del sistema solare, il Sole, da solo, comprende oltre il 99,8% dell’intera massa (figura 1.2). Tutti i corpi del sistema solare subiscono l’attrazione gravitazionale esercitata dal Sole. Questa forza di attrazione è bilanciata dall’energia cinetica, cioè dall’energia di movimento. I corpi del sistema solare non precipitano sul Sole perché si muovono intorno alla stella. I loro percorsi sono costituiti da traiettorie chiuse, traiettorie cioè che li riportano periodicamente al punto di partenza. Queste traiettorie sono chiamate orbite. Qualsiasi corpo che percorre un’orbita si muove intorno a una retta immaginaria detta asse. Se l’asse è esterno al corpo, come nel caso del movimento dei pianeti intorno al Sole, il moto prende il nome di rivoluzione.

Fascia di Kuiper

Fascia degli asteroidi

Mercurio Plutone Terra Marte

Sole Venere

Giove Nettuno

Cerere Urano

Saturno

A/2

Asteroidi troiani

lezione 1A La Terra nello spazio

Giove 5 Venere 0,7

Saturno 10

Urano 20 Nettuno 30

Terra 1

Sole Mercurio 0,4

Pianeti terrestri

Marte 1,5

Fascia degli asteroidi 3

I quattro pianeti di tipo terrestre sono di piccole dimensioni e costituiti da rocce.

Pianeti gioviani

I quattro pianeti di tipo gioviano sono di grandi dimensioni, sono fatti di gas e ghiacci e hanno nuclei rocciosi.

La Terra, come anche gli altri pianeti, è interessata da un secondo movimento, che avviene intorno a un asse passante per il centro del pianeta stesso. Questo moto prende il nome di rotazione. La Terra compie il proprio moto di rivoluzione intorno al Sole in un arco di tempo che definiamo anno. Il periodo del moto di rotazione è definito giorno ed è suddiviso in ventiquattro ore. Un osservatore posto sulla superficie terrestre ha l’impressione che i corpi celesti ruotino intorno alla Terra. In realtà si tratta di un moto apparente, conseguenza della rotazione della Terra intorno al proprio asse. Il moto di un corpo è definito apparente quando è dovuto a un movimento dell’osservatore e non del corpo stesso.

FIGURA 1.2 … Il Sole è così grande che al suo interno potrebbero essere contenuti più di un milione di pianeti grandi come la Terra. I pianeti del sistema solare mostrano tra loro notevoli differenze. Quelli più vicini al Sole hanno ridotte dimensioni e densità elevata; quelli più lontani sono grandi e poco densi. Queste differenze derivano dal processo che ha dato origine al sistema solare. I numeri indicano la distanza dal Sole in unità astronomiche (UA). Una unità astronomica equivale alla distanza media tra Terra e Sole. La Terra dista dal Sole 1 UA (vedi anche per saperne di più a p. 33).

1.2 Moto di rotazione

Q

uando descriviamo il moto di un corpo è importante definirne la velocità. La velocità si calcola misurando lo spostamento del corpo e dividendo questo valore per il tempo impiegato a compiere lo spostamento stesso. Lo spostamento di un corpo in rotazione può essere misurato in due modi: mediante un angolo o mediante una lunghezza. Nel primo caso si parla di velocità angolare, nel secondo caso di velocità lineare. Per determinare la velocità angolare del moto di rotazione della Terra immaginiamo di porci esattamente in corrispondenza dell’asse, in un punto O, senza partecipare al moto di rotazione. Se osserviamo un punto della superficie, per esempio la cima dell’Everest, lo vediamo in un certo istante nella posizione P (figura 1.3). Trascorso un periodo di tempo t, il punto che stiamo osservando si trova in una nuova posizione P′. Congiungiamo le posizioni P e P′ con il punto O: otteniamo un angolo, POP′, la cui ampiezza misura lo spostamento avvenuto. La velocità angolare è data dal rapporto tra l’angolo misurato e il tempo t necessario per lo spostamento. Poiché una rotazione completa equivale a un angolo giro, cioè a un angolo di 360°, la velocità angolare di rotazione è di 360°/24h, cioè 15°/h. Questa velocità è identica per tutti i punti del pianeta. Se invece vogliamo determinare la velocità lineare di rotazione, dobbiamo esprimere lo spostamento di un punto come lunghezza e poi dividerlo per

FIGURA 1.3 … La Terra ruota intorno al proprio asse da ovest a est, in senso antiorario se vista dal polo nord. Dopo che è trascorso un tempo t, la posizione del punto P è diventata P′. La velocità angolare si ottiene dividendo l’ampiezza dell’angolo POP′ per il tempo t.

A/3

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

PER SAPERNE DI PIÙ

La forza di gravità

La forza di gravità è la forza prevalente nell’universo. La rivoluzione dei pianeti intorno a una stella, il moto delle sonde nello spazio, l’erosione delle montagne, la presenza dell’atmosfera intorno a noi, le precipitazioni atmosferiche sono fenomeni determinati dalla forza di gravità. Siamo talmente assuefatti all’azione di questa forza da considerarla scontata. Sappiamo che un oggetto tende a cadere e che per riporre un libro su un ripiano più in alto dobbiamo compiere un lavoro. È naturale che la pioggia cada verso il basso e che un fume scorra verso il mare. La forza di gravità è reciproca: i corpi si attraggono simultaneamente con la stessa intensità. Un sasso lanciato in aria attrae la Terra con la stessa forza con cui ne è attratto. Allora come mai non è la Terra a cadere sul sasso o non si verifca un incontro a metà strada? Il motivo del diverso comportamento della Terra e del sasso è la diversa accelerazione che i due corpi subiscono. L’accelerazione (a) indica la rapidità con cui un corpo subisce una variazione delle proprie condizioni di moto ed è il rapporto tra la forza (F) che agisce sul corpo e la massa (m) del corpo: a = F / m. A parità di forza esercitata, come nel caso della Terra e del sasso, l’accelerazione è inversamente proporzionale alla massa del corpo. Ecco perché il sasso varia con grande rapidità le proprie condizioni di moto, mentre

la Terra, che ha una massa enormemente maggiore, è sostanzialmente inerte rispetto alla forza che la attrae verso il centro del sasso. L’accelerazione subita da un corpo a opera della forza di gravità della Terra è chiamata accelerazione di gravità. Sulla superfcie della Terra il valore dell’accelerazione di gravità è 9,8 m/s2. Questo valore è lo stesso per ogni corpo posto sulla superfcie. Pertanto tutti i corpi lasciati cadere dovrebbero cadere con uguale velocità. Questa affermazione è in apparente contrasto con la nostra esperienza: se lasciamo cadere contemporaneamente un foglio di carta e un sasso, il sasso arriva a terra prima della carta e sembrerebbe pertanto avere un’accelerazione maggiore. La differenza di comportamento tra foglio di carta e sasso dipende dalla forza di attrito esercitata dalle particelle dell’aria. Il foglio di carta, con la sua ampia superfcie, risente maggiormente dell’attrito rispetto al sasso. Se si lasciano cadere contemporaneamente due fogli di carta uguali, uno disteso e uno appallottolato, è il secondo a toccare terra per primo. La forza di gravità imprime ai corpi una accelerazione. In un campo gravitazionale, i corpi sono sottoposti a una forza proporzionale alla loro massa. Questa forza è chiamata peso e corrisponde al prodotto della massa per l’accelerazione di gravità. Uno stesso corpo mantiene invariata

la propria massa, ma può cambiare il proprio peso in funzione dell’accelerazione di gravità cui è sottoposto. Ecco perché un astronauta ha sulla Luna un peso sei volte minore di quello che ha sulla Terra. La forza di gravità e la conseguente accelerazione di gravità interessano tutti i corpi del nostro pianeta. Ogni corpo è attirato verso il centro della Terra. I corpi che sono attratti maggiormente verso il centro di gravità sono quelli a densità maggiore, cioè quelli che a parità di volume hanno maggiore massa. I materiali più densi vengono perciò a disporsi più vicino al centro, quelli meno densi in periferia. È questa la causa della distribuzione dei materiali del pianeta in sfere concentriche. Le particelle più leggere, rimaste all’esterno, formano l’atmosfera gassosa. Sotto a questa si estende uno strato liquido non continuo, l’idrosfera, cioè oceani e acque continentali. Infne, più vicino al centro, si trovano i materiali solidi. Anche tra i materiali solidi c’è suddivisione in sfere concentriche in base alla densità. Si distinguono tre unità principali: – un nucleo centrale; – un mantello che lo avvolge; – una crosta che ricopre a sua volta il mantello (fgura in basso). Il movimento verso il centro si è potuto verifcare, però, solo quando i materiali erano ancora allo stato fuido, nelle fasi iniziali della formazione della Terra.

Crosta

„ La differenziazione avvenuta nella Terra primordiale ha prodotto un pianeta «zonato», con un denso nucleo di ferro e una sottile crosta di rocce leggere, separati da uno spesso mantello formato da rocce pesanti.

Materiali più leggeri

Mantello

Ferro

Nucleo

1 Nella Terra primordiale, il ferro sprofondò verso il centro e i materiali più leggeri migrarono verso l’esterno …

A/4

2 ... e la Terra diventò un pianeta «zonato», suddiviso in sfere concentriche.

lezione 1A La Terra nello spazio

il tempo. L’unità di misura della velocità lineare è il m/s o anche, forse più familiare, il km/h. La velocità lineare di rotazione varia con il variare della distanza del punto considerato rispetto all’asse di rotazione: è massima all’equatore e diminuisce verso i poli, dove è nulla (0 km/h). Ciò è dovuto al fatto che nello stesso tempo (24h) un punto in rotazione sulla Terra, spostandosi dall’equatore ai poli, compie distanze (archi di circonferenza) sempre più piccoli (figura 1.4).

1.3 Poli ed equatore

I

l moto di rotazione permette di stabilire un sistema di riferimento che ci consentirà, come vedremo nella lezione successiva, di individuare con precisione la posizione di un qualsiasi punto della superficie terrestre. L’asse terrestre è definito come l’insieme dei punti per i quali la velocità lineare di rotazione è nulla; i punti nei quali l’asse di rotazione interseca la superficie sono chiamati poli (figura 1.4). I poli sono gli unici punti della superficie in cui la velocità lineare di rotazione è esattamente uguale a zero. Man mano che ci si allontana dai poli la velocità lineare di rotazione aumenta. Il valore massimo si raggiunge lungo una circonferenza equidistante dai due poli e perpendicolare all’asse di rotazione. Questa circonferenza prende il nome di equatore (figura 1.4). Poiché la circonferenza equatoriale è lunga 40 075 km, la velocità lineare di rotazione all’equatore vale 40 075 km/24h, circa 1670 km/h. L’Italia si trova a una distanza intermedia tra l’equatore e un polo. La velocità lineare di rotazione è comunque ancora piuttosto elevata. A Roma, per esempio, ha un valore di circa 1 240 km/h. Anche se i nostri sensi non ci trasmettono direttamente la percezione del moto di rotazione, è comunque possibile provarne l’esistenza mediante semplici esperimenti. In un corpo in moto, infatti, agiscono forze che non agirebbero se il corpo fosse in quiete. La dimostrazione dell’esistenza di queste forze è sufficiente a provare che la Terra è in rotazione. Nel paragrafo 1.5 troveremo un esempio in proposito.

1.4 Moto di rivoluzione

L

a Terra si muove intorno al Sole lungo un’orbita che ha la forma di un’ellisse. L’ellisse è una figura geometrica che assomiglia a una circonferenza schiacciata (figura 1.5). Sull’asse maggiore dell’ellisse giacciono due punti detti fuochi. La somma delle distanze dai due fuochi è costante per tutti i punti dell’ellisse. Nel corso del moto di rivoluzione, la Terra si viene a trovare a distanze variabili dal Sole. Il punto di minima distanza è chiamato perielio; il punto di massima distanza è chiamato afelio. Il Sole non occupa la posizione centrale dell’ellisse, ma si trova in un punto corrispondente a uno dei due fuochi. L’afelio e il perielio si trovano allineati lungo l’asse maggiore dell’ellisse (figura 1.6). La distanza media del nostro pianeta dal Sole è di 149 600 000 km. Poiché la forma dell’orbita non si discosta molto da una circonferenza, questo valore rappresenta in modo indicativo la distanza Terra-Sole in ogni punto dell’orbita. Il periodo di tempo necessario per completare il moto di rivoluzione è l’anno ed equivale a poco più di 365 giorni. Anche per il moto di rivoluzione possiamo calcolare velocità angolare e velocità lineare. La velocità angolare equivale a 360°/365 giorni, cioè poco meno di 1° al giorno. La velocità lineare è di oltre 107 000 km/h.

FIGURA 1.4 … Nello stesso periodo di tempo tutti i punti della Terra descrivono lo stesso angolo: AOB = AʹOʹBʹ = AʺOʺBʺ I tre archi percorsi, AB, AʹBʹ e AʺBʺ, sono invece diversi e la loro lunghezza dipende dalla distanza dall’asse di rotazione.

Noi non riusciamo a percepire il veloce moto di rotazione lineare perché, insieme all’atmosfera e a tutto ciò che è intorno a noi, vi partecipiamo.

FIGURA 1.5 … L’ellisse è una fgura geometrica che si disegna facilmente. Basta fssare con due puntine da disegno le estremità di un flo e tenerlo in tensione con una penna, con la quale si traccia la curva. I punti in cui sono fssate le estremità del flo sono i fuochi (F e F′). Per qualsiasi punto P la somma delle distanze (PF + PF′) è costante.

Perielio

Afelio Sole

Terra

FIGURA 1.6 … L’orbita della Terra è una ellisse poco schiacciata. In fgura lo schiacciamento dell’ellisse è esagerato per comodità di rappresentazione.

A/5

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

1.5 Forma e dimensioni della Terra

L

a Terra ha una forma non perfettamente sferica, in quanto è lievemente schiacciata ai poli. Il suo raggio equatoriale, pari a circa 6 378 km, è maggiore del suo raggio polare, pari a circa 6 357 km (figura 1.7 A).

씰 La forma del nostro pianeta può essere paragonata a un solido geome-

trico definito ellissoide di rotazione.

d

L’ellissoide di rotazione è un solido che si ottiene dalla rotazione di un ellisse attorno a uno dei due assi (figura 1.7 B).

ANIMAZIONE

La forma della Terra

Ellisse

6 357 km

Asse minore

Circonferenza

FIGURA 1.7 „ (A), la Terra è leggermente schiacciata ai poli, infatti il raggio equatoriale è più lungo del raggio polare di circa 21 km. La Terra quindi è più simile ad un ellissoide di rotazione che ad una sfera. (B), la Terra ha una forma simile a quella di un ellissoide originato dalla rotazione di un ellisse attorno al suo asse minore.

6 378 km

ELLISSE

Asse minore

Asse maggiore

ELLISSOIDE

A

B

Lo schiacciamento polare del nostro pianeta è una conseguenza del moto di rotazione della Terra attorno al proprio asse. In generale, quando un corpo ruota viene prodotta una forza, definita forza centrifuga. Si tratta della stessa forza che ci spinge verso l’esterno quando ci troviamo su di una giostra (figura 1.8) o che agisce nel cestello di una lavatrice. La forza centrifuga è tanto più intensa quanto maggiore è la velocità del moto rotatorio. Poiché sulla Terra la velocità di rotazione è massima all’equatore (vedi § 1.2), in corrispondenza di esso la forza centrifuga è massima (figura 1.9).

La differenza tra il raggio equatoriale 6 378,4 km e il raggio polare 6 356,9 km è di soli 21,4 km. Il valore dello schiacciamento polare è di circa 1/297.

FIGURA 1.8 „ Gli effetti della forza centrifuga sono ben visibili quando ci troviamo su una giostra in rotazione.

Forza centrifuga

cità

Per ogni corpo che compie un moto circolare, la forza centrifuga è diretta verso l’esterno lungo il prolungamento del raggio.

A/6

HENRI SILBERMAN / GETTY IMAGES

a a g rz ifu Foentr c

o Vel

lezione 1A La Terra nello spazio

Equatore

Spingendo i materiali che formano la Terra verso l’esterno, la forza centrifuga ha provocato un rigonfiamento del pianeta all’equatore e, conseguentemente, uno schiacciamento ai poli. Ciò è avvenuto in particolare durante le prime fasi della formazione del nostro pianeta, quando i materiali che compongono la Terra erano ancora allo stato liquido. In realtà la Terra ha una forma irregolare che non si può rappresentare nemmeno con un ellissoide di rotazione, in quanto la sua superficie presenta rilievi (catene montuose) e depressioni (fondi oceanici). La forma reale della Terra si avvicina di più a quella di un solido non geometrico definito geoide che, rispetto all’ellissoide, ha una superficie rigonfia in corrispondenza dei continenti e depressa in corrispondenza degli oceani (figura 1.10).

FIGURA 1.9 ƒ La forza centrifuga è massima all'equatore. Ciò ha determinato il rigonfamento equatoriale.

A

APPROFONDIMENTO

A

APPROFONDIMENTO

Carta d’identità della Terra

La notazione scientifica

P Il geoide è un solido irregolare, che può essere immaginato come la for-

ma che la Terra assumerebbe se il livello medio del mare si estendesse in continuità anche sulle terre emerse.

Superficie terrestre

ELLISSOIDE GEOIDE FIGURA 1.10 ƒ Confronto tra i proflo dell’ellissoide (in rosso) e quello del geoide (in azzurro). L’ellissoide, pur non discostandosi molto dal geoide, se ne allontana verso l’interno in corrispondenza dei continenti e verso l’esterno in corrispondenza degli oceani.

1 2 3

5 6 7

re della velocità angolare di rivoluzione? 18 Che cos’è l’asse terrestre? 19 Immagina di tenere una palla tra gli indici e di metterla in rotazione. Per quali punti passa l’asse di rotazione della palla? 10 Come sono defniti i poli? 11 Che cos’è l’equatore? 12 Quali sono i punti della Terra in cui un osservatore si trova alla massima distanza dall’equatore? 13 Che cosa sono i fuochi dell’orbita di un pianeta?

14 Quali punti dell’orbita sono rispettivamente chiamati perielio e afelio? 15 Qual è la forma della Terra? 16 Da quali osservazioni può essere dedotta la forma della Terra? 17 Quale tipo di moto deve possedere un corpo perché si manifesti la forza centrifuga? 18 Come si calcola lo schiacciamento della Terra? 19 Come viene defnito il solido chiamato ellissoide? 20 In quale modo è individuata la superfcie del geoide?

A/7

METTITI alla PROVA

4

Che cos’è il sistema solare? Che cos’è un’orbita? In che cosa consiste il moto di rivoluzione della Terra? In che cosa consiste il moto di rotazione della Terra? Come sono rispettivamente defniti anno e giorno? Come si calcolano la velocità angolare e la velocità lineare di un corpo? Perché possiamo affermare che per la Terra la velocità angolare di rotazione è maggio-

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

lezione 2 A >

L’orientamento

1.6 I paralleli

S

Equatore

FIGURA 1.11 … Piani perpendicolari all’asse terrestre intersecano la superfcie della Terra e tracciano circonferenze, che sono dette paralleli. L’equatore divide la Terra in due emisferi. I paralleli hanno circonferenze diverse. La circonferenza massima è l’equatore. Allontanandosi dall’equatore, le circonferenze sono sempre più piccole, fno a ridursi a un punto ai poli.

Antimeridiano

e osserviamo una carta geografica notiamo che alcune linee si intersecano ad angolo retto. Queste linee fanno parte di un sistema di riferimento convenzionale chiamato reticolato geografico (cfr. figura 1.9). Immaginiamo di stare in piedi in un punto della superficie terrestre e di avere vicino ai nostri piedi la punta di una penna. Noi, come tutti i corpi sul pianeta, siamo solidali con la Terra, cioè giriamo con essa e non ci accorgiamo del movimento. Ipotizziamo che la penna, invece, non sia solidale con il pianeta e rimanga ferma. Man mano che la Terra ruota, la superficie terrestre scorre sotto la penna. La penna lascerà un segno sulla superficie. Immaginiamo ora di trovarci esattamente su un polo geografico. Durante un’intera rotazione del pianeta la nostra penna segnerà un solo punto. Poiché esistono due poli, li distinguiamo con le denominazioni polo nord e polo sud. Supponiamo ora di porci a breve distanza da un polo; dopo un’intera rotazione possiamo vedere che la penna ha tracciato una circonferenza. Spostiamoci ancora più lontano dal polo; la penna traccia ancora una circonferenza, ma più grande di quella precedente. Se proseguiamo in questo modo, si arriva a una distanza dal polo tale che la circonferenza tracciata è la più grande possibile. Questa circonferenza massima coincide con l’equatore (cfr. § 1.3). Procedendo oltre l’equatore verso il polo opposto, le circonferenze diventano sempre più piccole, fino a ridursi di nuovo a un punto quando ci troviamo esattamente sul polo. L’equatore divide la Terra in due emisferi: l’emisfero nord o emisfero boreale, che contiene il polo nord, e l’emisfero sud o emisfero australe, con il polo sud. L’emisfero nord è chiamato anche emisfero settentrionale; l’emisfero sud è detto anche emisfero meridionale. Le circonferenze comprese tra l’equatore e i poli sono chiamate paralleli (figura 1.11). Queste circonferenze sono infinite, ma convenzionalmente nel reticolato geografico si considera un parallelo per ogni grado compreso tra l’equatore e un polo. Poiché l’asse terrestre e l’equatore sono perpendicolari, la distanza angolare tra i poli e l’equatore è di 90°. Pertanto i paralleli sono novanta nell’emisfero nord e novanta nell’emisfero sud.

1.7 I meridiani

Meridiano

N FIGURA 1.12 … Piani passanti per i poli intersecano la superfcie terrestre e tracciano circonferenze tutte uguali. Ogni semicirconferenza tra i due poli è detta meridiano. L’altra semicirconferenza sullo stesso piano è detta antimeridiano.

A/8

el reticolato geografico le linee che intersecano perpendicolarmente i paralleli sono dette meridiani. I meridiani si ottengono dall’intersezione con la superficie terrestre di piani passanti per i poli (figura 1.12). Ogni piano individua sulla superficie una circonferenza. I due poli dividono la circonferenza in due semicirconferenze. Spesso con il termine meridiano ci si riferisce anche alla singola semicirconferenza. In questo caso la semicirconferenza opposta prende il nome di antimeridiano. I meridiani sono infiniti, ma convenzionalmente se ne rappresenta uno per ogni grado; sulla superficie sferica della Terra sono rappresentati trecentosessanta meridiani.

lezione 2A L’orientamento

I meridiani hanno tutti la medesima lunghezza. Non c’è perciò un meridiano a cui riferirsi in modo particolare, come succede nel sistema dei paralleli con l’equatore. Per questo motivo si è convenzionalmente deciso di considerare meridiano di riferimento quello che passa per Greenwich, un sobborgo di Londra, sede di uno storico osservatorio astronomico. Il meridiano di Greenwich è il primo meridiano o meridiano fondamentale (figura 1.13).

1.8 L’orizzonte

L

a sopravvivenza dell’uomo nomade e cacciatore era legata alla capacità di stabilire la posizione in cui si trovava e all’abilità nell’individuare la giusta direzione verso cui spostarsi. Queste capacità richiedevano una acuta osservazione della natura e l’individuazione di segni naturali che servissero da riferimento. Fin dai tempi più antichi ci si rivolse al cielo per raccogliere preziose indicazioni al fine di orientarsi nell’ambiente. L’astro preso come riferimento fu il Sole e significativo divenne il suo apparente spostamento giornaliero. Orientarsi significa letteralmente disporsi verso oriente, cioè verso il punto da cui sorge il Sole. Poiché la vista spazia ugualmente in tutte le direzioni, qualsiasi osservatore ha l’impressione di essere al centro di un cerchio. Il cerchio è delimitato da una circonferenza coincidente con la linea in cui il cielo sembra congiungersi con la Terra. Questa circonferenza rappresenta il nostro orizzonte (figura 1.14). In mare aperto l’orizzonte è perfettamente circolare, perché non esistono impedimenti all’osservazione. In una città la presenza di case riduce l’ampiezza della visione. Se saliamo sul tetto di un alto palazzo, il nostro orizzonte si allarga notevolmente.

FIGURA 1.13 … La linea del meridiano di riferimento, tracciata davanti alla facciata dell’osservatorio di Greenwich. Il meridiano di Greenwich è stato scelto come meridiano di riferimento nel 1884, in maniera del tutto arbitraria, poiché i meridiani sono tra loro identici.

1.9 I punti cardinali

S

ul piano dell’orizzonte gli antichi greci avevano individuato quattro punti fondamentali per l’orientamento, definiti punti cardinali: nord (N), est (E), sud (S), ovest (W). L’est (o oriente) è il punto in cui sorge il Sole e corrisponde all’alba del mattino. I punti cardinali corrispondono ad altrettanti momenti in cui suddividiamo il giorno. L’individuazione dei punti cardinali prende il nome di orientamento. Il termine trae origine dal fatto che uno dei metodi più facili per riconoscere i punti cardinali consiste nell’osservare il sorgere del Sole e individuare così l’est, cioè l’oriente. Osservando il percorso del Sole si individua il sud in qualsiasi giorno dell’anno. Il Sole, nella sua traiettoria giornaliera, a una certa ora si trova alla massima altezza sul piano dell’orizzonte, definita culminazione (vedi § 1.17). La proiezione sul piano dell’orizzonte del punto di culminazione del Sole indica il sud. Il punto diametralmente opposto al sud è il nord. Il momento della culminazione del Sole sul meridiano che passa per l’osservatore coincide con il mezzogiorno del luogo. Al sorgere e al tramontare del Sole l’ombra di un oggetto infisso nel terreno, come un ombrellone da spiaggia, è molto allungata; a mezzogiorno l’ombra è molto corta. Una volta individuata la direzione sud-nord è facile trovare anche la direzione est-ovest, che corrisponde alla perpendicolare alla direzione sud-nord. Ponendo le spalle verso il sud e allargando le braccia, avremo l’est che corrisponde al braccio destro, l’ovest al braccio sinistro (figura 1.15).

A

B C

B

Osservatore

A

A

C

D D

C

FIGURA 1.14 … L’orizzonte è la circonferenza che delimita l’immaginario cerchio, al cui centro è posto l’osservatore.

A/9

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

FIGURA 1.15 „ La regola delle braccia permette l’orientamento con il Sole durante il dì. I punti cardinali dell’est e dell’ovest sono facilmente individuabili in relazione alla direzione nord-sud. La direzione est-ovest coincide con la retta perpendicolare alla retta nord-sud.

d

Mezzogiorno

ANIMAZIONE

L’orientamento durante il dì Alba

Tramonto

In realtà, il Sole sorge esattamente a est e tramonta esattamente a ovest solo durante i due equinozi, primaverile e autunnale. Nel nostro emisfero, durante la primavera e l’estate, i punti da cui il Sole sorge e tramonta sono spostati verso nord, mentre nel corso dell’autunno e dell’inverno, sono spostati verso sud (vedi paragrafo 1.19).

1.10 L’orientamento di notte

A FIGURA 1.16 † La stella Polare si trova in un gruppo di stelle che formano la costellazione del Piccolo Carro o Orsa Minore. La stella Polare è l’ultima stella del timone del carro. Per individuare il Piccolo Carro nel cielo si sfrutta una costellazione vicina di forma simile, detta Grande Carro o Orsa Maggiore. Questa costellazione è più visibile. Prolungando idealmente per cinque volte la distanza delle ultime due stelle del carro dell’Orsa Maggiore si arriva alla stella Polare. (A), d’estate l’Orsa Maggiore si trova a sinistra dell’Orsa Minore: il prolungamento deve essere fatto verso l’alto a destra. (B), d’inverno l’Orsa Maggiore si trova a destra dell’Orsa Minore. Il prolungamento va fatto verso il basso a sinistra.

A

nche per l’orientamento notturno l’uomo si avvale degli astri. Le stelle, come il Sole, descrivono una traiettoria circolare nel cielo. Nel nostro emisfero solamente la stella Polare mantiene fissa la propria posizione nel cielo notturno. Ciò significa che la stella Polare ha una posizione pressoché coincidente con quella del polo nord o, più precisamente, si trova in direzione dell’ideale prolungamento dell’asse di rotazione terrestre. Individuare nel cielo la stella Polare significa trovare automaticamente il nord geografico (figura 1.16). Nell’emisfero sud si hanno alcune differenze per quanto riguarda i sistemi di riferimento. Per esempio, il punto corrispondente alla culminazione del Sole indica il nord (e non il sud come nel nostro emisfero). Di notte non si può prendere come riferimento la stella Polare per la semplice ragione che non è visibile. Il riferimento è costituito dalla Croce del Sud, una costellazione facilmente visibile nei cieli australi. La Croce del Sud non si trova esattamente nella direzione dell’asse terrestre, da cui dista circa 30°. Una volta individuata la costellazione, però, è facile risalire alla posizione del sud (figura 1.17).

B

ESTATE

INVERNO

Orsa minore

Prolungamento verso il basso

Orsa maggiore Stella Polare

Stella Polare Prolungamento verso l’alto

Orsa minore

A/10

Orsa maggiore

lezione 2A L’orientamento

FIGURA 1.17 ƒ La Croce del Sud è la più piccola costellazione visibile dalla Terra e si trova in mezzo al nastro luminoso della Via Lattea. Le stelle che la compongono sono indicate con lettere greche. La Croce del Sud indica il sud con una certa approssimazione.

Croce del Sud

d

ANIMAZIONE

L’orientamento durante la notte

1.11 L’orientamento con la bussola

L

a bussola è uno strumento che sfrutta le proprietà magnetiche del nostro pianeta. La Terra, infatti, genera un campo magnetico, come se all’interno del globo fosse presente una gigantesca calamita dotata di poli magnetici situati nei pressi dei poli geografici (figura 1.18). In una bussola è contenuto un ago magnetico libero di ruotare. L’ago della bussola ruota disponendosi secondo le linee del campo magnetico terrestre e una delle sue estremità punta in direzione del polo nord magnetico. Occorre tenere presente, però, che i poli magnetici non coincidono perfettamente con i poli geografici, ma si discostano da essi di un angolo di circa 11°. Si deve quindi correggere la direzione indicata dalla bussola. In Italia si può trascurare la correzione, poiché la differenza tra la direzione del polo magnetico e quella del polo geografico è lieve.

BUSSOLA

Il magnetismo si manifesta con la presenza di due poli magnetici opposti, uno positivo e l’altro negativo.

B

Polo magnetico

A

N

Polo nord geografico

S

ore

t Equa

11° Polo sud geografico

Polo magnetico

FIGURA 1.18 ƒ (A), se spargiamo della limatura di ferro vicino a una calamita, osserviamo che la limatura si dispone secondo direzioni ben precise, dette linee di forza del campo magnetico prodotto dalla calamita. (B), intorno alla Terra si sviluppa un campo magnetico analogo a quello che si avrebbe se al centro della Terra fosse presente una gigantesca calamita, inclinata di 11° rispetto all’asse di rotazione. Nella fgura sono riportati i poli magnetici da cui si originano le linee di forza del campo magnetico terrestre. Gli aghi magnetici si dispongono seguendo l’orientamento di tali linee.

A/11

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

La rosa dei venti N

Levante

e

E SE

io

SSW

oc

Li b

cc

co

W

SW

E

SSE

Sc

ir

SE

Po n e n t e

ENE

W

WN W

Ma

o

es

ec

E

WS

PER SAPERNE DI PIÙ

Gr

NN

E

le tra NNW

N

N W

Tramontana

A u s t ro

S

Polo nord

Lo ng itu din e d iP

t u di n

씰 La latitudine di un punto P della superficie terrestre è la distanza mi-

surata in gradi fra l’equatore e il punto P (fgura 1.19). L’equatore è il parallelo di riferimento e ha latitudine pari a 0°. Il valore della latitudine, espresso in gradi, primi e secondi, è seguito dall’indicazione N (nord) o S (sud). La latitudine può variare fra 0° e 90° N e fra 0° e 90° S.

Polo sud

… La latitudine di un punto P corrisponde all’ampiezza dell’angolo al centro della Terra che sottende l’arco di meridiano AP. La longitudine di un punto P corrisponde all’ampiezza dell’angolo al centro della Terra che sottende l’arco di parallelo A’P. FIGURA 1.19

Polo nord 75°N 60°N

Meridiani

45°N

30°

15°

Meridiano di Greenwich

75° 60° 45°

cui sono riportati i punti cardinali principali e quelli intermedi. I nomi dei venti sono riferiti a una posizione collocata nello Ionio centrale.

er individuare in modo preciso la posizione di un luogo si assegna a ciascun punto della superficie terrestre una coppia di valori in grado di identificarlo senza ambiguità. Tali valori sono le cosiddette coordinate geografiche: latitudine e longitudine.

A

90°N

ƒ La rosa dei venti è una rappresentazione in

P

P

La ti

Eq ua tor e

sto metodo è possibile individuare molti punti intermedi. Ciascun punto intermedio è indicato con una specifca sigla che precisa il valore nel quadrante corrispondente. Per esempio, NNW, che si legge nord-nord-ovest, corrisponde a 337,5°. Si ottiene così una fgura molto nota, la rosa dei venti, che collega i molteplici punti cardinali con la direzione dei venti principali che spirano nel Mare Mediterraneo (fgura a lato).

1.12 Le coordinate geografiche

e di P

di Me rif

o ian nto rid rime e

Il piano dell’orizzonte può essere rappresentato con un cerchio graduato suddiviso in 360 gradi. I raggi corrispondenti alle direzioni nord-sud ed est-ovest si intersecano perpendicolarmente e individuano quattro quadranti. Per convenzione, nord coincide con 0°, est con 90°, sud con 180° e ovest con 270°. Ogni quadrante, che ha l’ampiezza di 90°, può essere suddiviso ulteriormente utilizzando la bisettrice di angoli sempre più piccoli. Per esempio, il punto intermedio corrispondente alla bisettrice del primo quadrante corrisponde a 45° e indica il punto nord-est, in sigla NE, intermedio tra il nord e l’est. Con que-

30°N

씰 La longitudine di un punto P della superficie terrestre è la distanza

misurata in gradi fra il meridiano di riferimento, il meridiano di Greenwich, e il punto P (fgura 1.19). Il valore della longitudine, espresso in gradi, primi e secondi, è seguito dall’indicazione E (est) o W (ovest), a seconda che il punto si trovi a est o a ovest di Greenwich. La longitudine può variare fra 0 e 180° E e fra 0 e 180° W. Nella figura 1.20 possiamo vedere come variano i valori di latitudine e longitudine rispettivamente sui paralleli e sui meridiani. Dato che la superficie terrestre ha rilievi e depressioni, per avere l’esatta indicazione della posizione di un punto occorre conoscere, oltre a latitudine e longitudine, un terzo valore: l’altitudine. 씰 L’altitudine o quota di un punto è la sua altezza misurata rispetto al

livello medio del mare (s.l.m.). 15°N

Equatore 0°

15°

30°

0° 45° 60° 75° 15°S 30°S

La misura della quota è riportata spesso sui cartelli turistici e stradali, soprattutto nelle località di montagna.

d

ANIMAZIONE

Le coordinate geografiche

45°S

FIGURA 1.20 ƒ Possiamo leggere, nel reticolato geografco, i valori di latitudine sui paralleli e i valori di longitudine sui meridiani. Nella fgura sono disegnati solo paralleli e meridiani distanziati fra loro di 15°. La longitudine del meridiano di Greenwich è pari a 0°.

60°S

Paralleli 90°S

75°S

Polo sud

A/12

lezione 2A L’orientamento

1.13 I fusi orari

C

ome si determina l’ora di un luogo? Si prende come riferimento il momento in cui il Sole si trova in culminazione, che viene defi nito mezzogiorno. A causa della rotazione terrestre, il mezzogiorno è contemporaneo solo per le località che si trovano sullo stesso meridiano. In località poste su meridiani diversi il mezzogiorno avviene in momenti differenti: a est il mezzogiorno è già passato, mentre a ovest il mezzogiorno deve ancora arrivare. Quindi le località poste sullo stesso meridiano avrebbero la medesima ora locale e i luoghi posti su meridiani diversi avrebbero ore locali differenti. Questa situazione provocherebbe enorme confusione. Per ovviare a questo inconveniente, la superficie terrestre è stata convenzionalmente suddivisa in 24 «spicchi», che comprendono ciascuno 15 meridiani e sono denominati fusi orari (figura 1.21).

d

ANIMAZIONE

I fusi orari

Ricorda che i meridiani sono 360, per cui: 360 : 24 = 15

씰 Il fuso orario è una porzione della superficie terrestre all’interno della

quale tutti i luoghi hanno per convenzione la stessa ora, che è quella del meridiano centrale del fuso, detta ora civile. Tra un fuso e quello adiacente la differenza è di un’ora. Il fuso orario di riferimento (fuso 0) ha per meridiano centrale il meridiano di Greenwich. Ponendo che nel fuso zero sia mezzogiorno, poiché la rotazione terrestre avviene da ovest verso est, nei luoghi situati a est del fuso zero il mezzogiorno è già trascorso, mentre in quelli a ovest il mezzogiorno deve ancora avvenire. Un osservatore che viaggi verso est dovrà quindi spostare in avanti l’orologio

–10

–9

FIGURA 1.21 † Suddivisione della Terra in 24 fusi orari. I fusi sono numerati progressivamente e i numeri preceduti dai segni – e + indicano la differenza fra l’ora del fuso e l’ora del fuso del meridiano di Greenwich. Si noti che il fuso –12 e il fuso +12 coincidono. In rosso è indicata la linea del cambiamento di data.

+10

–8 +3 –7

–4

–330

–5

Londra

+4 +5 Mosca

+6

+7

Roma

New York

+3 0

–4

+1

Tokio

+530

+2

+630

+7

–045

–3

Rio de Janeiro Santiago Buenos Aires

meridiano fondamentale

linea del cambiamento di data

–5

–345 –330

+9

Pechino +8

+430 +330 +5

Los Angeles

Caracas

+12 +13

+1

–6

Città del Messico

+8

+11

+8

Nairobi

+930 Sydney +12

Città del Capo

180° 165° 150° 135° 120° 105° 90°

75°

60°

45°

30°

15°

0°

15°

30°

45°

60°

75°

90° 105° 120° 135° 150° 165° 180°

–12 –11 –10 –9

–5

–4

–3

–2

–1

0

+1

+2

+3

+4

+5

+6

–8

–7

–6

A/13

+7

+8

+9 +10 +11 +12

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

di un’ora per ogni fuso attraversato. Viaggiando invece verso ovest, l’osservatore dovrà spostare indietro l’orologio di un’ora per ogni fuso attraversato. L’Italia, per esempio, si trova nel primo fuso ad est del fuso 0, quindi è un’ora avanti rispetto all’ora di Greenwich. I confini dei fusi orari non seguono perfettamente l’andamento dei meridiani, ma coincidono per lo più con i confini degli Stati, per evitare che l’ora cambi all’interno di una stessa nazione. Nel caso, però, di Paesi molto estesi in longitudine, come Russia e Stati Uniti, vengono adottati più fusi orari. Nel periodo estivo in alcuni Paesi, tra cui l’Italia, viene adottata l’ora legale. L’orologio viene spostato avanti di un’ora rispetto a quella del proprio fuso per sfruttare al massimo le ore di luce, riducendo i consumi elettrici.

Alcuni Stati adottano l’ora di un fuso diverso da quello a cui appartengono: Francia e Spagna, per esempio, si trovano nel fuso 0, ma utilizzano il fuso orario dell’Italia. Altri Stati adottano frazioni di ora, ad esempio in India gli orologi sono regolati 5 ore e 30 minuti avanti rispetto all’ora di Greenwich.

1.14 La linea del cambiamento di data

A

metà del dodicesimo fuso si trova il meridiano 180°, detto antimeridiano di Greenwich, che rappresenta la linea del cambiamento di data. Il suo attraversamento comporta la modifica della data del giorno, ma non dell’ora (figura 1.22). L’ora non cambia perché ci si trova sempre nello stesso fuso. La data deve essere ridotta di un giorno se si attraversa la linea procedendo da ovest a est e spostata in avanti di un giorno se si procede in verso opposto. In alcuni tratti, la linea del cambiamento di data è stata opportunamente modificata per evitare che attraversi terre emerse abitate.

Linea del cambiamento di data

18/04 13

19/04 11

12

12

10 9

6

17

7

16

8

15

14

5

18

4

19 3

20 21

2

22 23

18/04

METTITI alla PROVA

FIGURA 1.22 ƒ La fgura rappresenta la Terra vista dall’alto suddivisa nei 24 fusi orari. Immaginiamo di attraversare la linea del cambiamento di data procedendo verso est (cioè in senso antiorario). Se rimaniamo all’interno dello stesso fuso non cambia l’ora, ma la data deve essere arretrata di un giorno. Viceversa se procediamo verso ovest (cioè in senso orario) l’ora rimane invariata, ma la data deve essere spostata avanti di un giorno.

24

Greenwich

24

1

19/04

21 Come si chiamano le linee che formano il reticolato geografco? 22 Quale relazione esiste tra un meridiano e il suo antimeridiano? 23 Che cos’è il meridiano fondamentale? Come è stato individuato? 24 Individua i punti cardinali relativi al punto in cui ti trovi. 25 Quando si può affermare che un astro si trova in culminazione?

A/14

26 Può uno stesso astro culminare contemporaneamente per osservatori posti sullo stesso parallelo, ma su meridiani diversi? 27 Come si può effettuare l’orientamento notturno rispettivamente nell’emisfero nord e nell’emisfero sud? 28 Che cos’è il campo magnetico terrestre? 29 Che cos’è e a che cosa serve il reticolato geografco? 30 Defnisci che cosa si intende per latitudi-

ne. Entro quali valori può variare? 31 Defnisci che cosa si intende per longitudine. Entro quali valori può variare? 32 Che cos’è l’altitudine di un punto? 33 Perché sono stati adottati i fusi orari? In che cosa consistono? 34 Quanti meridiani di grado appartengono a un fuso? 35 Come cambia l’ora procedendo verso ovest? 36 Che cos’è la linea del cambiamento di data?

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

Conseguenze dei moti della Terra

< lezione 3 A

1.15 Flusso di energia solare

L

a forza di gravità non è l’unico agente a influenzare lo svolgimento dei processi che avvengono sul nostro pianeta. Se agisse solo questa forza, si giungerebbe, prima o poi, a una condizione di equilibrio definitivo e ogni movimento si arresterebbe. Se lo stato di equilibrio non si raggiunge, è perché l’azione della forza di gravità è contrastata da un secondo agente: l’energia. Un ininterrotto flusso di energia provoca continui rimescolamenti dei materiali stratificati dalla forza di gravità. La Terra è soggetta a un duplice flusso di energia: una componente è rappresentata dall’energia solare, che investe il nostro pianeta dall’esterno; la seconda componente è costituita dal calore che si libera dall’interno della Terra e fluisce attraverso la superficie fino a disperdersi nello spazio. Questi due flussi contrastano la tendenza all’equilibrio gravitazionale e sono responsabili del dinamismo che caratterizza il nostro pianeta (figura 1.23). 1 Il Sole attiva il «motore» esterno della Terra.

2 L’energia solare è responsabile del tempo atmosferico e del clima.

FIGURA 1.23 † La Terra è un sistema aperto, poiché scambia massa ed energia col resto del cosmo. L’energia solare e quella proveniente dall’interno del pianeta sono responsabili del dinamismo della Terra.

3 Il «motore» interno della Terra è alimentato dal calore

4 … e da quello liberato dai materiali

intrappolato durante la formazione del pianeta …

radioattivi del suo interno.

SOLE

5 Il calore irradiato dalla Terra è in equilibrio con il calore ricevuto dal Sole e con quello proveniente dall’interno del pianeta.

6 Le meteoriti trasferiscono massa dallo spazio alla Terra.

La vita sulla Terra dipende interamente dall’energia proveniente dal Sole. Gli organismi autotrofi, come le piante, usano l’energia solare per costruire sostanze organiche. Le sostanze organiche rappresentano la fonte dell’energia chimica necessaria per le attività biologiche sia degli autotrofi, sia degli organismi eterotrofi, come gli animali, che si cibano di altri organismi. Come le attività dei viventi, anche gli incessanti moti delle acque e dell’aria sono sostenuti dal flusso di energia solare. P Il flusso di energia solare è la quantità di energia solare per unità di

tempo che giunge sulla superficie del nostro pianeta. Il flusso di energia solare varia da località a località e, per una stessa località, varia da momento a momento. In questa lezione prenderemo in esame le cause che determinano le variazioni del flusso di energia solare.

L’energia solare è energia elettromagnetica che si propaga attraverso lo spazio e colpisce il nostro pianeta. Una componente rilevante dell’energia solare ricade nel cosiddetto spettro del visibile e costituisce la luce (vedi PER SAPERNE DI PIÙ a pagina 50).

A/15

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

1.16 Angolo di incidenza dei raggi solari

I

l diametro del Sole è circa 100 volte quello della Terra. La distanza TerraSole equivale a circa 100 diametri solari oppure a circa 10 000 diametri terrestri. A causa della grande distanza e della differenza di dimensioni dei due corpi celesti, i raggi del Sole che giungono sulla Terra sono assimilabili a segmenti paralleli tra loro. Descriveremo pertanto il flusso di energia solare che colpisce un’area della superficie terrestre come un fascio di raggi paralleli. L’irraggiamento di una superficie dipende dall’angolo di incidenza dei raggi solari. P L’angolo di incidenza è l’angolo che si forma tra la direzione dei raggi

S1

e la superficie.

S2 S3 A

B

FIGURA 1.24 … Su una superfcie piana (A) i raggi solari cadono ovunque con la stessa inclinazione. Su una superfcie curva (B) l’angolo di incidenza dei raggi solari varia da punto a punto. Tre aree di uguale estensione, S1, S2 e S3, ricevono differenti quantità di energia solare.

1.17 Altezza del Sole

Stella

N

ell’esperienza comune di solito non consideriamo l’angolo di incidenza dei raggi solari; il più delle volte valutiamo l’altezza del Sole. Altezza del Sole e angolo di incidenza dei raggi solari sono del tutto equivalenti, ma l’altezza rappresenta un riferimento più familiare. Infatti, a volte anche senza accorgercene, guardando l’altezza del Sole ci facciamo un’idea approssimativa del momento del giorno. L’altezza del Sole, come quella di qualsiasi corpo celeste, si misura mediante un angolo riferito al piano dell’orizzonte. Il piano dell’orizzonte è il piano tangente alla superficie terrestre nel punto in cui si trova l’osservatore. Questo punto è chiamato punto di stazionamento.

Pi an o

de

ll’ or izz on

te

Altezza sul piano dell’orizzonte

Zenit

Maggiore è l’angolo di incidenza, maggiore è il riscaldamento della superficie (figura 1.24). Il riscaldamento è massimo dove l’angolo di incidenza vale 90°, con i raggi del Sole perpendicolari, e decresce via via che l’angolo diventa più piccolo, fino ad annullarsi per il valore di 0°, con i raggi tangenti alla superficie (vedi PER SAPERNE DI PIÙ a pagina 18). La forma pressoché sferica della Terra fa sì che i raggi del Sole cadano esattamente perpendicolari in corrispondenza di un unico parallelo. Quanto più ci allontaniamo da questo parallelo, tanto minore diventa la quantità di energia solare per unità di superficie.

P L’angolo compreso tra il piano dell’orizzonte e la retta che congiunge il Punto di stazionamento

io gg

Ra

punto di stazionamento con la posizione del Sole definisce l’altezza del Sole (figura 1.25).

r te e tr

s re

L’altezza del Sole varia da un valore minimo di 0°, allorché il Sole si trova esattamente sul piano dell’orizzonte, a un valore massimo di 90°, quando il Sole è sulla verticale dell’osservatore. P Il punto della sfera celeste che si trova sulla verticale del punto di sta-

zionamento è lo zenit. Nel corso del dì l’altezza del Sole aumenta gradualmente fino a raggiungere la culminazione, cioè il valore massimo, quindi decresce. P La culminazione si verifica quando il Sole transita in corrispondenza … L’altezza di un corpo celeste sul piano dell’orizzonte si determina mediante l’angolo compreso tra il piano dell’orizzonte e la direzione del corpo celeste stesso. Il piano dell’orizzonte è perpendicolare al raggio della sfera che passa per il punto di stazionamento. Sul prolungamento di questo raggio si trova lo zenit. FIGURA 1.25

A/16

del meridiano che passa per il punto di stazionamento. Per ciascun meridiano esiste un solo punto nel quale, in un certo giorno, il Sole culmina allo zenit. L’insieme di questi punti, uno per ogni meridiano, definisce il parallelo sul quale quel giorno i raggi del Sole cadono perpendicolari (figura 1.26).

lezione 3A Conseguenze dei moti della Terra

FIGURA 1.26 ƒ In un dato istante il Sole si trova in culminazione per tutti i punti che appartengono allo stesso meridiano. Lungo il meridiano vi è un solo punto in cui i raggi del Sole cadono esattamente perpendicolari. Quanto più ci si allontana da questo punto, tanto più diminuisce l’angolo di incidenza dei raggi solari. A causa del moto di rotazione, il Sole passa successivamente in culminazione su un meridiano più a ovest, per il quale valgono le medesime considerazioni. (vedi anche le fgure 1.14 e 1.15).

olare

erpendic

Raggio p

1.18 Conseguenze del moto di rotazione

I

l moto di rotazione della Terra determina alcune importanti conseguenze, tra cui le principali sono: – schiacciamento polare della Terra (cfr. § 1.5); – alternarsi del dì e della notte;

d

Direzione dei raggi solari

fera

S

Zona oscura

FIGURA 1.28 … La transizione da notte a dì e da dì a notte è graduale. Ciò avviene poiché i gas presenti nell’atmosfera deviano e diffondono i raggi solari in una fascia che altrimenti sarebbe al buio. Se non esistesse l’atmosfera, il passaggio tra dì e notte sarebbe brusco e il circolo di illuminazione sarebbe una linea netta.

N

Terra

Zona illuminata

os

Il confine tra la parte buia e quella illuminata della Terra è rappresentato da una circonferenza, che prende il nome di circolo di illuminazione. A causa della presenza dell’atmosfera, il circolo di illuminazione è in realtà una fascia in cui il passaggio dalla luce al buio è graduale. Nei punti che si trovano all’interno di questa fascia si verificano i crepuscoli: alba e tramonto (figura 1.28). Durante l’alba e il tramonto il Sole non è visibile in cielo, ma in entrambi i casi vi è una debole illuminazione dovuta alla luce solare che è deviata e diffusa dalle particelle di gas che formano l’atmosfera.

Notte

m

Dì

At

„ Il dì e la notte. In ogni momento del giorno, solo metà della superficie terrestre è illuminata dal Sole, mentre l’altra metà è buia. Nell’arco delle 24 ore, a causa del moto di rotazione, tutti i punti della superficie terrestre passano dalla zona buia a quella illuminata in senso inverso rispetto a quello di rotazione (figura 1.27). Un giorno è quindi formato da una certa quantità di ore di luce, definita dì, e da una certa quantità di ore di buio, definita notte.

• Il dì e la notte • La durata del dì e della notte

Crepuscolo

– effetto Coriolis.

ANIMAZIONI

Circolo d’illuminazione

– moto apparente degli astri nella volta celeste;

Sole

FIGURA 1.27 ƒ Il Sole illumina sempre solo metà del globo terrestre. Il moto di rotazione provoca il passaggio di ogni punto della superfcie terrestre nella zona buia e nella zona illuminata, determinando l’alternarsi fra notte e dì.

A/17

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

„ Moto apparente degli astri nella volta celeste. Immaginiamo di trovarci su un prato pianeggiante, durante una notte limpida, e osservare il cielo stellato. Ciò che ci sovrasta, punteggiato di stelle, è la volta celeste, la parte a noi visibile dell’intera sfera celeste. La volta celeste sembra muoversi da est verso ovest ruotando attorno a un punto che, nel nostro emisfero, coincide approssimativamente con la stella Polare (figura 1.29). Si tratta di un moto apparente poiché non sono le stelle a muoversi, ma è la Terra a ruotare su se stessa in senso opposto, cioè da ovest verso est. Osserviamo il moto apparente del Sole prendendo come riferimento l’orizzonte, cioè la linea circolare che separa il cielo dalla Terra (cfr. figura 1.14). Anche il Sole partecipa al moto apparente della volta celeste. Il Sole sale sopra l’orizzonte (sorge) in direzione dell’est, descrive un arco nel cielo e infine scende sotto l’orizzonte (tramonta) a ovest. Come abbiamo visto, quando il Sole raggiunge il punto più alto dell’arco descritto nel cielo si dice in culminazione. Nel nostro emisfero, a nord del tropico del Cancro, la culminazione avviene in direzione del sud, mentre nell’emisfero australe, a sud del tropico del Capricorno, il Sole in culminazione indica il nord (cfr. figure 1.14 e 1.15).

Rotazione apparente della sfera celeste

Stella Polare

Senso di rotazione della Terra

… L’asse terrestre punta in direzione della stella Polare ed è per questo motivo che essa appare fssa mentre la volta celeste sembra ruotare in senso opposto rispetto a quello della rotazione terrestre. FIGURA 1.29

Polo nord

Percorso dell’oggetto se la Terra fosse ferma

„ Effetto Coriolis. A causa della rotazione terrestre, i corpi in libero movimento sulla Terra in direzione nord-sud (o sud-nord) vengono deviati dalla loro traiettoria (figura 1.30). La deviazione delle traiettorie dei corpi viene denominata effetto Coriolis. Nell’emisfero nord la deviazione avviene verso destra, mentre nell’emisfero sud la deviazione avviene verso sinistra. L’effetto Coriolis è rilevante poiché influenza l’andamento globale delle correnti marine e dei venti e se ne deve tenere conto, per esempio, nel calcolare le rotte degli aerei (vedi PER SAPERNE DI PIÙ a pagina 72).

FIGURA 1.30 ƒ Immaginiamo un corpo in movimento dall’equatore verso il polo nord. Mentre il corpo si sposta, la Terra ruota verso est e, completato il movimento, il corpo si troverà deviato ad est rispetto al punto in cui si troverebbe se la Terra fosse ferma. Se il corpo si sposta dal polo nord verso l’equatore subirà una deviazione verso ovest. In sostanza: nell’emisfero nord la deviazione avviene verso destra rispetto alla direzione di spostamento del corpo, nell’emisfero sud, invece, la deviazione avviene verso sinistra. Se il moto avviene lungo un qualsiasi parallelo, non si verifca alcuna deviazione della sua traiettoria.

Percorso reale dell’oggetto

d Energia solare e superficie irraggiata

1 Equatore PER SAPERNE DI PIÙ

Marzo

Torino

2

90° 45°

Stelle in rotazione

Per avere un’idea della relazione tra quantità di raggi solari che colpisce una data superfcie e riscaldamento della stessa, basta pensare a ciò che accade se concentriamo i raggi del Sole su un pezzo di carta mediante una lente di ingrandimento. La lente fa convergere i raggi in un punto, detto signifcativamente «fuoco» della lente. Se la carta è alla distanza opportuna, i raggi solari che passano attraverso l’intera superfcie della lente convergono

d

ANIMAZIONE

L’effetto della forza di Coriolis

su una superfcie ridottissima della carta. L’energia così concentrata può innescare la reazione di combustione della carta. Alla data del 21 marzo i raggi solari colpiscono perpendicolarmente l’equatore, dove si ha il massimo del riscaldamento. Nello stesso giorno, la quantità di energia è ridotta al 71% alla latitudine di Torino, cioè a 45°, e al 26% sulle coste della Groenlandia, dove vivono gli inuit, a 75° di latitudine.

Groenlandia

3 15°

A

ANIMAZIONE

ƒ Tre diverse situazioni di irraggiamento riferite a uno stesso tratto di superfcie AB. I raggi solari incidono con un angolo di 90° (1); con un angolo di 45° (2); con un angolo di 15° (3). Rispetto al caso (1), la quantità di energia solare che colpisce il tratto AB è pari al 71% nel caso (2) e al 26% nel caso (3).

B

A/18

lezione 3A Conseguenze dei moti della Terra

1.19 Conseguenze del moto di rivoluzione

L

a durata di una rivoluzione completa della Terra attorno al Sole si può definire come anno solare.

P L’anno solare corrisponde al periodo di tempo che la Terra impiega

per ritornare nella stessa posizione rispetto al Sole ed equivale a 365 giorni, 5 ore e 48 minuti e 46 secondi. Non va confuso l’anno solare con quello adottato per convenzione nel nostro calendario e definito anno civile, che dura esattamente 365 giorni. L’anno solare supera l’anno civile di quasi 6 ore, quindi ogni 4 anni si accumula circa un giorno di ritardo dell’anno civile rispetto a quello solare (6 ore × 4 = 24 ore). Per evitare questo sfasamento, ogni 4 anni nei calendari è stato introdotto l’anno bisestile di 366 giorni, un giorno in più rispetto all’anno civile. Però, dato che la differenza fra anno solare e anno civile è un po’ meno di 6 ore, è stato necessario introdurre un ulteriore aggiustamento: non tutti gli anni secolari vengono considerati bisestili, ma solo quelli divisibili per 400, per esempio il 2 000 è stato bisestile, il 1 900 no. Il prossimo anno secolare bisestile sarà il 2 400.

A

APPROFONDIMENTO

I calendari

La durata del moto di rivoluzione può essere misurata anche come anno siderale, vale a dire il tempo necessario affnché la Terra ritorni nella stessa posizione rispetto a una stella presa come riferimento. L’anno siderale è più lungo di circa 20 minuti rispetto all’anno solare.

„ Le stagioni. Alla latitudine in cui viviamo si manifesta con evidenza il fenomeno delle stagioni. Durante il periodo di un anno solare si succedono ciclicamente fasi climatiche diverse. A una primavera fresca succede un’estate calda, a sua volta seguita da un autunno mite e da un inverno freddo. All’inverno segue di nuovo la primavera, e così via. L’angolo di incidenza dei raggi solari varia nel corso dell’anno. In inverno i raggi del Sole cadono più inclinati rispetto alla perpendicolare. D’estate i raggi solari sono meno inclinati rispetto alla perpendicolare. Varia anche la durata del dì e della notte. La durata del giorno non muta nel corso dell’anno, ma in estate il dì dura più a lungo che in inverno. Viceversa per la notte. È altresì evidente la diversa altezza alla quale il Sole culmina, maggiore in estate e minore in inverno. Queste manifestazioni dipendono dal fatto che l’asse di rotazione della Terra forma con il piano dell’orbita un angolo di circa 66° 33ʹ e mantiene costante questa inclinazione. Il piano dell’equatore è perpendicolare all’asse di rotazione e forma con il piano dell’orbita, che è chiamato piano dell’eclittica, un angolo di circa 23° 27ʹ (figura 1.31). FIGURA 1.31 ƒ Durante il moto di rivoluzione, l’asse di rotazione della Terra si mantiene parallelo a se stesso, con una inclinazione costante di 66° 33’ sul piano dell’orbita. Il piano dell’equatore, perpendicolare all’asse di rotazione, forma con il piano dell’orbita un angolo di 23° 27’. Rispetto al piano dell’orbita, i raggi del Sole sono paralleli e il circolo di illuminazione è perpendicolare. L’equatore è l’unico parallelo sempre diviso in due metà uguali dal circolo di illuminazione.

Eclittica

Asse di rotazione

Circolo di illuminazione PIANO DELL’ECLITTICA

A/19

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

d b

Se l’asse di rotazione terrestre fosse esattamente perpendicolare al piano dell’eclittica, il parallelo su cui i raggi del Sole giungono perpendicolari sarebbe sempre l’equatore. In questo caso il circolo di illuminazione passerebbe sempre per i poli e la durata del dì equivarrebbe a quella della notte in tutti i punti del pianeta in qualsiasi giorno dell’anno. A causa dell’inclinazione dell’asse terrestre i raggi solari sono perpendicolari all’equatore solo in due giorni dell’anno. Negli altri giorni il Sole culmina allo zenit su paralleli diversi, la cui latitudine varia con continuità tra 23° 27ʹ N e 23° 27ʹ S (figura 1.32).

ANIMAZIONE

Le stagioni nei due emisferi

SCHEDA DI LABORATORIO

L’alternanza delle stagioni

Equinozio di primavera (21 marzo) Solstizio d’estate (21 giugno)

PRIMAVERA

Afelio (2 luglio)

Sole

Perielio (3 gennaio)

INVERNO

„ Le stagioni indicate in fgura sono riferite all’emisfero nord, nell’emisfero australe sono diametralmente opposte. Durante l’estate boreale la Terra è più distante dal Sole che in inverno. Da ciò deduciamo che il riscaldamento della superfcie terrestre è più infuenzato dall’inclinazione dei raggi solari che dalla distanza Terra-Sole. FIGURA 1.32

ESTATE AUTUNNO Solstizio d’inverno (22 dicembre) Equinozio d’autunno (23 settembre)

„ Equinozi e solstizi. Quando i raggi solari sono perpendicolari all’equatore, il circolo di illuminazione passa esattamente per i poli. Questa condizione si verifica due volte nel percorso orbitale e prende il nome di equinozio. Il termine equinozio deriva dal latino aequa nox, cioè «notte uguale»: infatti la durata del dì è uguale a quella della notte in tutti i punti della Terra. Agli equinozi il circolo di illuminazione taglia esattamente a metà tutti i paralleli. Nel corso dell’anno si hanno due equinozi, uno chiamato equinozio primaverile (il 21 marzo) e l’altro chiamato equinozio autunnale (il 23 settembre) (figura 1.33). Trascorso l’equinozio, giorno dopo giorno il circolo di illuminazione passa sempre più lontano dai poli. Il circolo di illuminazione raggiunge la mas-

FIGURA 1.33 † Agli equinozi il circolo di illuminazione è perpendicolare al piano equatoriale e passa per i poli. Il circolo di illuminazione coincide con un meridiano e il suo antimeridiano, ovvero il meridiano delle ore 6 e delle ore 18. I raggi solari sono perpendicolari all’asse terrestre e l’angolo di incidenza, rispetto al meridiano delle ore 12, varia da un massimo di 90° all’equatore a un minimo di 0° ai poli.

N

N 0°

0°

Circolo polare artico

Tropico del Cancro 66°33´ 90°

Equatore 66°33´

Tropico del Capricorno

R A G G I S O L A R I

Tropico del Cancro 66°33´ 90°

Equatore 66°33´

Tropico del Capricorno

23°27´

Circolo polare antartico 0°

Equinozio di primavera

S

Circolo polare artico

23°27´

23°27´

23°27´

Equinozio d’autunno

Circolo polare antartico 0°

S

A/20

lezione 3A Conseguenze dei moti della Terra

sima distanza dai poli quando la Terra si trova in una posizione che prende il nome di solstizio. Nell’orbita terrestre si hanno due solstizi, che si trovano a una distanza angolare di 90° rispetto agli equinozi. Ai solstizi il circolo di illuminazione è tangente a due paralleli, chiamati rispettivamente circolo polare artico e circolo polare antartico. Il circolo di illuminazione forma con i paralleli un angolo di 23° 27ʹ. Le zone comprese tra i circoli polari e i poli rimangono per tutta la durata del giorno o sempre nell’emisfero illuminato, o sempre nell’emisfero buio. Nei due emisferi le condizioni ai due equinozi sono identiche, mentre le condizioni dei due solstizi sono tra loro simmetricamente opposte. Nelle condizioni di solstizio estivo (21 giugno) l’emisfero settentrionale è rivolto verso il Sole (figura 1.34). I raggi solari cadono perpendicolari al parallelo chiamato tropico del Cancro, che si trova alla latitudine di 23° 27ʹ N.

FIGURA 1.34 † Ai solstizi il circolo di illuminazione è obliquo rispetto a tutti i meridiani, è tangente ai circoli polari e taglia a metà solo il parallelo dell’equatore. Al solstizio d’estate i punti dell’emisfero nord percorrono nella zona illuminata dal Sole un arco maggiore di quello della zona d’ombra. Perciò il dì ha una durata maggiore della notte. La situazione si inverte con l’approssimarsi del solstizio d’inverno.

N

N Circolo polare artico

0°

23°27´

0°

Tropico del Cancro

R A G G I

46°54´

Equatore

Circolo polare artico

43°06´

66°33´ 90°

Tropico del Capricorno 90° 66°33´

43°06´

Circolo polare antartico

Tropico del Cancro

S O L A R I

Equatore 46°54´

Tropico del Capricorno 0°

S

Solstizio d’estate

Solstizio d’inverno

0°

23°27´

Circolo polare antartico

S

Nelle zone a nord del circolo polare artico il Sole non tramonta mai nelle 24 ore, dando luogo al «sole di mezzanotte» (figura 1.35). A tutte le altre latitudini dell’emisfero settentrionale la durata del dì è maggiore di quella della notte. La differenza tra durata del dì e della notte diminuisce man mano che ci si avvicina all’equatore, dove dì e notte durano sempre 12 ore. Nell’emisfero sud la situazione è invertita: quanto più ci allontaniamo dall’equatore verso il polo sud, tanto maggiore è la durata della notte rispetto al dì. A sud del circolo polare antartico la notte dura 24 ore. Una condizione esattamente opposta si ha nel solstizio invernale (22 dicembre). In questo caso è l’emisfero sud a essere rivolto verso il Sole (figura 1.34). I raggi solari cadono perpendicolari al parallelo chiamato tropico del Capricorno, che si trova alla latitudine di 23° 27ʹ S. Le caratteristiche di illuminazione del globo terrestre sono esattamente opposte a quelle descritte a proposito del solstizio estivo.

FIGURA 1.35 † Durante il solstizio d’estate, all’interno del circolo polare artico, il Sole non scende mai sotto l’orizzonte.

A/21

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

„ Zone astronomiche. La diversa incidenza dei raggi solari alle diverse latitudini determina la suddivisione della superficie terrestre in cinque zone astronomiche: la zona torrida intertropicale, limitata dai due tropici; le due zone temperate boreale e australe, tra i tropici e i circoli polari; le due zone polari, artica e antartica, entro i circoli polari (figura 1.36). • Zona torrida. È una zona molto calda poiché i raggi solari giungono sulla superficie con un angolo di incidenza sempre molto elevato. In tutti i punti di questa fascia (tranne i due tropici) i raggi solari sono perpendicolari alla superficie due volte all’anno. Nella zona torrida le stagioni sono assai poco differenziate per quanto riguarda le temperature e la durata del dì; non si può parlare di stagione fredda e l’escursione termica annua non è mai superiore ai 10 °C.

Poiché il passaggio in perielio si verifca durante l’inverno boreale, il periodo invernale per il nostro emisfero trascorre più velocemente. L’inverso succede per l’emisfero australe: è l’estate a essere più breve. Il semestre primavera-estate nel nostro emisfero dura sette giorni di più del semestre autunno-inverno (cfr. fgura 1.32). Per l’emisfero australe, ovviamente, succede l’opposto.

• Zone temperate. Il Sole a mezzogiorno raggiunge un’altezza minima di 0° ai circoli polari e un’altezza massima di 90° ai tropici. Nelle zone temperate il Sole non raggiunge mai lo zenit (escludendo i tropici). La durata del dì varia molto durante l’anno. Il riscaldamento è moderato e varia durante l’anno entro limiti piuttosto ampi. Si presentano stagioni notevolmente differenziate, con le stagioni intermedie primavera e autunno ben definite. • Zone polari. L’altezza massima del Sole è di 23° 27ʹ. La durata del dì è fortemente variabile, tanto che ai poli il dì dura praticamente sei mesi e sei mesi dura la notte. L’escursione termica annua non è molto elevata: a causa del piccolo angolo di incidenza dei raggi solari, la presenza e l’assenza del Sole nel corso della giornata non determinano effetti termici molto sensibili. La temperatura media annua è inferiore ai 10 °C. 90°

Polo nord

90°

ZONA POLARE ARTICA

66° 33'

66° 33'

Circolo polare artico ZONA TEMPERATA BOREALE 23° 27'

23° 27'

Tropico del Cancro

FIGURA 1.36

„ Le cinque zone astronomiche della Terra.

0°

Equatore

ZONA TORRIDA

0°

Tropico del Capricorno 23° 27'

23° 27'

ZONA TEMPERATA AUSTRALE Circolo polare antartico 66° 33'

METTITI alla PROVA

90°

37 Perché si può affermare che la Terra è un sistema aperto? 38 Che cosa si intende per altezza del Sole? 39 Quali sono le conseguenze del moto di rotazione terrestre? 40 Che cos’è il circolo di illuminazione? 41 Qual è la differenza fra dì e giorno? 42 Perché il moto degli astri nella volta celeste è defnito moto apparente? 43 Cosa si intende per culminazione del Sole? 44 Che cosa si intende per effetto Coriolis? 45 Elenca le caratteristiche dell’orbita che la Terra compie intorno al Sole.

A/22

66° 33'

ZONA POLARE ANTARTICA Polo sud

46 Di quanto è inclinato l’asse di rotazione terrestre rispetto al piano dell’eclittica? 47 Che cosa si intende per anno solare? Qual è la differenza rispetto all’anno civile? 48 Quali sono le conseguenze del moto di rivoluzione? 49 In che cosa consistono le condizioni di equinozio e di solstizio? Indica le date di equinozi e solstizi. 50 Che cosa si intende per angolo di incidenza dei raggi solari e quali sono, rispettivamente, il valore massimo e quello minimo che esso può raggiungere?

90°

51 Spiega la relazione tra angolo di incidenza dei raggi solari e riscaldamento della superfcie terrestre. 52 Indica quale parallelo riceve i raggi solari perpendicolarmente durante il solstizio d’estate, il solstizio d’inverno e i due equinozi. Qual è la latitudine di questi paralleli? 53 Elenca le stagioni e le loro date di inizio e fne nei due emisferi. 54 Che cosa sono e quali sono le zone astronomiche? In quale zona astronomica si trova l’Italia?

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

La Luna e i suoi moti

< lezione 4 A

1.20 La Luna

L

a Luna è l’unico satellite naturale della Terra, è di natura rocciosa ed è il corpo celeste più studiato in assoluto, perché il più vicino alla Terra. La superficie lunare non è uniforme: si distinguono aree chiare, dette «terre alte», corrispondenti a rilievi e aree scure, dette «mari», che sono zone pianeggianti (figura 1.37 A). L’assenza di atmosfera fa sì che i meteoroidi che entrano in collisione con la Luna non si consumino e raggiungano sempre la superficie lunare, provocando la formazione di numerosissimi crateri da impatto (figura 1.37 B). La Luna esercita una forza di gravità pari a circa 1/6 di quella terrestre. Per intenderci, un uomo che pesa 60 kg, sulla Luna avrebbe un peso di 10 kg. Abitualmente consideriamo la Luna un satellite della Terra, ma sarebbe più corretto parlare di un sistema formato da due pianeti, la Terra e la Luna. Infatti, rispetto alla Terra la massa della Luna non è trascurabile. Tutti gli altri satelliti del sistema solare ruotano intorno a pianeti di massa molto più grande della loro. Inoltre la Luna risente principalmente dell’attrazione gravitazionale del Sole; solo secondariamente la Terra influenza il percorso orbitale della Luna. Infine, occorre ricordare che gli altri pianeti di tipo terrestre sono privi di satelliti, al contrario di quelli di tipo gioviano. Marte è un’eccezione molto trascurabile, perché i suoi due satelliti sono piccoli «scogli», presumibilmente asteroidi catturati dal pianeta. La Luna ha una densità di 3,5 kg/dm3 e un diametro di circa 3 500 km. La distanza media della Luna dalla Terra è di 384 600 km. Con le missioni lunari Apollo è stato possibile raccogliere dati diretti.

A

APPROFONDIMENTO

La conquista della Luna

FIGURA 1.37 † (A), immagine della faccia visibile della Luna. In essa si distinguono i mari, di colore scuro e le terre alte, di colore chiaro. (B), a un maggiore ingrandimento si nota che la superfcie lunare è caratterizzata da numerosi crateri da impatto.

B

NASA

ECKHARD SLAWIK / SCIENCE PHOTO LIBRARY

A

Con le celebri missioni lunari Apollo, l’uomo è atterrato sulla Luna riuscendo addirittura a raccogliere campioni del suolo lunare. Il primo allunaggio è avvenuto il 21 luglio 1969 grazie alla missione Apollo 11. L’ultima missione lunare fu la Apollo 17 nel 1972. Da allora l’uomo non ha più messo piede sulla Luna.

A/23

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

1.21 I moti della Luna

I

moti principali della Luna sono tre: moti principali della Luna sono tre: – rotazione intorno al proprio asse; – rivoluzione intorno alla Terra; – traslazione con la Terra intorno al Sole.

Il moto di rotazione ha un periodo di quasi 27 giorni e mezzo. Il periodo del moto di rivoluzione è uguale al periodo di rotazione. La velocità angolare di entrambi i moti è di circa 13°/giorno. Il moto di traslazione avviene in un anno. Rispetto alla Terra, la Luna si comporta come un atleta che corre i 400 metri, distanza che equivale a un giro di pista. Dopo avere percorso mezzo giro di pista, l’atleta ha effettuato una rotazione su se stesso di 180°. Per rendersi conto di questa situazione è sufficiente riflettere sul fatto che, dopo mezzo giro di pista, il naso dell’atleta è rivolto verso una direzione diametralmente opposta rispetto alla partenza. Quando l’atleta ha completato la gara, ha effettuato un intero giro di pista (360°) e contemporaneamente anche una rotazione di 360° su se stesso. Inoltre per tutta la gara l’atleta rivolge sempre lo stesso fianco verso il centro dello stadio. Anche la Luna rivolge verso la Terra sempre la stessa faccia. Dalla superficie terrestre, in qualsiasi punto noi ci troviamo, possiamo osservare solo metà della superficie lunare e sempre la stessa metà (figura 1.38). Il moto di rivoluzione della Luna intorno alla Terra avviene con un’orbita ellittica su un piano che non coincide con quello dell’orbita terrestre, ma è inclinato di poco più di 5°. P L’orbita lunare interseca il piano dell’orbita terrestre in due punti, chia-

mati nodi (figura 1.39). … La Luna rivolge verso la Terra sempre la stessa faccia perché, mentre ruota su se stessa, compie anche il moto di rivoluzione impiegando lo stesso tempo. Se il moto di rotazione fosse più veloce rispetto a quello di rivoluzione, potremmo vedere anche l’altra faccia della Luna. FIGURA 1.38

La Luna giace sul piano dell’orbita della Terra solo quando si trova in uno dei nodi. Il punto di massima distanza della Luna dalla Terra è chiamato apogeo (406 740 km); il punto di minima distanza è chiamato perigeo (356 410 km).

FIGURA 1.39 „ In fgura si può vedere che il piano dell’orbita lunare è inclinato di 5° rispetto al piano dell’orbita terrestre. Per questo motivo la Luna si trova per metà del suo periodo di rivoluzione al di sopra del piano dell’eclittica e per l’altra metà al di sotto. Terra e Luna si trovano sullo stesso piano solo in corrispondenza dei due nodi.

Orbit

estre a terr

Sole

O r bi

Il cielo visto dalla Luna e dallo spazio è sempre nero a causa dell'assenza di atmosfera. Infatti è l’atmosfera che, diffondendo i raggi solari, rende azzurro il colore del cielo visto dalla Terra.

Piano dell’orbita 5°

A/24

lunare

t a l u n a re

Nodo

Nodo

Piano dell’eclittica

lezione 4A La Luna e i suoi moti

1.22 Fasi lunari ed eclissi

I

l Sole illumina in ogni istante una metà esatta della superficie lunare. La faccia della Luna rivolta verso la Terra cambia periodicamente il suo stato di illuminazione nel corso di un mese. Si susseguono di conseguenza le seguenti fasi lunari (figura 1.40): alla luna nuova, o novilunio, fa seguito il primo quarto di Luna, poi la luna piena, o plenilunio, quindi l’ultimo quarto di Luna e infine ancora la luna nuova.

d

ANIMAZIONE

Il moto di rivoluzione della Luna e le fasi lunari

FIGURA 1.40 ƒ Nella fgura si possono vedere 8 posizioni della Luna rispetto alla Terra e a ciascuna di esse è associata l’immagine di come appare la Luna vista dal nostro pianeta. Il Sole, non visibile in fgura, si trova a destra.

4 Luna crescente

2 Luna crescente

3 Primo quarto

5 Plenilunio

1 Novilunio

7 Ultimo quarto

6 Luna calante

8 Luna calante

1 Novilunio: la Luna si trova tra Terra e Sole e la faccia della Luna illuminata dal Sole non è visibile dalla Terra. 2 Luna crescente: la Luna si sposta lungo la sua orbita e aumenta la porzione lunare visibile. 3 Primo quarto: a sette giorni dal novilunio, Terra, Luna e Sole sono disposti ad angolo retto. Dalla Terra è visibile metà della faccia illuminata della Luna (un quarto della sua superfcie). 4 Luna crescente: la superfcie visibile della Luna continua ad aumentare. 5 Plenilunio: la Terra è interposta tra la Luna e il Sole e la superfcie lunare illuminata è completamente visibile dalla Terra. La Luna ha compiuto metà orbita e sono trascorsi 14 giorni e mezzo dal novilunio. 6 Luna calante: si riduce gradualmente la porzione visibile della Luna. 7 Ultimo quarto: Terra, Luna e Sole sono disposti ad angolo retto ed è visibile solo metà della porzione illuminata della Luna. 8 Luna calante: la porzione visibile della Luna continua a diminuire fno a ritornare alla fase di novilunio e ricominciare un nuovo ciclo.

Questa successione dipende dalle diverse posizioni che la Luna e il Sole assumono rispetto alla Terra. Nella fase di plenilunio la Luna è in opposizione, perché si trova, rispetto alla Terra, in posizione opposta a quella del Sole. La metà della superficie lunare illuminata coincide con la metà visibile dalla Terra. La fase del quarto di Luna corrisponde alla posizione di quadratura: le congiungenti Terra-Sole e Terra-Luna formano un angolo retto. Dalla Terra vediamo metà della faccia illuminata della Luna, un quarto dell’intera superficie. Nella fase di novilunio la Luna è in congiunzione, perché si trova tra la Terra e il Sole. La faccia illuminata dal Sole non è visibile dalla Terra. La successiva fase del quarto di Luna è caratterizzata nuovamente dalla posizione di quadratura. L’intervallo di tempo compreso fra due fasi lunari uguali, per esempio fra un novilunio e il successivo, dura 29 giorni e mezzo. Questo intervallo di tempo è chiamato mese sinodico. Il mese sinodico è più lungo di 2 giorni rispetto al periodo di rivoluzione della Luna intorno alla Terra, detto mese sidereo. La differenza tra i due periodi si spiega col fatto che, quando la Luna dopo 27 giorni ritorna nella stessa posizione rispetto alla Terra, questa si è spostata di circa 27° nella sua orbita attorno al Sole. Per assumere di nuovo la stessa posizione tra Terra e Sole, la Luna deve percorrere una ulteriore distanza, che viene coperta in 2 giorni (figura 1.41).

A/25

CAPITOLO 1A Il pianeta Terra

La Terra, la Luna e il Sole si vengono a trovare periodicamente nelle posizioni di opposizione e di congiunzione. P L’allineamento di Sole, Luna e Terra causa il fenomeno dell’e-

Luce proveniente da una stella

clisse, che consiste nell’oscuramento momentaneo di un corpo celeste (figura 1.42). SOLE

L’eclisse di Luna avviene quando la Luna è in plenilunio ed è oscurata dall’ombra proiettata dalla Terra; l’eclisse di Sole quando la Luna è in novilunio e scherma i raggi solari. Si potrebbe pensare che a ogni opposizione si debba verificare una eclisse di Luna e a ogni congiunzione una eclisse di Sole. In realtà le eclissi si verificano solo se la Luna si trova in corrispondenza di un nodo. Infatti Sole, Terra e Luna risultano perfettamente allineati solo quando giacciono sullo stesso piano. Ogni anno si verificano da due a sette eclissi, fra quelle di Sole e quelle di Luna.

d

it a Orb e s tr terre

ANIMAZIONE

Le eclissi

FIGURA 1.41 ƒ Il periodo di rivoluzione della Luna è riferito ad una stella molto lontana e la Luna ritorna nella stessa posizione rispetto alla stella dopo circa 27,5 giorni. Affnché la Luna ritorni nella stessa posizione rispetto alla Terra e al Sole, cioè nella stessa fase lunare, la Luna deve percorrere un tratto aggiuntivo (L'L") che richiede altri 2 giorni circa oltre al periodo di rivoluzione.

Orbit nare a lu

Penombra Ombra

ECLISSE DI LUNA

SOLE

Terra

Luna

Orbita lunare A

ECLISSE DI SOLE

Penombra Ombra

SOLE

Luna

Terra

Orbita lunare

FIGURA 1.42 ƒ (A), eclisse di Luna. L’ombra proiettata dalla Terra oscura la Luna. (B), eclisse di Sole. La Luna proietta un’ombra che oscura il Sole. L’eclisse totale di Sole si ha solo nella zona della Terra interessata dal cono d’ombra della Luna. Nelle aree interessate dalla penombra si può osservare un’eclisse parziale di Sole.

Le eclissi sono totali quando l’allineamento dei tre corpi celesti è perfetto e l’astro viene oscurato totalmente; le eclissi sono parziali quando l’allineamento non è perfetto e l’astro non è totalmente oscurato.

METTITI alla PROVA

B

55 Perché è più corretto considerare la Luna come un nono pianeta del sistema solare, piuttosto che come un satellite della Terra? 56 A che cosa corrispondono le aree chiare e scure visibili sulla superfcie della Luna? 57 Com’è la forza di gravità sulla Luna rispetto a quella terrestre? 58 Perché sulla superfcie della Luna sono presenti numerosi crateri? 59 Quali sono i moti della Luna? Qual è la durata di ciascuno di essi?

A/26

60 Perché la Luna rivolge alla Terra sempre la stessa faccia? 61 L’orbita terrestre e l’orbita lunare giacciono sullo stesso piano? Spiega. 62 Come sono chiamati i punti dell’orbita lunare che giacciono sul piano dell’eclittica? 63 Che cos’è il fenomeno delle fasi lunari e perché si verifca? 64 Quali sono le posizioni di Terra, Luna e Sole durante il novilunio? E durante il plenilunio?

65 Quanto dura un ciclo completo delle fasi lunari? Perché differisce dalla durata del moto di rivoluzione lunare? 66 In che cosa consiste il fenomeno delle eclissi? 67 Perché non si verifca una eclisse di Luna a ogni plenilunio? 68 Quali condizioni devono verifcarsi perché si abbia un’eclisse di Luna? 69 Quali condizioni devono verifcarsi perché si abbia un’eclisse di Sole?

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE CONOSCENZE 씰

Domande a risposta multipla

neati lungo l’asse maggiore dell’ellisse.

d hanno valori compresi tra 0° e 360°.

L’orbita della Terra: è un’ellisse molto schiacciata; è percorsa a velocità lineare di 107 km/h; ha il Sole in uno dei fuochi; viene completata in un anno.

13 La culminazione del Sole: a si verifca contemporaneamente in tutti i punti posti sullo stesso meridiano; b si verifca contemporaneamente in tutti i punti dello stesso fuso orario; c avviene sempre quando l’orologio indica il mezzogiorno; d con l’ora legale avviene con un ritardo di circa un’ora rispetto all’orologio.

(scegli il / i completamento/i corretto/i) 21 a b c d

La distanza della Terra dal Sole: è inferiore ai 100 milioni di km; è superiore ai 100 milioni di km; ha un valore medio che è pari a una UA; non ha un valore costante.

22 La forza di gravità: a attira il corpo di massa minore verso il corpo di massa maggiore; b è inversamente proporzionale alla massa dei due corpi; c dipende dalla distanza tra i corpi; d agisce lungo la congiungente i centri dei due corpi. 23 Nel sistema solare: a tutti i corpi si attraggono reciprocamente; b il pianeti si avvicinano progressivamente al Sole che li attrae; c i corpi non precipitano sul Sole perché si muovono in traiettorie chiamate orbite; d la massa del Sole è circa la metà della massa totale. 24 La velocità angolare: a cambia per i punti posti sullo stesso meridiano; b è la stessa per i punti posti sullo stesso parallelo; c è massima all’equatore; d si può esprimere in 360°/giorno. 25 La velocità lineare: a non dipende dalla posizione del punto sulla superfcie terrestre; b può avere valore zero; c si esprime in km/h; d è minima all’equatore. 26 L’orbita di un pianeta: a ha sempre forma ellittica; b è il percorso compiuto attorno all’asse di rotazione; c presenta due fuochi che rappresentano la massima e minima distanza dal Sole; d ha un perielio e un afelio che si trovano alli-

씰 Quesiti

19 Che cos’è l’asse terrestre? 20 Descrivi le proprietà geometriche dell’ellisse. 21 Con quale criterio stabiliamo se un corpo celeste fa o non fa parte del sistema solare? 22 Quali sono i due moti principali della Terra? 23 Quanto vale la distanza della Terra dal Sole? 24 Come varia la velocità lineare sulla Terra? 25 Quale linea segna il confne tra emisfero boreale e emisfero australe? 26 Che cosa signifca orientarsi?

27 a b c d

28 La Terra ha una forma: a schiacciata ai poli; b che corrisponde perfettamente a quella di un ellissoide di rotazione; c irregolare a causa di rilievi e depressioni; d che coincide perfettamente con quella del geoide. 29 La superfcie del geoide: a si discosta dall’ellissoide sollevandosi in corrispondenza dei rilievi; b si discosta dalla superfcie terrestre reale sollevandosi in corrispondenza delle depressioni; c coincide con quella della Terra; d è la superfcie di un solido regolare. 10 Nel reticolato geografco: a la linea del cambiamento di data passa per l’Europa; b i paralleli stanno in piani paralleli all’asse terrestre; c i meridiani si utilizzano per determinare la longitudine di un punto; d una circonferenza passante per entrambi i poli è suddivisibile in meridiano e antimeridiano. 11 Per orientarsi nel proprio orizzonte: a si deve utilizzare una bussola; b è sempre possibile stabilire la direzione nordsud utilizzando il Sole; c si osserva il punto in cui sorge il Sole che rappresenta sempre l’est; d in qualsiasi punto della Terra il Sole in culminazione indica il sud.

14 L’energia solare: a provoca movimenti delle acque e dell’aria; b è energia elettrostatica che si propaga nello spazio; c arriva nella stessa quantità in ogni punto della superfcie; d è indispensabile per ogni forma di vita. 15 I raggi solari: a arrivano alla superfcie come fasci di raggi paralleli; b tangenti alla superfcie hanno angolo di incidenza 0°; c con angoli di incidenza piccoli riscaldano di più la superfcie; d arrivano perpendicolari solo all’equatore. 16 a b c d

Sono conseguenze del moto di rotazione: la forza di gravità; il circolo di illuminazione; l’effetto Coriolis; l’alternarsi del dì e della notte.

17 Le stagioni: a non si manifestano allo stesso modo a tutte le latitudini; b sono causate dal moto di rivoluzione; c sono delimitate da equinozi e solstizi; d dipendono dalla distanza della Terra dal Sole.

12 Le coordinate geografche: a permettono di individuare la posizione di un punto sulla superfcie terrestre; b sono latitudine, longitudine e altitudine; c sono angoli;

18 La Luna: a ha il periodo di rotazione più lungo di quello di rivoluzione; b è in congiunzione nella fase di novilunio; c ha una velocità angolare di 13°/giorno; d è in opposizione durante l’eclissi di Sole.

27 Come appare l’orizzonte per un osservatore che si trova in mare aperto? 28 Come è costruita una bussola? 29 Tra latitudine, longitudine e altitudine, qual è la grandezza che infuenza l’ampiezza dell’orizzonte? Spiega la tua risposta. 30 Come si determina l’altezza di un astro? 31 Che cos’è il piano dell’orizzonte? 32 Come è chiamato il punto in cui si trova un osservatore? 33 Quale posizione occupa lo zenit rispetto all’osservatore?

34 Per quale motivo, durante il giorno, l’altezza del Sole aumenta, raggiunge il massimo e poi diminuisce? 35 Perché i raggi provenienti dal Sole possono essere considerati paralleli tra loro? 36 Quale angolo forma il piano dell’orizzonte con il raggio terrestre, indipendentemente dalla latitudine dell’osservatore? 37 Qual è il periodo del moto di traslazione della Luna? 38 Qual è il periodo che intercorre tra due successive posizioni di quadratura della Luna?

A/27

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE ABILITÀ 씰

Quesiti

39 Poli ed equatore sono individuabili solo sulla Terra o anche su altri corpi celesti? Giustifca la tua risposta. 40 Disegna uno schema della tua aula e, in base al moto apparente del Sole, indica la direzione approssimativa di nord, sud, est e ovest. 41 Se la Terra avesse la stessa velocità angolare di 360°/24h, ma raggio maggiore, cambierebbe la velocità lineare all’equatore? 42 Perché la forza centrifuga è massima all’equatore? 43 In una notte stellata dell’emisfero nord, come si determina la posizione della stella Polare? 44 Spiega perché l’orologio non segna sempre le 12 quando il Sole è in culminazione. 45 A quale latitudine si trova un punto che ha

씰

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50

una distanza dall’equatore pari alla lunghezza del raggio terrestre? Quale angolo forma con l’asse terrestre il piano dell’orizzonte di un osservatore posto a una latitudine qualsiasi? (Suggerimento: esamina alcune situazioni particolari per poi giungere alla generalizzazione che ti consente di fornire la risposta). Dimostra, utilizzando un disegno, la relazione esistente tra inclinazione dei raggi solari e riscaldamento della superfcie terrestre. Spiega perché il diverso riscaldamento della superfcie terrestre si può considerare una prova della rotondità della Terra. Come si può dimostrare che la diversa distanza della Terra dal Sole non è la principale causa del raffreddamento e del riscaldamento terrestre? Pensi che sulla Luna che è priva di atmosfera si

51 52

53 54 55 56

57

abbia il fenomeno dei crepuscoli? Giustifca la tua risposta. Qual è la massima distanza in gradi del circolo di illuminazione dai poli? Se l’asse della Terra formasse un angolo di 90° con il piano dell’eclittica, come si presenterebbe il fenomeno delle stagioni? Quali sono le principali conseguenze del moto di rotazione della Terra? Descrivi le caratteristiche dei principali circoli paralleli sulla superfcie terrestre. Quali sono le principali zone astronomiche della Terra? Come si spiega il fatto che la durata del mese sinodico è di 2 giorni superiore al periodo di rivoluzione della Luna? Illustra le varie fasi lunari a partire dal novilunio aiutandoti con un disegno.

Esercizi

58 La fgura qui riportata ti ricorda i moti principali della Terra, quello di rotazione e quello di rivoluzione. a Calcola la velocità angolare del moto di rotazione e del moto di rivoluzione della Terra, espressa in gradi/ora. b A quale frazione del periodo di rotazione e del periodo di rivoluzione della Terra equivale il tempo di un’ora?

59 Una sfera del diametro di 10 m in rotazione impiega 10 ore a compiere una rotazione completa intorno al proprio asse. a Qual è la velocità angolare della sfera espressa in gradi all’ora? b Qual è la velocità lineare all’equatore della sfera espressa in m/s? (Suggerimento: è conveniente esprimere il risultato in notazione esponenziale). c Paragona i risultati ottenuti con i dati che ti sono noti sulla velocità angolare e sulla velocità lineare all’equatore della Terra. Quali differenze noti? Come le giustifchi?

5m

씰

Questions

60 You wish to telephone a friend in New York, but you do not want to bother him during the night hours, when he is sleeping. If in the Italian town where you live it is 9 o’clock a.m., should you call him or not? What time is it in New York? 61 From where on Earth is the Sun seen to set but once a year, on September 23? 62 It is commonly said that the dark side of the Moon is not visible from the Earth. Is this statement true? Why or why not?

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C A PI TO LO

2A

Il sistema solare e il Sole I

l Sole è l’origine della nostra esistenza. Questa consapevolezza ha spinto l’uomo, in passato, a elevare il Sole al rango di divinità. È infatti il Sole a governare la corte dei grandi pianeti e dei numerosi corpi minori del nostro sistema sia da un punto di vista dinamico, generando i moti con la sua enorme massa, sia da un punto di vista termodinamico, diffondendo nello spazio quantità di energia difficilmente immaginabili. Siamo così abituati alla sua presenza, che non ci accorgiamo di quanto la nostra vita dipenda da esso; probabilmente lo sviluppo esagerato della tecnologia negli ultimi due secoli ci ha resi via via meno consapevoli dell’importanza della nostra stella.

I pianeti del sistema solare: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno. [ LYNETTE COOK / SCIENCE PHOTO LIBRARY ]

CAPITOLO 2A Il sistema solare e il Sole

lezione 5A >

Il sistema planetario del Sole

2.1 I corpi del sistema solare

I

pianeti sono i corpi principali del sistema solare. A Praga, nella seduta del 24 agosto 2006, l’Unione Astronomica Internazionale ha formulato una nuova definizione di pianeta e ha stabilito che per essere considerato pianeta un corpo celeste deve:

P 1 ruotare intorno al Sole; P 2 avere una massa sufficiente a generare una forza di gravità che per-

metta di acquisire una forma quasi sferica; P 3 avere catturato o espulso tutti i piccoli corpi che si sono venuti a

trovare vicino alla sua orbita; P 4 non essere satellite di altri pianeti.

In base alla nuova definizione, i pianeti del sistema solare, in ordine di distanza crescente dal Sole, sono: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno (cfr. figura 1.2). La decisione dell’Unione Astronomica Internazionale ha avuto come conseguenza che Plutone, considerato fino a quel giorno il nono pianeta del sistema solare, è stato declassato a pianeta nano (vedi p. 41), poiché non rispetta il terzo requisito. Sono noti altri due pianeti nani: Cerere, che orbita tra Marte e Giove, e il corpo celeste battezzato con il nome di Eris, che si trova oltre Nettuno.

Nel 2006 i satelliti noti del sistema solare erano 152, ma i dati forniti dalle missioni delle sonde spaziali hanno fatto aumentare questo numero a circa 180. È signifcativo ricordare che nel 1974, prima che iniziassero le missioni delle sonde interplanetarie, il numero noto dei satelliti era 33, meno della metà di quelli noti nel 2000.

I satelliti sono corpi celesti che ruotano intorno a un pianeta, come il pianeta ruota intorno al Sole. I pianeti più lontani dal Sole si sono rivelati molto ricchi di satelliti, presenti in numero ben superiore a quanto rilevato dalle osservazioni dalla Terra. Il primato spetta attualmente a Giove con 67 satelliti, seguito da Saturno con 62. Molti satelliti sono corpi rocciosi del diametro di pochi kilometri, la cui scoperta è stata resa possibile dall’impiego di telescopi spaziali o dall’indagine ravvicinata delle sonde spaziali. Gli oggetti minori del sistema solare sono gli asteroidi, le comete e i meteoroidi. Gli asteroidi, detti anche pianetini, sono corpi rocciosi che si trovano soprattutto concentrati tra l’orbita di Marte e quella di Giove. Hanno forme irregolari e dimensioni in genere di poche decine di kilometri (fgura 2.1), anche se alcuni arrivano a quasi 1 000 km.

NASA

Le comete sono corpi celesti costituiti da frammenti non ancora catturati da alcun corpo maggiore. Le comete si muovono su traiettorie molto allungate e possono avvicinarsi alla Terra periodicamente, rendendosi visibili. Le comete hanno diametro di alcuni km e sono prevalentemente formate da ghiaccio e polvere. Solo quando si avvicina al Sole, il ghiaccio vaporizza, formando la coda luminosa. La coda è rivolta dall’altra parte del Sole, perché sospinta dal vento solare (fgura 2.2).

FIGURA 2.1 … L’asteroide Ida, fotografato dalla sonda Galileo il 28 agosto 1993, con il suo satellite Dactyl (a destra). Per la sua forma irregolare, Ida non può essere classifcato come pianeta nano. Ida raggiunge una lunghezza di circa 56 km, mentre la sua piccola luna è lunga 1,5 km.

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I meteoroidi sono corpi solidi di dimensioni varie presenti nello spazio extraterrestre. Quelli che entrano nel campo gravitazionale della Terra lasciano una scia luminosa, incendiandosi a causa dell’attrito con i gas atmosferici. Durante alcuni periodi dell’anno i meteoroidi catturati dal campo gravitazionale terrestre sono particolarmente numerosi. Il fenomeno originato dalla loro caduta prende il nome di «stelle cadenti».

lezione 5A Il sistema planetario del Sole

JOHN THOMAS / SCIENCE PHOTO LIBRARY

FIGURA 2.2 ƒ La cometa Hyakutake, ripresa il 24 marzo 1996, mostra la sua chioma brillante e la lunga coda. Passando a meno di 15 milioni di km dalla Terra, la cometa Hyakutake è stata una delle comete più brillanti del XX secolo.

I meteoroidi più frequenti sono quelli più piccoli, che si consumano del tutto durante la caduta. Se non arrivano a colpire la superfcie terrestre sono chiamati meteore. Le meteore sono associate a comete che passano nelle vicinanze del Sole. Il materiale solido che costituisce la coda della cometa viene allontanato, disperso e rimane a gravitare intorno al Sole in una specifca zona. Quando la Terra attraversa questa zona, le meteore sono attratte dal nostro pianeta in grandi quantità e producono l’affascinante fenomeno dello sciame di stelle cadenti (fgura 2.3). Le meteore hanno dimensioni comprese tra quelle di un granello di sabbia e quelle di un grosso sasso. Affnché si produca una scia luminosa ben visibile a seguito dell’impatto con l’atmosfera, la dimensione minima deve essere di qualche millimetro di diametro. Le meteore iniziano a emettere luce intorno a 80÷120 km di quota e si esauriscono intorno a 40÷50 km di altezza dalla superfcie terrestre.

A

APPROFONDIMENTO

Invasori dallo spazio: meteoriti e asteroidi

TONY & DAPHNE HALLAS / SCIENCE PHOTO LIBRARY

FIGURA 2.3 ƒ Nel corso del suo moto di rivoluzione, la Terra incontra i materiali lasciati dalla coda di comete. Si può assistere allo strabiliante spettacolo dello sciame di stelle cadenti.

Le stelle cadenti, piogge di meteore più abbondanti in certi periodi, si possono vedere con più frequenza nelle prime ore del mattino. Prima che faccia giorno, infatti, ci troviamo sul fronte di avanzamento della Terra nel suo moto di rivoluzione ed è perciò più probabile l’incontro con i corpi estranei presenti nello spazio. Se piove e ci mettiamo a correre, ci bagniamo soprattutto la faccia; così osserviamo più stelle cadenti, quando siamo sulla faccia del pianeta rivolta nella direzione del moto intorno al Sole, intorno alle 6 di mattina.

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CAPITOLO 2A Il sistema solare e il Sole

JOHN SANFORD / SCIENCE PHOTO LIBRARY

I meteoroidi di dimensioni maggiori, le meteoriti, non si consumano completamente durante il passaggio nell’atmosfera e fniscono per urtare contro la superfcie terrestre a grande velocità. Nell’impatto si libera molta energia, che provoca fusione e alterazione delle rocce circostanti. Si forma così il caratteristico cratere da impatto (fgura 2.4). L’età della Terra è stimata in circa 4,5 miliardi di anni. Molti dati indicano che tutti i corpi che formano il sistema solare hanno all’incirca la stessa età. Per esempio, i campioni di rocce lunari riportati sulla Terra dagli astronauti risalgono a circa 4,5 miliardi di anni fa. La stessa età si ricava dall’esame delle meteoriti. La caduta di frammenti di origine spaziale sul nostro pianeta non solo non è un evento straordinario, ma ha rappresentato il principale meccanismo di formazione della Terra. Come gli altri pianeti del sistema solare, anche la Terra ha funzionato da centro di aggregazione dei frammenti rimasti dopo la formazione del Sole dalla nebulosa originaria. Come una gigantesca ramazza spaziale, il nostro pianeta ha raccolto tutti i materiali che incontrava nel proprio percorso orbitale e quelli che si venivano a trovare suffcientemente vicini da risentire dell’attrazione gravitazionale della massa terrestre.

FIGURA 2.4 … Il Meteor Crater, in Arizona (USA), è stato prodotto 49 000 anni fa dall’urto di un meteorite del diametro di 25 ÷ 30 metri pesante circa 12 000 tonnellate. Il cratere ha un diametro di 1 300 metri e una profondità di 175 metri.

2.2 Formazione del sistema solare

L

a spazio che si estende tra le stelle e i pianeti è spesso identificato con il vuoto, ma si tratta di una esagerazione. Materia è presente anche nello spazio, sia pure molto più rarefatta che nelle condizioni a noi abituali. In 1 cm3 dell’aria che respiriamo sono contenute circa 3·1019 particelle, cioè 30 miliardi di miliardi. In 1 cm3 dello spazio interplanetario ci sono 30 particelle. Nello spazio interplanetario la materia è un miliardo di miliardi di volte più rarefatta che nell’atmosfera terrestre. Nello spazio tra le stelle la materia è ancora più rarefatta ed è costituita da gas e da polveri. Localmente si possono trovare addensamenti di questa materia a formare enormi ammassi chiamati nebulose. Gli astronomi ritengono che il sistema solare abbia avuto origine da una nebulosa (fgura 2.5).

Le nebulose sono ammassi di gas e polveri piuttosto rarefatti, che occupano spazi estesissimi. Le stelle hanno origine da nebulose.

FIGURA 2.5 „ Rappresentazione degli stadi di formazione del sistema solare. Da una nebulosa molto fredda e densa, costituita da polveri e gas, iniziò un collasso gravitazionale che portò alla formazione di un protosole (A). La temperatura salì e la materia iniziò a disporsi su un disco in rotazione intorno al protosole, iniziò a formarsi il Sole (B). Le polveri e i gas iniziarono a condensarsi in corpi via via più grandi e si formarono i pianeti primordiali (C). La fase fnale condusse alla strutturazione del sistema solare così come lo conosciamo oggi (D).

d

A Protosole

B

ANIMAZIONE

La formazione del sistema solare

Il processo di addensamento di materiale dovuto alla forza di gravità prende il nome di collasso gravitazionale.

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MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRARY

C

D

lezione 5A Il sistema planetario del Sole

Forse a causa delle perturbazioni innescate dall’esplosione di una stella molto vicina, intorno a 5 miliardi di anni fa la materia della nebulosa solare iniziò a «cadere» verso il centro della nebulosa stessa. Man mano che la materia andava addensandosi nella zona centrale, l’attrazione gravitazionale esercitata sulla materia circostante aumentava. La concentrazione di materia provocò la liberazione di una grande quantità di energia sotto forma di calore. Nell’area centrale della nebulosa si raggiunsero temperature dell’ordine di 3 000 °C. L’aumento della densità portò a un’ulteriore concentrazione di materia verso il centro. Ben presto si formò un corpo compatto e caldo, il Protosole. La materia si concentrava sempre più nel Protosole, che continuava ad accrescersi e a riscaldarsi, mentre la parte periferica della nebulosa era fredda e ancora formata da gas e polveri. Quando all’interno del Protosole si raggiunse la temperatura di circa 10 milioni di gradi centigradi, si innescarono le reazioni termonucleari e il Protosole si trasformò nel Sole vero e proprio. I gas e le polveri in rotazione nella parte esterna della nebulosa si addensarono per attrazione gravitazionale, formando corpi di dimensioni sempre maggiori. Attraverso questo processo di accrescimento ebbero origine i pianeti del sistema solare e altri corpi di dimensioni inferiori (fgura 2.6). Anche la Terra, come gli altri pianeti del sistema solare, ha funzionato da centro di aggregazione dei frammenti rimasti dopo la formazione del Sole. B

A

Quasi tutta la materia della nebulosa primordiale si è concentrata nel Sole, la cui massa è il 99,9% di tutto il sistema solare.

FIGURA 2.6 † Formazione di un pianeta per il processo di accrescimento. (A), le polveri e i gas subiscono la reciproca attrazione gravitazionale e si uniscono in corpi di piccole dimensioni. (B), quando uno di questi corpi diviene un po’ più grande rispetto agli altri si comporta come centro di nuove aggregazioni. (C), il corpo assume una forma sempre più sferica con diametro di centinaia di metri. (D), si forma infne un pianeta che inizia a raffreddarsi e a formare una crosta solida. Gli ultimi impatti producono profondi crateri sulla sua superfcie.

C

D

Le distanze nel sistema solare

1 2 3

5

4

Che cos’è una nebulosa? Quali sono i corpi del sistema solare? Quali caratteristiche hanno i pianeti e quali i corpi celesti chiamati satelliti? Perché il numero dei satelliti noti del sistema solare è cresciuto in modo tanto consistente?

6 7 8 9

Quali sono le caratteristiche dei corpi celesti chiamati asteroidi? In che cosa differiscono meteore e meteoriti? Che cosa sono le comete? In che modo si è formato il protosole? In quale modo i corpi celesti del sistema

modo le distanze nel sistema solare sono espresse con numeri né troppo grandi né troppo piccoli. È stata presa come riferimento la distanza media tra Terra e Sole, chiamata unità astronomica, con simbolo UA. La Terra dista dal Sole 1 UA; Mercurio è lontano 0,39 UA dal Sole, mentre la distanza di Nettuno è 30,07 UA.

solare si sono originati dai detriti periferici del Protosole? 10 Quale unità di misura è usata dagli astronomi per le distanze nel sistema solare? 11 La distanza media della Luna dalla Terra è 384 000 km. A quante UA equivale questa distanza?

A/33

METTITI alla PROVA

avremmo problemi per il motivo opposto. Infatti, la distanza tra la Terra e il Sole dovrebbe essere indicata come 1,58·10 – 5 anni luce, vale a dire la distanza percorsa dalla luce in 8 minuti e 20 secondi. Gli astronomi hanno scelto una unità di misura molto più lunga del kilometro, ma più corta dell’anno luce. In questo

PER SAPERNE DI PIÙ

La distanza tra il Sole e la Terra è di circa 150 milioni di km. Nettuno dista dal Sole circa 4,5 miliardi di km. Le dimensioni del sistema solare sono tali da rendere inopportuno l’uso del kilometro come unità di misura. D’altro canto, se volessimo servirci dell’anno luce (vedi § 3.2), l’unità di misura usata per le distanze nell’universo,

CAPITOLO 2A Il sistema solare e il Sole

lezione 6A >

Il Sole

2.3 Caratteristiche del Sole

Polo

I

l Sole è un tipo di stella molto comune nell’universo: non è la più grande, non è la più luminosa e si trova in una posizione periferica della Galassia (vedi figura 3.9). Ha forma sferica e il suo diametro è di circa 1 400 000 km, 110 volte quello terrestre; il suo volume è circa 1 300 000 maggiore di quello della Terra. La massa è 333 000 volte maggiore di quella terrestre. Il Sole è costituito prevalentemente da idrogeno ed elio: su 100 atomi, 75 sono di idrogeno, 23 sono di elio e solo 2 appartengono ad altri elementi. La densità del Sole è 1,4 g/cm3, circa un quarto di quella della Terra.

SOHO ESA & NASA

Equato re

Polo

FIGURA 2.7 … L’asse di rotazione del Sole interseca la superfcie solare in due punti, i poli. La circonferenza massima del Sole perpendicolare all’asse di rotazione è l’equatore. I diversi colori rappresentano la differente velocità di rotazione in superfcie e in profondità, dal rosso (la più veloce), attraverso l’arancione, il giallo, il verde, l’azzurro, fno al blu (la più lenta). L’immagine è stata ottenuta grazie alla rielaborazione dei dati inviati dalla sonda spaziale SoHO (Solar and Heliospheric Observatory).

Come tutti i corpi celesti, il Sole possiede due moti principali: rivoluzione e rotazione. Il moto di rivoluzione avviene intorno al centro della Galassia. Una rivoluzione completa si compie in circa 220 milioni di anni. Contemporaneamente, il Sole ruota intorno al proprio asse. Il tempo richiesto per una rotazione completa è differente ai poli e all’equatore, in quanto il Sole, che è formato da gas, non si comporta come un corpo rigido. Nelle zone polari la rotazione è più lenta e richiede circa 34 giorni terrestri. All’equatore il moto è più veloce e il periodo di rotazione è di circa 27 giorni terrestri (figura 2.7).

2.4 La struttura del Sole

A

l suo interno il Sole può essere suddiviso in gusci concentrici in base alle modalità (vedi PER SAPERNE DI PIô in basso) con cui l’energia viene prodotta e trasportata (figura 2.8).

b

„ Struttura interna del Sole. Il guscio pi• interno • il nucleo, nel quale avvengono le reazioni termonucleari. Il nucleo contiene circa 1/10 dellÕintera massa solare ed • relativamente piccolo rispetto alle dimensioni della stella: ha un raggio di 150 000 km su 700 000 km del raggio solare. La temperatura allÕinterno del nucleo raggiunge i 13 000 000 ¡C.

SCHEDA DI LABORATORIO

Trasferimento di energia

PER SAPERNE DI PIÙ

Conduzione, irraggiamento, convezione

L’energia termica è nota sotto il termine di calore, ed è rilevabile attraverso una variazione della temperatura. Scaldare un oggetto vuol dire fornirgli energia termica. Raffreddare un oggetto, al contrario, è sottrarre energia termica. Il calore si può trasferire in tre modi: – per conduzione; – per irraggiamento; – per convezione.

A/34

La conduzione si verifca quando due corpi a temperatura differente sono a contatto tra loro e il calore si trasferisce dal corpo a temperatura maggiore verso quello a temperatura minore. Per esempio un cucchiaio si riscalda dentro una minestra bollente. L’irraggiamento si verifca quando un corpo emette radiazioni elettromagneti-

che che si propagano verso un altro corpo e può avvenire anche nel vuoto. Per esempio ciò accade nel caso di una lampadina a incandescenza. La convezione si ha quando il calore viene trasportato dalle particelle in movimento all’interno di un fuido con i cosiddetti moti convettivi, come succede all’acqua che bolle in una pentola.

lezione 6A Il Sole

FIGURA 2.8 ƒ La struttura del Sole. Gli strati interni sono suddivisi in base al diverso meccanismo di trasferimento del calore (vedi PER SAPERNE DI PIÙ nella pagina precedente). Gli strati esterni costituiscono l’atmosfera solare e sono più rarefatti.

Strato di trasporto convettivo Strato di trasporto radiativo

Protuberanza

Nucleo

Cella convettiva

Fotosfera Cromosfera

Corona

In prossimità della superfcie, il trasporto di energia non avviene più solo per radiazione, ma anche attraverso il movimento di materia. Il guscio in cui avvengono questi fenomeni si chiama strato di trasporto convettivo. Lo strato di trasporto convettivo è riscaldato dal basso e, come succede all’acqua di una pentola messa sul fuoco, il materiale solare circola all’interno di celle convettive (cfr. PER SAPERNE DI PIÙ, nella pagina precedente): la materia più calda si sposta verso la superfcie superiore, si espande e si raffredda, emettendo energia; con la diminuzione della temperatura la materia torna verso gli strati inferiori, dove si riscalda e ricomincia il ciclo. I moti convettivi trasportano energia verso la superfcie molto rapidamente. Lo strato di trasporto convettivo ha uno spessore di circa 250 000 km. Esternamente a questo strato si trova la fotosfera, che ha uno spessore di circa 100 km. Dalla temperatura della fotosfera, che è di 5 600 °C, dipende il colore giallo del Sole. La superfcie della fotosfera rappresenta l’area visibile del Sole e il suo limite esterno. I gas che compongono la fotosfera non sono distribuiti uniformemente, ma formano alte colonne di materia che salgono verso la superfcie, per poi ridiscendere verso la zona di trasporto convettivo. Le parti superiori di queste colonne gassose formano sulla superfcie della fotosfera una struttura chiamata granulazione, costituita da una moltitudine di celle dette granuli (fgura 2.9) in continuo cambiamento. Dalla superfcie della fotosfera l’energia si libera nello spazio circostante, soprattutto sotto forma di radiazioni luminose. La superfcie della fotosfera presenta spesso chiazze scure, chiamate macchie solari (fgura 2.10). Le macchie solari appaiono come aree oscure, perché la loro temperatura è di circa 2 000 gradi centigradi inferiore a quella

FIGURA 2.9 … Granulazione solare. I granuli hanno forma poligonale e dimensioni di circa 700 km. In media un granulo «sopravvive» per 5÷10 minuti, poi si decompone per essere sostituito da un altro. Le zone scure sono le macchie solari, meglio evidenziate nella fgura successiva.

SCHARMER ET AL, ROYAL SWEDISH ACADEMY OF SCIENCE / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Attorno al nucleo è presente lo strato di trasporto radiativo, che ha uno spessore di 300 000 km circa. Il nome di questo strato deriva dal fatto che l’energia viene trasportata come radiazione elettromagnetica ad altissima frequenza. L’energia è irraggiata tramite un processo di assorbimento e riemissione da parte del materiale solare: le particelle di questo strato sono colpite dalla radiazione, la assorbono e poi la riemettono. A causa della elevatissima densità, una stessa radiazione è assorbita e riemessa dalle particelle innumerevoli volte. Per questo motivo le radiazioni possono impiegare anche 10 milioni di anni per uscire da questa zona.

NATIONAL OPTICAL ASTRONOMY OBSERVATORIES / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Macchie solari

FIGURA 2.10 … Macchie solari, con ombra e penombra, immerse nella granulazione della fotosfera.

A/35

CAPITOLO 2A Il sistema solare e il Sole

A

APPROFONDIMENTO

Galilei: il padre del metodo sperimentale

della circostante fotosfera. La formazione delle macchie solari è dovuta a fenomeni magnetici. Una tipica macchia solare si suddivide grossolanamente in una zona molto scura, detta ombra, circondata da una zona meno scura, detta penombra, quest’ultima è caratterizzata da una struttura radiale. Periodicamente, in concomitanza con le fasi più intense di attività solare, il numero delle macchie solari aumenta. Fu Galileo Galilei (1564-1642), nel 1610, il primo a scoprire le macchie solari. „ Struttura esterna del Sole. Superata la superfcie del Sole, troviamo la sua atmosfera, distinta in due strati principali: la cromosfera e la corona. La cromosfera (sfera colorata) ha uno spessore di circa 10 000 km. È occupata da gas turbolenti, che ribollono dopo essere sfuggiti dalla fotosfera. Dalla cromosfera partono spettacolari getti di materiale incandescente, denominati protuberanze (cfr. fgura 2.8). La cromosfera è diffcile da osservare per la presenza della vicina fotosfera, molto luminosa.

FIGURA 2.11 „ La corona solare durante un’eclisse totale di Sole avvenuta il 15 febbraio 1961. La corona è la parte esterna, visibile solo quando la Luna oscura la fotosfera nel corso delle eclissi.

FIGURA 2.12 † Il vento solare viene spinto radialmente dal Sole che contemporaneamente ruota intorno al proprio asse. Ciò provoca una traiettoria a spirale del vento, il quale investirà i vari pianeti con angoli che dipendono sia dalla distanza del pianeta che dalla velocità, molto variabile, del vento stesso.

La corona solare si estende fno ai confni del sistema solare e può essere considerata l’atmosfera del Sole (fgura 2.11). La corona è formata essenzialmente da idrogeno estremamente rarefatto, scomposto in protone ed elettrone. La corona ha temperature molto elevate, ma la sua luminosità è molto più bassa della sottostante fotosfera. Per questo motivo non è possibile osservarla a occhio nudo, se non in occasione delle eclissi totali di Sole, durante le quali la fotosfera è oscurata (vedi fgura 1.42 B).

Giove

Terra

L’estensione verso l’esterno dell’atmosfera solare è il vento solare. Il vento solare è un fusso di particelle atomiche emesse a grande velocità dalla corona. Il vento solare si spinge fno a circa 100 volte la distanza Terra-Sole (100 UA unità astronomiche di distanza: tre volte le dimensioni del sistema solare. La velocità radiale aumenta allontanandosi dal Sole, raggiungendo diverse centinaia di km/s. Le traiettorie disegnate nello spazio dalle particelle del vento solare ricordano un po’ una girandola quando spruzza l’acqua per innaffare il prato. La causa di questo singolare aspetto è la rotazione del Sole intorno al proprio asse (fgura 2.12).

METTITI alla PROVA

Sole

12 Quali sono i principali moti che caratterizzano il Sole? 13 Come si può giustifcare il fatto che il Sole, con un volume di oltre 106 volte quello della Terra, ha una massa solo 333 000 volte maggiore? 14 Perché il tempo impiegato dal Sole per compiere una rotazione completa ai poli è diverso da quello impiegato all’equatore?

A/36

15 L’attività solare ha intensità variabile; da quali fenomeni possiamo desumerlo? 16 Descrivi, aiutandoti anche con un disegno, i vari «gusci» che compongono il Sole. 17 Fai un esempio, tratto dalla vita quotidiana, del fenomeno della conduzione. 18 Fai un esempio, tratto dalla vita quotidiana, del fenomeno dell’irraggiamento. 19 Fai un esempio, tratto dalla vita quotidia-

na, del fenomeno della convezione. 20 In quale modo avviene il trasferimento di energia nel Sole, rispettivamente nello strato di trasporto radiativo e nello strato di trasporto convettivo? 21 In quale strato del Sole si trovano le macchie solari? 22 Che cosa sono le protuberanze? 23 In che cosa consiste il vento solare?

CAPITOLO 2A Il sistema solare e il Sole

I pianeti del sistema solare

< lezione 7A

2.5 Le leggi di Keplero

L’

idea di una Terra immobile al centro di un universo in rotazione fu formulata e definita con complessi calcoli matematici dall’astronomo egiziano Claudio Tolomeo nel secondo secolo dopo Cristo (figura 2.13). Questa concezione, chiamata ipotesi geocentrica, fu da tutti accettata fino alla seconda metà del Cinquecento. Nicolò Copernico (1473-1543), un astronomo polacco, fu il primo a formulare in modo compiuto una ipotesi eliocentrica (dal greco Helios, Sole, e kentron, centro) che poneva cioè il Sole al centro del sistema solare, in netta contrapposizione con quanto si era sostenuto per oltre un millennio. L’astronomo tedesco Giovanni Keplero (1571-1630), pubblicando tra il 1609 e il 1616 le tre leggi che portano il suo nome, provocò la netta separazione fra i modelli di Tolomeo e Copernico e il nuovo «sistema del mondo» che sarebbe nato dalla rivoluzione scientifca del XVII secolo. I modelli tolemaico e copernicano erano in grado di descrivere matematicamente il moto degli astri, ma non ne davano una giustifcazione fsica ed erano basati su assunti metafsici. Con lo studio del moto dei corpi celesti da parte di Keplero e di Galilei, e con il successivo apporto di Isaac Newton (1642-1727), si ha un cambio di paradigma: ha inizio ciò che chiamiamo metodo scientifico sperimentale, basato sull’esperienza. All’osservazione del fenomeno segue la formulazione di ipotesi e successivamente si verifca se tali ipotesi permettono di fare previsioni su esperienze o fenomeni futuri. Vediamo nel dettaglio le tre leggi di Keplero.

„ Prima legge (o legge delle ellissi) Le orbite dei pianeti intorno al Sole sono ellittiche e il Sole occupa uno dei due fuochi. Riferendoci alla fgura 2.14 vediamo i parametri fondamentali della prima legge di Keplero. Il segmento che congiunge il centro del Sole con il centro del pianeta P, si dice raggio vettore. La retta passante per i due fuochi è detta in astronomia linea degli apsidi e i suoi punti di intersezione con l’ellisse sono detti apsidi o vertici. Il segmento che ha per estremi un vertice e il centro O viene detto semiasse maggiore e la sua misura viene solitamente indicata con la lettera a. Il segmento che ha per estremi un fuoco (F o Fʹ) e il centro O viene detto semiasse focale e la sua misura viene indicata con c. Il rapporto e = c/a, sempre compreso fra 0 e 1, si dice eccentricità dell’ellisse. Tale parametro dà la misura dello schiacciamento dell’ellisse; se e = 0 si ha una circonferenza. Nelle fgure rappresentanti le orbite dei pianeti l’eccentricità è esagerata al fne di rendere più chiara e comprensibile la descrizione dei fenomeni.

Saturno Giove Marte Sole Venere Mercurio

Terra Luna

Primum mobile Sfera delle stelle fisse

FIGURA 2.13 … La struttura dell’universo secondo la concezione geocentrica di Tolomeo.

Il sistema tolemaico era diventato dottrina della Chiesa e Copernico, temendo persecuzioni, rimandò la pubblicazione del De Revolutionibus Orbium Coelestium fno al 1543, anno della sua morte. Per comprendere come il clima culturale ostacolasse il libero pensiero, ascoltiamo come Lutero inveiva nel 1539 contro «il nuovo astronomo che vuol provare che è la Terra a ruotare, e non i Cieli, il Sole e la Luna», contro «il pazzo che metterà sottosopra l’intera scienza dell’astronomia. [...] Ma, come dichiarano le Sacre Scritture, è al Sole e non alla Terra che Giosuè comandò di fermarsi». Il timore di Copernico era giustifcato e infatti il libro fu messo al bando dal 1615 fno al 1835.

FIGURA 2.14 „ O è il centro dell’ellisse; F e Fʹ sono i due fuochi; P rappresenta una generica posizione del pianeta lungo l’orbita. La somma delle distanze di qualsiasi punto dell’ellisse dai due fuochi è costante (PF + PFʹ = costante). Per rendere più evidenti le caratteristiche dell’ellisse, l’eccentricità è stata fortemente esagerata rispetto a quella delle orbite planetarie.

A/37

CAPITOLO 2A Il sistema solare e il Sole

„ Seconda legge Il raggio vettore spazza aree uguali in tempi uguali. La seconda legge di Keplero descrive il cambiamento di velocità periferica del pianeta; la velocità è massima in perielio e minima in afelio (fgura 2.15). Le due aree evidenziate nella fgura sono spazzate dal raggio vettore nello stesso intervallo di tempo e sono uguali. Vista la diversa distanza dal Sole (r < rʹ), l’arco AB è di lunghezza maggiore rispetto all’arco AʹBʹ ( C > C ʹ). Visto che i due archi sono percorsi in intervalli di tempo uguali, la velocità del pianeta nel tratto AB è maggiore di quella nel tratto AʹBʹ. Se la prima legge di Keplero ha defnitivamente escluso la necessità che l’orbita sia circolare, la seconda rende superata anche l’ipotesi che la velocità del pianeta sia costante. La rivoluzione fu così grande che molti contemporanei non accettarono queste leggi. Fra questi dobbiamo ricordare Galilei che, pur conoscendo i lavori di Keplero con il quale era anche in corrispondenza, rimase fedele al modello copernicano.

… La seconda legge di Keplero. Afferma che il raggio vettore che congiunge il pianeta col Sole spazza aree uguali in tempi uguali: l’area ABS è uguale all’area AʹBʹS. Essendo r < rʹ, l’arco AB è maggiore dell’arco AʹBʹ e, visto che il pianeta li ha percorsi nello stesso intervallo di tempo, la velocità (periferica) del pianeta in perielio è maggiore che in afelio. FIGURA 2.15

d

ANIMAZIONE

Le leggi di Keplero

„ Terza legge La terza legge di Keplero mette in relazione, per ciascun pianeta, la velocità di rivoluzione con la distanza dal Sole (fgura 2.16): Il tempo impiegato dai pianeti per compiere una rivoluzione intorno al Sole aumenta con l’aumentare della distanza dal Sole. La velocità di rivoluzione dei pianeti decresce con l’aumentare della distanza dal Sole. Mercurio, il pianeta più vicino al Sole, è il più veloce nel suo moto di rivoluzione, che compie alla velocità di 48 km/s. Nettuno, il pianeta più lontano, è il più lento, con velocità di 5,4 km/s. La Terra percorre la propria orbita con velocità media di circa 30 km/s.

~30°

Giove 45°

~120°

1

1,5

2

4

5,2 UA

Marte 190°

Sole

Terra 360°

FIGURA 2.16 … Mentre la Terra in un anno descrive un’orbita completa di 360°, Marte percorre un arco di 190°, cioè poco più di metà della propria orbita complessiva. Nello stesso lasso di tempo, un pianeta ipotetico situato a 2 UA dal Sole percorre un arco che corrisponde a 120°, circa 1/3 della propria orbita. I pianeti più lontani, in un anno, percorrono tragitti che corrispondono ad angoli via via minori.

A/38

lezione 7A I pianeti del sistema solare

2.6 La legge di gravitazione universale

L

e leggi di Keplero descrivono il moto di rivoluzione dei pianeti, ma non ne spiegano la causa. Fu Isaac Newton, alla fine del XVII secolo, a fornire per primo tale spiegazione. Egli comprese che i pianeti e il Sole sono legati da una forza, come descritto dalla legge di gravitazione universale. Due corpi di massa m1 e m2, posti a un distanza d, si attraggono reciprocamente con una forza F, direttamente proporzionale alle masse dei due corpi e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa: F = G (m1 · m2)/d2. Dove G è la costante di gravitazione universale e vale 6,67 · 10–11 Nm2/kg2. Più semplicemente, nel sistema solare ogni pianeta e il Sole si attraggono con una forza che cresce all’aumentare delle masse dei due corpi e decresce, ma molto più rapidamente, all’aumentare della loro distanza. La legge di gravitazione universale spiega perché i pianeti compiono una traiettoria curva attorno al Sole e non si disperdono nello spazio. In apparenza è unicamente il Sole a esercitare un’attrazione sui pianeti; in realtà anche i pianeti attraggono il Sole, ma gli effetti su di esso sono trascurabili a causa della sua enorme massa. I pianeti, inoltre, si attraggono debolmente fra loro determinando lievi perturbazioni delle orbite. La legge di gravitazione universale spiega perché i corpi del sistema solare formano un «sistema» stabile. Essi, infatti, si attraggono reciprocamente, mentre non risentono in modo signifcativo dell’attrazione esercitata dai corpi esterni al sistema solare, che sono troppo distanti. La forza di gravità (cfr. pagina 4) con cui la Terra attrae i corpi posti nelle sue vicinanze è una manifestazione della legge di gravitazione universale. Gli oggetti presenti sulla superfcie terrestre vi rimangono «incollati» per effetto della forza di gravità. La forza di gravità terrestre diminuisce all’aumentare della distanza del corpo dalla Terra.

L’unità di misura della forza nel Sistema Internazionale (SI) è il newton (N). Il peso che leggiamo sulle bilance di casa è invece espresso secondo una vecchia unità di misura rimasta ancora in uso: il kilogrammo peso (kgp o, più semplicemente, kg).

2.7 I pianeti

I

pianeti del sistema solare (cfr. § 1.1) sono classificati in due gruppi. Un gruppo è costituito dai quattro pianeti più vicini al Sole: Mercurio, Venere, Terra, Marte, detti pianeti terrestri.

1

Il secondo gruppo è costituito dai quattro pianeti più lontani dal Sole: Giove, Saturno, Urano e Nettuno, detti pianeti gioviani.

6 4

I pianeti terrestri hanno avuto origine in prossimità del Sole, a partire da materiali caratterizzati da alta densità ed elevato punto di fusione. Questi pianeti sono prevalentemente costituiti da materiali ferrosi e da silicati. La loro densità media ha un valore di 5 g/cm3. Sono pianeti di massa ridotta e conseguentemente la loro forza di gravità è bassa. Questo fatto è molto importante. Per la bassa gravità, infatti, intorno ai pianeti di tipo terrestre l’atmosfera, quando è presente, è rarefatta. Per esempio Mercurio, il pianeta più piccolo del sistema solare, è completamente privo di atmosfera. La ridotta forza di gravità è la causa anche della scarsa presenza di satelliti in orbita attorno a questi pianeti. Oltre alla Luna, gli unici satelliti sono i piccoli Phobos e Deimos, che ruotano intorno a Marte. I pianeti gioviani hanno avuto origine a grande distanza dal Sole. Essi

SMIKE MCDONALD / SHUTTERSTOCK

Per le differenze e le caratteristiche dei due gruppi vedi la figura 2.17 nella pagina successiva e la tabella 2.1 e 2.2 a pagina 42.

7

2

3

5

8

A ogni numero assegna il nome del pianeta e scrivi tra parentesi (T) se è pianeta terrestre (G) se gioviano. 1 ………………………………………………………

2 ………………………………………………………

3 ………………………………………………………

4 ………………………………………………………

5 ………………………………………………………

6 ………………………………………………………

7 ………………………………………………………

8 ………………………………………………………

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CAPITOLO 2A Il sistema solare e il Sole

A

APPROFONDIMENTO

La corte del Sole

FIGURA 2.17 † Panoramica sui pianeti del sistema solare. La Terra è l’oggetto principale di questo corso. Gli altri pianeti sono trattati diffusamente online.

sono costituiti soprattutto da sostanze a basso punto di fusione. Date le basse temperature, i materiali si trovano allo stato fluido verso la superficie e, per le elevate pressioni, allo stato solido più in profondità. Intorno a un piccolo nucleo centrale metallico o roccioso, i pianeti gioviani possiedono grandi masse di idrogeno, elio e in misura minore acqua, metano e ammoniaca. La densità media dei pianeti gioviani è intorno a 1,5 g/cm3. Le loro dimensioni sono decisamente maggiori di quelle dei pianeti terrestri e la loro massa è rilevante. Per questo motivo tutti i pianeti gioviani sono dotati di una densa atmosfera. A causa della elevata forza di gravità, in orbita intorno a questi pianeti ruotano numerosi satelliti.

La TERRA è il pianeta che ha la maggiore densità media, è l’unico la cui atmosfera è ricca di azoto e ossigeno e nel quale si trova l’acqua nei tre stati di aggregazione. La temperatura superficiale è mediamente di 15 °C. La Terra è strettamente legata alla Luna, il suo unico satellite. Abbiamo già parlato del nostro pianeta nel capitolo 1, ne parleremo diffusamente, anche nei capitoli successivi.

MERCURIO è il pianeta più piccolo e il più vicino al Sole. A causa dell’assenza dell’atmosfera è caratterizzato da forti escursioni termiche diurne: durante la notte la temperatura scende fino a –170 °C, mentre durante il dì raggiunge i 420 °C. Il dì e la notte durano ciascuno quasi tre mesi. La superficie del pianeta è costellata di molti crateri, dovuti all’impatto delle meteoriti che giungono sempre al suolo, data la mancanza di un’atmosfera.

VENERE è il corpo celeste che appare più luminoso nel cielo dopo il Sole e la Luna ed è visibile all’alba e al tramonto vicino all’orizzonte. L’atmosfera di Venere è assai densa e di conseguenza la pressione atmosferica al suolo è estremamente elevata (circa 90 volte quella dell’atmosfera terrestre). L’atmosfera contiene elevate quantità di diossido di carbonio, CO2, che creano un rilevante effetto serra, provocando un aumento della temperatura superficiale fino a 470 °C. Una particolarità di questo pianeta è il verso di rotazione retrogrado, cioè opposto a quello della Terra.

A/40 40

MARTE è definito il «pianeta rosso» per via del colore della sua superficie, caratterizzata dalla presenza di ossidi di ferro. Attualmente su Marte non è presente acqua allo stato liquido, ma si ritiene che lo sia stata in tempi remoti; è presente, invece, acqua allo stato solido nelle due calotte di ghiaccio delle regioni polari. La superficie di Marte è contraddistinta da monti, valli, canyon e imponenti edifici vulcanici, tra cui il Monte Olimpo, alto oltre 26 km. Analogamente alla Terra, il periodo di rotazione è di circa 24 ore e si verifica un’alternanza di stagioni.

lezione 7A I pianeti del sistema solare

„ I pianeti nani e la fascia di Kuiper. Nel sistema solare esistono numerosi frammenti di piccole e piccolissime dimensioni, che orbitano intorno al Sole senza essersi aggregati a formare pianeti. Fra 30 e 50 unità astronomiche dal Sole si trova una zona, detta fascia di Kuiper, simile alla fascia degli asteroidi a noi più vicina (cfr. § 1.1 e figure 1.1 e 1.2). Nella fascia di Kuiper sono stati scoperti e classificati più di 800 oggetti, comprendenti alcuni pianeti nani, tra cui Plutone. Si dice pianeta nano un corpo di forma sferica, orbitante intorno a una stella, che non è in grado di dominare da un punto di vista gravitazionale la propria zona orbitale.

SATURNO è famoso per essere circondato da numerosi anelli costituiti da frammenti di ghiaccio e polveri. Lo spessore degli anelli è incredibilmente sottile, in rapporto alla loro estensione. Saturno è l’unico pianeta del sistema solare la cui densità è minore di quella dell’acqua. Saturno, come Giove, emette energia in quantità maggiore di quella che assorbe. Tra gli oltre 30 satelliti di Saturno vi è Titano, che ha dimensioni maggiori di Mercurio.

URANO si distingue per l’asse di rotazione che giace quasi sul piano dell’orbita di rivoluzione e per il suo moto di rotazione retrogrado. L’asse di rotazione si mantiene parallelo a se stesso nel corso dell’anno uraniano, per cui il pianeta rivolge periodicamente al Sole l’uno o l’altro dei poli. Anche Urano è circondato da anelli ben definiti, ma molto scuri a differenza di quelli brillanti di Saturno.

NETTUNO ha una caratteristica colorazione azzurrina dovuta alla presenza di metano nell’atmosfera. Esso è molto simile ad Urano, anche se leggermente più piccolo. Nettuno è stato scoperto sulla base di calcoli matematici: erano state, infatti, osservate perturbazioni nell’orbita di Urano, giustificabili solo con la presenza di un altro pianeta. Nettuno venne effettivamente osservato al telescopio nel 1846.

GIOVE è il più grande pianeta del sistema solare, ma ha il periodo di rotazione più breve. La densità di Giove è bassa, ma la sua massa supera comunque quella di tutti gli altri pianeti, satelliti e asteroidi messi insieme. La superficie di Giove è formata presumibilmente da idrogeno liquido ed è avvolta da una densa atmosfera ricca di nubi disposte in fasce parallele all’equatore. Nell’atmosfera di Giove è presente la «grande macchia rossa», un immenso vortice dell’atmosfera. Giove emette energia in quantità maggiore di quella che assorbe dal Sole e, se la sua massa fosse stata dieci volte maggiore, sarebbe divenuto una piccola stella. I 4 satelliti maggiori di Giove: Io, Europa, Ganimede e Callisto furono osservati per la prima volta da Galilei nel 1610. Ganimede è il più grande satellite del sistema solare e il suo diametro supera addirittura quello di Mercurio.

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CAPITOLO 2A Il sistema solare e il Sole

d

ANIMAZIONE

Le dimensioni dei pianeti del sistema solare

TABELLA 2.1 † Principali caratteristiche degli otto pianeti del sistema solare. La massa dei pianeti è data prendendo come unità il valore della massa della Terra, pari a: 5,97∙10 24 kg

Come Nettuno, Plutone è stato scoperto a tavolino. Nel 1914 l’astronomo statunitense Percival Lowell (1855-1916) stabilì che certe perturbazioni del moto di Urano potevano spiegarsi solo con l’esistenza di un corpo celeste oltre Nettuno. Gli allievi di Lowell, basandosi sugli appunti di meccanica celeste lasciati dal loro maestro, individuarono Plutone il 13 marzo 1930. Nel 1978 è stato anche scoperto un satellite di Plutone, Caronte. Ciò ha permesso di calcolare anche i parametri fsici di Plutone, fno allora incerti. Il diametro è di circa 2 400 km, la densità circa 2 g/cm3. Plutone percorre un’orbita molto eccentrica e la distanza dal Sole varia da 30 a 50 unità astronomiche. Il periodo di rivoluzione è di 250 anni terrestri circa e il periodo di rotazione è di 6 giorni e mezzo. È possibile che Plutone fosse in origine un satellite di Nettuno, del quale interseca l’orbita: in perielio Plutone dista dal Sole meno di Nettuno.

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Distanza media dal Sole (milioni di km)

57,9

108

149,6

228

778

1430

2 870

4 500

Distanza media dal Sole (in UA)

0,387

0,723

1

1,52

5,2

9,54

19,2

30,1

Massa (Terra = 1)

0,005

0,81

1

0,11

318

95,2

14,5

17,1

88 giorni

225 giorni

365,256 giorni

687 giorni

11,9 anni

29,5 anni

84 anni

165 anni

58,6 giorni

– 243 giorni retrograda*

23 ore, 56 minuti e 4 secondi

24 ore, 37 minuti e 23 secondi

9 ore, 50 minuti e 30 secondi

10 ore e 14 minuti

– 17 ore retrograda *

14 ore

Periodo di rivoluzione Periodo di rotazione

* Il moto di rotazione retrogrado avviene in senso opposto a quello della Terra che ruota da ovest verso est.

Pianeti di tipo terrestre

Pianeti di tipo gioviano

Composizione

Sono formati prevalentemente da materiali solidi.

Sono grandi sfere prevalentemente fluide.

Densità

Formati di solida roccia, perciò molto densi.

Bassa. A parte un nucleo solido, sono formati di gas e ghiaccio.

Temperatura esterna

Essendo vicini al Sole sono caldi.

Freddi perché molto lontani dal Sole.

Dimensioni

A causa della elevata densità delle rocce, la loro massa è compressa in un volume ridotto.

Hanno notevole volume. Sono grandi sfere prevalentemente fluide perciò a densità molto bassa.

Atmosfera

Poco densa o assente. Ciò a causa della vicinanza al Sole e della loro piccola massa, insufficiente a trattenere le molecole dei gas che, per la temperatura elevata, tendono a sfuggire alla gravità.

La loro grande massa e la distanza dal Sole comportano base temperature che impediscono la fuga nello spazio dei gas che formano dense atmosfere.

Numero satelliti

Basso o nullo a causa della ridotta attrazione gravitazionale.

Alto.

METTITI alla PROVA

TABELLA 2.2 … Principali differenze tra pianeti di tipo terrestre e pianeti di tipo gioviano.

24 Che cosa afferma la prima legge di Keplero? 25 Come sono defniti rispettivamente il punto di massima e minima distanza di un pianeta dal Sole? Come è defnita la linea che congiunge questi due punti? 26 Enuncia la seconda legge di Keplero e spiega quali sono le sue conseguenze. 27 Quali sono gli effetti della terza legge di Keplero? 28 Perché varia il periodo di rivoluzione dei

A/42

pianeti al variare della distanza dal Sole? 29 Enuncia la legge di gravitazione universale. 30 Che cosa è e dove si trova la fascia di Kuiper? 31 Che cosa differenzia un pianeta nano da un pianeta vero e proprio? 32 Tutti i pianeti possiedono satelliti? 33 Tutti i pianeti possiedono lo stesso senso di rotazione? 34 Come si può spiegare il fatto che la super-

35 36 37 38 39 40

fcie di Mercurio sia cosparsa di numerosi crateri da impatto? Quali sono le particolarità di Venere? Perché Marte appare rosso ? Elenca le principali caratteristiche di Giove. Da che cosa sono costituiti i caratteristici anelli di Saturno? Com’è disposto l’asse di rotazione di Urano? Quale conseguenza ne deriva? A che cosa è dovuto il colore di Nettuno?

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE CONOSCENZE 씰

Domande a risposta multipla (scegli il/i completamento/i corretto/i)

1 Il «sistema solare» è l’insieme: a di Sole, pianeti e satelliti; b formato da Sole, pianeti, satelliti e tutti i corpi minori; c costituito da corpi che per la loro posizione non subiscono attrazioni signifcative da corpi esterni al sistema; d di tutti i corpi che si muovono intorno al Sole. 2 a b c d

Si considera pianeta un corpo celeste che: ruota intorno al Sole; ha almeno un satellite; non è satellite di altri pianeti; ha un’orbita circolare.

3 I satelliti del sistema solare: a sono concentrati in massima parte attorno ai pianeti gioviani; b sono poco meno di 100; c possono avere un diametro di pochi kilometri; d sono quattro intorno al pianeta Giove. Le comete: sono corpi caldi; hanno diametri di alcune centinaia di kilometri; sono corpi che viaggiano in orbite molto allungate; d hanno una coda che si trova sempre dalla parte opposta al Sole. 4 a b c

5 Le meteore: a sono meteoroidi che non arrivano a colpire la superfcie terrestre; b derivano da comete che passano nelle vicinanze del Sole; c emettono luce a qualche chilometro di altezza dalla superfcie terrestre; d sono un fenomeno luminoso dovuto a un meteoroide. Nel processo di formazione del sistema solare: a la nube di gas iniziale si è riscaldata per conversione dell’energia gravitazionale in energia termica; b la nebulosa iniziale era formata da gas e polveri; 6

씰

Quesiti

19 20 21 22

Che cosa intendiamo per sistema solare? Illustra il fenomeno delle stelle cadenti. Perché la zona radiativa si chiama così? Quale parte del Sole è osservabile a occhio nudo?

c il Protosole si è formato quando si sono innescate le reazioni nucleari; d la materia si è concentrata soprattutto nei pianeti terrestri. 7 a b c d

Il Sole: è una stella di tipo comune; è formato prevalentemente da elio; ha una densità inferiore a quella dell’acqua; ha una velocità angolare di rotazione diversa ai poli e all’equatore.

8 a b c d

La fotosfera: ha una temperatura di diversi milioni di gradi; rappresenta la superfcie del Sole; ha uno spessore di qualche centinaio di metri; è la sede delle macchie solari.

9 Il Sole è formato: a da gusci concentrici; b da strati suddivisi in base al diverso meccanismo di trasferimento del calore; c da un nucleo con temperature di migliaia di gradi; d da uno strato di trasporto convettivo compreso tra il nucleo e lo strato radiativo. L’atmosfera solare: è formata da fotosfera, cromosfera e corona; è facilmente osservabile; presenta due strati principali, la cromosfera e la corona; d ha una cromosfera che produce getti di materiale incandescente detti protuberanze.

10 a b c

11 La prima legge di Keplero: a si basa sul sistema tolemaico; b sostiene che i pianeti si muovono intorno al Sole; c prevede che il Sole sia al centro dell’orbita descritta dal pianeta; d si chiama anche legge delle ellissi.

13 In base alla terza legge di Keplero: a la velocità di rivoluzione dei pianeti decresce con la distanza; b Mercurio è il pianeta più veloce a percorre la propria orbita; c i pianeti più lontani dal Sole hanno tempi di rivoluzione maggiori perché descrivono orbite più grandi; d le orbite sono percorse con velocità maggiore dai pianeti gioviani. 14 La legge di gravitazione universale spiega: a perché i pianeti compiono traiettorie curve intorno al Sole; b perché la Terra attira verso di sé tutti i corpi che le sono vicini; c che è il corpo di massa maggiore ad attrarre quello di massa minore; d che la forza è direttamente proporzionale al quadrato della distanza. 15 a b c d

I pianeti terrestri: sono ricchi di materiali ferrosi e di silicati; hanno densità media di 2,5 g/cm 3; hanno masse elevate; a causa della bassa gravità hanno atmosfere rarefatte e pochi satelliti.

16 I pianeti gioviani: a sono costituiti prevalentemente da sostanze a elevato punto di fusione; b sono fuidi in superfcie e solidi in profondità; c hanno basse densità; d sono dotati di dense atmosfere. 17 La fascia di Kuiper: a si trova tra 3 e 5 unità astronomiche (UA) dal Sole; b contiene alcuni pianeti nani; c è simile alla fascia degli asteroidi; d si trova tra Giove e Saturno.

La seconda legge di Keplero: utilizza il concetto di raggio vettore; serve a identifcare la linea degli apsidi; implica che la velocità di spostamento del pianeta lungo l’orbita sia costante; d non esisterebbe se le orbite planetarie fossero circolari.

18 Quali sono le affermazioni corrette? a Venere non è mai visibile in piena notte; b Saturno ha gli anelli, ma non possiede satelliti; c Giove ha un periodo di rotazione molto più lungo della Terra; d Mercurio ha forti escursioni termiche a causa della densa atmosfera.

23 Che cos’è la corona solare? In quali condizioni è osservabile? 24 In che cosa differiscono la teoria eliocentrica e quella geocentrica? 25 Come si può sintetizzare il processo di indagine secondo il metodo scientifco sperimentale? 26 In quali punti della propria orbita intorno al

Sole un pianeta si trova esattamente sulla linea degli apsidi? 27 Quali sono le caratteristiche che differenziano i pianeti di tipo terrestre da quelli di tipo gioviano? 28 Qual è la caratteristica degli anelli di Urano per cui sono così diffcili da vedere?

12 a b c

A/43

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE ABILITÀ 씰

Quesiti

29 Descrivi in breve la formazione del sistema solare. 30 Confronta la rarefazione della materia dell’aria che respiriamo, dello spazio interplanetario e dello spazio interstellare. 31 Qual è l’ordine di grandezza della massa del Sole? Qual è il rapporto tra la massa del Sole e la massa della Terra? 32 Come varia la velocità angolare di rotazione del Sole alle diverse latitudini? 33 Che cosa distingue la zona radiativa da quella convettiva nel Sole? 34 Se il Sole avesse un diametro di 7 cm quale diametro dovrebbe avere la Terra per rimanere

씰

Esercizi

46 In una data posizione A della sua orbita il pianeta Mercurio dista dal nostro pianeta 1,4 UA; in una data posizione B Mercurio dista invece dalla Terra 9,2∙107 km.

in scala? E a quale distanza si troverebbe dal Sole? Le tre leggi di Keplero e la legge di Newton a quale modello interpretativo si rifanno, quello tolemaico o quello copernicano? Spiega. È corretto dire che il Sole si trova sulla linea degli apsidi di tutte le orbite dei pianeti del sistema solare? Giustifca la tua risposta. Quale delle leggi di Keplero spiega il fatto che Plutone impiega oltre 248 anni per completare la propria orbita, mentre Mercurio impiega solo 88 giorni? Calcola in km la distanza tra Giove e la Terra che è pari a 4,2 UA. Perché i pianeti sono distinti in terrestri e gioviani?

40 Perché nei pianeti di tipo terrestre in genere l’atmosfera è ridotta o addirittura assente? 41 Perché Venere è osservabile dalla Terra solo all’alba o al tramonto? 42 Come si spiega la differenza di densità tra i pianeti terrestri e i pianeti gioviani? 43 Qual è la differenza fra un pianeta, un asteroide e un pianeta nano? 44 La Terra è attratta dal Sole con una forza di una certa intensità. Come cambierebbe tale forza se raddoppiassero sia la massa della Terra che la sua distanza dal Sole? 45 Se il Sole, mantenendo la propria massa, avesse la densità della Terra, quale diametro avrebbe? Cambierebbe qualcosa dal punto di vista gravitazionale?

a Fai un semplice disegno in cui segnare la posizione occupata dal Sole nello schema. b Nello stesso disegno traccia anche l’orbita seguita dalla cometa.

50 Nella fgura in basso sono rappresentati due pianeti, ognuno sulla propria orbita. Sapendo che entrambi i pianeti hanno la stessa distanza media dal Sole, rispondi alle seguenti domande.

35

36

37

38 39

Satellite

Sole Mercurio

Callisto

16,69 giorni

Europa

3,55 giorni

Ganimede

7,16 giorni

Io

1,77 giorni

Leda

240 giorni

49 La fotografa dell’emisfero sud di Mercurio evidenzia come la sua superfcie sia costellata di numerosi crateri dovuti all’impatto di meteoriti. La superfcie della Terra ne presenta un numero molto minore e spesso diffcili da individuare. Rispondi alle seguenti domande.

Sole

a Individua perielio e afelio nelle orbite dei due pianeti. b Disegna i semiassi maggiori delle due orbite e mettine a confronto la lunghezza. c Quale dei due pianeti ha l’orbita con eccentricità minore? d Quale dei due pianeti ha velocità minima in afelio? e Spiega se nella situazione descritta è più facile, durante la notte, osservare il pianeta alfa dalla superfcie del pianeta beta oppure osservare il pianeta beta dalla superfcie del pianeta alfa.

씰

NASA

47 Lo schema qui sotto riportato rappresenta diverse posizioni di una cometa nella sua orbita intorno al Sole.

β

Periodo di rivoluzione

Quale dei satelliti è più vicino a Giove? Dai ragione della tua risposta. a In quale delle due posizioni, A oppure B, Mercurio si trova più vicino alla Terra? b Evidenzia i calcoli che hai fatto per confrontare i due diversi modi di calcolare le distanze e dai quindi ragione della tua scelta.

α

48 Nella tabella sono riportati i dati relativi al periodo di rivoluzione di alcuni satelliti di Giove.

a Secondo te, la causa di questa particolarità può essere che la Terra ha attratto un numero di meteoriti minore rispetto a Mercurio? b Pensi che l’atmosfera e i fenomeni atmosferici abbiano avuto un ruolo importante in questo fatto? Spiega.

A/44

Questions

51 Through what fraction of the radius of the Sun does the photosphere extend? Measure the thickness of the skin of an apple, and see whether it is a good analogy to compare the photosphere to the skin of an apple. 52 Take help from the following terms (size, position, Sun, atmosphere, temperature, surface) to describe the main characteristics of the planet Mercury.

C A PI TO LO

3A

Oltre il sistema solare O

ggi abbiamo molte informazioni sulle stelle, che ci aiutano a comprendere non solo l'universo come si presenta attualmente, ma anche com'era nel lontanissimo passato. Il Sole è una stella. Nello spazio sono innumerevoli le stelle simili al Sole. Questi corpi non sono tutti uguali, non si trovano alla medesima distanza dalla Terra, non sono nella stessa fase della loro vita. L'uso di strumenti sempre più sofisticati ha consentito all'uomo di ampliare moltissimo i propri sensi: così si è scoperto che l’immensa volta celeste che vediamo a occhio nudo è solo una infinitesima parte dell’universo.

La nebulosa Testa di Cavallo si trova a circa 1 500 anni luce di distanza dalla Terra. [ ROBERT GENDLER & JIM MISTI / SCIENCE PHOTO LIBRARY ]

CAPITOLO 3A Oltre il sistema solare

La volta celeste

lezione 8A >

3.1 Il cielo e le costellazioni

P Le stelle sono sfere di gas che nascono e muoiono (vedi § 3.6) e che, nel periodo più stabile della loro vita, producono energia nel nucleo, con la fusione dell’idrogeno in elio.

roviamo a osservare il cielo in una notte serena, lontano dalle luci dei centri abitati. Riusciremo a scorgere a occhio nudo circa 3 000 punti luminosi. Questi punti luminosi ci appaiono come se fossero incastonati sulla superficie interna di una semisfera immaginaria che ci circonda: la volta celeste. I punti luminosi della volta celeste sono quasi tutti stelle, riconoscibili in quanto, fin dall’antichità, sono state associate in gruppi definiti costellazioni.

씰 Le costellazioni sono gruppi di stelle riunite arbitrariamente a compor-

re delle figure.

Le costellazioni dello Zodiaco sono 13 e non 12. La tredicesima costellazione, l’Ofuco, non è stata inserita perché gli astrologi hanno associato una costellazione a ciascun mese dell’anno.

d

ANIMAZIONE

Le costellazioni

FIGURA 3.1 † (A), costellazione del Grande Carro. (B), le stelle di una costellazione sembrano vicine tra loro in quanto ci appaiono come proiettate sullo stesso sfondo. In realtà esse sono separate da enormi distanze e non hanno nessun legame tra loro. Le costellazioni sono quindi frutto della fantasia umana.

Tra le numerose costellazioni della volta celeste, sono molto note quelle del Grande Carro (fgura 3.1), del Piccolo Carro e le 13 costellazioni dello Zodiaco (Sagittario, Capricorno, Acquario, Pesci, Ariete, Toro, Gemelli, Cancro, Leone, Vergine, Bilancia, Scorpione e Ofuco). Se osserviamo il cielo a ore differenti della notte notiamo che le costellazioni sembrano ruotare da est verso ovest attorno a un punto che, nel nostro emisfero, coincide con la stella Polare (fgura 3.2). All’interno di ogni costellazione le stelle mantengono inalterate le loro posizioni reciproche. Il movimento giornaliero della volta celeste è in realtà un moto apparente poiché è la Terra a ruotare su se stessa (cfr. § 1.20). Oltre che nelle ventiquattro ore, le costellazioni cambiano posizione nel cielo anche durante il corso dell’anno. Per un osservatore che si trovi in Italia, alcune costellazioni, come il Grande Carro, sono sempre visibili, altre, come le diverse costellazioni dello Zodiaco, lo sono solo in determinati periodi dell’anno. Nella volta celeste si possono anche osservare dei punti luminosi che cambiano la propria posizione rispetto alle costellazioni nel corso di giorni, settimane, mesi. Questi punti luminosi sono cinque pianeti del sistema sola-

A

B

Posizioni reali nello spazio delle stelle del Grande Carro

Terra

50

25

A/46

75

100

125

150

175

200 ce Anni lu

lezione 8A La volta celeste

re, visibili a occhio nudo (Mercurio, Venere, Marte, Giove, Saturno). Siamo in grado di percepire il movimento dei pianeti poiché essi sono molto più vicini a noi delle stelle. Infatti, anche le stelle si muovono, ma per via della loro enorme distanza dalla Terra, non è possibile percepirne gli spostamenti. Per riuscire a vedere un numero maggiore di stelle e pianeti, rispetto a quelle visibili a occhio nudo, si utilizzano particolari strumenti: i telescopi. Grazie ad essi è possibile osservare, inoltre, vari altri corpi celesti, come le galassie. FIGURA 3.2 ƒ Nell’arco di ventiquattro ore, le costellazioni sembrano ruotare in senso antiorario, cioè da est verso ovest, attorno ad un punto, che nell’emisfero nord coincide con la stella Polare.

Ore 24:00

Ore 18:00

Auriga Cassiopea Auriga Dragone

Cassiopea

Stella Polare

Orsa maggiore

Stella Polare Orsa minore

Orsa minore Orsa maggiore

Dragone

3.2 Le distanze tra le stelle

L

e distanze tra le stelle sono grandissime. L’UA, unità di misura che risulta adeguata per indicare le distanze nell’ambito del sistema solare, diventa inadatta quando passiamo a considerare le distanze tra le stelle. Se dovessimo esprimere le distanze interstellari in UA, occorrerebbero numeri molto grandi. La stella più vicina al Sole, chiamata Proxima Centauri, si trova a una distanza di 275 000 UA. Risulta conveniente ricorrere a una unità di misura chiamata anno luce. 씰 L’anno luce (a.l.) è la distanza percorsa dalla luce nell’arco di tempo di

un anno. Poiché la luce viaggia alla velocità di 300 000 km/s, si può immediatamente calcolare che 1 anno luce equivale a quasi 9 500 miliardi di kilometri, cioè a oltre 63 000 UA. La distanza di Proxima Centauri dal Sole equivale a circa 4,3 anni luce.

3 4

Che cos’è una costellazione? Perché le stelle non cambiano le loro posizioni reciproche nella volta celeste? Come ruotano le costellazioni nell’arco delle 24 ore? Perché i pianeti variano le loro posizioni rispetto alle costellazioni?

5

6 7 8

Perché è possibile distinguere i pianeti dalle stelle mediante osservazione a occhio nudo della volta celeste? Quali strumenti si usano per osservare i corpi celesti? Defnisci l’anno luce. Perché è preferibile esprimere le distanze

interstellari in unità di misura come l’anno luce, piuttosto che in UA? 19 Come si chiama e quanto dista dalla Terra la stella più vicina? 10 Perché possono trovarsi raggruppate nella stessa costellazione stelle anche molto distanti tra loro?

A/47

METTITI alla PROVA

1 2

CAPITOLO 3A Oltre il sistema solare

lezione 9A >

La luce delle stelle

3.3 Luminosità e magnitudine delle stelle

Q

uando osserviamo le stelle, notiamo che non tutte sono ugualmente luminose. Alcune sono molto brillanti, altre appena visibili. Già nel passato gli astronomi, che potevano osservare il cielo solo a occhio nudo, iniziarono a classificare le stelle in base allo splendore. In questo modo a ogni stella è stato attribuito il valore di magnitudine apparente (figura 3.3).

Betelgeuse

씰 La magnitudine apparente esprime il grado di splendore di una stella

Bellatrix

per comparazione con quello di una stella campione.

ORIONE Alnitak

Alla stella più brillante scelta come campione è stato attribuito il valore di magnitudine 1. Le stelle che hanno luce via via più fevole sono classifcate con magnitudine 2, 3, ecc. Le stelle meno luminose visibili a occhio nudo ricadono nella classe di magnitudine 6. Grazie all’uso del telescopio, da qualche secolo riusciamo a osservare anche stelle non percepibili a occhio nudo. Applicando al telescopio un altro strumento, il fotometro, si può misurare l’intensità della luce della stella. In questo modo il valore di magnitudine apparente può essere attribuito con precisione anche a stelle non visibili a occhio nudo. Le più fevoli stelle ancora visibili al telescopio sono classifcate nella classe di magnitudine 25.

Mintaka Alnilam

Saiph

Rigel

Una stella di magnitudine 25 ha la luminosità che, vista dalla Terra, avrebbe una comune lampadina accesa sulla Luna. MAGNITUDINE DELLA STELLA

1

2

3

4

5

6

FIGURA 3.3 … Nelle carte astronomiche le stelle sono rappresentate con cerchi di raggio proporzionale al loro splendore. Il valore della magnitudine varia da 1 a 6; al di sotto di questo valore le stelle non sono visibili a occhio nudo.

È bene notare che, quanto più elevato è il numero che esprime la magnitudine apparente, tanto più basso è il suo splendore; al limite opposto la magnitudine apparente di oggetti più brillanti delle stelle come Giove o Venere assume valori negativi. La magnitudine apparente di una stella è una caratteristica che dipende da due fattori: la quantità di energia irradiata dalla stella nell’unità di tempo e la sua distanza dall’osservatore. Una stella può apparire molto brillante sia perché emette molta energia sia perché è vicina all’osservatore. In astronomia è perciò più utile considerare la luminosità assoluta. 씰 La luminosità assoluta dipende solo dall’energia irradiata dalla stella

nell’unità di tempo ed è indipendente dalla distanza dall’osservatore.

Si preferisce parlare di «magnitudini» piuttosto che di «grandezze» per non cadere nell’errore di collegare questo termine con le dimensioni geometriche delle stelle. La magnitudine si dice «apparente» perché è una misura dello splendore di una stella e non della sua luminosità vera, che si misura in magnitudini «assolute». Bisogna quindi ricavare in maniera indipendente la distanza di una stella per poterne determinare la luminosità.

A/48

Più una stella è calda e di grandi dimensioni, maggiore è la sua luminosità assoluta. 씰 Per eliminare l’influenza della distanza si determina la magnitudine

assoluta delle stelle, che è una misura della luminosità assoluta. Si immagina di porre tutte le stelle alla distanza standard dall’osservatore di 32,6 anni luce e si calcola quale magnitudine apparente avrebbero a quella distanza (figura 3.4). La magnitudine assoluta del Sole è 5. Ciò signifca che, se il Sole si trovasse alla distanza di 32,6 anni luce, anziché a poco più di 8 minuti luce, lo vedremmo come un fevole puntino, appena visibile.

lezione 9A La luce delle stelle

A

r

2r

3r

2r

r

FIGURA 3.4 ƒ Le radiazioni emesse da una stella si disperdono su una superfcie sferica sempre più estesa con l’aumentare della distanza. La stella A ha la stessa magnitudine assoluta della stella B, ma si trova più vicina alla Terra (2r anziché 3r). Per un osservatore sul nostro pianeta la stella A è più luminosa di B.

B

Terra

3.4 Spettri stellari

L

e stelle sono oggetti lontani e irraggiungibili. Il loro studio non è facile. Gli astronomi devono ricavare il massimo possibile di informazioni dalla luce che una stella emette. Un’attenta osservazione a occhio nudo consente di distinguere differenze di colore nella luce emessa da stelle diverse. Alcune stelle appaiono infatti più azzurrine, altre più gialle. Per una analisi più accurata delle emissioni stellari si utilizza un apparecchio, lo spettrometro (figura 3.5). Lo spettrometro separa in base alla lunghezza d’onda le diverse radiazioni che provengono da una stella (vedi PER SAPERNE DI PIÙ nella pagina successiva). Si ottiene così lo spettro stellare. Uno spettro stellare tipico è uno spettro a righe di assorbimento. Si tratta di uno spettro costituito da uno sfondo continuo interrotto da sottili righe scure. Lo spettro continuo è prodotto dal nucleo della stella. Gli atomi della zona esterna, meno calda, assorbono l’energia proveniente dall’interno. L’energia assorbita è sottratta alla emissione della stella. Le righe scure corrispondono alle lunghezze d’onda mancanti (figura 3.6). Poiché gli atomi dei diversi elementi chimici assorbono energia in corrispondenza di specifche lunghezze d’onda, lo studio degli spettri stellari consente di risalire alla composizione chimica della stella. Per ottenere ulteriori dati sulle caratteristiche delle stelle, gli astronomi studiano l’intero campo delle radiazioni emesse, non soltanto quelle visibili. La luce, infatti, rappresenta solo una parte dell’ampia gamma di radiazioni elettromagnetiche prodotte da una stella. Gli strumenti che registrano le emissioni stellari non ricadenti nello spettro del visibile sono chiamati radiotelescopi.

Luce bianca

Luce che ha subito assorbimento

G

C

A D

E

FIGURA 3.5 … Schema di uno spettrometro. Seguiamo il percorso della luce all’interno di questo strumento. La luce raccolta dal telescopio entra nello spettrometro attraverso una fenditura posta sul piano focale del telescopio (A). Una lente (B) rende paralleli i raggi di luce di questa sorgente, i quali vengono inviati sul mezzo disperdente (prisma,C), che scompone il fascio di luce in tanti fasci monocromatici (ognuno con diversa lunghezza d’onda). Infne un obiettivo (D) focalizza i fasci sul piano focale dello spettroscopio (E), dove è posto il rivelatore (lastra fotografca o CCD).

A

APPROFONDIMENTO

I telescopi

FIGURA 3.6 ƒ Spettro a righe in assorbimento. Il gas compresso incandescente è circondato da gas rarefatto freddo che assorbe solo alcune delle lunghezze d’onda emesse: lo spettro che si forma è continuo con alcune righe scure. In basso lo spettro solare. Le righe scure corrispondono a radiazioni luminose che sono state assorbite da diversi elementi chimici presenti nel Sole. Le lettere in corrispondenza delle righe scure indicano i componenti chimici del Sole; per esempio F e C indicano l’idrogeno.

Gas compresso caldo circondato da gas rarefatto «freddo»

H

B

F

b E

D

C

B

a A

A/49

CAPITOLO 3A Oltre il sistema solare

PER SAPERNE DI PIÙ

Le radiazioni elettromagnetiche

Le stelle emettono energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. Le radiazioni elettromagnetiche sono emissioni di energia che si propaga sotto forma di onde. Analogamente alle onde marine, un’onda elettromagnetica ha sempre una cresta (la parte alta) e un ventre (la parte bassa), che si susseguono in modo regolare (fgura A). La distanza fra due creste consecutive si defnisce lunghezza d’onda (λ, lambda). Il numero delle creste d’onda che passano per un dato punto nell’arco di tempo costituisce la frequenza (ν, ni) (fgura A). Tutte le radiazioni elettromagnetiche si propagano con la stessa velocità, che nel vuoto vale 3·105 km/s. Ciò signifca che il prodotto λ·ν è costante: se λ diminuisce, ν deve aumentare, e viceversa. In base alla lunghezza d’onda (e quin-

di in base anche alla frequenza) si distinguono diversi tipi di radiazioni elettromagnetiche (fgura B). In ordine di lunghezza d’onda crescente abbiamo: raggi gamma, raggi X, raggi ultravioletti, luce visibile, raggi infrarossi, microonde e onde radio. Lo spettro del visibile (la luce visibile) è un insieme di radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d’onda compresa tra 400 e 700 nm. A ogni radiazione elettromagnetica è associata un’energia direttamente proporzionale alla frequenza (e quindi inversamente alla lunghezza d’onda). Alle radiazioni ad alta frequenza è associata un’energia maggiore rispetto alle radiazioni a bassa frequenza. Questo fatto spiega la pericolosità dei raggi ultravioletti e, ancor più, dei raggi X e dei raggi gamma.

Cresta

Lunghezza d’onda lunga

Frequenza bassa

Ventre

Lunghezza d’onda corta

Frequenza alta

A … Se l’onda è lunga, le creste e i ventri che pas-

sano per il punto di osservazione in un dato tempo sono pochi. Il numero di creste e ventri di un’onda corta che passa per il punto di osservazione nel medesimo tempo è elevato. B † Spettro elettromagnetico in cui sono rappresentate le onde elettromagnetiche ordinate per lunghezza d’onda espressa in nanometri (nm). Un nanometro è pari a un miliardesimo di metro, cioè 1 nm = 10–9 m. In fgura sono rappresentate le principali applicazioni di ogni tipo di onda.

SPETTRO DEL VISIBILE 400 nm

700 nm

Raggi gamma Lunghezza d’onda (nm) 10 –3

10 – 2

Blu

Raggi X 10 – 1

Verde

Luce ultravioletta 10 0

101

102

Giallo

Luce visibile

Violetto

Rosso

Luce infrarossa 10 3

10 4

10 5

Microonde 10 6

10 7

10 8

Onde radio 10 9

10 10

METTITI alla PROVA

SPETTRO ELETTROMAGNETICO

11 Quale differenza c’è tra la magnitudine apparente di una stella e la sua magnitudine assoluta? 12 Qual è la magnitudine apparente delle stelle meno luminose visibili a occhio nudo? 13 Perché la magnitudine assoluta di alcune stelle viene espressa mediante numeri negativi? 14 Regolo, la stella più brillante della costel-

A/50

lazione del Leone, si trova a circa 77 anni luce dalla Terra. La sua magnitudine apparente è maggiore o minore della sua magnitudine assoluta? 15 Che cosa sono gli spettri stellari e che cosa indicano le righe scure che vi compaiono? 16 Quali informazioni si ricavano dagli spettri stellari? 17 Che cosa sono i radiotelescopi?

18 Quattro stelle, W, X, Y, Z, hanno magnitudine apparente rispettivamente 2, 5, 7, 18. Indica quali stelle sono visibili a occhio nudo e quale di queste stelle è la più luminosa. 19 Una stella ha magnitudine assoluta 7. Poiché il Sole ha magnitudine assoluta 5, la stella è più luminosa o meno luminosa del Sole?

CAPITOLO 3A Oltre il sistema solare

Vita e morte delle stelle < lezione 10A

3.5 Il diagramma H-R

P

er classificare i diversi tipi di stelle si ricorre a uno schema chiamato diagramma di Hertzsprung-Russell o, più brevemente, diagramma H-R (figura 3.7). Il diagramma H-R si ottiene riportando in un grafico temperatura superficiale e luminosità assoluta delle stelle. A ciascuna stella corrisponde un preciso punto del grafico. Il diagramma H-R rivela che le stelle non sono distribuite a caso nel piano di rappresentazione. I punti ricadono infatti in tre zone ben defnite. La maggior parte delle stelle ricade in una fascia disposta pressappoco in diagonale, dall’estremità in alto a sinistra all’estremità in basso a destra. Questo raggruppamento di stelle, chiamato sequenza principale, mostra un comportamento regolare. Infatti la luminosità assoluta aumenta con l’aumentare della temperatura. Il Sole fa parte della sequenza principale. Nel diagramma H-R compaiono altri due raggruppamenti: uno nella zona in alto a destra e uno nella zona in basso a sinistra. Le stelle del primo gruppo si trovano nella parte alta del grafco: pertanto hanno valori elevati di luminosità ed emettono grandi quantità di energia; trovandosi nella parte destra del grafco, la loro temperatura è bassa. Poiché sappiamo che la quantità di energia emessa da una stella dipende da temperatura e superfcie, si può supporre che queste stelle abbiano dimensioni gigantesche. Per questo motivo le stelle che si trovano nel raggruppamento in alto a destra nel diagramma H-R sono chiamate giganti rosse. Per le stelle del secondo gruppo, situate nella zona in basso a sinistra del diagramma H-R, valgono considerazioni esattamente opposte. La loro temperatura superfciale è molto elevata, ma la luminosità è bassa: la loro superfcie deve essere assai ridotta. Queste stelle sono chiamate nane bianche. Temperatura 106

25000

7500

3 000

°C

– 10 –8

105

–6 104

–2

Giganti rosse

102 101

0 2

Sequenza principale

Sole

4

1 6 10 – 1

Magnitudine assoluta

Luminosità assoluta (1 = Sole)

–4 103

FIGURA 3.7 ƒ Diagramma di Hertzsprung-Russell. In ascissa sono riportate le temperature. I valori di temperatura decrescono da sinistra verso destra. In ordinata sono indicate la magnitudine assoluta (a destra) e la corrispondente luminosità assoluta (a sinistra). Le dimensioni del cerchio che rappresenta il Sole nella sequenza principale sono esagerate. La scala della luminosità assoluta è ricavata ponendo uguale a 1 la luminosità assoluta del Sole.

8 10 –2

10

10 –3

12

10 –4

Nane bianche

14 16

10 –5

d A/51

ANIMAZIONE

L’evoluzione del Sole

CAPITOLO 3A Oltre il sistema solare

3.6 Il ciclo vitale delle stelle

O

gni stella non è immutabile ed eterna, ma ha un suo ciclo vitale costituito da tre fasi: nascita, fase di stabilità, fase finale (figura 3.8).

„ Nascita. Le stelle hanno origine da nebulose che sono ammassi freddi di gas (soprattutto idrogeno ed elio) e polveri (particelle solide di diossido di carbonio e acqua) piuttosto rarefatti e di grandi dimensioni. In condizioni particolari, i materiali che formano una nebulosa possono aggregarsi e concentrarsi. L’ammasso così formato, si accresce ulteriormente attraendo altro materiale per effetto della forza di gravità. Si forma, dunque un corpo compatto e denso in cui la temperatura aumenta progressivamente: la protostella. La protostella continua ad accrescersi e riscaldarsi fno a che la temperatura interna raggiunge il valore necessario a innescare le reazioni di fusione termonucleare. A questo punto la protostella diviene una stella vera e propria. „ Fase di stabilità. L’energia sviluppata dalle reazioni termonucleari, come in una esplosione, tende a far espandere la stella. Per contro, la forza di gravità esercitata dalla stella tende a farla contrarre su se stessa. Si crea un equilibrio fra queste due forze opposte e la stella entra nella fase di stabilità. Una stella si mantiene nella fase stabile fnché tutto l’idrogeno non si è trasformato in elio. La durata della fase di stabilità dipende dalla massa della stella: quanto maggiore è la massa stellare, tanto più velocemente è consumata la scorta di idrogeno e tanto più breve risulta la fase di stabilità.

Le stelle di massa medio-piccola, come il Sole, hanno una vita più lunga. Il Sole, per esempio, ha una durata di circa 10 miliardi di anni: si è formato circa 4,6 miliardi di anni fa e, presumibilmente, rimarrà nella sua fase stabile per altrettanto tempo.

NASCITA

FASE DI STABILITÁ

Se la massa è minore di 8 masse solari

Gigante rossa

Se la massa è maggiore di 8 masse solari

Nebulosa

Protostella

Stella

Supergigante rossa

A/52

lezione 10A Vita e morte delle stelle

„ Fase finale. Le stelle entrano nella fase fnale della vita quando l’idrogeno presente nel loro nucleo si esaurisce. A questo punto non possono più verifcarsi le reazioni che trasformano l’idrogeno in elio, si interrompe cioè il processo termonucleare e si interrompe di conseguenza la produzione dell’energia. Il nucleo stellare che non è più in grado di contrastare la forza gravitazionale subisce una contrazione. Il collasso provoca il riscaldamento degli strati adiacenti al nucleo e l’espansione degli strati gassosi più esterni. La stella si espande e si raffredda in superfcie diventando una gigante rossa, se proviene da una stella di massa medio-piccola, e una supergigante rossa, se deriva da una stella molto grande. Sopra i 100 milioni di gradi i nuclei di elio si uniscono e si trasformano in nuclei di carbonio. Con il tempo anche l’elio si esaurisce e la stella si modifca ulteriormente. Nella gigante rossa prevale la contrazione: la stella diventa relativamente piccola (con dimensioni simili a quelle di un pianeta), ma caldissima e molto splendente ed è defnita nana bianca. La supergigante rossa, invece, va incontro a una immane esplosione dando luogo al fenomeno della supernova. Dopo l’esplosione della supernova rimane la parte più interna della stella che si contrae su se stessa e forma un corpo celeste dalla densità elevatissima: la stella di neutroni. Questo tipo di stella ha un raggio di una decina di kilometri e una massa molte volte superiore a quella della Terra. Se la stella di partenza ha una massa stellare molto elevata, dal residuo della supernova ha origine un corpo ancora più denso della stella di neutroni, chiamato buco nero. Si tratta di un corpo estremamente denso e freddo che esercita una fortissima attrazione gravitazionale, impedendo a qualsiasi oggetto di allontanarsi da esso: neppure i raggi luminosi riescono a sfuggirgli.

FIGURA 3.8 ƒ Ciclo vitale di una stella: nascita, fase di stabilità, fase fnale. In fgura le masse delle stelle sono espresse in masse solari. Per esempio 30 masse solari corrispondono a 30 volte la massa del Sole. I buchi neri non sono osservabili direttamente, ma si hanno prove indirette della loro esistenza. (Disegno di FERRUCCIO CUCCHIARINI)

FASE FINALE

Stella di neutroni

Nana bianca

Se la massa iniziale è compresa tra 8 e 20 masse solari

20 Quale grandezza è riportata sull’asse delle ascisse del diagramma H-R? 21 Quale coppia di grandezze è riportata nelle ordinate del diagramma H-R? 22 Quale posizione occupano le giganti rosse nel diagramma H-R? 23 Fino a quale stadio della propria esistenza una stella si mantiene sulla sequenza principale del diagramma H-R? 24 Che cos’è una nebulosa? 25 Quali sono le fasi del ciclo vitale di una stella? 26 Illustra il processo che porta alla formazione di una stella. 27 In che cosa consiste la fase di stabilità di una stella? 28 Per quale ragione ad un certo punto una stella esce dalla fase di stabilità? 29 Da che cosa dipende la durata della fase di stabilità di una stella? 30 Perché dall’esplosione di una supernova può derivare un buco nero oppure una stella di neutroni? 31 Che cosa si intende per buco nero?

Buco nero

A/53

METTITI alla PROVA

Se la massa iniziale è maggiore di 20 masse solari

Supernova

La massa di un corpo è la quantità di materia in esso contenuta. Si misura in kg. La densità di un corpo è data dal rapporto tra la sua massa e il suo volume. Si esprime in g/cm3 o in kg/dm3.

CAPITOLO 3A Oltre il sistema solare

lezione 11A >

Le galassie e l’universo

3.7 La Via Lattea

T

ECKHARD SLAWIK / SCIENCE PHOTO LIBRARY

FIGURA 3.9 † Visione della Via Lattea nel cielo notturno. Noi ci troviamo all’interno della Via Lattea e quindi ne vediamo solo una porzione come una fascia luminescente.

utte le stelle che riusciamo a vedere a occhio nudo nel cielo notturno appartengono a un unico raggruppamento di stelle, chiamato Galassia. La maggior parte delle stelle visibili a occhio nudo si trova a distanze inferiori a un migliaio di anni luce. Oltre queste stelle si può osservare una fascia luminescente biancastra. Gli antichi greci chiamarono Via Lattea questa nebulosità argentea. La Via Lattea è costituita da un grande numero di stelle (figura 3.9). La luminosità di queste stelle è troppo debole per consentire di apprezzare la singola stella a occhio nudo; per questo motivo la loro luce combinata viene percepita come una diffusa luminescenza.

La Via Lattea è ciò che si vede, dal nostro punto di osservazione, della Galassia in cui ci troviamo. Il fatto che la luminescenza dovuta alle stelle sia ristretta a una fascia, e non sia uniformemente diffusa nel cielo, indica che la Galassia non è una sfera omogenea. La nostra galassia, infatti, ha una forma schiacciata, discoidale. Il suo aspetto è quello di una spirale con numerosi bracci, rigonfia al centro. La Via Lattea comprende 200 miliardi di stelle. Il suo diametro è di circa 100 000 anni luce. Lo spessore nella zona centrale è di circa 15 000 anni luce. Il Sole si trova a 30 000 anni luce dal centro della Galassia, in posizione abbastanza periferica (figura 3.10). La Galassia ruota intorno al proprio centro. Il Sole, con la Terra e tutto il sistema solare, impiega circa 250 milioni di anni a compiere una rivoluzione completa intorno al centro della Galassia.

A

DAVID A. HARDY, FUTURES / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Sistema solare

B

3.8 Le altre galassie

CHRIS BUTLER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Sistema solare

A FIGURA 3.10 … La nostra galassia vista in posizione perpendicolare al piano di rotazione (A) e di proflo (B).

A/54

confronto con gli oggetti celesti a noi familiari la Via Lattea ha dimensioni enormi. La luce che oggi giunge a noi dalle stelle poste al centro della Galassia è partita 30 000 anni fa, più o meno quando gli uomini ancora cacciavano i mammut. Tuttavia la Via Lattea non rappresenta che una frazione infinitesima dell’universo che si estende al di fuori di essa. L’uso di potenti telescopi ha rivelato la presenza di molte altre galassie, esterne alla Via Lattea. L’impiego dei radiotelescopi ha moltiplicato le sco-

lezione 11A Le galassie e l’universo

perte di nuove galassie. Il loro numero è oggi stimato in miliardi. Così come la nostra stella, il Sole, è una fra i miliardi di stelle, di un tipo comune e di dimensioni intermedie, allo stesso modo la nostra galassia, la Via Lattea, è una fra i miliardi di galassie, di un tipo comune e di medie dimensioni. Le galassie più vicine distano da noi 175 000 anni luce; le più distanti sono lontane oltre 10 miliardi di anni luce. Le radiazioni che giungono a noi dalle galassie più lontane sono state emesse ben prima della formazione del sistema solare. Per quanto riguarda la forma si distinguono galassie ellittiche, galassie a spirale come la nostra Via Lattea, con più bracci che si dipartono dal disco centrale, galassie a spirale barrata, con due bracci agli estremi di una barra che attraversa il centro, e galassie irregolari (figura 3.11). Marcate differenze si notano anche dal punto di vista delle dimensioni, tanto che alcune sono classificate come galassie giganti e altre come galassie nane. Certe galassie, come la nostra, sono costituite da miliardi o centinaia di miliardi di stelle. Le galassie nane sono formate prevalentemente da gas e comprendono pochi milioni di stelle.

Sc

Galassie a spirale normale Sb

FIGURA 3.11 ƒ Le galassie hanno forme molto varie. Le forme più frequenti sono ellittiche o a spirale. Le sigle indicano i diversi tipi di galassia secondo la classifcazione proposta da Hubble e Sandage.

Sa Galassie ellittiche

E0

S0

E3

Galassie irregolari

E7 SBa SBb Galassie a spirale barrata

SBc

Partendo dalla Terra e spingendoci più lontano nello spazio abbiamo incontrato corpi sempre più grandi, che appartengono a sistemi di ordine crescente: pianeti, stelle, galassie. L’universo sembra organizzato secondo una struttura gerarchica, dove ogni corpo include altri corpi ed è a sua volta parte di sistemi di livello più elevato. Arrivati alle galassie possiamo salire ancora di un gradino, perché questi grandi agglomerati di stelle sono a loro volta riuniti in ammassi di galassie. 씰 Gli ammassi di galassie sono sistemi composti da decine, centinaia o

anche migliaia di galassie tenute insieme dalla forza di gravità. Gli ammassi di galassie hanno dimensioni che vanno tipicamente da 10 a 20 milioni di anni luce e forme più o meno regolari. Alcuni ammassi hanno al centro una galassia supergigante di forma ellittica, che è il risultato della aggregazione di decine di galassie. Anche la nostra galassia fa parte, insieme alle Nubi di Magellano, alla galassia di Andromeda e ad altre galassie minori, di un ammasso che viene chiamato Gruppo Locale. 씰 Il Gruppo Locale è costituito da più di 30 galassie e può essere consi-

derato un raggruppamento analogo al sistema solare. Tra le galassie del Gruppo Locale, infatti, esistono reciproci effetti di attrazione gravitazionale.

A/55

CAPITOLO 3A Oltre il sistema solare

3.9 L’effetto Doppler

I

Il rilevatore di velocità autovelox impiegato dalla polizia stradale per controllare il rispetto dei limiti di velocità, utilizza l’effetto Doppler. L’autovelox emette microonde e misura lo spostamento della frequenza dell’onda rifessa dal veicolo in movimento, ricavandone la velocità. Basandosi su questo stesso principio, in campo medico si eseguono esami per misurare la velocità del sangue nelle arterie.

FIGURA 3.12 † (A), se non c’è alcun moto relativo, non cambia la lunghezza d’onda e le righe spettrali non subiscono alcuno spostamento. Si trovano nella stessa posizione rilevabile in laboratorio. (B), se la sorgente si avvicina all’osservatore, la lunghezza d’onda diminuisce e le righe subiscono uno spostamento verso il blu. (C), se la sorgente si allontana dall’osservatore, la lunghezza d’onda aumenta e le righe subiscono uno spostamento verso il rosso. Le righe spettrali della fgura sono indicative e non si riferiscono ad alcun elemento particolare.

A

mmaginiamo di trovarci fermi lungo una strada mentre un’ambulanza viene verso di noi a sirene spiegate. Sentiamo il suono della sirena sempre più acuto man mano che il veicolo si avvicina, mentre lo sentiamo più grave man mano che si allontana. Questo fenomeno fu studiato dal fisico e matematico austriaco Christian Doppler (1803-1853) ed è noto come effetto Doppler. Il suono è un fenomeno determinato da onde che si propagano in tutte le direzioni. La tonalità di un suono dipende dalla frequenza con la quale le onde sonore giungono all’orecchio: maggiore è il numero delle onde nell’unità di tempo, più il suono è acuto. Quando la distanza tra noi e la sorgente di emissione rimane costante, non notiamo cambiamenti nel tono, perché nell’unità di tempo riceviamo lo stesso numero di onde sonore che la sorgente emette. Il guidatore dell’ambulanza, per esempio, percepisce sempre lo stesso suono. Quando la sorgente sonora è invece in avvicinamento, riceviamo nell’unità di tempo un numero di onde maggiore di quelle emesse. Infatti le onde sono emesse a distanze via via minori da noi e giungono al nostro orecchio più ravvicinate. La situazione opposta si verifica quando la sorgente sonora si allontana da noi. Le onde sono emesse a distanze crescenti e giungono più distanziate al nostro orecchio. L’ambulanza in avvicinamento comprime le onde sonore, che acquistano pertanto una frequenza maggiore; quando l’ambulanza si allontana le onde sonore si distanziano e la frequenza diventa minore. Le onde luminose si propagano come le onde sonore, ma la loro velocità è maggiore. Nel caso della luce le variazioni di frequenza determinano cambiamenti di colore. Un’ambulanza che corre non cambia colore, perché la sua velocità è insignificante rispetto a quella della luce. Se però un corpo si muove ad altissima velocità, l’effetto Doppler è rilevabile anche per la luce. Le onde luminose provenienti da un oggetto in moto verso di noi sono compresse e, pertanto, producono frequenze più elevate, che nello spettro del visibile corrispondono all’azzurro e al violetto. Viceversa, per un oggetto in allontanamento, le onde luminose si rarefanno producendo una frequenza minore: si registra una luce spostata verso il rosso (figura 3.12). Gli astronomi sono in grado di misurare la velocità di avvicinamento o allontanamento dei corpi celesti rispetto alla Terra, sfruttando l’effetto Doppler.

B

C

Sorgente in allontanamento

Sorgente ferma Sorgente in avvicinamento

Righe senza alcun spostamento

Righe spostate verso il blu

A/56

Righe spostate verso il rosso

lezione 11A Le galassie e l’universo

3.10 L’espansione dell’universo

F

ra il 1920 e il 1930 lo statunitense Edwin Powell Hubble (1889-1953) e altri astronomi effettuarono osservazioni sistematiche delle galassie grazie al potente telescopio di Monte Wilson. Essi scoprirono uno slittamento verso il rosso delle righe di assorbimento negli spettri luminosi delle galassie e lo attribuirono inizialmente all’effetto Doppler: le galassie si stavano allontanando dalla nostra. Ben presto Hubble notò che quanto più distanti erano le galassie, tanto più pronunciato era lo slittamento verso il rosso e pertanto tanto maggiore era la velocità di allontanamento. Non ci volle molto perché gli astrofisici, alla luce della teoria della relatività di Einstein, intuissero le implicazioni di questo fenomeno. L’aumento della velocità di allontanamento con la distanza indica l’espansione dello spazio, non il movimento delle galassie nello spazio. Il risultato dell’espansione è l’aumento della lunghezza d’onda delle emissioni luminose come avviene per l’effetto Doppler. In questo caso, però, la causa è l’estensione dello spazio attraversato dai raggi luminosi, e non l’allontanamento nello spazio del corpo che emette le radiazioni luminose. Per comprendere la relazione tra distanza e velocità di allontanamento possiamo paragonare l’universo alla superficie di un palloncino che si sta gonfiando: non esiste un punto centrale da cui parte l’espansione, ma tutti i punti della superficie del palloncino si allontanano tra loro. La descrizione del modello è in didascalia della figura 3.13.

β β

2 1 α

2 1

α

4

1

2

Via 1 Lattea

1

2

2

A

2

Via Lattea

FIGURA 3.13 ƒ Universo in espansione. Potete realizzare anche voi il modello disegnando, su un palloncino già un po’ gonfo, dei puntini a formare dei triangoli equilateri come in (A). Gonfando il palloncino, pur mantenendo i reciproci rapporti fra le distanze, le galassie si allontanano fra loro in proporzione alla distanza iniziale. Le galassie α (alfa) e β (beta) avevano in (A) una distanza dalla Via Lattea rispettivamente di 1 e 2. Dopo un certo intervallo di tempo siamo nella situazione (B) in cui le nuove distanze di α e β sono rispettivamente 2 e 4; ciò signifca che, nello stesso intervallo di tempo, α si è spostata di 1, mentre β si è spostata di 2. β ha avuto una velocità di allontanamento dalla Via Lattea esattamente doppia di α.

B

3.11 L’ipotesi del big bang

L

o studio della struttura e dell’evoluzione dell’universo prende il nome di cosmologia. Il fine principale di ogni teoria cosmologica è interpretare l’origine dell’universo. Possiamo affermare che, se l’universo è in espansione, in precedenza le galassie dovevano essere più vicine tra loro. C’è stato un momento, in un passato molto lontano, in cui le galassie e tutto l’universo dovevano essere concentrate in uno spazio piccolissimo. Secondo i calcoli, il tempo impiegato per giungere alla situazione attuale dovrebbe essere stato di circa 13,7 miliardi di anni. Per indicare l’inizio del processo di espansione, cioè la nascita dell’universo, i cosmologi usano il termine big bang, traducibile in italiano come «grande esplosione». La teoria del big bang afferma che circa 13,7 miliardi di anni fa si verificò l’«esplosione» di una sorta di atomo primordiale, nel quale erano contenute tutta la materia e tutta l’energia dell’universo.

A/57

CAPITOLO 3A Oltre il sistema solare

d

Parte dell’enorme quantità di energia liberata all’inizio si trasformò in materia. In tempi incredibilmente brevi si formarono le particelle subatomiche. Alla «grande esplosione» iniziale fece seguito una fase di espansione accelerata che durò una frazione di secondo e durante la quale la materia si trovava scomposta nei suoi più semplici costituenti elementari, i quark (figura 3.14). In seguito al raffreddamento, la radiazione elettromagnetica si manifestò separatamente dalle altre forme di energia e si generò la luce. Un secondo dopo il big bang i quark formarono protoni e neutroni e a circa 10 secondi dall’«esplosione» iniziale cominciarono a formarsi i nuclei di idrogeno ed elio. Quando la temperatura dell’universo scese a circa 3 000 °C si formarono i primi atomi. A causa della rarefazione della materia, dovuta all’espansione dell’universo, e in presenza di strutture atomiche stabili, le radiazioni luminose non trovarono più ostacoli e poterono propagarsi ovunque. Da questo momento l’universo non fu più opaco, ma trasparente alla luce. Aggregandosi per effetto dell’attrazione gravitazionale, la materia diede origine alle galassie e alle stelle. Sulla spinta dell’«esplosione» iniziale lo spazio si sta ancora espandendo e i corpi prodotti dal big bang si stanno ancora allontanando gli uni dagli altri. La Galassia, con le sue stelle e i suoi pianeti tra cui la Terra, è uno di questi corpi.

ANIMAZIONE

Origine ed evoluzione dell’universo

FIGURA 3.14 † Le principali tappe che hanno segnato la storia dell’universo dal big bang a oggi.

3 minuti si formano i nuclei di elio (He) 1 secondo si formano elettroni, protoni e neutroni Big bang

380 000 anni si formano i primi atomi

METTITI alla PROVA

12÷15 miliardi di anni l’universo come lo vediamo oggi

32 Che cos’è una galassia? 33 Quali sono le principali forme nelle quali si presentano le galassie? 34 Da che cosa è originata la luminescenza che caratterizza la Via Lattea? 35 Quali sono le caratteristiche della Galassia? 36 Quanto distano dalla Terra le galassie più lontane?

A/58

37 Quale forza tende a mantenere insieme le galassie che formano un ammasso galattico? 38 Quale posizione occupa il sistema solare all’interno della Galassia? 39 Che cosa è il Gruppo Locale? 40 L’effetto Doppler è più rilevante per le galassie vicine o per le galassie più lontane?

41 Come interpretò Hubble lo slittamento verso il rosso delle righe di assorbimento negli spettri luminosi delle galassie? 42 Spiega che cosa s’intende con espansione dell’universo. 43 Che cosa s’intende per cosmologia? 44 A quando risale la nascita dell’universo, secondo il modello del big bang?

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE CONOSCENZE Domande a risposta multipla (scegli il/i completamento/i corretto/i) 1 a b c d 2 a b c d

Fanno parte delle stessa costellazione stelle che: sono effettivamente vicine; si trovano alla stessa distanza dalla Terra; appaiono vicine sulla volta celeste; rimangono fsse nella volta celeste. L’anno luce è: una misura di tempo; la distanza del Sole dal centro della Galassia; la distanza percorsa dalla luce in un anno; la quantità di luce che arriva sulla Terra in un anno.

3 Scegli l’affermazione corretta: a alle stelle più luminose visibili a occhio nudo è attribuita magnitudine 6; b più una stella è calda e di grandi dimensioni, maggiore è la sua luminosità assoluta; c la luminosità assoluta dipende solo dalla distanza dall’osservatore; d il Sole ha una magnitudine assoluta pari a 1. 4 a b c d 5

a b c d

Una nana bianca è una stella: molto calda; molto fredda; di piccole dimensioni; situata in alto a destra del diagramma H-R.

7 Scegli le affermazioni corrette: a le stelle hanno origine da nebulose che sono ammassi freddi di gas; b l’energia sviluppata dalle reazioni termonucleari tende a far contrarre una stella; c la forza di gravità esercitata da una stella tende a farla espandere; d la durata della fase di stabilità dipende dalla massa di una stella. 8 Scegli le affermazioni corrette: a quando l’elio si esaurisce, la stella entra nella fase fnale della sua vita; b se una stella proviene da una stella di massa medio-piccola, diventa una gigante rossa; c una gigante rossa si espande e diventa una supergigante rossa; d quando una supergigante rossa esplode dà luogo al fenomeno della supernova.

La distanza di Proxima Centauri dal Sole equivale a circa: 430 000 unità astronomiche; 4,3 anni luce; 27,5 anni luce; 275 000 unità astronomiche.

9

Nella fgura in basso sono raffgurati due spettri di assorbimento: il numero 1 è relativo a un corpo celeste in movimento rispetto alla Terra, il numero 2 è di riferimento. Secondo te: il corpo celeste si sta avvicinando alla Terra; il corpo celeste si sta allontanando dalla Terra; la lunghezza d’onda è diminuita e le righe si sono spostate verso il blu; la lunghezza d’onda è aumentata e le righe si sono spostate verso il blu.

10 Scegli le affermazioni corrette: a la stella di neutroni ha un raggio di migliaia di kilometri; b la stella di neutroni ha una massa molte volte superiore a quella della Terra; c il corpo chiamato buco nero è estremamente caldo; d il buco nero è più denso della stella di neutroni.

1

2

씰

6 a b c d

Quesiti

16 Che cos’è una stella? 17 Che cos’è il fotometro? 18 Attorno a quale stella sembrano ruotare le costellazioni osservabili nell’emisfero nord? 19 Quali sono i valori della magnitudine apparente per le stelle visibili a occhio nudo? È più grande una stella di magnitudine 1 o una

a b c d

La defnizione «ammasso di materia cosmica allo stato non aggregato» si riferisce a: stella; buco nero; protostella; nebulosa.

12 In quale categoria di galassia rientra quella rappresentata nella fgura in basso? a ellittiche; b a spirale; c a spirale barrata; d irregolari.

NOAO / SCIENCE PHOTO LIBRARY

씰

13 A proposito dell’effetto Doppler: a quando la sorgente sonora è in avvicinamento, si riceve un numero di onde maggiore di quelle emesse; b per un oggetto in allontanamento, le onde luminose si rarefanno e si registra una luce spostata verso il rosso; c se un corpo si muove a bassa velocità, l’effetto Doppler è rilevabile anche per la luce; d le onde luminose provenienti da un oggetto in moto verso di noi producono frequenze più basse. 14 Il big bang è stato: a una grande esplosione che ha riempito lo spazio di materia; b una grande esplosione dalla quale si sono generate le galassie; c l’evento che rappresenta l’inizio dell’espansione; d una singolarità dello spazio-tempo.

11 La Via Lattea appare come una luminescenza diffusa perché: a è costituita da stelle troppo lontane per essere distinte a occhio nudo; b il suo piano è schiacciato sul piano dell’orizzonte; c sono presenti soprattutto stelle di piccola magnitudine assoluta; d la nostra posizione è centrale rispetto a essa.

15 Indica qual è l’unica affermazione errata riguardante la teoria del big bang: a le distanze tra le galassie aumentano nel corso del tempo; b le galassie si allontanano tra loro con velocità proporzionale alla loro distanza; c dal big bang a oggi la velocità di espansione dell’universo è rimasta costante; d quando la temperatura dell’universo scese a circa 3 000 °C si formarono i primi atomi.

stella di magnitudine 6 ? Che cos’è lo spettrometro? Descrivi uno spettro a righe di assorbimento. Da che cosa dipende il colore di una stella? Nel diagramma H-R dove si trovano le stelle più calde? E le stelle di massa minore? 24 Quali stelle del diagramma H-R sono destinate a una esistenza più lunga? 25 Descrivi l’effetto Doppler.

26 Che cos’è lo spostamento verso il rosso? 27 Come si può stabilire se una stella sta allontanandosi o avvicinandosi al Sole? 28 Qual è la distanza in anni luce delle galassie più vicine? 29 A quale galassia appartengono le stelle visibili a occhio nudo? 30 Quanto tempo dopo il big bang iniziò la formazione dei nuclei di idrogeno e elio?

20 21 22 23

A/59

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE ABILITÀ 씰

Quesiti

31 Regolo, la stella più brillante della costellazione del Leone, si trova a circa 8 · 1014 km dalla Terra. A quanti anni luce corrisponde questa distanza? 32 La stella Polare dista dalla Terra 680 anni luce. A quanti kilometri e a quante UA corrisponde questa distanza? 33 Quali fattori infuiscono sulla luminosità apparente di una stella? 34 Da che cosa dipende la luminosità assoluta di una stella? 35 Perché lo studio dello spettro stellare consente di risalire alla composizione chimica della stella? 36 Perché, al fne di determinare la luminosità assoluta delle stelle, occorre considerarle come se fossero tutte poste alla stessa distanza dall’osservatore? 37 Due stelle con la stessa luminosità apparente

씰

possono presentare una differente luminosità assoluta? Motiva la tua risposta. Le stelle A e B hanno la luminosità assoluta pari a 5, ma la stella A ha luminosità apparente 6 e la stella B ha luminosità apparente 15. Quale delle due è più vicina? Una stella ha caratteristiche che la collocano tra le nane bianche. Potrà questa stella in futuro entrare a fare parte della sequenza principale? Giustifca la tua risposta. Quale relazione si può stabilire per le stelle della sequenza principale tra temperatura e luminosità? Perché questa stessa relazione non è più valida per le stelle che hanno abbandonato la sequenza principale? Perché, trascorsa la fase di gigante rossa, le dimensioni di una stella diminuiscono sempre più? Da quale osservazione si può dedurre che la nostra galassia non è una sfera omogenea? Perché un suono emesso da una sorgente sonora

38

39

40

41

42 43

Esercizi

51 Nella fgura in basso, che riporta il diagramma H-R, sono evidenziate con le lettere dalla «a» alla «h» le posizioni occupate da alcune stelle. Osserva e rispondi alle seguenti domande. a Qual è la stella più luminosa? Essa è anche quella con la maggiore temperatura superfciale? b Quali sono le stelle della sequenza principale? c Quali tra le stelle indicate sono delle supergiganti? d A quale categoria appartiene la stella indicata dalla lettera «f»? e Quale tra le stelle indicate è simile al Sole? f Quali stelle si trovano nella fase fnale della propria vita?

44 45

46 47

48

49 50

in avvicinamento è percepito più acuto del normale? Perché è più comune riscontrare l’effetto Doppler per il suono, piuttosto che per la luce? Un treno in corsa passa fschiando a un passaggio a livello dove sono fermi alcuni veicoli. Gli occupanti dei veicoli percepiscono sempre lo stesso fschio durante il passaggio. del treno? Giustifca la tua risposta. Qual è il dato sperimentalo su cui si basa l’ipotesi dell’espansione dell’universo? Che cosa signifcherebbe se un giorno gli spettri delle galassie iniziassero a mostrare uno spostamento verso il blu? Perché le galassie più lontane sono studiate per mezzo dei radiotelescopi e non dei telescopi? Come varia la velocità delle galassie al variare della loro distanza? Motiva la tua risposta. Dopo il big bang quale cambiamento fsico permise la formazione dei primi atomi?

52 La galassia di Andromeda, riportata nella foto, si trova a 2,3 milioni di anni luce (a.l.) di distanza dalla Terra. a Di quale ammasso fa parte Andromeda? b Converti in kilometri la distanza tra la Terra e Andromeda. c Quanto disterebbe in a.l. una stella distante 19 000 miliardi di km dalla Terra? d Sapendo che il numero di stelle contenute nella galassia di Andromeda è il doppio di quelle contenute nella Via Lattea, quante sono le stelle di Andromeda?

–10

a g

Magnitudine assoluta

–5

0

b

e

+5

f

c

+10

h d

+15 O0

B0

A0

F0

G0

K0

M0

Classe spettrale

씰

Questions

53 A protostar (a star in the early life) is formed by the aggregation of which two predominant gases? 54 The red shift of visible light waves that is observed by astronomers on Earth is used to determine the relative motions of distant galaxies or the sizes of nearby galaxies?

A/60

C A PI TO LO

4A

Le acque oceaniche

L

a Terra, dei pianeti del sistema solare, è il solo a possedere in abbondanza acqua allo stato liquido, caratteristica che lo rende riconoscibile come il Pianeta Azzurro. L’idrosfera è l’insieme di tutte le acque del nostro pianeta ed è costituita prevalentemente dalle acque marine e in minima parte dalle acque continentali (superficiali e sotterranee) e dal vapore acqueo. L’acqua dei mari e degli oceani ricopre circa il 70% dell’intera superficie terrestre e rappresenta il più grande serbatoio d’acqua della Terra. Una piccola percentuale di acqua è presente anche nei sistemi viventi.

La cresta di un’onda «spuma» nell’oceano, all’approssimarsi di una tempesta. [ WILLYAM BRADBERRY / SHUTTERSTOCK ]

CAPITOLO 4A Le acque oceaniche

lezione 12 A >

Origine e proprietà fisicochimiche delle acque marine

4.1 L’idrosfera marina

L’

A

insieme di tutte le acque del pianeta nei diversi stati di aggregazione (liquido, solido, aeriforme) forma l’idrosfera. Gli oceani e i mari costituiscono le acque marine o oceaniche e sono i serbatoi di acqua più evidenti sulla superficie terrestre (figura 4.1). Decisamente più piccoli sono i serbatoi di acqua presenti sui continenti, che costituiscono le acque continentali. Ghiacciai, fiumi e laghi sono corpi idrici che nel loro insieme costituiscono le acque superficiali. Le acque presenti nel sottosuolo formano le acque sotterranee. Le acque sotterranee sono di grande importanza, perché effettuano continui scambi con gli altri serbatoi di acqua. L’altro componente dell’idrosfera è il vapore acqueo atmosferico.

APPROFONDIMENTO

L’oceanografia

Ghiacciai e ghiaccio polare (2,1%)

FIGURA 4.1 „ Distribuzione dell’acqua nei vari serbatoi naturali della Terra. Le quantità d’acqua sono rappresentate da sfere con volumi proporzionali al contenuto reale, espresso in percentuale sul totale.

Acquiferi Oceani e mari

sotterranei (0,6%)

(97,3%)

Laghi e corsi d’acqua (0,01%)

Atmosfera (0,001%) Biosfera (0,00004%)

4.2 Il ciclo dell’acqua

I

d

ANIMAZIONE

Il ciclo dell’acqua

I termini litosfera, idrosfera e atmosfera derivano dal greco: lito- signifca ‘pietra, roccia’; idro- signifca ‘acqua’, atmo- signifca ‘soffo, vapore’. Anche il termine biosfera deriva dal greco: bio- signifca ‘vita’. La biosfera è, dunque, la sfera della vita.

A/62

l ciclo dell’acqua (figura 4.2), o ciclo idrologico, è l’insieme dei processi attraverso i quali l’acqua compie un percorso dagli oceani all’atmosfera, dove condensa, per poi cadere sulle terre emerse e ritornare alla fine ancora al mare. È un decorso costante, con la medesima acqua che «viaggia» continuamente attraverso il ciclo. L’acqua è in grado di attraversare incessantemente idrosfera, atmosfera, litosfera e biosfera perché, nelle condizioni che esistono sulla Terra, può facilmente subire variazioni del suo stato fisico. Evaporando l’acqua lascia gli oceani ed entra in atmosfera, dove dà origine alle nubi condensando in piccole gocce o solidificando in cristalli di ghiaccio; quando precipita lo fa in forma liquida o solida. Questo ciclo ha il suo motore nel Sole che fornisce l’energia necessaria affinché possa avvenire; ogni giorno attraverso l’evaporazione vengono sollevate nell’atmosfera 1200 miliardi di tonnellate d’acqua.

lezione 12A Origine e proprietà fisico-chimiche delle acque marine

Immagazzinamento di acqua nell’atmosfera

Nubi

Sole

Sublimazione Precipitazione Ghiacciai e nevai

Condensazione Traspirazione

Precipitazione

Evaporazione

Ruscellamento Immagazzinamento di acqua dolce

Mare Infiltrazione

Immagazzinamento di acqua sotterranea

FIGURA 4.2 … Ciclo dell’acqua o ciclo idrologico. L’acqua marina o continentale che evapora nell’atmosfera è reintegrata da quella che precipita sotto forma liquida o solida.

Le tappe principali del ciclo dell’acqua possono essere così riassunte: 1 l’acqua evapora dalla superficie dei mari e degli oceani ed entra nell’atmosfera; 2 nell’atmosfera l’acqua condensa e forma le nubi; 3 le nubi si spostano sulle terre emerse e danno luogo alle precipitazioni; 4 l’acqua si raccoglie in rigagnoli, ruscelli e fiumi, in parte penetra anche nel sottosuolo e infine ritorna al mare, completando così il ciclo.

A b

Tutti i corpi idrici presenti nelle terre emerse: fiumi, laghi, pozzanghere, perdono acqua per evaporazione. Anche le piante prelevano acqua dal suolo e la cedono all’atmosfera attraverso la superficie fogliare con il fenomeno della traspirazione (figura 4.3).

APPROFONDIMENTO

Evaporazione e condensazione SCHEDA DI LABORATORIO

Energia e passaggi di stato dell’acqua

씰 L’evapotraspirazione è il processo attraverso il quale il vapore d’acqua

La grande superficie dei mari fa sì che l’evaporazione dai mari costituisca il flusso principale di acqua verso l’atmosfera. A livello globale, la quantità di acqua che evapora è circa uguale a quella che ritorna sulla Terra come precipitazione. Sui mari, l’evaporazione supera le precipitazioni, mentre sulle terre emerse le precipitazioni superano l’evaporazione. La maggior parte dell’acqua che evapora dai mari ritorna a essi come precipitazione. Solo circa il 10% dell’acqua evaporata dai mari è trasportata sulla terraferma e vi precipita. Una volta evaporata, una molecola d’acqua permane, in media, per circa 10 giorni nell’atmosfera. Ogni anno dagli oceani evaporano circa 455 000 km3 d’acqua e ne ritornano 409000 sotto forma di precipitazioni; viceversa sui continenti in media ogni anno cadono 108000 km3 d’acqua, mentre ne evaporano 62 000. Il bilancio tra entrate (precipitazioni) e uscite (evaporazione) risulta quindi passivo per gli oceani e attivo per i continenti. A conti fatti il bilancio globale risulta sostanzialmente in pareggio: 517 000 km3 in uscita e 517 000 km3 in entrata. Del bilancio idrologico si parlerà in maniera più estesa ed approfondita nel paragrafo 5.2.

PAVELS / ISTOCKPHOTO

passa nell’atmosfera per evaporazione dal suolo e per traspirazione della vegetazione.

FIGURA 4.3 … Evaporazione, traspirazione e condensazione dell’acqua da un laghetto circondato da ftta vegetazione.

A/63

CAPITOLO 4A Le acque oceaniche

4.3 Salinità delle acque marine Sali

Quantità (g)

%

Cloruro di sodio (NaCl)

27,213

77,758

Cloruro di magnesio (MgCl 2)

23,807

10,878

Solfato di magnesio (MgSO4)

21,658

4,737

Solfato di calcio (CaSO4)

21,260

3,600

Solfato di potassio (K2SO4)

20,863

2,465

Carbonato di calcio (CaCO3)

20,123

0,345

Bromuro di magnesio (MgBr2)

20,076

0,217

235,00

100,000

TOTALE

TABELLA 4.1 … Principali sali contenuti nell’acqua di mare. Per ciascun sale è indicata la percentuale sul totale dei sali disciolti. Le quantità sono riferite a 1000 g di acqua.

disciolta in 1000 grammi di acqua di mare.

La salinità dell’acqua marina

Le variazioni stagionali di salinità sono dovute ai fenomeni di congelamento alle alte latitudini e alla evaporazione alle basse latitudini. In entrambi i casi è sottratta acqua, sotto forma di ghiaccio o di vapore, alla soluzione, che aumenta pertanto la propria concentrazione.

Concentrazione dell’ossigeno disciolto (mL / L) 0

1

utte le acque terrestri, anche quelle continentali definite «dolci», contengono sali disciolti, ma mentre nelle acque di fiumi e laghi il contenuto salino è relativamente basso e l’acqua piovana è quasi priva di sali, nei mari e negli oceani la loro concentrazione assume valori tali da conferire all’acqua un sapore sgradevole, perché decisamente salato. L’acqua di mare è una soluzione acquosa di sali dissociati in ioni, presenti con un rapporto reciproco costante (tabella 4.1). Tutti o quasi gli elementi naturali sono contenuti nell’acqua di mare, anche se pochi sono presenti in quantità apprezzabili; in genere si tratta di ioni semplici o complessi le cui percentuali sono regolate principalmente dall’apporto dei fiumi, dalle reazioni chimiche che avvengono nei sedimenti marini, dalle esalazioni vulcaniche e dalla decomposizione degli organismi. Gli ioni presenti in concentrazione più elevata sono Cl–, Na+, SO 2– 4 , Mg 2+, Ca2+, K+, HCO3– e Br–. Altri elementi disciolti in traccia sono stronzio, boro, silicio, fluoro, azoto, fosforo, iodio, zinco, ferro, alluminio, molibdeno. Seguono, in concentrazioni ancora più basse, elementi come selenio, rame, uranio, vanadio, manganese. Molti di questi elementi sono indispensabili al metabolismo degli organismi marini, conferiscono alle acque proprietà terapeutiche e favoriscono particolari processi chimico-fisici. 씰 La salinità corrisponde alla massa totale in grammi di sostanza solida

ANIMAZIONE

d

T

2

3

4

5

La salinità ha un valore medio che si aggira sui 35 grammi (35‰). Mentre a una certa profondità la salinità marina è praticamente stabile, in superficie, specialmente nelle zone costiere o nei mari interni, può variare entro ampi limiti, sia da luogo a luogo che stagionalmente. La salinità superficiale supera il 40‰ in talune parti interne del Golfo Persico e del Mar Rosso, si aggira intorno al 40‰ nel Mediterraneo orientale e giunge a valori bassissimi (2÷3‰) davanti alle foci dei fiumi e in alcuni mari interni come il Golfo di Botnia nel Mar Baltico o il Mare d’Azov.

4.4 Gas disciolti nelle acque marine

0

L’

500

Oceano Atlantico

Profondità (m)

1000

1500

Oceano Indiano 2000

Oceano Pacifico 2500

FIGURA 4.4 … Concentrazione media dell’ossigeno in funzione della profondità nei tre oceani. Appare evidente il minimo di ossigeno intorno ai 300÷800 m di profondità.

A/64

acqua degli oceani può contenere notevoli quantità di gas disciolti, in massima parte di provenienza atmosferica (CO2, O2, N2, H2S, CH4, ecc.). La solubilità dei gas nell’acqua diminuisce all’aumentare della temperatura, mentre aumenta al sa lire della pressione e della concentrazione dei gas nell’atmosfera. I gas più importanti, perché necessari alla vita nelle acque, sono l’ossigeno (O2) e il diossido di carbonio (CO2). Il contenuto in ossigeno delle acque oceaniche varia in modo caratteristico con la profondità. Nella zona superficiale c’è una elevata concentrazione di ossigeno, a causa del contatto con l’atmosfera e dell’attività degli organismi fotosintetici. Segue una fascia, attorno ai 300÷800 m di profondità, in cui l’ossigeno in soluzione diminuisce sensibilmente (minimo di ossigeno) (figura 4.4). In profondità l’ossigeno disciolto aumenta di nuovo progressivamente a causa della bassa temperatura. Il diossido di carbonio è molto solubile nell’acqua marina dove giunge, oltre che dall’atmosfera, anche trasportato dai fiumi e dalla decomposizione della materia organica. Questo gas entra nei processi fotosintetici della flora marina e in quelli biochimici relativi alla costruzione degli scheletri e dei gusci degli organismi marini.

lezione 12A Origine e proprietà fisico-chimiche delle acque marine

4.5 Temperatura delle acque marine

L

a temperatura delle acque marine agisce sui processi fisiologici degli organismi, sulle caratteristiche fisico-chimiche dell’acqua (densità, viscosità, quantità di gas disciolti) e influenza i movimenti delle masse di acqua. A causa dell’elevato calore specifico, l’acqua si riscalda lentamente, ma altrettanto lentamente cede l’energia termica accumulata. Per questo motivo il mare esercita un’azione mitigatrice sul clima delle regioni costiere. Il mare è riscaldato in superficie dalla radiazione solare, mentre il riscaldamento delle acque profonde si attua prevalentemente per spostamenti verticali di masse d’acqua di diversa densità, provocati da differenze di temperatura e salinità (figura 4.5). La temperatura superficiale degli oceani varia in relazione alla latitudine e alla vicinanza alla costa. In particolari condizioni ambientali (lagune, golfi) la temperatura può superare i 40 °C; temperature molto basse caratterizzano le aree polari, dove il valore medio è inferiore a 0 °C (si ricordi che l’acqua marina, essendo salata, congela a –2 °C). Nell’oceano aperto la temperatura massima non è mai superiore a 30 °C. Recenti misurazioni eseguite dal satellite Tiros hanno rivelato l’esistenza di una banda equatoriale, situata a nord dell’Australia e detta la «calda piscina del Pacifico occidentale» (figura 4.6), dove la temperatura è superiore di 2÷5 °C rispetto al resto della fascia equatoriale.

ATM O

SFER

A Moto convettivo

Moto convettivo

A B

ID

RO S

FE

LiT OS

RA

Acque calde rficie supe stratificate in

FE

RA

FIGURA 4.5 … I raggi solari colpiscono la superfcie terreste e sono riemessi sotto forma di calore. (A) l’atmosfera è riscaldata dal calore emesso dal basso dalla superfcie terrestre ed è perciò sede di moti convettivi. (B) le acque marine non sono interessate da moti convettivi perché l’acqua più calda si trova in superfcie.

FIGURA 4.6 ƒ La temperatura delle acque equatoriali, misurata dal satellite Tiros. I colori azzurri e verdi indicano temperature basse, i rossi e gli arancioni, temperature elevate. La carta evidenzia un’area con temperature elevate (intorno ai 28÷29 °C) situata a nord dell’Australia e conosciuta come «calda piscina del Pacifco occidentale».

A La distribuzione verticale della temperatura dell’acqua marina può essere divisa in tre zone. • Nello strato superficiale, con spessore variabile da 50 a 200 m, la temperatura è prossima a quella dell’acqua di superficie. • Nella zona sottostante, che può arrivare fino a 1000 m ed è chiamata strato termoclino, la temperatura decresce rapidamente. • Al di sotto del termoclino la temperatura continua a decrescere di circa 1 °C ogni 100 m (figura 4.7).

APPROFONDIMENTO

Stratificazione delle acque marine

FIGURA 4.7 † Variazione verticale della temperatura nei tre oceani. Le tre zone termiche caratteristiche delle acque marine sono distinte con colori diversi. Il termoclino può essere un ostacolo insormontabile per animali e alghe tropicali, che necessitano di temperature superiori a 15÷20 °C.

Temperatura (°C) 0

10

20

0

10

20

0

10

20

0 500

Oceano Atlantico

Oceano Indiano

Oceano Pacifico

Profondità (m)

1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500

A/65

CAPITOLO 4A Le acque oceaniche

4.6 Luminosità delle acque marine

L

a luminosità dell’acqua dipende dalla capacità della luce di propagarsi in essa e dalla presenza di materiale in sospensione. La parte dello spettro elettromagnetico corrispondente all’infrarosso è assorbita velocemente nel passaggio attraverso l’acqua ed è virtualmente assente a profondità superiori a 1 metro. Anche se l’acqua è limpida, la luce penetra soltanto nella zona superficiale e alla profondità di 100 metri quasi tutta la luce visibile è assorbita (figura 4.8). In certe zone dei mari tropicali, tuttavia, l’acqua è così limpida che lo 0,01% delle radiazioni giunge come luce visibile fino alla profondità di 200 metri.

씰 La parte superficiale del mare, i primi 100 o 200 m in cui la luce riesce

a penetrare, è chiamata zona fotica. La catena alimentare dell’ecosistema marino ha come primo anello il fitoplancton, costituito da alghe fotosintetiche che possono vivere solo in presenza di luce. La maggior parte della fauna marina si concentra perciò nella zona fotica. Luce presente (%) 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

„ Capacità di penetrazione della luce solare nelle acque marine. I primi 10 m di profondità trattengono quasi l’82% della luce in arrivo, oltre i 50 m non arriva quasi più luce. FIGURA 4.8

110,01 mm 110,1 mm 111 mm 111 cm 110 cm 111 m 110 m 100 m

Estinzione

0

10,6% 14,8% 14,1% 27,0% 45,1% 64,1% 81,8% 98,6%

10 20 30

Profondità (m)

Profondità

40 50 60 70 80

A

I nutrienti e la produttività degli oceani

1 2 METTITI alla PROVA

90

APPROFONDIMENTO

3

4 5

Quali sono le componenti dell’idrosfera? Descrivi il ciclo principale dell’acqua e rappresenta con uno schema alcuni dei suoi sottocicli. Quale ione negativo è nettamente prevalente nella composizione attuale dell’acqua marina? Riporta alcuni esempi di variazioni di salinità delle acque marine. A tuo parere, quale effetto può avere il

A/66

100

6

7 8 9

congelamento e quale l’intensa evaporazione sulla salinità delle acque marine? Quali effetti hanno temperatura e pressione sulla solubilità dei gas nelle acque oceaniche? Quali sono i più importanti gas presenti in soluzione nelle acque marine? Giustifca la maggiore concentrazione di ossigeno nelle acque oceaniche superfciali. Descrivi la suddivisione verticale delle ac-

que marine in funzione della temperatura. 10 Che cos’è la zona fotica? 11 Qual è lo spessore della zona fotica? 12 Da che cosa dipende la luminosità dell’acqua marina? 13 A quale profondità quasi tutta la luce visibile è assorbita? 14 In quale zona si concentra la maggior parte della fauna marina? Giustifca la tua risposta.

CAPITOLO 4A Le acque oceaniche

I moti del mare < lezione 13A

4.7 Varietà dei moti marini

L

a massa d’acqua che costituisce gli oceani e i mari è soggetta a incessanti movimenti. Ma oltre ai moti vigorosi, a volte devastanti, delle onde, il mare è soggetto ad altri movimenti, alcuni dei quali lenti e silenziosi, non facilmente percepibili; dal fondo del mare, l’acqua può impiegare duemila anni per raggiungere la superficie. I moti delle acque marine possono essere:

• • • •

variabili e locali (onde); periodici e pulsanti (maree); lenti e costanti (correnti); effi meri e occasionali (maremoti).

E come diversi sono i moti del mare, così sono diverse le loro cause. Onde e correnti sono dovute ai venti e alle variazioni di densità legate alla salinità o alla temperatura; i maremoti ai fenomeni sismici; le maree all’attrazione gravitazionale della Luna e del Sole.

4.8 Le onde

L

e onde sono causate dal vento. L’azione del vento che preme sull’acqua produce le onde forzate o marosi (figura 4.9 A). Il moto ondoso, tuttavia, non cessa al calare del vento, ma si attenua lentamente per dispersione di energia sotto forma di onde lunghe. Le onde lunghe hanno aspetto più liscio e arrotondato e si propagano anche a grandissime distanze senza mutamenti apparenti. Questo tipo di onde determina il cosiddetto «mare lungo» (figura 4.9 B). B

MITCHELL FUNK / GETTY IMAGES

ARNULF HUSMO / GETTY IMAGES

A

FIGURA 4.9 † (A), onde forzate prodotte direttamente dal vento. (B), onde lunghe che si propagano per inerzia anche in zone prive di vento.

A/67

CAPITOLO 4A Le acque oceaniche

Il moto delle onde in mare aperto è analogo a ciò che succede sulla superficie di un campo di grano sul quale soffia il vento: durante il moto ondoso viene trasmessa solo la forma dell’onda, mentre l’acqua rimane praticamente stazionaria. In mare aperto un oggetto galleggiante sale e scende al passaggio di un’onda senza spostarsi lateralmente in modo apprezzabile. Le singole particelle di acqua descrivono orbite circolari, senza discostarsi in modo rilevante dalla posizione originaria (figura 4.10). Ventre

FIGURA 4.10 „ Principali caratteristiche delle onde marine. Al passaggio dell’onda le particelle d’acqua percorrono moti circolari senza una vera e propria traslazione. Quando l’onda si avvicina alla spiaggia le particelle in movimento incontrano il fondale e il loro moto diventa ellittico. La parte profonda dell’onda rallenta per attrito col fondo mentre la parte alta per inerzia si rovescia in avanti e le particelle d’acqua poste in alto assumono un movimento traslatorio.

d

Orbite circolari

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Il moto ondoso

AIMINTANG / ISTOCKPHOTO

FIGURA 4.11 „ Quando le onde si avvicinano alla spiaggia la loro base è ritardata dall’attrito con il fondo. La cresta, libera di muoversi, tende a mantenere la velocità iniziale; le particelle d’acqua si disuniscono e si forma la schiuma. In questo modo l’onda si trasforma in frangente.

APPROFONDIMENTO

Scala di Beaufort A/68

Frangente

Orbite ellittiche

Le orbite percorse dalle particelle d’acqua in superficie hanno un diametro circa uguale all’altezza dell’onda; con la profondità diventano sempre più piccole finché il moto ondoso si smorza gradualmente. La profondità dell’acqua sotto la quale non vi è più moto ondoso, conosciuta col nome di livello di base delle onde, equivale alla metà della lunghezza d’onda. Sotto questo livello i venti non provocano alcun movimento. L’altezza delle onde dipende dall’intensità e dalla durata del vento e dall’estensione della superficie marina che ha subìto l’azione del vento. Avvicinandosi alla costa, non appena lo spessore d’acqua diventa inferiore alla metà della lunghezza d’onda, l’onda comincia a «sentire» il fondo. Le orbite circolari si deformano in ellissi, che diventano sempre più schiacciate con la profondità. Il fondale esercita un’azione frenante, per cui la base dell’onda rallenta rispetto alla cresta, che procede con velocità invariata. Quando la cresta supera il limite di stabilità, si rovescia e precipita nel cavo antistante. A questo punto l’onda si scompone, scompare il moto orbitale e si formano i frangenti di spiaggia, particolarmente apprezzati dai surfisti. Il flutto di ritorno, che quasi sempre si muove sotto l’onda in arrivo, prende il nome di risacca (figura 4.11).

L’attrito con il fondo provoca nell’onda accrescimento e aumento della pendenza. Un’onda si mantiene stabile fno a che il rapporto tra lunghezza e altezza rimane maggiore di 7. Quando il rapporto diventa minore di 7, l’onda diventa troppo ripida e si frange.

A

Cresta

lezione 13A I moti del mare

4.9 Le maree 씰 La marea consiste nel ritmico elevarsi ed abbassarsi del livello marino,

provocato dall’azione gravitazionale della Luna e del Sole. Le maree sono un fenomeno a carattere globale, continuo e periodico, dovuto all’influenza gravitazionale della Luna e del Sole. L’azione della Luna è circa doppia rispetto a quella del Sole, perché la Luna, nonostante sia più piccola, è molto più vicina alla Terra. 씰 La massima elevazione dell’acqua è detta alta marea, mentre lo stato

di estremo abbassamento è detto bassa marea. La differenza massima tra il livello dell’alta e della bassa marea prende il nome di ampiezza o escursione di marea. La causa principale del fenomeno delle maree risiede nel diverso comportamento della componente solida e della componente fluida del pianeta. Le particelle della Terra liquida, libere di muoversi le une rispetto alle altre, risentono dell’attrazione lunare in misura diversa, a seconda della loro maggiore o minore distanza dalla Luna. Le particelle della Terra solida, rigidamente vincolate tra loro, si comportano invece come un tutto unico (figura 4.12). Se immaginiamo la Terra solida come una struttura regolare e omogenea, l’attrazione esercitata dalla Luna si può considerare come applicata nel centro del pianeta e indirizzata verso la Luna. Sulle particelle della Terra liquida, invece, l’azione gravitazionale della Luna agisce in modo differenziato. Nel punto A della figura 4.13, il punto della superficie terrestre più vicino alla Luna, l’accelerazione provocata dalla Luna raggiunge un’intensità maggiore rispetto al punto C. Per questo motivo le particelle di acqua, non vincolate tra loro, si spostano verso la Luna e ciò determina la condizione di alta marea. Nel punto B, diametralmente opposto ad A, le particelle di acqua subiscono un’accelerazione inferiore rispetto al punto C perché si trovano alla massima distanza dalla Luna, quindi «rimangono indietro» rispetto al punto C, e a tutta la Terra solida, e si allontanano dal centro. Anche qui si ha la condizione di alta marea. Nelle zone intermedie fra le posizioni A e B, lo spessore delle acque diminuisce, perché l’acqua è richiamata verso i rigonfiamenti. Si ha pertanto una condizione di bassa marea. Poiché la Terra ruota su se stessa, nell’arco di una giornata una stessa località passa due volte nelle zone con rigonfiamento e due volte nelle zone con minore spessore di acqua. Ogni punto della Terra è interessato da due cicli di alta e bassa marea al giorno.

La Terra solida è attratta dalla Luna in modo omogeneo, come se tutta la sua massa fosse concentrata nella posizione del baricentro C

FIGURA 4.12 † La distanza tra centro della Terra e centro della Luna equivale a circa 60 raggi terrestri (60 r). La superfcie terrestre in posizione sublunare (A) si trova a una distanza di 59 r dalla Luna. Nella posizione diametralmente opposta (B), la distanza dalla Luna è 61 r. Nel disegno Terra e Luna non sono rappresentate in scala rispetto alla loro distanza.

60 r

Nella posizione A, le acque sono attratte dalla Luna più di quanto lo sia la sottostante Terra solida e si avvicinano di più alla Luna

B

C

A

59 r

Nella posizione B, le acque sono attratte dalla Luna meno di quanto lo sia la sottostante Terra solida e si allontanano maggiormente dalla Luna

61 r

A/69

CAPITOLO 4A Le acque oceaniche

Quando il Sole, la Terra e la Luna si trovano allineati, cioè nelle posizioni di sizigie, le forze gravitazionali della Luna e del Sole si sommano e producono le maree con massima escursione, le maree sizigiali, che si verificano ogni quindici giorni, quando c’è luna piena o luna nuova . Le maree di quadratura si verificano invece durante i quarti di Luna, cioè quando Luna e Sole formano con la Terra un angolo retto e le loro azioni si annullano parzialmente. Il valore medio dell’escursione di marea è di 60 centimetri, valore che esprime il rigonfiamento di una massa liquida uniforme generato dall’attrazione della Luna e del Sole. In realtà il fenomeno è molto più complesso, per vari motivi: • • • •

d

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La forza generatrice delle meree

Quando la marea penetra in una zona a forma di imbuto, come un estuario, l’onda di marea raggiunge zone progressivamente più basse e strette, si ingrossa e risale il fume come una corrente impetuosa che si ripercuote sulla navigazione fuviale.

FIGURA 4.13 „ L’«acqua alta» a Venezia corrisponde all’innalzamento del livello marino che si verifca quando spirano con forza i venti di scirocco da sudest.

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la ricopertura non uniforme del globo da parte degli oceani; la profondità e la forma dei bacini marini; la direzione e la configurazione della linea di costa l’inerzia delle masse d’acqua rallentate per attrito sui fondali.

I dislivelli di marea, deboli in pieno oceano e nei mari interni, aumentano verso le coste oceaniche e assumono grande sviluppo in zone particolari, quali estuari, baie e golfi lunghi e stretti. In presenza di queste morfologie, le escursioni di marea possono superare altezze di 15 m. Le più ampie maree conosciute si hanno nella Baia di Fundy, sulle coste canadesi dell’Oceano Atlantico, dove si raggiungono 19÷20 m di escursione nelle maree di sizigie. Nel Mediterraneo le maree hanno escursione da 20 a 50 cm. In vicinanza delle coste, e specialmente negli stretti tra bacini marini contigui, come lo Stretto di Messina, o nelle bocche di comunicazione tra le lagune e il mare aperto, il periodico flusso e riflusso della marea genera le correnti di marea. Variazioni di livello marino che ricordano quelle provocate dalle maree si hanno per effetto del vento, quando questo spira intensamente e persistentemente contro una costa. In queste condizioni si possono verificare innalzamenti superiori anche di alcuni metri a quelli dovuti alla marea. Un esempio di questo fenomeno è l’«acqua alta» dell’Adriatico settentrionale, tanto nefasta per Venezia (figura 4.13). Anche gli uragani tropicali possono essere responsabili di eccezionali rigonfiamenti del mare che si riflettono in veri e propri disastri in molte regioni dei tropici, in particolar modo nel Golfo del Messico e nel Golfo del Bengala.

lezione 13A I moti del mare

4.10 Le correnti marine

L

e correnti marine sono movimenti costanti che spostano masse enormi di acqua per grandissime distanze. Questi grandiosi flussi d’acqua si muovono con velocità costante in una ben precisa di rezione. Le acque di una corrente hanno temperatura e salinità diverse dalle acque circostanti, a volte addirittura un colore diverso. L’andamento delle correnti è fortemente influenzato dalla forza di Coriolis, dovuta alla rotazione terrestre (vedi PER SAPERNE DI PIÙ nella pagina successiva). La forza di Coriolis fa deviare le correnti e fa seguire loro percorsi grossolanamente circolari. Negli oceani le correnti formano circuiti chiusi: nell’emisfero boreale la circolazione avviene in senso orario, nell’emisfero australe in senso antiorario. Questo quadro è complicato dalla presenza dei continenti, che possono deviare in modo rilevante le correnti. I circuiti non risultano così circolari ma, pur rimanendo quasi sempre chiusi, assumono forme più complesse (figura 4.14). Si conoscono correnti marine superficiali e correnti marine profonde. Corr. della Groenlandia or. Corr. delle Curili Oga Scivo

Corr. del Labrador Corr. della California

Corr. del Golfo

Kuro Scivo

Corr. delle Canarie Mar dei Sargassi

Corr. equatoriale del Nord

Corr. della Guinea

Controcorrente equatoriale Corr. equatoriale del Sud

Corr. dei Monsoni

Corr. del Perù

Corr. del Brasile

Corr. del Benguela

Controcorr. equatoriale Corr. del Mozambico

Corr. equatoriale del Nord Controcorr. equatoriale

Corr. equatoriale del Sud Corr. dell’Australia Corr. del occidentale Madagascar Corr. dell’Australia orientale

FIGURA 4.14 ƒ Schema dei circuiti delle maggiori correnti marine superfciali nei vari mari e oceani. In rosso le correnti calde, in blu le correnti fredde.

Corr. delle Falkland Corr. antartica

„ Correnti marine superficiali. Le correnti superficiali sono note da molto tempo e sono presenti in tutti i mari. Sono causate dal vento che soffia in modo costante sempre nella stessa direzione e preme in maniera continuativa sulla superficie dell’oceano. e sulle particelle d’acqua superficiali. Le correnti superficiali sono limitate ai primi 200 m di profondità e hanno velocità basse, con alcune eccezioni come la Corrente del Golfo La causa principale della circolazione nell’Atlantico sono gli alisei, venti regolari e costanti che spirano verso l’equatore. Gli alisei mettono in moto masse superficiali d’acqua che prima si dirigono verso l’equatore e poi, deviate dall’effetto Coriolis, piegano verso ovest. Queste acque formano la Corrente nordequatoriale. La corrente è deviata verso nord dal continente sudamericano e si accumula nel Golfo del Messico, dove il livello marino medio è 17 cm più alto di quello dell’adiacente Atlantico. Le acque defluiscono quindi verso l’Atlantico attraverso lo stretto della Florida e formano la Corrente del Golfo (figura 4.15).

5 4

3 Mar dei Sargassi

2

FIGURA 4.15 „ Schema della circolazione delle correnti superfciali nell’Atlantico settentrionale. 1. Corrente delle Canarie 2. Corrente nordequatoriale 3. Corrente del Golfo 4. Corrente del Labrador 5. Corrente della Groenlandia orientale

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1

CAPITOLO 4A Le acque oceaniche

Effetto Coriolis

Il moto delle correnti nei grandi bacini oceanici, così come il moto delle correnti d’aria nell’atmosfera, avviene in senso orario nell’emisfero settentrionale e in senso antiorario nell’emisfero meridionale. Non è una coincidenza, ma la conseguenza del moto di rotazione della Terra, che avviene da ovest verso est.

nord W

E

PER SAPERNE DI PIÙ

P

P

P

P

Q Q Q

Immaginiamo di seguire lo spostamento di un corpo in moto non vincolato lungo un meridiano, dall’equatore verso il polo nord. Moto non vincolato signifca che la direzione del moto non è resa obbligata dalla presenza di vincoli fsici (ad esempio rotaie). Una massa d’acqua che si sposta nell’oceano rappresenta un buon esempio di corpo in moto non vincolato. La massa d’acqua si trova inizialmente nel punto P (situazione A nella fgura a lato); la sua velocità lineare di rotazione è indicata dalla freccia rossa. Lo spostamento avviene lungo la direzione del meridiano che passa per P. Man mano che si muove dall’equatore verso nord, la massa d’acqua attraversa zone caratterizzate da velocità lineare di rotazione sempre minore. La massa d’acqua tende a conservare per inerzia la velocità lineare di rotazione che possedeva in partenza e si trova perciò sempre più avvantaggiata nel moto di rotazione da ovest verso est. Dopo un certo periodo di tempo la massa d’acqua si troverà non nel punto P’, lungo il meridiano, ma nella posizione P”, deviata verso est (situazione B). Per motivi analoghi subisce una deviazione anche un corpo che si muove in direzione opposta, dal polo nord verso l’equatore. Il corpo mantiene infatti la velocità lineare di rotazione che possedeva nella posizione iniziale Q. La posizione in cui il corpo si troverà dopo un certo periodo di tempo non sarà Q’, lungo il meridiano, ma Q”, deviata verso ovest (situazione C). Mentre il corpo si sposta lungo la direzione del meridiano, i punti del meridiano con latitudine inferiore

a quella di Q si muovono verso est con velocità maggiore di quella del corpo. La deviazione deriva in questo secondo caso da un ritardo nel moto di rotazione. La deviazione che il corpo subisce rispetto alla direzione originaria è verso ovest. Nell’emisfero nord le deviazioni rispetto alla direzione del moto risultano sempre a destra, se si prende come riferimento il verso del moto. Nell’emisfero sud occorre tenere conto della specularità, rispetto all’emisfero nord, della posizione del polo e dell’equatore. Le deviazioni di un corpo in movimento non vincolato avvengono a sinistra, sempre riferendosi al verso del moto (situazione D). Gli esempi considerati hanno preso in esame, per maggiore semplicità, il caso di corpi che si muovono lungo la direzione di un meridiano. Il fenomeno della deviazione si verifca per qualsiasi direzione di moto, più o meno obliqua rispetto alla direzione dei meridiani. Per un osservatore solidale con il pianeta e che partecipa al moto di rotazione senza percepirlo, come noi, la causa della deviazione non è immediatamente evidente. Per questo motivo la si imputa a una forza, chiamato effetto Coriolis. È l’effetto Coriolis che determina nei corpi in movimento non vincolato sulla superfcie terrestre una deviazione rispetto alla traiettoria originaria. Si tratta di una forza fttizia, cui facciamo riferimento solo per motivi di comodità di interpretazione. I fenomeni che abbiamo descritto sono niente altro che una diretta conseguenza del fatto che la Terra non è immobile, ma ruota intorno al proprio asse.

ƒ Un corpo in moto non vincolato sulla superfcie terrestre risente del movimento di rotazione della Terra. Un osservatore che partecipa alla rotazione ha l’impressione che una forza intervenga per deviare il corpo dalla traiettoria originaria. La deviazione è in realtà una conseguenza della diversa velocità lineare di rotazione alle diverse latitudini. Rispetto al verso del moto, la deviazione è verso destra nell’emisfero settentrionale, verso sinistra nell’emisfero meridionale (legge di Ferrel).

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lezione 13A I moti del mare

„ Correnti marine profonde. Nei mari sono presenti anche lenti moti verticali. Ad esempio, lungo le coste del Perù venti costanti spingono le acque superficiali verso il largo. In vicinanza della costa l’acqua allontanata è rimpiazzata da acque profonde che salgono in superficie. I moti discendenti delle acque superficiali sono legati alla densità. Le acque superficiali che si raffreddano diventano più dense e cadono verso il fondo. Ciò avviene soprattutto nelle zone polari, dove l’acqua è fredda, salata e quindi densa. Una volta raggiunta una certa profondità, le acque dense iniziano a fluire in senso orizzontale verso l’equatore. Si formano così correnti di acque fredde, dette correnti profonde, al di sotto delle grandi circolazioni superficiali. Le correnti profonde sono spostamenti di acque molto lenti e non facili da studiare data la profondità alla quale si producono. Il tempo necessario affinché l’acqua più densa che è sprofondata ritorni in superficie è dell’ordine del migliaio di anni. „ La circolazione nei bacini minori. Anche nei mari esiste una circolazione delle acque costituita da correnti superficiali e profonde. Uno dei casi più noti è quello del Mediterraneo, che scambia acqua con l’Oceano Atlantico a causa della diversa salinità. L’acqua del Mediterraneo, in cui l’evaporazione prevale sugli apporti di acqua, è più salata e più densa e, superata la soglia di Gibilterra, scende in profondità nell’Atlantico. L’acqua dell’Atlantico, meno salata e più leggera, genera una corrente superficiale in entrata nel Mediterraneo (figura 4.16). Una situazione simile si verifica anche tra Mar Rosso e Oceano Indiano e tra il Mar Nero e il Mar Egeo. In questo secondo caso, l’acqua del Mar Nero è meno salata e meno densa, per cui fluisce superficialmente nell’Egeo, superando gli stretti del Bosforo e dei Dardanelli. La corrente profonda di ritorno, però, non riesce a superare il Bosforo, che ha una soglia poco profonda. Il ricambio d’acqua nel Mar Nero è quindi molto scarso e limitato alle acque superficiali.

0 200

36,5

36,0

37,0

38,0

Profondità (m)

400

< 36,0

< 38,0

600 800

FIGURA 4.16 ƒ La maggior densità delle acque del Mediterraneo determina una corrente profonda in uscita attraverso lo Stretto di Gibilterra. L’acqua dell’oceano, meno densa, entra nel Mediterraneo in superfcie per rimpiazzare l’acqua che esce più in profondità.

36,0 36,5 > 36,0

1.000 1.200

Durante la seconda guerra mondiale, i sottomarini tedeschi sfruttavano le correnti presenti nello Stretto di Gibilterra per entrare e uscire dal Mediterraneo a motori spenti, sfuggendo così al controllo e alla ricerca degli Alleati.

36,5 36,0

1.400

„ El Niño e La Niña. Nell’Oceano Pacifico meridionale ogni anno, in dicembre, una debole corrente di acqua calda si muove verso le coste dell’Ecuador e della parte settentrionale del Perù, scivolando sopra la fredda Corrente di Humboldt. I pescatori la chiamano El Niño, che in spagnolo significa Il Bambino, in quanto il fenomeno si manifesta regolarmente attorno a Natale. Ma ogni tre o quattro anni, senza alcuna apparente ragione, in tutta la zona centroorientale dell’Oceano Pacifico l’acqua subisce un riscaldamento molto più intenso e diffuso del solito, che si protrae per un periodo di 14÷18 mesi. Ciò

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CAPITOLO 4A Le acque oceaniche

A

provoca una riduzione drastica della pesca e ha conseguenze talmente vaste sulle condizioni atmosferiche del Pacifico e mondiali che oggi con il nome di El Niño si indica un fenomeno con ripercussioni su tutto il clima terrestre. Per avere un quadro ancora più completo del fenomeno è necessario un riferimento a La Niña. Viene chiamata così la corrente fredda che, con una ciclicità non regolare, si instaura in modo più o meno accentuato alla fine dell’evento El Niño. La Niña si manifesta quando gli alisei si rinforzano notevolmente e spingono le acque calde superficiali dell’oceano verso ovest, provocando un raffreddamento a volte molto spinto di tutto il Pacifico subequatoriale e tropicale. El Niño e La Niña vanno considerati come fasi opposte e accentuate di cambiamenti ciclici naturali che interessano insieme oceano e atmosfera e che hanno ripercussioni notevoli su molte aree del pianeta.

APPROFONDIMENTO

El Niño e la pesca delle acciughe

4.11 I maremoti (tsunami)

S

erie di onde eccezionali per dimensioni e pericolosità possono essere generate da un terremoto con l’epicentro in mare, da un’eruzione vulcanica sottomarina o da una frana sottomarina. Ognuno di questi eventi produce un improvviso movimento del fondo oceanico, il movimento libera energia, che si trasmette alle acque. Ciò genera una serie di onde capaci di attraversare in poche ore gli oceani e di abbattersi con una tremenda forza distruttiva su coste a volte lontane migliaia di kilometri. Il fenomeno è chiamato maremoto o, con il corrispondente termine giapponese, tsunami. A differenza delle onde generate dal vento, che interessano solo la superficie del mare, le onde di uno tsunami coinvolgono tutta la massa d’acqua oceanica. Gli tsunami hanno una velocità di propagazione che può arrivare fino a 500÷600 km/h (figura 4.17). I treni di onde di maremoto, che in mare aperto a causa della grande profondità superano di rado i 2÷3 m di altezza, quando si avvicinano alle coste si ingrossano considerevolmente e nelle baie e nei golfi possono raggiungere altezze di oltre 30 m. Talvolta la prima grande ondata è preceduta da uno straordinario ritiro delle acque che può durare alcuni minuti, ma a volte fino a mezz’ora. Il ritorno del mare, con fronte d’onda quasi verticale alto 25÷30 m, è caratterizzato da un’inaudita forza devastatrice (figura 4.18).

FIGURA 4.17 … Le linee bianche rappresentano le posizioni assunte a intervalli di un’ora dal fronte d’onda di uno tsunami. Il terremoto che ha prodotto lo tsunami rappresentato si è verifcato in Alaska nel 1964.

d

ANIMAZIONE

Lo tsunami generato da un terremoto

FIGURA 4.18 „ L’innalzamento della massa d’acqua avviene in prossimità della costa. I fondali meno profondi rallentano infatti il moto dell’onda e causano la sovrapposizione delle masse d’acqua, che continuano a giungere dal largo a grande velocità.

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lezione 13A I moti del mare

4.12 L’inquinamento del mare i parla di inquinamento quando si ha la rottura di un equilibrio nella biosfera. La Commissione Oceanografica Intergovernativa dell’UNESCO definisce con precisione l’inquinamento marino come l’«immissione da parte dell’uomo nel mezzo marino, direttamente o indirettamente, di sostanze o di energie che provocano effetti deleteri, quali danni alle risorse biologiche, pericoli per la salute dell’uomo, ostacoli alle attività marittime (compresa la pesca), diminuzione della qualità dell’acqua dal punto di vista della sua utilizzazione e riduzione delle possibilità offerte nei settori del tempo libero». L’uomo ha sempre considerato il mare come un luogo dove scaricare, piùo meno direttamente, molti prodotti delle proprie attività. Purtroppo nel tempo la quantità e la qualità di tali scarichi sono notevolmente mutate, determinando variazioni sempre più minacciose e persistenti nell’ecosistema marino. I materiali che sono causa di inquinamento possono essere di origine naturale, come i rifiuti fisiologici umani e animali e i resti di altri organismi, oppure possono essere il risultato di trasformazioni chimico-fisiche mediate dall’uomo, come i prodotti chimici di sintesi o gli isotopi radioattivi prodotti nelle centrali nucleari. Tutte le fonti di inquinamento possono avere ripercussioni gravi sulle forme di vita che popolano mari e oceani, ma, mentre in alcuni casi gli effetti possono essere limitati nel tempo e le cause ridotte o rimosse, in altri la pericolosità degli inquinanti è di altissimo livello e gli effetti possono protrarsi per tempi estremamente lunghi. In base al tipo e all’origine dei materiali si hanno le seguenti forme di inquinamento del mare: • • • • • •

TUNART / ISTOCKPHOTO

S

FIGURA 4.19 … I rifuti che invadono le nostre spiagge sono i segni più evidenti di un problema di più ampia portata. Questi prodotti, infatti, non sono biodegradabili come i materiali naturali. Il mare, il moto ondoso, il Sole e l’abrasione meccanica riducono la plastica in minuscoli frammenti: ogni oggetto di plastica può essere ridotto in così tanti piccoli pezzi da poterne mettere uno per ogni 1,5 km di costa nel mondo.

Inquinamento da rifiuti solidi. Inquinamento da acque residuali urbane. Eutrofizzazione. Inquinamento da idrocarburi. Inquinamento da prodotti chimici e da metalli pesanti. Inquinamento da rifiuti radioattivi.

A

APPROFONDIMENTO

Il Pacific Trash Vortex

„ Inquinamento da acque residuali urbane Una gestione non corretta di rifiuti naturali umani e animali favorisce l’aumento della carica batterica, soprattutto dei batteri fecali, nelle acque costiere, con rischi per la salute di bagnanti, lavoratori del mare e consumatori di pescato. Il trattamento delle acque reflue secondo quanto previsto dalla normativa vigente è in grado di ridurre al minimo il rischio di infezioni. „ Eutrofizzazione Il termine eutrofizzazione deriva dal termine greco eutrofia (buona nutrizione) unito al suffisso -izzare (rendere). Il verbo eutrofizzare significa appunto «rendere in buono stato nutrizionale». L’eutrofizzazione delle acque è un tipico esempio di rottura dell’equilibrio all’interno di un ecosistema. L’eccesso di nutrienti, soprattutto composti azotati e fosfati, nelle acque che confluiscono in mare provoca una proliferazione abnorme di autotrofi, come le alghe e le piante acquatiche (figura 4.20), che si traduce nell’alterazione degli equilibri ecologici fra le specie esistenti.

BERNHARD EDMAIER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

„ Inquinamento da rifiuti solidi I materiali solidi come contenitori e imballaggi di plastica (figura 4.19), polistirolo, involucri di alluminio, filtri di sigarette, ecc., abbandonati in prossimità delle coste o gettati in mare, oltre a danneggiare le reti e a imbrattare le spiagge, sono molto spesso causa di morte per pesci e mammiferi marini che involontariamente ne ingoiano i frammenti.

FIGURA 4.20 … Fioriture algali fotografate dal cielo nel Lago Grosser Ostersee, in Baviera, visibili come contorni verde chiaro delle sponde. Le foriture sono provocate dall’inquinamento dovuto agli scarichi e ai concimi, che accrescono il contenuto dei nutrienti nelle acque e accelerano la crescita di alghe microscopiche.

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CAPITOLO 4A Le acque oceaniche

WIM CLAES / SHUTTERSTOCK

„ Inquinamento da idrocarburi. Il petrolio è una miscela di idrocarburi in parte gassosi e in parte liquidi e solidi. Non essendo miscibili con l’acqua essi tendono, per la loro minore densità, a formare su di essa pellicole scure e impermeabili. Gli idrocarburi impediscono all’ossigeno atmosferico e alla radiazione solare di penetrare nelle acque superficiali impedendo molti processi vitali. Quando vengono rilasciate quantità notevoli di idrocarburi in mare, gli uccelli marini si nutrono di alimenti contaminati e, avvolti dalle pellicole bituminose (figura 4.21), non sono più in grado di volare. La pesca è seriamente compromessa e le coste sabbiose battute dalla «marea nera» assorbono la miscela a volte per spessori di decine di centimetri rimanendo inospitali per anni.

… Il greggio riversato in mare danneggia irreversibilmente ogni forma di vita. I tentativi per salvare l’avifauna contaminata sono quasi sempre inutili. FIGURA 4.21

Nel maggio 2001 in Svezia i governi mondiali hanno sottoscritto un trattato internazionale per mettere defnitivamente al bando le sostanze classifcate POP (ovvero persistent organic pollutants). Le POP, con linguaggio colorito, sono anche conosciute come «la sporca dozzina».

METTITI alla PROVA

Per l’IAEA (International Atomic Energy Agency) si defnisce rifuto nucleare «… qualsiasi materiale che contiene o è contaminato da radionuclidi a concentrazioni o livelli di radioattività superiori alle quantità “esenti” stabilite dalle Autorità Competenti, e per i quali non è previsto alcun uso …».

15 Elenca i moti delle acque marine. 16 Quali sono le diverse cause dei diversi moti del mare? 17 Che cos’è il livello base delle onde? 18 Che cosa s’intende col termine risacca? 19 Quando si verifcano le maree sizigiali?

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„ Inquinamento da prodotti chimici e metalli pesanti. Molte sostanze chimiche sono utilizzate nei più svariati ambiti delle attività umane (materiali da costruzione, prodotti per l’agricoltura, vernici e solventi, farmaci). Queste sostanze sono nocive alla salute anche in piccole concentrazioni e finiscono inevitabilmente per concentrarsi nel mare. Oggi le aziende che producono sostanze pericolose devono evitare o almeno ridurre emissioni e dispersioni. Purtroppo a causa di un’incompleta osservanza delle leggi e di una lunga persistenza di molti di questi prodotti nell’ambiente e negli esseri viventi (bioaccumulo), l’inquinamento chimico dei mari ha assunto dimensioni preoccupanti. Un gruppo di sostanze di cui risulta sempre più evidente la pericolosità è quello dei composti definiti inquinanti organici persistenti: i POP sono composti organici di origine antropica caratterizzati da elevata resistenza al degrado, che comprendono, tra i numerosi composti, le diossine e il DDT, un insetticida vietato da anni, ma ancora presente in molti organismi. Sono ad alto rischio ambientale anche i composti che contengono metalli pesanti, in particolare mercurio, cromo, cadmio, piombo. Come i POP, tali metalli danneggiano gli organismi anche in concentrazioni molto piccole e finiscono per accumularsi soprattutto nei livelli più alti delle catene alimentari (pesci, mammiferi marini e uomo). „ Inquinamento da materiale radioattivo. Le acque marine contengono naturalmente uranio in concentrazioni tali da non rappresentare un rischio per gli esseri viventi. Purtroppo l’inquinamento da rifiuti radioattivi, dovuto alle immissioni legali e illegali di materiali ricchi di nuclidi instabili in atmosfera, nei corsi d’acqua, nei suoli o direttamente nell’ambiente marino, sta invece pericolosamente aumentando il rischio sanitario. Attualmente le cause più frequenti di inquinamento sono i rilasci involontari, accidentali o volontari da parte di centrali, industrie, sommergibili nucleari e navi che trasferiscono i rifiuti radioattivi dai siti di produzione a quelli di trattamento e stoccaggio ai siti definitivi.

20 Qual è la posizione di Luna, Sole e Terra durante le maree di quadratura? 21 Dove si verifcano le più ampie maree conosciute e quale ampiezza raggiungono? 22 Qual è la causa principale della circolazione delle correnti superfciali nell’Atlantico?

23 La Corrente del Labrador e la Corrente del Perù sono correnti calde o fredde? Da dove nascono rispettivamente? 24 Quali sono le principali forme di inquinamento del mare? 25 Quali caratteristiche hanno i POP?

EA

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Domande a risposta multipla (scegli il/i completamento/i corretto/i)

1 Gli oceani si sono formati: a per il riempimento d’acqua di depressioni createsi tra i continenti in seguito a eventi sismici; b per il riempimento con acqua piovana delle fratture formatesi nella crosta quando la forza di gravità fece sprofondare strati rocciosi della superfcie terrestre; c per il riempimento d’acqua di depressioni formatesi quando correnti provenienti dal mantello lacerarono la litosfera; d con l’accumulo di notevoli quantità di sali disciolti provenienti dalla degradazione chimica delle rocce esposte. 2

a b c d

I sali minerali più abbondanti disciolti nell’acqua di mare, in ordine decrescente, sono: solfato di calcio, solfato di magnesio, cloruro di magnesio, cloruro di sodio; cloruro di sodio, cloruro di magnesio, carbonato di calcio, solfato di calcio; cloruro di sodio, cloruro di magnesio, solfato di magnesio, solfato di calcio; cloruro di sodio, carbonato di calcio, solfato di potassio, cloruro di magnesio.

a b c d

La salinità delle acque marine varia da una regione all’altra in relazione a: latitudine; longitudine; precipitazioni; evaporazione.

4 a b c d

La solubilità dei gas nell’acqua: aumenta al diminuire della temperatura; diminuisce al diminuire della temperatura; aumenta al diminuire della pressione; diminuisce al diminuire della pressione.

3

5 Il diossido di carbonio: a è poco solubile nell’acqua marina; b entra nei processi fotosintetici della fora marina; c entra nel mare provenendo esclusivamente dall’atmosfera; d contribuisce alla biocostruzione di scheletri e gusci degli organismi marini.

씰

Quesiti

18 Dai una defnizione di salinità. 19 Perché le acque sono tanto più ricche di gas disciolti quanto più sono fredde? 20 Il diossido di carbonio è un gas molto o poco solubile nell’acqua marina? Come vi può essere utilizzato?

6 a b c d

Lo strato termoclino: è compreso nei primi 100 m di profondità; può arrivare fno a 1000 m di profondità; ha temperatura in rapida diminuzione; ha temperatura in lenta diminuzione.

7 Lo strato termoclino: a ostacola il passaggio della luce; b rappresenta una barriera alla diffusione degli organismi marini sensibili alla temperatura; c è ricco di ftoplancton; d permette un facile rimescolamento di acque con temperature diverse. 8 a b c d

La luminosità delle acque dipende da: concentrazione dei sali disciolti; capacità della luce di propagarsi in essa; presenza di materiale in sospensione; temperatura.

9 I nutrienti: a hanno concentrazione notevole in superfcie e modesta in profondità; b sono trasportati in superfcie dalle correnti ascensionali; c derivano esclusivamente dalla demolizione di sostanza vivente preesistente; d contengono come elementi principali silicio, azoto e fosforo. 10 Il livello di base delle onde: a equivale alla metà della lunghezza d’onda; b è la profondità dell’acqua al di sotto della quale il moto ondoso è più agitato; c è un livello sotto al quale i venti non provocano alcun movimento; d equivale alla metà dell’altezza dell’onda. 11 Nelle onde: a le particelle d’acqua al largo compiono orbite circolari; b al largo si verifca una vera e propria traslazione delle particelle d’acqua; c quando la cresta rallenta rispetto alla base dell’onda, l’onda si rovescia; d la velocità di propagazione dipende dalla velocità del vento.

b provocate dal Sole hanno un’escursione di circa un quarto di quelle lunari; c provocate dalla Luna hanno un periodo più lungo di circa 50 minuti rispetto a quelle del Sole; d hanno una minima escursione quando c’è luna piena o luna nuova. 13 Le correnti marine superfciali: a sono provocate principalmente da differenze di densità delle acque; b sono provocate principalmente dal vento; c sono simili a grandi fumi con temperatura e salinità diverse dalla acque circostanti; d si spostano con direzione che cambia periodicamente. 14 La corrente del Golfo: a si muove più velocemente delle altre correnti superfciali; b coinvolge strati oceanici fno a 200 m di profondità; c si muove con verso antiorario da una zona tropicale verso il polo nord; d ha un’azione mitigatrice sul clima delle coste canadesi. 15 a b c d

Sono correnti fredde quelle: del Labrador; del Brasile; del Kuro-Scio; di Humboldt.

16 Nella zona dello Stretto di Gibilterra: a l’acqua dell’Atlantico, più leggera, entra in superfcie nel Mediterraneo; b l’acqua del Mediterraneo, più salata, scende in profondità nell’Atlantico; c esistono solo correnti superfciali; d non può uscire acqua dal Mediterraneo verso l’Atlantico, a causa della soglia poco profonda del fondale.

12 Le maree: a in cui le forze gravitazionali di Luna e di Sole si sommano sono dette di sizigie;

17 L’eutrofzzazione: a è un processo di arricchimento in nutrienti delle acque; b è lo scarico di acque nere nelle acque costiere; c porta a un’eccessiva proliferazione degli organismi autotrof marini; d ha come conseguenza un arricchimento in ossigeno delle acque costiere.

21 Quali sono i fattori che infuenzano la densità delle acque marine? 22 Quali differenze esistono tra le onde forzate e le onde lunghe? 23 Descrivi il moto delle particelle di acqua interessate dal moto ondoso al variare della profondità. 24 Descrivi il percorso della Corrente del Golfo.

25 Quali sono i fattori per cui le correnti marine profonde si formano alle alte latitudini? 26 Descrivi la modalità di scambio tra le acque del Mediterraneo e quelle dell’Atlantico. 27 Qual è la causa degli tsunami? 28 Spiega nei dettagli in che cosa consiste quel tipico esempio di rottura dell’equilibrio all’interno di un ecosistema che è l’eutrofzzazione.

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EA

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Quesiti

29 Spiega perché, pur variando i valori di salinità, le percentuali relative degli ioni disciolti nelle acque marine rimangono costanti. 30 Quali fattori sono alla base dell’aumento di densità delle acque superfciali, motivo per cui ne favoriscono la discesa? 31 Perché quando il mare è molto agitato le onde frangono a maggiore distanza dalla riva rispetto a quando è poco mosso? 32 Sai dire ogni quanti giorni si hanno maree sizigiali?

씰

33 Perché nell’arco di un giorno lunare si succedono due alte maree e due basse maree? 34 Come si spiega il verso orario o antiorario che le correnti marine assumono a seconda dell’emisfero terrestre in cui sono presenti? 35 Qual è la causa diretta della riduzione della pescosità lungo le coste del Perù settentrionale in occasione del fenomeno di El Niño? 36 Per quali fondamentali ragioni l’uomo dovrebbe assolutamente evitare l’inquinamento dei mari e degli oceani? 37 La salinità di un oceano è maggiore in prossimità dell’equatore o vicino ai poli?

38 Negli ultimi decenni la superfcie del Mare Adriatico ha visto il proliferare di microscopiche alghe del genere Anabaena, conosciute comunemente come mucillagini. Come inquadreresti il fenomeno? 39 Perché risulta particolarmente grave la dispersione in mare degli idrocarburi contenuti nel petrolio? 40 È possibile che delle sostanze inquinanti riversate in mare in prossimità del Golfo del Messico vengano riscontrate nelle acque in prossimità del Golfo di Gilbilterra? Giustifca la tua risposta.

Confronta tra loro i vari livelli di: – alta marea di Imperia; – bassa marea di Imperia; – alta marea di La Spezia; – bassa marea di La Spezia. Osservi qualche regolarità? Dove si presentano mediamente le maggiori escursioni di marea? Perché si verifca uno sfalsamento di orario tra le maree di Imperia e quelle di La Spezia?

45 Come sappiamo, la maggior parte dell’energia solare che raggiunge gli oceani viene assorbita nella parte superfciale per una modesta profondità. I tre grafci in basso riportano come variano la temperatura (A), la salinità (B) e la differenza tra evaporazione e precipitazioni (C) alle diverse latitudini. Analizza i grafci e spiega in che modo i tre fattori rappresentati sono collegati tra loro. Osserva il grafco C: a quali latitudini l’evaporazione è maggiore delle precipitazioni? A quali invece è minore? Confronta l’andamento della salinità (grafco B) con quello della differenza tra evaporazione e precipitazioni (grafco C): a quali latitudini i due grafci presentano una differenza? Perché? Confronta il grafco A con gli altri due grafci: quali sono le maggiori differenze che puoi osservare? Che spiegazione puoi dare?

Esercizi

41 Le previsioni di marea si riferiscono alla componente astronomica della variazione complessiva del livello marino. Le altezze sono espresse in centimetri: i valori positivi indicano un innalzamento, quelli negativi un abbassamento rispetto al livello del mare determinato in quel momento dai fattori climatici e meteorologici. I grafci in basso mostrano le previsioni dell’andamento delle maree nei porti di Imperia (latitudine 43° 53’ N, longitudine 08° 02’ E) e La Spezia (latitudine 44° 06’ N, longitudine 09° 49’ E) nell’arco degli stessi 3 giorni consecutivi. Il ciclo delle alte e basse maree si presenta nelle due città con caratteristiche simili, ma con orari sfalsati: il ciclo di La Spezia precede quello di Imperia di circa 1 ora, anche se con variabilità da una marea all’altra.

Imperia

Livello in cm

32

30

29

22

21

19

8

Bassa

5

5

4

1

Alta

DOM DOM DOM LUN LUN LUN LUN MAR MAR MAR MAR 05:10 11:25 17:50 00:45 05:55 12:15 18:30 01:15 06:35 12:55 19:05

La Spezia 37

36

35

31 27

26

42 Il volume totale delle acque marine sul nostro pianeta è 1 320 000 000 km3. Quante tonnellate di residuo solido si otterrebbero dalla completa evaporazione delle acque marine? Considera la salinità media delle acque marine del 35‰. 43 Perché un corpo solido risente di una forza di attrazione gravitazionale in modo omogeneo, mentre ciò non è vero per un corpo liquido? 44 Come si può osservare dalla fgura in basso, la Corrente Nordatlantica Profonda scorre dalle coste della Groenlandia verso sud attraverso l’Oceano Atlantico. La sua velocità di spostamento è di circa 20 km all’anno e le sue acque cominciano a risalire verso la superfcie quando raggiungono i 30° di latitudine Sud. Quanto tempo impiega la corrente a compiere il suo tragitto? Usa un atlante per calcolare la distanza coperta, presumendo che la corrente effettui un percorso in linea retta. Se le posizioni relative degli oceani e delle terre emerse fossero rimaste immutate negli ultimi 4 miliardi di anni, quanti viaggi di «andata e ritorno» avrebbe percorso una particella d’acqua della Corrente Nordatlantica Profonda? Dalle risposte alle domande precedenti, puoi concludere che l’oceano abbia una buona miscelazione oppure no? Giustifca la tua scelta.

씰

46 How are ocean waves formed? 47 How does wave refraction concentrate erosion at headlands? 48 How has human interference affected some beaches? 49 What do we mean, when we speak about «children of Tropics: El Niño and La Niña»?

12 9

8

Questions

9 5

DOM DOM DOM DOM LUN LUN LUN MAR MAR MAR MAR 04:25 10:20 17:05 23:55 05:15 11:15 17:45 00:25 05:55 12:00 18:25

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C A PI TO LO

5A

Le acque continentali

L

e acque dolci continentali sono raccolte in fiumi, laghi, ghiacciai e nel sottosuolo. Esse rappresentano una porzione molto limitata della dotazione idrica del nostro pianeta (solo il 2,1%), ma svolgono un ruolo fondamentale all’interno del ciclo dell’acqua, sostengono la vita degli ecosistemi continentali, permettono la circolazione degli elementi indispensabili ai processi biologici e geochimici e partecipano all’evoluzione delle forme del rilievo terrestre. In questo capitolo sono presentati i concetti fondamentali dell’idrologia superficiale e sotterranea, che descrivono la natura chimica e fisica delle acque, la loro origine, la loro distribuzione, il loro moto e infine la loro utilizzazione.

Le cascate del Niagara, tra Canada e USA, sono uno dei «salti d’acqua» più grandi del mondo. [ SONGQUAN DENG / SHUTTERSTOCK ]

CAPITOLO 5A Le acque continentali

lezione 14 A >

L’acqua che scorre in superficie

5.1 I serbatoi dell’acqua dolce

MAXLEVOYOU / ISTOCKPHOTO

L’

FIGURA 5.1 La caratteristica peculiare del Mar Morto è che l’acqua è notevolmente salata, a causa della forte evaporazione, e questo non consente alcuna forma di vita fatta eccezione per alcuni tipi di batteri, da cui deriva il nome Mar Morto.

L’inquinamento delle acque continentali, come quello delle acque marine, è divenuto uno dei più gravi problemi ambientali del nostro tempo. Si tratta di un’emergenza che richiede tutta l’attenzione, lo studio e la tecnologia necessari per conservare i corpi idrici nelle condizioni adatte alla vita e alla salute di tutti i viventi.

acqua della Terra (cfr. figura 4.1) è concentrata in oceani e mari (97%), i quali formano un unico, immenso serbatoio di acqua salata che si estende con continuità su tutto il globo. L’acqua si raccoglie nell’atmosfera attraverso l’evaporazione e dà luogo alle precipitazioni meteoriche. L’acqua nell’atmosfera è praticamente priva di sali ed è la forma «più dolce» di acqua naturalmente presente sul pianeta. Attraverso l’evaporazione e le precipitazioni l’acqua dolce si accumula nei fiumi, nei laghi, nei ghiacciai e nelle falde freatiche, che costituiscono una delle risorse naturali di maggiore importanza strategica per il futuro dell’umanità. Le acque continentali sono caratterizzate da una bassa concentrazione di sostanze disciolte, in genere inferiore allo 0,5‰. Fanno eccezione il Mar Morto e il Mar Caspio che, a dispetto del loro nome, non hanno comunicazione diretta con mari e oceani e sono bacini continentali, ma molto salati (figura 5.1). Contrariamente alle acque oceaniche, che si sono accumulate nelle depressioni della crosta terrestre, le acque continentali non sono in equilibrio gravitazionale, perché si trovano in genere a quote più alte del livello del mare. Le acque continentali scivolano di continuo verso i bacini marini. Questo movimento è veloce e facilmente osservabile nel caso delle acque superficiali liquide, mentre è piuttosto lento, ma ugualmente rilevabile, se si tratta di acque superficiali allo stato solido (ghiacciai). I corsi d’acqua svolgono un’azione erosiva (vedi capitolo 7) che si manifesta fino alla loro confluenza in un altro bacino di raccolta.

5.2 Il bilancio idrologico

L

a quantità di acqua presente nei continenti è determinata da tre fattori: afflusso, immagazzinamento e perdita. Occorre infatti considerare l’acqua apportata dalle precipitazioni, l’acqua trattenuta nelle rocce permeabili del sottosuolo e accumulata nei ghiacciai o nei laghi, l’acqua persa per evapotraspirazione e quella che esce dal territorio attraverso i corsi d’acqua. 씰 Il bilancio idrologico tiene conto delle entrate e delle uscite dell’acqua

che si verificano in un dato territorio in un certo periodo di tempo. Il bilancio idrologico varia da regione a regione in funzione del clima, della natura delle rocce, della pendenza della superficie ed è espresso dall’equazione: P = R + ET + I in questa equazione: P rappresenta la quantità totale delle precipitazioni; R indica il ruscellamento o deflusso superficiale, cioè l’acqua che scorre in superficie attraverso ruscelli, torrenti e fiumi; ET è l’evapotraspirazione (cfr. § 4.2), cioè la somma dell’acqua che evapora dai corpi idrici e di quella traspirata dalle piante; I rappresenta l’infiltrazione, cioè l’acqua che si infiltra nel sottosuolo.

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lezione 14A L’acqua che scorre in superficie

• Le precipitazioni si misurano tramite i pluviometri, appositi contenitori che raccolgono l’acqua piovana (figura 5.2). • Il ruscellamento si determina misurando la quantità d’acqua totale che esce dal territorio attraverso i corsi d’acqua; a questo scopo si ricorre a stazioni idrometriche, ubicate lungo il corso dei fiumi principali. Speciali apparecchi misurano le grandezze che influenzano l’evapotraspirazione e consentono di stimare questa grandezza. • L’evapotraspirazione si calcola ricorrendo a formule empiriche, in cui compaiono i valori della temperatura media mensile, che è funzione dell’energia solare ricevuta, e della latitudine del luogo, da cui dipende la durata dell’insolazione. • L’infiltrazione si misura con prove di assorbimento dei terreni effettuate con strumenti chiamati infiltrometri. L’acqua piovana si infiltra in percentuale diversa a seconda della permeabilità delle rocce, della morfologia del territorio, del tipo di vegetazione e dell’intensità degli eventi meteorici. L’infiltrazione è il valore più complesso da definire e si ottiene dopo avere determinato le altre grandezze. Il bilancio idrologico è in genere calcolato su base annua preferibilmente utilizzando un numero elevato di anni e si riferisce a uno specifico bacino idrografico (vedi § successivo).

NICLASBO / ISTOCKPHOTO

Si parla di bilancio idrologico attivo se le entrate (P) superano le uscite (ET), per cui la differenza viene immagazzinata come riserva nel terreno; il bilancio idrologico invece risulta passivo se ET è maggiore di P, cioè se l’acqua proveniente dalle precipitazioni non basta alle esigenze della vegetazione, che consuma parte della riserva presente nel terreno. Il bilancio idrologico varia non soltanto da regione a regione, ma anche durante il corso dell’anno. È frequente che il bilancio idrologico sia attivo durante la stagione fredda e sia invece passivo durante la stagione calda. Le grandezze che compaiono nell’equazione del bilancio idrologico si misurano mediante specifici strumenti.

FIGURA 5.2 Il pluviometro è uno strumento a lettura diretta formato da un cilindro graduato, sormontato da un imbuto. Conoscendo la superfcie dell’imbuto esposto alle precipitazioni, si calcola la quantità di pioggia in millimetri: 1 mm di pioggia corrisponde a 1 litro d’acqua per metro quadro.

5.3 I corsi d’acqua

L’

acqua che scorre libera in superficie prende origine dalla sorgente, giunge a un fiume, cioè un corso d’acqua perenne che termina con la foce, la zona in cui sbocca in mare. Non tutti i fiumi sfociano nel mare, alcuni confluiscono in altri fiumi, di cui diventano affluenti, oppure sboccano in un lago. Le acque di un fiume scorrono in un ambito circoscritto, detto alveo o letto. L’alveo è limitato lateralmente dagli argini. Le acque che confluiscono in un fiume provengono dal territorio circostante sotto forma di acque di superficie o di acque sotterranee. Il territorio che rifornisce di acque un fiume ne costituisce il bacino idrografico o bacino imbrifero. Il bacino idrografico è separato dai bacini adiacenti dalla linea spartiacque, linea che corre lungo le creste dei rilievi circostanti più elevati (figura 5.3). Un bacino che rifornisce un corso d’acqua con affluenti è diviso in bacini secondari, uno per ogni affluente.

FIGURA 5.3

Spartiacque idrografico

„ Bacino idrografco. La linea rossa rappresenta la linea spartiacque.

A/81

CAPITOLO 5A Le acque continentali

L’acqua di un fiume scorre sulla superficie, ma sotto il fiume spesso si trova acqua sotterranea, con la quale il fiume instaura rapporti continui, per cui il fiume può venire alimentato dalle acque sotterranee o viceversa può perdere acqua verso il sottosuolo (figura 5.4).

FIGURA 5.4 I rapporti tra acqua sotterranea e fume sono continui. (A), durante un periodo piovoso, l’acqua sotterranea confuisce nel fume; (B), durante un periodo secco, è il fume che cede acqua al terreno circostante.

I rapporti tra acque superficiali e sotterranee dipendono dalla presenza di strati di rocce impermeabili. Quando gli strati impermeabili raggiungono una estensione significativa, costituiscono gli spartiacque sotterranei, il cui andamento è spesso diverso da quello degli spartiacque superficiali. Gli spartiacque sotterranei delimitano i bacini idrogeologici. Questi bacini sono riforniti da acque meteoriche che possono cadere anche su bacini idrografici diversi, ma sono poi convogliate nello stesso bacino idrogeologico dal particolare andamento degli spartiacque sotterranei (figura 5.5). o

o grafic o idro Bacin fiume A del

grafic o idro Bacin fiume B l e d

gico geolo o idro Bacin el fiume A d

Il bacino idrografco può non corrispondere al bacino idrogeologico, che dipende dalla giacitura e dalla permeabilità delle rocce. Può accadere che le acque meteoriche (frecce azzurre) cadute in un bacino idrografco vadano poi a confuire, per vie sotterranee (frecce rosse), in un altro bacino. FIGURA 5.5

Rocce permeabili Rocce impermeabili Spartiacque superficiale Spartiacque sotterraneo

5.4 Il movimento delle acque correnti

N

ei fiumi l’acqua è allo stato liquido: le particelle d’acqua vengono trascinate verso il mare dalla forza di gravità, a cui si oppone, rallentando la velocità, l’attrito esercitato dalle rocce dell’alveo e quello dovuto ai sedimenti trasportati. La forza di gravità e le forze di attrito combinate determinano la velocità di deflusso effettiva delle acque. Ogni corso d’acqua è caratterizzato da pendenza e portata.

A/82

lezione 14A L’acqua che scorre in superficie

씰 La pendenza è data dal rapporto percentuale tra il dislivello superato

dal fiume e lo spazio orizzontale corrispondente. Per esempio, se il fiume scende per un dislivello di 15 m, mentre la distanza coperta in orizzontale è di 750 m, la pendenza è 15 m/750 m · 100 = 2%. 씰 La portata di un corso d’acqua è il volume di acqua che passa attraver-

so una sezione trasversale nell’unità di tempo. La portata ha la dimensione di un volume diviso il tempo e si misura in m3/s (metri cubi al secondo). La portata di un fiume è soggetta a variazioni lungo il percorso e nel tempo. L’attrito che si esercita sull’acqua in movimento dipende da due fattori: • il carico sedimentario, cioè la quantità di materiali solidi trasportati (vedi § 7.3); • la forma dell’alveo. Per esempio, all’aumento della portata corrisponde anche l’aumento del carico sedimentario e l’aumento della profondità e della larghezza del letto. 씰 Le variazioni di portata nel tempo costituiscono il regime del corso

d’acqua. Il regime è legato alla piovosità del bacino idrografico e al clima, ed è studiato su base annua, in quanto la portata varia con le diverse piovosità stagionali. Nell’arco dell’anno si distinguono una portata massima, o piena (figura 5.6 A), e una portata minima, o magra (figura 5.6 B). Quando la portata di un corso d’acqua supera la capacità di contenimento dell’alveo, le acque tracimano e si ha una esondazione o alluvione. I corsi d’acqua in cui si alternano periodi di abbondanza e periodi di assenza totale d’acqua prendono il nome di torrenti. A

Il periodo di piena coincide con, o segue immediatamente, la stagione di massima piovosità o quella del disgelo; il periodo di magra coincide con, o segue, la stagione secca.

FIGURA 5.6 Il Po fotografato in due momenti diversi nella stessa località, in condizioni di piena (A) e di magra (B). (da DELFINO INSOLERA, Un’introduzione alla Scienza della Terra, Zanichelli, Bologna 1986)

B

b A 2

Quali sono i corpi idrici che formano le acque continentali? Scrivi l’equazione che esprime il bilancio idrologico.

3 4 5 6

Che cosa sono i pluviometri? Che cos’è il bacino idrografco di un fume? Che cosa delimita linea spartiacque? In che cosa consiste l’affusso meteorico?

7 8

• Precipitazioni e scorrimento superficiale • nei corsi d’acqua • Profilo longitudinale del fiume Tevere APPROFONDIMENTO

Alluvioni e inondazioni in Italia

Che cosa è il carico sedimentario di un corso d’acqua? Che cosa si intende per regime di un corso d’acqua?

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METTITI alla PROVA

1

SCHEDE DI LABORATORIO

CAPITOLO 5A Le acque continentali

lezione 15 A >

Specchi d’acqua

5.5 I laghi

I

n seguito ai fenomeni di modellamento della superficie si formano depressioni sulle terre emerse. Le acque che si accumulano in questi bacini naturali formano corpi idrici che prendono il nome di laghi.

씰 I laghi sono specchi d’acqua di tale profondità da mantenere un’ampia

zona libera da vegetazione emergente.

A

In un lago il livello dell’acqua dipende dalla portata dei fiumi in entrata e in uscita. I primi sono gli immissari, che riversano le proprie acque nel lago; i secondi sono gli emissari, che ricevono l’acqua dal lago (figura 5.7). A volte mancano l’immissario o l’emissario o entrambi. In questi casi diventano preminenti gli scambi con le acque sotterranee e l’evaporazione.

APPROFONDIMENTO

I laghi prealpini

FIGURA 5.7 (A), i corsi d’acqua che versano le proprie acque in un lago, gli immissari, trasportano molto materiale solido, che si deposita sul fondo del lago. (B), gli emissari proseguono i movimenti delle acque di superfcie, che si erano interrotti quando gli immissari erano confuiti nel lago.

A

B

Onde, maree e correnti, i moti caratteristici delle acque marine, sono poco rilevanti nei laghi a causa delle dimensioni ridotte di questi corpi idrici. Fenomeni apprezzabili si manifestano solo nei laghi di grandi dimensioni. La superfcie del più grande lago italiano, il Lago di Garda, è troppo piccola perché i moti superfciali abbiano effetti signifcativi.

FIGURA 5.8 A causa della elevatissima salinità, un bagnante galleggia senza problemi sulle acque del Mar Morto e può permettersi di leggere tranquillamente il giornale.

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La salinità dei laghi è quasi sempre bassa, anche se in certe particolari situazioni può superare quella riscontrata nei mari. I valori di salinità dipendono prevalentemente dall’evaporazione, dalla quantità di sali disciolti nelle acque che si riversano nel lago e dall’eventuale isolamento del lago stesso. Infatti se il lago è aperto, cioè dotato di un emissario, la salinità è generalmente bassa. Se i laghi sono chiusi, la concentrazione dei sali può raggiungere valori assai elevati. Il Mar Caspio ha salinità variabile dall’1‰ al 30‰ il Mar Morto raggiunge il 275‰ (figura 5.8). La trasparenza e la penetrazione della luce sono minori nelle acque lacustri rispetto alle acque marine. Le acque del lago hanno infatti più materiale in sospensione, dato che sono più vicine al luogo di origine dei sedimenti. Il colore cambia da caso a caso e dipende da molti fattori, tra cui la nuvolosità del cielo, la composizione delle acque, la presenza di alghe. La temperatura delle acque lacustri dipende dalla latitudine, dalle condizioni climatiche locali e dalla temperatura delle acque degli immissari. I territori circostanti un grande lago risentono dell’azione mitigatrice del clima svolta dalle masse d’acqua.

lezione 15A Specchi d ’acqua

5.6 Evoluzione dei laghi

U

n lago non svolge alcuna azione modellatrice sul paesaggio, è piuttosto il prodotto dell’opera di diversi agenti esogeni ed endogeni (vedi pagina 110). I laghi in genere non hanno vita lunga, poiché tendono a essere interrati, cioè riempiti di sedimenti, oppure a scomparire quando mutano le condizioni geografiche e climatiche. Un lago passa attraverso un vero e proprio ciclo evolutivo, che lo porta a trasformarsi prima in stagno e poi in palude. Le tre fasi sono caratterizzate da un progressivo incremento della vegetazione e da una contemporanea diminuzione della profondità (figura 5.9). Gli stagni sono distese di acque poco profonde, in cui si alternano spazi liberi a spazi occupati da vegetazione affiorante. Molti stagni rappresentano lo stadio di vecchiaia di un lago quasi prosciugato. In altri casi hanno origine diversa: alcuni si formano per l’espansione delle acque di un fiume in depressioni prospicienti gli argini; altri per la raccolta di acque piovane su terreni impermeabili pianeggianti o leggermente depressi; altri ancora per l’emergere della superficie della falda freatica (vedi § 5.11) al di sopra della superficie del suolo. Le paludi sono aree pianeggianti acquitrinose, in cui specchi d’acqua molto bassa, coperti da vegetazione affiorante o emergente, si alternano a zone emerse in genere ricche di vegetazione.

FIGURA 5.9 Processo evolutivo di un ecosistema lacustre. I sedimenti che lentamente riempiono il lago favoriscono lo sviluppo della vegetazione. Il lago col passare dei decenni è destinato a scomparire e a essere sostituito dal bosco.

5.7 Classificazione dei laghi

N

ella classificazione dei laghi si tiene conto del tipo di depressione che contiene le acque e delle cause che l’hanno prodotta.

I laghi fluviali sono quelli legati all’evoluzione delle reti fluviali. Questi laghi possono formarsi in alvei abbandonati (vedi figura 7.12 C) oppure a causa dell’inondazione di una pianura da parte di un fiume. I laghi di sbarramento si originano per l’ostruzione di un fiume a causa di materiale di frana, oppure per l’accumulo di materiale morenico, oppure ancora per una colata lavica. Nella parte a monte dello sbarramento si accumula l’acqua. In Italia ricordiamo il lago di Alleghe, prodottosi in seguito alla caduta di una frana nel 1771 (figura 5.10). FIGURA 5.10 Il lago di Alleghe, in provincia di Belluno, è un lago di sbarramento formatosi a causa di una frana.

Frana

A/85

CAPITOLO 5A Le acque continentali

I laghi di origine tettonica occupano depressioni originate da movimenti della crosta terrestre su grande scala. Ne sono un esempio i grandi laghi dell’Africa orientale (laghi Rodolfo, Alberto, Tanganica, Niassa), che occupano i punti più depressi della Great Rift Valley. Sono laghi di questo tipo il Mar Morto, il lago più salato della Terra, e il Lago Bajkal, il lago più profondo che si conosca, con profondità massima di 1 741 metri. In Italia un lago di origine tettonica è il lago Trasimeno in Umbria. I laghi relitti sono ciò che rimane di vecchi mari rimasti isolati a causa di movimenti crostali su scala regionale o in seguito all’abbassamento del livello marino. Ne sono esempi il Mar Caspio, un bacino residuo del mare Tetide, e il Lago d’Aral. I laghi craterici si formano all’interno di crateri di vulcani spenti. Si tratta in genere di laghi di forma all’incirca circolare, di modeste dimensioni, ma piuttosto profondi e spesso associati in gruppi. Molto noti sono i laghi vulcanici laziali: Bolsena, Bracciano, Vico, Albano, Nemi (figura 5.11). Poiché non hanno in genere emissari, questi laghi scaricano l’acqua per via sotterranea attraverso le formazioni vulcaniche permeabili circostanti. B

BERNHARD EDMAIER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

A

FIGURA 5.11 … Laghi craterici. (A), vista di un lago craterico nella caldera del vulcano Maly Semiachik. Maly Semiachik fa parte di un gruppo di vulcani presenti nella penisola di Kamchatka, Russia. (B), il lago di Nemi, nel Lazio, è un lago vulcanico di forma circolare e occupa il cratere di un vulcano spento.

FIGURA 5.12 „ Il lago di Canterno, presso Fiuggi, non possiede emissari. In passato il lago si svuotava quando le acque venivano inghiottite da un condotto sotterraneo. Ogni volta gli abitanti della zona provvedevano a chiudere l’inghiottitoio. Oggi le acque del lago sono utilizzate per la produzione di energia elettrica e il loro livello è regolato dall’ENEL.

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I laghi carsici sono conche scavate dalla corrosione carsica nelle rocce carbonatiche e nei gessi. Queste rocce non dovrebbero risultare impermeabili e l’acqua si dovrebbe infiltrare. Sul fondo di questi laghi però si accumula un deposito di argilla che lo impermeabilizza. Il Lago di Scutari in Albania si è formato sul fondo una grande depressione carsica dal fondo piatto. Laghi carsici in Italia sono il Lago di Canterno (figura 5.12), il Lago di Doberdò in Friuli, il lago del Matese in provincia di Isernia.

lezione 15A Specchi d ’acqua

I laghi artificiali sono ottenuti con opere di sbarramento costruite dall’uomo. Questi bacini servono per raccogliere acqua per l’irrigazione o per produrre energia elettrica. I più importanti laghi artificiali italiani si trovano sulle Alpi (figura 5.13), sugli Appennini, in Sicilia e in Sardegna. Al di fuori dell’Italia si sono costruiti bacini enormi, quali quello del Volga in Russia, i bacini africani sul Nilo e sullo Zambesi e quello sullo Yangtze in Cina, che ha sommerso un territorio di 600 km2.

Diga

Altri tipi di laghi sono quelli glaciali e quelli costieri (dei laghi costieri si parlerà nel capitolo 7). I laghi glaciali possono essere laghi di circo, che occupano piccole conche circolari scavate dal ghiacciaio, e laghi vallivi, che occupano il fondo di vallate modellate e scavate dai ghiacciai. Esempi di laghi di circo sono la maggior parte dei laghetti tondeggianti di alta montagna diffusi nelle Alpi, come il Lago di Pedruna o il Lago di Bordaglia (figura 5.14). Esempi di laghi vallivi sono i grandi laghi italiani prealpini, come il Lago Maggiore, il Lago di Como, il Lago di Garda (figura 5.15).

A

B

FIGURA 5.13 … Il lago di Fedaia, ai piedi della Marmolada, in Trentino, è un lago in parte artifciale creato dallo sbarramento di una diga.

FIGURA 5.14 ƒ Tipici esempi di laghi di escavazione glaciale. (A), Lago di Pedruna inferiore; sullo sfondo la Cima di Saoseo (provincia di Sondrio). (B), Lago di Bordaglia (Alpi Carniche).

FIGURA 5.15 ƒ Il lago di Garda è un tipico lago di origine glaciale, la cui cavità è stata scavata da un ghiacciaio. L’origine glaciale si riconosce facilmente a causa della tipica forma allungata.

12 Quali sono le fasi attraverso le quali evolve generalmente un lago? 13 Come sono classifcati i laghi in base alla loro origine? 14 Cita i più importanti laghi salati della Terra. 15 Come puoi spiegare il fatto che i laghi cra-

terici sono generalmente privi di immissari ed emissari? 16 Come si possono formare laghi in terreni carsici, caratterizzati da elevata permeabilità delle rocce? 17 Che cosa sono i laghi relitti?

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METTITI alla PROVA

19 Quali sono le proprietà fsico-chimiche più importanti delle acque lacustri? 10 Spiega da che cosa dipendono i valori della salinità dei laghi. 11 Quali laghi, in genere, non hanno emissari? Dove scaricano la loro acqua?

CAPITOLO 5A Le acque continentali

lezione 16 A >

Le acque di falda

5.8 Le acque del sottosuolo

F Chiusura ermetica

12 9 6

Mercurio

12 3

9

3 6

inora ci siamo occupati delle acque continentali superficiali, in pratica delle acque che costituiscono uno dei termini del bilancio idrologico: il ruscellamento. Questa lezione si occupa delle acque sotterranee, l’altra frazione delle acque continentali, che corrispondono a un altro termine del bilancio idrologico: l’infiltrazione. Di tutta l’acqua che ritorna sulla terraferma con le precipitazioni:

– una parte evapora direttamente, o è catturata dalle piante che la restituiscono come vapore attraverso il processo di traspirazione (figura 5.16); – un’altra parte scorre direttamente sulla superficie come acque di ruscellamento o dilavanti, che vanno ad alimentare i corsi d’acqua; – un’ultima parte si infiltra nel terreno.

Acqua

FIGURA 5.16 … La traspirazione è un processo biologico indispensabile per la sopravvivenza delle piante. Circa il 90% dell’acqua assorbita dalle radici è eliminata nell’aria come vapore acqueo. Nell’esperimento illustrato, una piantina è sistemata in cima a un tubo di vetro pieno di acqua, che pesca in una bacinella di mercurio, ed esposta al Sole. A mano a mano che l’acqua evapora dalle foglie, altra acqua è richiamata dal tubo ed è rimpiazzata dal mercurio, sulla cui superfcie esterna grava la pressione atmosferica. Come si può osservare il livello del mercurio sale nel tubo e scende nella bacinella.

La capillarità è la proprietà di trattenere acqua nel suolo per tensione superfciale ad altezza superiore a cui l’acqua giungerebbe per pressione idrostatica.

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L’acqua sotterranea non deriva solamente dalle precipitazioni. Sono considerate acque sotterranee anche quelle rimaste intrappolate nei sedimenti marini. Quest’acqua è nota col termine di acqua fossile, che si riconosce dall’acqua meteorica per il maggiore contenuto in sali. Un terzo tipo di acqua sotterranea è quella contenuta nei magmi. Quest’acqua è detta acqua juvenile e si libera nell’atmosfera sotto forma di vapore durante le eruzioni vulcaniche.

5.9 Acqua capillare e acqua di infiltrazione

L’

acqua meteorica è la più importante fonte di acqua sotterranea. L’acqua piovana penetra dapprima negli strati superficiali del terreno; in parte aderisce alle particelle del terreno, intorno alle quali forma uno strato sottile, e in parte continua a scendere. L’acqua che rimane aderente alle particelle del terreno è chiamata acqua capillare. L’acqua non trattenuta dalla capillarità è chiamata acqua di infiltrazione (o acqua gravitazionale) e continua a discendere fi nché non incontra rocce impermeabili. La quantità di acqua capillare presente in un suolo saturo dipende dalle dimensioni delle particelle presenti. Infatti, l’acqua capillare è trattenuta dal contatto con la superficie delle particelle; a parità di volume, molte piccole particelle trattengono una quantità di acqua superiore rispetto a poche particelle di dimensioni maggiori. Rocce formate da particelle fini, come le argille, trattengono pertanto più acqua capillare di rocce formate da elementi granulari, come le sabbie. L’acqua capillare rimane aderente alle particelle del suolo e non scende verso il basso; può essere rimossa solo dall’assorbimento da parte delle radici delle piante e dall’evaporazione nell’aria attraverso gli interstizi del suolo.

lezione 16A Le acque di falda

5.10 Permeabilità e porosità delle rocce

L

a permeabilità e la impermeabilità delle rocce all’acqua dipendono dalla porosità, cioè dalla presenza di spazi vuoti tra i granuli che compongono le rocce (figura 5.17). La permeabilità è la proprietà di un materiale di lasciarsi attraversare da sostanze liquide. La permeabilità di un terreno viene misurata come tempo necessario perché un dato volume d’acqua lo attraversi in senso verticale per un dato spessore. La porosità si esprime in percentuale di spazio vuoto rispetto al volume totale della roccia. Una sabbia, i cui granuli sono relativamente distanti tra loro, è un esempio di materiale di elevata porosità e permeabilità. Se i pori della roccia sono molto piccoli, l’acqua aderisce alle loro pareti e non riesce a scorrere. Un’argilla, anche se moderatamente porosa, è impermeabile. Il termine acquifero indica un corpo roccioso sufficientemente permeabile da lasciarsi attraversare per gravità dalle acque di infiltrazione, ma capace di trattenerne in quantità utile per alimentare sorgenti e pozzi. Per esempio, l’arenaria è un ottimo acquifero.

A

Pori

ARENARIA B

ARGILLA FIGURA 5.17 … (A), l’arenaria è una roccia permeabile perché è formata da granelli di sabbia separati da pori di dimensioni relativamente ampie. (B), l’argilla è una roccia impermeabile poiché i pori tra le particelle di argilla sono così fni da non permettere lo scorrimento dell’acqua.

5.11 Falde freatiche

L’

acqua penetrata nel terreno si arresta al di sopra di uno strato impermeabile, dove si accumula e occupa tutti gli spazi disponibili. Sabbia

씰 La zona occupata dall’acqua si chiama falda freatica. Le acque che si

trovano nella falda freatica formano la falda idrica.

Zona vadosa

La superficie che delimita superiormente la falda freatica è chiamata superficie freatica (figura 5.18). Al di sopra della superficie freatica le rocce sono attraversate dall’acqua; al di sotto della superficie freatica i pori della roccia sono completamente saturi d’acqua. Lo strato di terreno attraversato dall’acqua di infiltrazione prima di raggiungere la superficie freatica è detta zona aerata o zona vadosa. I pori della roccia dello strato aerato non sono saturi d’acqua, ma contengono acqua capillare e aria. La superficie freatica non è fissa, ma si innalza e si abbassa in relazione all’abbondanza delle precipitazioni. Dopo un prolungato periodo di abbondanti piogge, ad esempio, la superficie freatica si avvicina alla superficie del suolo e può addirittura affiorare formando zone acquitrinose (figura 5.19 A). Nei periodi secchi, la superficie freatica si abbassa e la falda freatica si riduce di spessore (figura 5.19 B). Se non vi è prelievo d’acqua, la superficie freatica segue l’andamento della superficie topografica.

A

Falda affiorante Lago

Superficie freatica

Superficie freatica

Calcare

Falda freatica Argilla

FIGURA 5.18 … L’acqua si infltra nel terreno e si arresta quando incontra uno strato impermeabile, occupando tutti gli strati disponibili e impregnando lo strato permeabile fno alla superfcie freatica.

FIGURA 5.19 † (A), dopo un prolungato periodo di pioggia la superfcie freatica si spinge molto in alto e può anche afforare. (B), dopo un periodo di siccità la superfcie freatica si abbassa e la falda freatica si riduce di spessore.

B

Lago

Superficie freatica Falda freatica

Falda freatica

A/89

CAPITOLO 5A Le acque continentali

FIGURA 5.20 „ Carta a isofreatiche del basso corso del fume Esino, nelle Marche. La falda freatica occupa sedimenti fuviali permeabili costituiti da sabbie e ghiaie fuviali.

2 km

3530

10

15

tico dria eA

2520

Mar

(105) Galoppo

50 45 40

5

0 Chiaravalle

F. E

si

no

Falconara Marittima

FIGURA 5.21 † La superfcie freatica tende a seguire l’andamento della superfcie topografca del terreno. L’acqua di falda fuisce lentamente secondo linee di defusso sotterranee.

Superficie freatica

FIGURA 5.22 † (A), la falda freatica si forma sopra uno strato impermeabile. Quando la superfcie freatica intercetta la superfcie terrestre, l’acqua della falda freatica fuoriesce e forma una sorgente; (B), la falda artesiana si forma tra due superfci impermeabili.

L’andamento dello strato impermeabile di base di una falda freatica e la posizione della superficie freatica forniscono utili e importanti informazioni per lo sfruttamento della falda. La conoscenza della posizione della base e della superficie della falda consente di stimare il volume della roccia satura di acqua. Nota la porosità, si può calcolare il contenuto in acqua della falda. La posizione e l’andamento della superficie freatica nei terreni permeabili è in genere rappresentata nelle carte da linee isofreatiche, linee che uniscono i punti di uguale quota della superficie freatica sul livello del mare (figura 5.20). Le acque sotterranee si muovono nel sottosuolo con velocità modesta e defluiscono verso il mare. La superficie freatica è più alta sotto i rilievi e si abbassa negli avvallamenti (figura 5.21). Gli strati impermeabili al di sotto della falda possono essere variamente inclinati e situati a profondità diversa. Se la superficie freatica interseca la superficie terrestre, l’acqua di falda emerge. Si origina così una sorgente (figura 5.22 A). Durante i periodi di siccità le sorgenti possono ridurre notevolmente la propria portata e alcune possono addirittura inaridirsi completamente. Fin dall’antichità sono stati scavati pozzi che consentono di prelevare le acque sotterranee. I pozzi sono perforazioni che arrivano al di sotto della superficie freatica. L’acqua riempie lo scavo fino a raggiungere il livello della superficie della falda e può essere attinta (figura 5.22 B).

Superficie freatica

Sorgente A

B Pozzo freatico Pozzo artesiano Falda freatica

Strato impermeabile Strato impermeabile

Falda artesiana Strato impermeabile

A/90

lezione 16A Le acque di falda

5.12 Falde imprigionate

U

n acquifero compreso tra due strati impermeabili è teoricamente isolato dall’acqua di infiltrazione, che non transita attraverso lo strato impermeabile posto sopra l’acquifero; ma dove questo strato non è continuo, l’acqua di infiltrazione ha accesso all’acquifero e vi si accumula, intrappolata nello spazio delimitato dagli strati impermeabili adiacenti all’acquifero, che la obbligano a rimanere in uno spazio confinato. Si origina così una falda imprigionata o artesiana (figura 5.23).

d

ANIMAZIONE

Le falde idriche

Superficie piezometrica

Sabbia

Falda imprigionata

FIGURA 5.23 ƒ In una falda imprigionata l’acqua si infltra nello strato permeabile compreso tra due strati impermeabili. In un pozzo scavato nella falda imprigionata, la pressione fa risalire l’acqua e in alcuni casi la fa anche zampillare.

Argilla

Pozzo artesiano saliente

Pozzo artesiano zampillante

A causa dell’inclinazione dell’acquifero, l’acqua freatica si accumula senza potersi diffondere lateralmente. L’acqua della falda non può raggiungere la superficie, perché è bloccata dallo strato impermeabile. Nelle falde imprigionate l’acqua si trova pertanto sotto pressione, come se scorresse in una condotta forzata, e tende a risalire spontaneamente quando lo strato impermeabile che la sovrasta viene perforato. La superficie alla quale l’acqua arriverebbe se non esistesse la copertura impermeabile è detta superficie piezometrica. Se si scava un pozzo in una falda imprigionata, l’acqua risale spontaneamente e raggiunge un livello che viene definito livello piezometrico. Se la bocca del pozzo è situata al di sotto del livello piezometrico, l’acqua zampilla (pozzo artesiano zampillante); se invece la bocca del pozzo sovrasta il livello piezometrico, l’acqua risale senza raggiungere la superficie (pozzo artesiano saliente). È possibile rappresentare l’andamento della superficie piezometrica di una falda imprigionata, individuando le linee che uniscono i punti di questa superficie che si trovano alla stessa quota. Le linee che si ottengono sono chiamate linee isopieze e sono assimilabili alle isofreatiche.

Come si determina la porosità di una roccia? Che cos’è un pozzo? Come si forma una falda imprigionata? Come è chiamato il livello raggiunto dall’acqua nei pozzi scavati in una falda imprigionata? 26 Quando si utilizza un pozzo, è sempre ne22 23 24 25

A

APPROFONDIMENTI

• Impoverimento delle riserve acquifere • Acqua nel Sahara

cessario provvedere a pompare verso l’alto l’acqua? Spiega brevemente la tua risposta. 27 Quali sono le differenze tra pozzi artesiani zampillanti e pozzi artesiani salienti? 28 Qual è il serbatoio defnitivo verso il quale confuiscono le acque sotterranee continentali?

A/91

METTITI alla PROVA

18 Che cos’è l’acqua fossile? 19 Che cos’è l’acqua juvenile? 20 Quale differenza c’è tra acqua di infltrazione e acqua capillare? 21 Perché è possibile annaffare le piante d’appartamento anche mettendo acqua nella ciotola sotto il vaso?

Le oasi rappresentano i punti di emergenza di falde artesiane. Nel Sahara un’enorme falda profonda alimenta varie oasi; questa falda ha come zona di ricarica i rilievi del Tibesti e arriva fno al fume Nilo.

CAPITOLO 5A Le acque continentali

lezione 17A >

L’acqua solida

5.13 I ghiacciai e il limite delle nevi perenni

I

valori del punto di fusione e del punto di ebollizione dell’acqua sono tali da rendere possibile, sul nostro pianeta, l’esistenza di questa fondamentale sostanza allo stato aeriforme, liquido e solido. Durante l’inverno nelle regioni molto fredde interi corsi d’acqua e laghi possono ricoprirsi di spesse lastre di ghiaccio e persino le acque marine possono passare allo stato solido. Nelle zone montuose e alle alte latitudini l’acqua allo stato solido è presente anche durante la stagione estiva e si accumula in strutture a volte imponenti chiamate ghiacciai.

씰 Un ghiacciaio è una grande massa di ghiaccio, derivante dalla com-

pattazione e dalla ricristallizzazione di masse nevose, che occupa gli avvallamenti delle regioni montuose e di quelle polari, al di sopra del limite delle nevi perenni. 씰 Il limite delle nevi perenni indica la quota al di sopra della quale la

neve caduta nella stagione fredda non fonde completamente durante la stagione calda. Il ghiaccio di un ghiacciaio non ha origine da acqua liquida, ma da neve, acqua già allo stato solido (figura 5.24). FIGURA 5.24 „ I cristalli di neve si depositano su strati di neve già compattata. L’aria, abbondante nello strato di neve fresca, è espulsa dallo strato sottostante. Nello strato più basso la neve fonde e ricongela trasformandosi in ghiaccio.

Neve

Neve compatta

REST / ISTOCKPHOTO

Ghiaccio

A/92

lezione 17A L’acqua solida

La neve è formata da cristalli molto leggeri, che si posano al suolo e si accumulano. I cristalli di neve si assestano, si compattano sotto la pressione degli strati sovrastanti e si trasformano in granuli di ghiaccio. Il primo stadio è quello di nevaio, in cui i cristalli di ghiaccio fondono e ricristallizzano in granuli. Successivamente la compattazione dei granuli e l’infiltrazione di acqua, che va a riempire gli interstizi tra un granulo e l’altro e poi gela, trasformano il nevaio in ghiacciaio. I ghiacciai si formano solo al di sopra del limite delle nevi perenni. La quota a cui si trova il limite delle nevi perenni dipende da numerosi fattori, legati alle condizioni climatiche globali e locali. I fattori che influenzano la quota delle nevi perenni sono la temperatura dell’aria, l’entità delle precipitazioni, i venti prevalenti e l’umidità dell’aria. Il limite delle nevi perenni mostra ampie variazioni: alle basse latitudini, dove il clima è caldo, il limite si colloca tra 4 000 e 6 000 metri (figura 5.25). Alle medie latitudini, in cui si trova l’Italia, il limite è più basso. Sulle Alpi, ad esempio, il limite delle nevi perenni si trova tra 2 400 e 3 200 metri. Nelle regioni delle alte latitudini, dove la temperatura è sempre molto bassa, il limite si sposta a poche centinaia di metri di quota, fino a raggiungere il livello del mare in prossimità dei poli.

Alte latitudini

La densità della neve dei nevai è di circa 0,6 g/cm3; quella del ghiaccio dei ghiacciai arriva anche a 0,9 g/cm3.

Nel nostro emisfero i versanti a nord, che non ricevono direttamente i raggi del Sole, sono favoriti per la formazione dei ghiacciai.

FIGURA 5.25 ƒ All’aumentare della latitudine si abbassa di quota il limite delle nevi perenni.

Medie latitudini

Equatore

500 km

5.14 Ghiacciai continentali e ghiacciai montani 1000

1500 2000

I

ghiacciai, a seconda della loro forma e delle loro dimensioni, sono divisi in due categorie: ghiacciai continentali e ghiacciai montani. I ghiacciai continentali, detti anche inlandsis, ricoprono vastissime aree in modo pressoché uniforme. Sono ghiacciai continentali quelli che ricoprono interamente l’Antartide, la Groenlandia (figura 5.26) e, parzialmente, l’Islanda, la Norvegia, l’isola di Baffin e l’arcipelago canadese. L’andamento della superficie del ghiacciaio è indipendente dalla morfologia del substrato roccioso; soltanto qua e là, specie verso la periferia, emergono cime e creste montuose. Nelle zone marginali, il ghiacciaio si divide spesso in lingue che possono arrivare fino al mare (figura 5.27).

Groenlandia 2500

Calotta glaciale 3000

B

A

2500

FIGURA 5.26 „ Distribuzione areale e spessore del grande inlandsis, il ghiacciaio continentale che ricopre la Groenlandia e delle piccole cappe di ghiaccio dell’Islanda e dell’Artico canadese. L’Antartide e la Groenlandia assieme contengono circa il 99% dei ghiacciai esistenti sulla Terra. I ghiacciai continentali hanno la forma di una lente biconvessa, con uno spessore che nell’inlandsis antartico raggiunge i 3000 m.

4000 2000 0

A/93

A

Ghiaccio

B

CAPITOLO 5A Le acque continentali

BRITISH ANTARCTIC SURVEY / SCIENCE PHOTO LIBRARY

TOM BEAN

BERNHARD EDMAIER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

FIGURA 5.27 „ (a lato) Vista aerea del ghiacciaio di Hubbard (Alaska) che entra nel mare. Si vede una nave davanti al ghiacciaio. Quando i ghiacciai continentali raggiungono il mare, la fronte si trova a galleggiare sulle acque. A causa delle escursioni di marea, il livello delle acque varia continuamente e di conseguenza varia la spinta di galleggiamento del ghiacciaio. La parte terminale della fronte si trova sottoposta a uno sforzo enorme, che causa il distacco di grossi blocchi di ghiaccio (foto in basso); questo processo è conosciuto come «parto» e gli iceberg formati in questo modo sono detti «neonati».

FIGURA 5.28 … Ghiaccio del pack. Blocchi galleggianti di banchisa (ghiaccio marino).

La vedretta è un ghiacciaio minore posto su un ripido pendio.

A/94

Al polo sud sono presenti terre emerse perennemente coperte da spessi ghiacciai continentali. I ghiacci del polo nord hanno una origine diversa: essi si formano per solidificazione dell’acqua marina. Al polo nord mancano terre emerse, c’è solo mare ghiacciato in superficie. Il ghiaccio marino vero e proprio forma un crostone continuo, detto banchisa, che può accrescersi in seguito alle precipitazioni nevose e anche suddividersi in giganteschi lastroni galleggianti, il cosiddetto pack (figura 5.28). Lo spessore della banchisa supera solo raramente i cinque metri. Questo perché le acque marine sottostanti, isolate termicamente, mantengono una temperatura sufficiente a far fondere lo strato inferiore della banchisa man mano che questa si ispessisce e affonda. A differenza di quelli continentali, i ghiacciai montani hanno un’estensione locale e si trovano in tutte le catene montuose a quote superiori al limite delle nevi perenni. I ghiacciai montani sono costituiti da lunghe lingue di ghiaccio che riempiono valli di montagna. Per la loro morfologia potrebbero essere paragonati a fiumi di ghiaccio che lentamente scorrono verso valle. Come un fiume riceve le acque degli affluenti, un ghiacciaio montano può fondersi con ghiacciai di valli laterali. I ghiacciai montani si possono suddividere in vari tipi (di circo, vedrette, pedemontani, vallivi) a seconda della morfologia che assume il sistema di ghiacciai e delle valli che essi occupano. I ghiacciai più noti sono quelli vallivi, che scorrono lungo le alte vallate delle maggiori catene montuose. Essi partono da anfiteatri montani, i cosiddetti circhi glaciali, posti in genere a quote elevate. Verso valle i ghiacciai possono unirsi ad altre lingue glaciali provenienti da valli tributarie o secondarie. Diversamente da quanto accade con le acque dei fiumi, il ghiaccio dei ghiacciai tributari non si mescola con quello del ghiacciaio principale, ma rimane indipendente, si affianca al flusso principale e scorre parallelamente verso valle (figura 5.29). All’estremità di fondovalle, i ghiacciai vallivi originano numerosi rigagnoli di acqua di fusione, che scorrono da sotto il ghiacciaio e si riuniscono a formare un singolo torrente.

lezione 17A L’acqua solida

BERNHARD EDMAIER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

FIGURA 5.29 ƒ Vista aerea del ghiacciaio di Gilkey, Alaska, USA. La confuenza di più lingue glaciali dà luogo a morene mediane che si dispongono in bande allungate. Sono osservabili anche le curve annuali di sviluppo, o ogives. Queste curve convesse sono dirette verso la fronte del ghiacciaio; i lati scorrono più lentamente della zona centrale. Le curve di sviluppo sono formate da fasce scure e chiare alternate, dovute al fatto che il calore estivo ha fuso parte del ghiaccio superfciale e qui si sono accumulati detriti (morene, vedi anche fgura 7.25).

Bentley e i cristalli di neve

PER SAPERNE DI PIÙ

Nel 1880, un ragazzo statunitense, Wilson A. Bentley, osservò con il microscopio alcuni cristalli di neve e rimase colpito dalla loro bellezza. In quel tempo Bentley aveva 15 anni. Per i quaranta anni successivi si dedicò in modo sistematico a fotografare cristalli di neve. Per raccogliere i focchi al volo Bentley usava un vassoio ricoperto di velluto e con uno strumento di metallo, sottilissimo, fessibile e a punta smussata, depositava i focchi sul vetrino del microscopio. Nel 1931 Bentley pubblicò un libro da cui risultava che in quarant’anni non aveva mai trovato e fotografato due cristalli esattamente identici.

Con la sua apparecchiatura microscopica e fotografca, Wilson Bentley (1865-1931) non riuscì mai a osservare due focchi di neve uguali.

5.15 Morfologia di un ghiacciaio

L’

esistenza di un ghiacciaio dipende essenzialmente dalla quantità delle precipitazioni nevose e dai bassi valori della temperatura. L’accumulo annuale di neve che si trasforma in ghiaccio è definito alimentazione; la perdita di ghiaccio per fusione, valanghe o crolli è definita ablazione. Se l’alimentazione supera l’ablazione, se cioè il bilancio è positivo, il

A/95

CAPITOLO 5A Le acque continentali

ghiacciaio aumenta di volume, cioè avanza; nel caso contrario, il ghiacciaio diminuisce di volume e si ritira. In un ghiacciaio si individuano alcuni elementi morfologici caratteristici (figura 5.30). Il bacino collettore è la zona di alimentazione di un ghiacciaio, il bacino ablatore è la parte in cui si ha fusione. Il bacino ablatore si trova sotto il limite delle nevi perenni. La fronte del ghiacciaio è la parte terminale della massa di ghiaccio verso valle. Gli enormi ghiacciai continentali formano calotte che ricoprono estese superfici e sono spessi centinaia o migliaia di metri. I ghiacciai montani sono in genere di forma allungata, perché occupano conche e valli che essi stessi hanno scavato. In alcuni casi i ghiacciai montani si spingono verso il fondovalle con lobi e lingue, in altri casi rimangono confinati nelle parti più alte.

A

„ (A), bacino collettore, dove si deposita neve che si trasforma in ghiaccio. (B), bacino ablatore, dove prevale la fusione. (C), fronte, la parte terminale del ghiacciaio. Il ghiaccio scende in profondità nella zona di accumulo, mentre risale verso la superfcie nella zona di ablazione, specie vicino alla fronte.

Bacino collettore

FIGURA 5.30

Crepacci

B Bacino ablatore

C Fronte

5.16 Il ghiacciaio in movimento

U

d

n ghiacciaio sembra un’immensa massa compatta, stabile e immutabile. In realtà tutti i ghiacciai si muovono regolarmente sotto l’azione della forza di gravità. Nella maggior parte dei casi però, il moto appare lento e inavvertibile a un osservatore che non effettui controlli sistematici. Il lento movimento del ghiacciaio è provocato dal suo stesso peso. Lo strato alla base del ghiacciaio, in prossimità del suolo, è parzialmente fuso. Gli strati di ghiaccio sovrastanti esercitano una forte pressione, che favorisce il passaggio dell’acqua allo stato liquido. Il cuscinetto di acqua e ghiaccio presente alla base del ghiacciaio agisce da lubrificante e consente lo spostamento del ghiacciaio per scivolamento. Nei ghiacciai di un certo spessore il movimento non avviene come quello di un blocco rigido che scivola sulla roccia di base. Gli strati di base, pur scivolando, sono più lenti, perché risentono dell’attrito con la roccia. La velocità dello spostamento dipende dalla pendenza della superficie su cui poggia il ghiacciaio e dalla presenza di irregolarità o contropendenze nelle rocce di fondo. I valori di velocità sono molto bassi nelle parti centrali dei ghiacciai continentali, mentre sono maggiori nei ghiacciai montani, dell’ordine di decine o centinaia di metri all’anno (figura 5.31).

ANIMAZIONE

Il profilo longitudinale di un ghiacciaio

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lezione 17A L’acqua solida

FIGURA 5.31 ƒ I ghiacciai si muovono attraverso due meccanismi principali: il fusso plastico e lo scivolamento basale. (A), il fusso plastico prevale nei ghiacciai continentali, dove il ghiaccio al fondo del ghiacciaio è saldato al substrato roccioso. A causa dell’attrito, la velocità di movimento diminuisce dall’alto verso la base. (B), lo scivolamento basale prevale nei ghiacciai montani, in cui la pressione del ghiaccio soprastante fa fondere l’acqua alla base del ghiacciaio, la quale agisce da lubrifcante.

Acqua allo stato liquido

A

B

Gli strati centrali del ghiaccio acquistano proprietà plastiche a causa delle forti pressioni a cui sono sottoposti. In queste condizioni, il ghiaccio si comporta come un fluido altamente viscoso, assume la forma del bacino che lo accoglie e fluisce lentamente verso il basso. La velocità di scorrimento del ghiacciaio non è uniforme in tutta la sezione, ma è più alta nella parte centrale, dove il ghiaccio non risente dell’attrito con le rocce. Nella parte superficiale del ghiacciaio, dove la pressione non raggiunge valori elevati, il ghiaccio si comporta come un corpo rigido. I movimenti differenziali degli strati determinano la frantumazione del ghiaccio in blocchi e la formazione di profonde fenditure, dette crepacci (figura 5.32). I crepacci spesso si incrociano isolando blocchi e guglie di ghiaccio, i seracchi. Con il lento movimento verso il basso i ghiacciai raggiungono zone che si trovano al di sotto del limite delle nevi perenni; qui il ghiaccio comincia a fondere. I ghiacciai delle regioni polari nel loro moto discendente incontrano il mare. I ghiacciai che mettono in comunicazione i ghiacciai continentali con il mare sono chiamati ghiacciai emissari. La velocità di scorrimento dei ghiacciai emissari è molto alta, dell’ordine di 1 km/anno. La spinta idrostatica che si esercita sul ghiaccio che raggiunge il mare determina la frantumazione del ghiaccio e la formazione di iceberg (figura 5.33). Gli iceberg sono vere e proprie montagne di ghiaccio, che possono andare alla deriva per lunghe distanze prima di fondere completamente.

FIGURA 5.32 … I crepacci si formano per il differente spostamento tra strati di ghiaccio superfciali e profondi.

GETTY IMAGES

FIGURA 5.33 ƒ Un iceberg galleggia in mare aperto. Le dimensioni sono facilmente intuibili paragonando la sagoma dell’elicottero con la maestosa imponenza dell’iceberg.

Gli iceberg più grandi e più pericolosi si distaccano dall’Antartide, dove il 30% dell’intera linea costiera, vale a dire circa 11 000 km, consiste di piattaforme di ghiaccio. Queste piattaforme rappresentano la propaggine in mare della calotta glaciale, e perciò sono bene ancorate alla terraferma. Occasionalmente le fratture nelle piattaforme di ghiaccio provocano il distacco di blocchi giganteschi. Si tratta di vere e proprie isole di ghiaccio più che di iceberg, la cui superfcie può essere anche di centinaia di km2.

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CAPITOLO 5A Le acque continentali

L’inquinamento delle acque continentali

METTITI alla PROVA

Un uomo, in condizioni di ristrettezza, può sopravvivere con 2 litri di acqua al giorno, ma se vive in un Paese europeo o negli Stati Uniti, consuma in media, per le attività domestiche, più di 200 litri di acqua al giorno. Questa quantità aumenta vertiginosamente (fno a 2800 litri pro capite in Italia e oltre 5000 litri negli USA), se si considera il consumo complessivo che comprende l’impiego dell’acqua anche per l’agricoltura e per l’industria. Queste enormi quantità sono sottratte ai fumi, ai laghi, ai bacini artifciali

e alle falde sotterranee. Le riserve di acqua tendono a ridursi progressivamente anche in seguito ad un uso improprio e in molti casi irresponsabile di questa preziosa sostanza. L’acqua estratta dai serbatoi naturali raramente è adatta agli utilizzi che se ne devono fare; nella maggioranza dei casi essa deve essere trattata per eliminare tutti i materiali che contiene in sospensione o stratifcati in superfcie, la carica batterica e alcune delle sostanze che porta in soluzione. Il trattamento delle acque richiede molti interventi e quindi molta energia e diviene via via più dispendioso all’aumentare del loro livello di inquinamento. In molti Paesi del mondo, grandi quantità di acqua potabile si disperdono lungo la rete degli acquedotti, perché non si procede a interventi di ristrutturazione e di riparazione delle tubature, se non in casi di estrema necessità. In Italia in particolare, dove già in partenza i consumi pro capite sono altissimi (superando, ad esempio, nettamente quelli di Francia e Germania), esistono 150 mila km di condutture fatiscenti che comportano più del 35% di perdite lungo la distribuzione. Nelle aree a elevata densità di popolazione che costeggiano laghi e fumi, le acque fognarie dovrebbero essere trattate negli impianti di depurazione, che però sono spesso insuffcienti. Il mancato o incompleto trattamento di depurazione genera un inquinamento delle acque dolci di tipo biologico, che dipende da un eccessivo apporto di acque refue o ricche di nutrienti. L’inquinamento viene defnito chimico quando gli inquinanti sono metalli pesanti o prodotti organici di sintesi riversati dalle industrie (fgura a lato) o utilizzati in agricoltura. Un gruppo di sostanze inquinanti molto diffuse sono gli idrocarburi. L’inquinamento da idrocarburi si verifca soprattutto nei laghi a causa dei rilasci delle imbarcazioni turistiche e di collegamento. L’inquinamento termico è quello provocato da industrie e centrali termoelettriche in cui si utilizza nel processo acqua di raffred-

29 Che cosa s’intende con il termine nevaio? 30 Quanto tempo mediamente impiega a formarsi il ghiaccio di un ghiacciaio? 31 Quale valore ha la densità della neve di un ghiacciaio? E la densità del ghiaccio di un ghiacciaio? 32 Che cosa s’intende con l’espressione «limite delle nevi perenni»?

33 Nell’emisfero boreale si formano più facilmente ghiacciai nei versanti nord o sud di una montagna? Motiva la tua risposta. 34 Qual è la differenza tra ghiacciai montani e ghiacciai continentali? 35 Quali sono le regioni che assieme contengono circa il 99% dei ghiacciai della Terra? 36 Che differenza c’è tra banchisa e pack?

1 è diffuso su tutto il globo, dalle zone più popolose ai ghiacci dell’Antartide; 2 è strettamente collegato all’inquinamento di aria, suoli e oceani; 3 si presenta in forme diverse: può essere termico, biologico, chimico e radioattivo; 4 le modalità delle contaminazioni, di qualunque natura esse siano (naturali, accidentali o dolose), sono piuttosto differenziate; esse si verifcano inoltre in diversi momenti e punti del percorso compiuto dalle acque dolci fno al mare; 5 col passare del tempo tenderà ad aggravarsi e a diffondersi e sarà sempre più complesso e costoso il ripristino di condizioni accettabili che non comportino rischi per la salute umana e delle altre specie viventi; 6 a causa dei costi elevati dei trattamenti di bonifca e potabilizzazione delle acque superfciali e profonde, tutti gli effetti deleteri dell’inquinamento ricadono soprattutto sulle popolazioni più povere del pianeta.

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damento, che viene poi direttamente immessa nelle acque superfciali, riscaldandole oltre misura. L’inquinamento radioattivo è dovuto alla contaminazione da parte di isotopi radioattivi liberati in atmosfera e poi trasferiti dalle precipitazioni alle acque superfciali o presenti in rifuti di ospedali, centrali nucleari e centri di ricerca, stoccati in modo improprio in ambienti in cui possono entrare in contatto con la falda sotterranea. Non è semplice stabilire quando e dove si verifcano tutte le contaminazioni da parte degli agenti inquinanti. In genere le acque più pure sono quelle che derivano dalle precipitazioni atmosferiche o che percorrono lunghi tratti in profondità dove subiscono vari tipi di purifcazioni da parte di particolari rocce o sedimenti. I livelli di inquinamento sono massimi in prossimità dei punti di rilascio da parte degli insediamenti urbani e industriali e vicino alla foce dei corsi d’acqua, dove gli accumuli sono inevitabilmente molto alti.

ROBERT BROOK / SCIENCE PHOTO LIBRARY

PER SAPERNE DI PIÙ

L’inquinamento delle acque dolci ha molti aspetti in comune con l’inquinamento delle acque marine, ma spesso si presenta in modo più intenso e suscita una preoccupazione ancora maggiore a causa del ruolo cruciale che l’acqua dolce ha nel futuro dell’umanità. Per avere un quadro completo dell’inquinamento delle acque dolci è necessario sapere che:

37 Che cos’è un circo glaciale? 38 Dai una defnizione di bacino collettore, di bacino ablatore e di fronte del ghiacciaio. 39 Gli strati di base di un ghiacciaio si muovono più velocemente o più lentamente degli strati superfciali? Giustifca la tua risposta. 40 Quale differenza c’è tra crepacci e seracchi? 41 Che cosa sono i ghiacciai emissari?

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE CONOSCENZE 씰

Domande a risposta multipla (scegli il/i completamento/i corretto/i)

1 Le acque continentali: a comprendono soltanto i ghiacciai e i fumi; b comprendono corpi idrici ben identifcati interni ai continenti; c si trovano solitamente a quote più alte del livello del mare; d hanno in genere una concentrazione di sostanze disciolte inferiore al 2‰. 2 Nel calcolo del bilancio idrologico: a si mettono in relazione le precipitazioni e l’evapotraspirazione, senza tener conto di altri parametri; b l’evapotraspirazione viene solitamente misurata direttamente con appositi strumenti; c se le precipitazioni superano l’evapotraspirazione si parla di immagazzinamento dell’acqua come riserva e di bilancio idrico attivo; d le precipitazioni si misurano con i pluviometri. 3 Il bacino idrografco: a è costituito dal territorio che rifornisce di acque un fume; b è costituito dall’acqua che si canalizza nei fumi di una data zona; c è detto anche bacino imbrifero; d corrisponde sempre al bacino idrogeologico. 4 Il bacino idrogeologico: a è delimitato dallo spartiacque sotterraneo; b è separato dai bacini adiacenti dalla linea spartiacque; c può essere rifornito anche da acque meteoriche provenienti da bacini imbriferi diversi; d è limitato dalla portata degli affuenti. 5 a b c d

La portata di un fume: aumenta dalla sorgente alla foce; è il volume d’acqua che arriva alla foce; si misura in m3/minuto; è indipendente dall’ampiezza del bacino idrografco.

6 Il regime di un corso d’acqua: a defnisce le sue caratteristiche idrologiche; b è costituito dalle variazioni della sua portata nell’unità di tempo; c è indipendente dalla topografa del territorio;

씰

Quesiti

18 Spiega in che cosa consiste la differenza tra bacino idrografco e bacino idrogeologico. 19 Distingui tra portata e regime di un fume. 20 Indica i fattori che possono infuenzare il regime di un corso d’acqua. 21 Cosa rappresentano nelle carte le linee isopieze?

d rappresenta la quantità di acqua che cade all’interno di un bacino in un anno. 7 a b c d

Un corso d’acqua è detto torrente quando: è breve e scorre in forte pendenza; ha una portata assai variabile; ha frequenti periodi di assenza totale d’acqua; non riceve acqua da affuenti.

8 Le acque di un lago: a sono più trasparenti delle acque marine; b presentano più materiale in sospensione rispetto alle acque marine; c hanno la temperatura che dipende dalle condizioni climatiche locali; d non sono quasi mai in grado di mitigare il clima del territorio circostante. 9 L’acqua capillare: a può scendere fnché non incontra rocce impermeabili; b viene rimossa dall’assorbimento radicale e dall’evaporazione; c è trattenuta per adesione dalle particelle del terreno; d è più abbondante nelle rocce formate da frammenti grossolani di sedimenti. 10 L’acqua di infltrazione: a si muove verso il basso per effetto della gravità; b è trattenuta negli interstizi del suolo a causa della tensione superfciale; c riempie i pori più grandi del suolo; d può risalire verso l’alto se i pori sono di piccole dimensioni. 11 È esatto dire che: a se i pori delle rocce sono piccoli la permeabilità è elevata; b la falda idrica è la zona occupata dall’acqua penetrata nel terreno; c i pori delle rocce della zona vadosa contengono acqua capillare e aria; d l’acqua di falda può emergere se la superfcie freatica interseca la superfcie terrestre.

c è detta superfcie piezometrica quella in cui l’acqua può risalire liberamente; d se la bocca di un pozzo si trova al di sotto del livello piezometrico l’acqua zampilla. 13 a b c d

Il pozzo rappresentato è un: pozzo freatico; pozzo artesiano saliente; pozzo artesiano zampillante; acquifero.

Livello dell’acqua

14 La superfcie freatica: a subisce oscillazioni in funzione della piovosità; b è il limite superiore delle acque della falda; c non si può trovare mai al di sopra della superfcie del terreno; d è indipendente dalla morfologia del terreno. 15 Gli elementi caratteristici di un ghiacciaio sono: a il bacino collettore; b il bacino scolmatore; c il bacino ablatore; d la fronte. 16 a b c d

Gli iceberg delle regioni artiche provengono: da congelamento dell’acqua marina; da circhi glaciali; da ghiacciai continentali; da rottura del pack.

12 È esatto dire che: a in un pozzo scavato in una falda imprigionata l’acqua risale spontaneamente; b viene detto pozzo artesiano un pozzo scavato nella falda idrica;

17 La velocità di scorrimento di un ghiacciaio: a è elevata nei ghiacciai emissari; b è maggiore nei ghiacciai montani rispetto ai ghiacciai continentali; c è indipendente dalla pendenza della superfcie su cui poggia il ghiaccio; d è maggiore nella parte centrale del ghiacciaio, per il minore attrito con le rocce del fondo.

22 Quando mancano gli immissari e/o gli emissari, da che cosa sono determinati gli apporti e le perdite dei laghi? 23 Descrivi l’evoluzione nel tempo di un lago. 24 Qual è l’utilizzo dei laghi artifciali? 25 Qual è la differenza tra falda freatica e falda idrica? 26 Perché il confne tra zona aerata e falda freatica

varia nel tempo? 27 Quali conseguenze provoca l’eccessivo sfruttamento delle falde acquifere? 28 Descrivi la formazione del ghiaccio dallo stadio di nevaio a quello di ghiacciaio. 29 In quali tipi si possono suddividere i ghiacciai montani? Quali sono le caratteristiche che determinano una tale suddivisione?

A/99

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE ABILITÀ 씰

Quesiti

30 Spiega che cosa sono e che cosa delimitano gli spartiacque sotterranei. 31 Chiarisci il rapporto tra il fume e il suo bacino idrografco, confrontando i concetti di affusso meteorico e di defusso. 32 Per determinare il regime di un fume ai fni di interventi nel territorio, è suffciente valutarne la portata per un certo numero di mesi? Giustifca la tua risposta.

씰

Esercizi

41 In una località imprecisata, lo scorso mese di ottobre piovve abbondantemente per 2 giorni. L’evento fu monitorato durante i due giorni in cui si verifcarono le precipitazioni e nei due giorni successivi, relativamente al defusso dell’acqua nei fumi e allo scorrimento nella falda freatica. In fgura sono riportati i tre grafci relativi alle precipitazioni (curva blu), al defusso o scorrimento superfciale (curva viola) e allo scorrimento da infltrazione nella falda freatica (curva rossa).

33 Uno stagno rappresenta sempre la seconda fase dello stadio evolutivo di un lago? Giustifca la tua risposta. 34 Perché le acque lacustri sono normalmente meno trasparenti delle acque marine? 35 Come si può calcolare il contenuto di acqua di una falda? 36 Che cosa distingue un pozzo freatico da un pozzo artesiano? 37 Ritieni che i pozzi artesiani zampillanti si presentino più facilmente nella parte rilevata di

una falda imprigionata, oppure nella parte a valle? E i pozzi artesiani salienti? 38 Il ghiaccio di un ghiacciaio si forma in modo diverso da qualsiasi altro sistema ghiacciato naturalmente presente sulla Terra. Spiega in che cosa consiste la differenza. 39 Spiega da che cosa è provocato il movimento di un ghiacciaio verso valle e le modalità con cui esso avviene. 40 Che cosa accade in un bacino idrografco in cui l’affusso supera il defusso?

42 Nella fgura in basso è rappresentata la sezione di una zona collinare, in cui è presente una falda acquifera compresa tra due strati di argilla (impermeabile). Sono stati scavati due pozzi, nei punti A e B, che pescano nella falda; si può anche osservare un punto C, dove si registra una breve interruzione dello strato di argilla.

44 Nella tabella seguente è riportata la quota delle nevi perenni in corrispondenza di alcune montagne e località.

a Quali caratteristiche possiede la roccia in cui è presente la falda freatica? b In quale dei pozzi l’acqua deve essere pompata o sollevata fno alla superfcie ed in quale risale spontaneamente? Motiva le tue risposte.

Limite della neve perenne (m)

Latitudine

Monte Kenya

5 500

40¡ N

Pizzo del Diavolo di Tenda

3 200

46¡ N

Svartisen (Norvegia)

1 500

67¡ N

Pack artico

1.500

80¡ N

Localitˆ

a Usando i dati della tabella, traccia un grafco mettendo latitudine in ascissa e quota delle nevi perenni in ordinata. Riporta poi nel grafco il punto che descrive il monte Cairn Gorm (Scozia), che ha un’altezza di 1 245 m e una latitudine di 57° N. b Puoi aspettarti sul monte Cairn Gorm una cima con neve perenne? Motiva la tua risposta.

c Può uno dei due pozzi essere defnito artesiano? Se sì, quale? Motiva la tua risposta. d Che cosa avviene nel punto C?

E. Carsici

D. Craterici

C. Di origine tettonica

B. Di sbarramento

43 Dei laghi riportati in tabella indica con una crocetta l’origine corrispondente.

A. Glaciali

a Quando è iniziato a piovere e quando è cessata la pioggia? b Quando c’è stato il picco massimo di piovosità? c Qual era il valore del defusso superfciale quando è iniziato a piovere? Quale al momento del massimo delle precipitazioni? Che variazione c’è stata rispetto all’inizio della pioggia? d Qual è il valore massimo del defusso superfciale e quante ore circa dopo la fne della pioggia più violenta si è verifcato? e Di quanto è aumentato il defusso superfciale da quando ha iniziato a piovere fno quando esso ha raggiunto il suo valore massimo? f In quale modo puoi spiegare il ritardo tra la caduta della pioggia e il massimo del defusso superfciale? g Dopo quanto tempo il defusso superfciale è passato dal suo valore massimo a un valore simile a quello iniziale? Perché? h Ritieni che il terreno nella zona studiata sia permeabile o impermeabile? Da che cosa lo puoi dedurre?

45 Ogni disegno rappresenta un modello delle tre strutture indicate di seguito con una lettera. Attribuisci a ciascun numero la lettera corrispondente: A = pozzo artesiano zampillante; B = pozzo; C = pozzo saliente.

1. Alleghe 2. Bajkal 3. Bolsena 4. Bracciano

씰

Questions

5. Canterno

A/100

6. Garda

46 What is the discharge of a stream, and how does it vary with velocity?

7. Scutari

47 How is snow transformed into glacial ice?

C A PI TO LO

6A

Capire il paesaggio

L

a superficie terrestre è il luogo in cui gli elementi dell’atmosfera e dell’idrosfera entrano in contatto con quelli della litosfera. Accade così che il rilievo primario, costruito dai movimenti tettonici o dall’attività vulcanica, sia continuamente mutato da processi fisico-chimico-biologici superficiali. Si tratta di una complessa serie di azioni attraverso le quali le rocce, in modo spontaneo e irreversibile, si adattano alle condizioni esistenti sulla superficie del nostro pianeta.

Santa Maddalena è l’ultimo paese della Val di Funes ai piedi del Gruppo delle Odle (Dolomiti). [ MIKADUN / SHUTTERSTOCK ]

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

lezione 18A >

Lo studio delle forme del paesaggio

6.1 Gli elementi del paesaggio La Repubblica promuove lo sviluppo della cultura e la ricerca scientifca e tecnica. Tutela il paesaggio e il patrimonio storico e artistico della Nazione. COSTITUZIONE DELLA REPUBBLICA ITALIANA

articolo 9

La Convenzione europea del paesaggio, tenutasi a Firenze il 20 ottobre 2000, defnisce il paesaggio nel modo seguente: Una determinata parte di territorio, così come è percepita dalle popolazioni, il cui carattere deriva dall’azione di fattori naturali e/o umani e dalle loro interrelazioni. Secondo questa defnizione il paesaggio è il frutto dell’azione contemporanea di processi naturali, fattori culturali ed economici e della percezione. L’infuenza dell’uomo sul paesaggio è quindi duplice: da un lato è il prodotto dei nostri interventi sul territorio e dall’altro è la raffgurazione mentale di come noi lo avvertiamo.

L

a superfcie terrestre mostra una notevole varietà di aspetti che, combinandosi e infuenzandosi a vicenda, costituiscono il paesaggio. Un paesaggio è l’insieme di tutto ciò che possiamo osservare attorno a noi. Gli elementi che costituiscono un paesaggio sono numerosi: il rilievo, il suolo, la copertura vegetale, la presenza di montagne, colline, pianure, vallate e corsi d’acqua; la natura delle rocce afforanti; i diversi tipi di vegetazione. A ciò vanno aggiunte le opere e le strutture frutto dell’intervento dell’uomo. Il particolare aspetto paesaggistico di una regione è determinato da strette relazioni tra le seguenti variabili: – litologia: le caratteristiche chimico-fsiche delle rocce; – tettonica: le deformazioni subite dalle rocce e, più in generale, dalla crosta terrestre; – clima: l’insieme delle condizioni atmosferiche; – idrografia: le caratteristiche morfologiche determinate dalle acque marine e continentali; – vegetazione: l’insieme degli organismi vegetali; – morfologia: la forma della superfcie terrestre; – interventi antropici: manufatti o prodotti dell’attività dell’uomo. Gli elementi del paesaggio variano da una zona all’altra e quindi è necessario identifcarli, procedendo a una osservazione precisa e utilizzando fotografe, carte topografche e schemi grafci. Si parte da un disegno o da una fotografa e si isolano i vari elementi del paesaggio (afforamenti rocciosi, forme del rilievo, fumi, associazioni vegetali, opere dell’uomo). In questo modo vengono costruite carte tematiche che consentono di effettuare una corretta analisi e comprensione del territorio (fgura 6.1).

A

A/102

FIGURA 6.1 ƒ Partendo da una ricostruzione ideale di un paesaggio composito e immaginario (A) possiamo «selezionare» e isolare le diverse componenti che fra loro sono strettamente interconnesse: gli elementi fsici (B), la vegetazione (C) e gli elementi antropici (D). (Disegni di FERRUCCIO CUCCHIARINI)

lezione 18A Lo studio delle forme del paesaggio

1

B

ELEMENTI FISICI: 1. linea spartiacque; 2. ghiacciaio; 3. arco morenico; 4. detriti di versante; 5. roccia esposta stratifcata; 6. roccia esposta non stratifcata; 7. cascata; 8. torrente; 9. fume immissario; 10. lago; 11. fume emissario; 12. grotta; 13. conoide; 14. calanchi; 15. accumulo di frana; 16. foce; 17. canyon; 18. suolo agricolo; 19. spiaggia; 20. scogli; 21. isola.

C

VEGETAZIONE: 1. prateria alpina; 2. bosco di conifere; 3. bosco di latifoglie; 4. prato; 5. vegetazione palustre; 6. pineta; 7. frutteto; 8. colture agricole.

D

ELEMENTI ANTROPICI: 1. diga; 2. miniera; 3. cava; 4. muro di sostegno; 5. galleria autostradale; 6. antenna per telecomunicazioni; 7. centro abitato; 8. faro; 9. porto; 10. strada; 11. autostrada; 12. ponte; 13. viadotto; 14. paravalanghe; 15. ferrovia; 16. galleria ferroviaria; 17. campi coltivati; 18. insediamento industriale.

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15

A/103

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

6.2 La geomorfologia

I

l paesaggio fsico, la sua formazione e i suoi cambiamenti sono oggetto di studio della geomorfologia.

P La geomorfologia, dal greco gê ‘Terra’, morfé ‘forma’ e logos ‘studio’,

si occupa dei lineamenti del rilievo terrestre, sia dal punto di vista descrittivo che della loro origine ed evoluzione; in particolare studia le relazioni tra la morfologia del terreno, le sue proprietà litologiche e gli agenti che lo modellano. Analizza, inoltre, la storia e i processi dinamici di un dato territorio per dedurne, con un approccio di tipo applicativo, le future modifcazioni. Lo studio delle unità morfologiche può essere fatto a diversa scala, cioè con minore o maggiore precisione: si potrebbe considerare un territorio molto esteso come un continente, oppure strutture di dettaglio come i solchi lasciati da un ghiacciaio sulle rocce. Occorre valutare anche il fattore tempo poiché le forme non sono statiche, ma in costante trasformazione. Il territorio italiano è prevalentemente montuoso. Le zone pianeggianti, se si eccettua la Pianura Padano-veneta che da sola ne costituisce oltre il 70%, si limitano a piccole estensioni costiere. Poiché buona parte del nostro Paese è delimitata dal mare, le coste risultano un elemento fondamentale del paesaggio.

Litologia, dal greco líthos ‘pietra’ e -logìa ‘trattazione’.

Una trattazione approfondida dei minerali e delle rocce sarà fatta nel volume B di questo corso.

Per «leggere» un paesaggio con cognizione di causa dobbiamo quindi conoscere, anche solo a grandi linee, quelle che nel paragrafo precedente abbiamo chiamato le «variabili» dell’aspetto paesaggistico di una regione. L’incredibile varietà di paesaggi che offre il territorio italiano (pianure, colline, laghi e fumi, alte montagne, mari con coste alte e basse) è il miglior banco di prova per acquisire l’alfabeto che ci permette di leggere le tessere che compongono il grande mosaico che forma un paesaggio. „ Litologia. Il nostro Paese può essere defnito un vero e proprio «paradiso dei geologi»: le complesse vicende geologiche del territorio hanno generato una enorme varietà di «formazioni» rocciose che si susseguono lungo la penisola. È suffciente spostarsi di poche decine di kilometri per imbattersi in diversi tipi litologici: dalle rocce sedimentarie a quelle magmatiche a quelle metamorfiche, in un ininterrotto avvicendarsi tra di esse. P Le rocce sedimentarie si formano a una certa profondità entro la cro-

sta terrestre per processi di compattazione e cementazione di sedimenti di origine detritica, chimica o organica; hanno struttura stratifcata e spesso contengono fossili. Le rocce sedimentarie sono le più diffuse dalle Alpi alla Sicilia e rappresentano l’ossatura della catena appenninica; solo la Sardegna ne è quasi priva. Le rocce terrigene (arenarie, argilliti) sono assai comuni e costituiscono larga parte dell’Appennino centro-settentrionale; le rocce carbonatiche (calcari, dolomie) formano alcune delle più famose montagne delle Alpi e dell’Appennino (Dolomiti, Prealpi lombarde e venete, Alpi Apuane, Gran Sasso, Maiella, l’intera Puglia, Massiccio del Pollino, Monti Iblei). Le rocce evaporitiche come il gesso sono presenti dalla Sicilia al Monferrato. Le pianure sono in larga misura costituite dall’accumulo di detriti alluvionali (argilla, sabbia, ghiaia) trasportati da fumi o da ghiacciai (fgura 6.2), oppure dai prodotti di eruzioni vulcaniche. P Le rocce magmatiche si formano per cristallizzazione e consolidamen-

to di una massa fusa fuida, detta magma, originatasi all’interno della crosta terrestre; si suddividono in intrusive ed effusive in base alle modalità di solidifcazione del magma (fgura 6.3). Le rocce magmatiche intrusive, prodottesi per solidifcazione del magma in profondità, sono presenti nelle Alpi, specialmente in quelle occidentali, nell’area dei Colli Euganei, in Calabria, nell’arcipelago toscano, in Sicilia e soprattutto in Sardegna. Le rocce magmatiche effusive, legate all’attività

A/104

lezione 18A Lo studio delle forme del paesaggio

A

B Tn Ts

Ao Mi

Pianura Veneto-friulana 9710 km2

Ge

Pianura Padana e romagnola 38110 km2

Bo

GUIDO ALBERTO ROSSI / TIPS

To

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Fi Pianura Pisana 1000 km2

Pg

An

Tavoliere 4 810 km2

Aq Roma

C

Cb Agro Pontino 1180 km2

Na

Ca

Pz

Ba

Cz

Campidano 1 850 km2 APT PROVINCIA DI LATINA

Pa

vulcanica di superfcie, si trovano in corrispondenza delle diverse regioni vulcaniche presenti in Italia. Alcune di queste zone vulcaniche sono attive, come per esempio l’Etna, il Vesuvio con l’area fegrea, l’arcipelago delle Eolie, altre quiescenti, come la regione tosco-laziale e il Vulture. P Le rocce metamorfche si formano generalmente in profondità nella

crosta terrestre per ricristallizzazione di rocce preesistenti in seguito a variazioni fsico-chimiche dell’ambiente originario; possono originarsi sia da rocce sedimentarie, sia da rocce magmatiche, sia da altre rocce metamorfche.

FIGURA 6.2 … (A), distribuzione delle pianure sul territorio italiano. (B), una pianura alluvionale è il prodotto dell’accumulo dei sedimenti abbandonati dai fumi, come per la maggior parte della Pianura Padana. (C), una pianura costiera è il prodotto dell’accumulo dei sedimenti fuviali con avanzamento del litorale verso il mare, come nell’Agro Pontino.

Le rocce metamorfche si possono trovare nell’arco alpino, in Sardegna, in Calabria, nel messinese e nelle Alpi Apuane (fgura 6.4).

Rocce effusive

FIGURA 6.3 ƒ Se il magma solidifca nel sottosuolo si formano rocce magmatiche intrusive. Se il magma fuoriesce in superfcie, in seguito a un’eruzione vulcanica, si formano rocce magmatiche effusive. Le rocce intrusive formano corpi denominati genericamente plutoni.

Rocce intrusive

Rocce intrusive

A/105

ANDREA PISTOLESI / GETTY IMAGES

APT PROVINCIA DI MASSA CARRARA

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

FIGURA 6.4 … Alpi Apuane. L’industria estrattiva, documentata fn dall’epoca romana, è tuttora in piena attività. La preziosa pietra bianca è utilizzata per impieghi di ogni genere, dai semplici oggetti alle più famose opere d’arte. (a destra) Panoramica dell’area delle cave di marmo.

Possibile linea di costa Costa attuale

„ Tettonica. L’Italia, eccettuata la Sardegna e parte della Carnia, è una regione abbastanza «giovane» dal punto di vista geologico e anche notevolmente complessa. Fino a pochi milioni di anni fa il territorio italiano si trovava sotto il mare. Cominciò a emergere solo quando l’Africa, spostandosi verso nord, si scontrò con l’Europa (fgura 6.5). Per prime si formarono le Alpi e solo più tardi, quando Sardegna e Corsica, che facevano parte di Spagna e Francia, si spostarono verso est, nacquero gli Appennini e si formò il Mar Tirreno. Anche la Calabria è un «frammento» di crosta europea, in origine addossato alla Sardegna. Così, durante gli ultimi cento milioni di anni si è formato il territorio del nostro Paese. L’Italia è compresa ancor oggi in un settore di crosta attivo, luogo di continui aggiustamenti tettonici, sede di grandi vulcani attivi, quali l’Etna e il Vesuvio, e di tante aree a elevata sismicità. „ Clima. L’Italia, fatta eccezione per le Alpi, rientra nella fascia di clima temperato di tipo mediterraneo, ma la presenza di montagne e colline, lo sviluppo delle coste e la notevole estensione della penisola da nord a sud determinano sensibili differenze climatiche fra le varie parti del territorio. Così, per esempio, nelle zone interne dell’Appennino centrale, dove i rilievi impediscono l’azione mitigatrice del mare, il clima ha un carattere continentale. E, mentre sulle cime più alte delle Alpi e degli Appennini il clima è di tipo nivale, in alcune parti della Sicilia il clima può presentare caratteristiche subtropicali. Gli effetti del clima sul paesaggio si manifestano principalmente attraverso l’infusso che esso esercita su altri fattori geomorfologici come la vegetazione e l’idrografa, ma spesso anche sulla tipologia degli insediamenti umani e sulle attività dell’uomo.

FIGURA 6.5 … Distribuzione delle terre emerse e dei mari intorno a 4 milioni di anni fa. L’attuale Pianura Padana era un grande golfo in continuità con l’Adriatico, mentre la dorsale appenninica costituiva una stretta e lunga penisola.

A

APPROFONDIMENTO

I climi in Italia A/106

„ Idrografia. La rete idrografca italiana, per la struttura morfologica del territorio e per la varietà delle condizioni climatiche, si presenta molto articolata nella distribuzione e nel comportamento dei suoi corsi d’acqua. A causa dell’andamento delle catene alpina e appenninica, che sono collegate tra loro, quasi tutte le acque dell’Italia settentrionale sono raccolte dall’Adriatico, dove sfociano il Po, i fumi veneti e quelli romagnoli (fgura 6.6). Lo sviluppo arcuato della catena appenninica e la maggiore o minore distanza delle montagne dal mare infuenzano la lunghezza dei fumi dell’Italia peninsulare. Al centro della penisola i fumi del versante adriatico sono per lo più brevi, con proflo irregolare e con portata variabile; sul versante tir-

lezione 18A Lo studio delle forme del paesaggio

A

Po

Arno Tevere

„ Vegetazione. La presenza di vegetazione nel paesaggio italiano, con l’eccezione delle aree urbane e delle cime alpine, è continua e spesso rilevante, sia nelle aree non antropizzate sia nelle zone a forte sviluppo agricolo (fgura 6.7). Condizionata dalla natura del suolo, dall’altimetria, dalla latitudine e dal clima, la vegetazione si presenta con una notevole varietà di associazioni vegetali. La macchia mediterranea, diffusa nella fascia costiera, nelle zone pianeggianti e collinose in prossimità del mare e nelle isole, è una associazione di arbusti, come alloro, ginepro, erica, rosmarino, mirto, corbezzolo ecc., accompagnata da alberi sempreverdi, quali il leccio, il pino marittimo e il pino d’Aleppo. La vegetazione padana originaria, ormai quasi completamente scomparsa, presenta caratteristiche simili a quella dell’Europa centrale con foreste di querce, faggi, carpini, aceri, olmi. Sui ripiani alluvionali può essere presente vegetazione arbustiva, composta da brugo ed erica associati a noccioli, robinie e betulle. Lungo i corsi d’acqua sono diffusi pioppi, ontani e salici. La vegetazione montana occupa vaste aree dell’Appennino e delle fasce meno elevate delle Alpi. A boschi di castagno, cerro e altre specie di querce, tipici della zona di transizione con la macchia mediterranea, succedono boschi di faggio, ontano, abete bianco e, nella fascia ancora più alta, di abete rosso, larice, pino cembro e conifere arbustive, quali ginepro e pino mugo. La vegetazione alpina, che si sviluppa oltre il limite del bosco, in genere sopra i 2000 metri di quota, è caratterizzata da diverse fasce di vegetazione in funzione dell’altitudine, che vanno dalla boscaglia di arbusti alla fascia delle ericacee, per arrivare ai prati rasi alpini. In molti casi si trovano popolamenti vegetali come pinete e castagneti, in apparenza di origine naturale, che sono, al contrario, da imputarsi a impianti realizzati dall’uomo in tempi storici.

e ig Ad

renico, invece, grazie alla presenza di valli a sviluppo longitudinale, si sono potuti formare alcuni importanti corsi d’acqua di grande portata, quali l’Arno e il Tevere. Il versante ionico è inciso da alcuni fumi abbastanza lunghi e con notevoli piene invernali, ma anche da corsi brevi e ripidi, completamente asciutti durante l’estate. Di origine e caratteristiche diverse sono i bacini lacustri italiani: dai piccoli laghi alpini di origine glaciale, ai grandi laghi formatisi entro imponenti anfteatri morenici, ai laghi che hanno colmato crateri di antichi vulcani spenti, agli specchi d’acqua costieri.

Corsi d’acqua principali Spartiacque Principali bacini lacustri

FIGURA 6.6 … La rete idrografca italiana. Sono indicati anche i principali bacini lacustri. I tracciati rossi segnano le linee spartiacque (cfr. § 5.3).

APPROFONDIMENTO

Zone bioclimatiche italiane Zona dei pioppi e dei salici

Zona del castagno e della quercia

Zona delle brughiere e delle piante basse

Zona del faggio

Zona della macchia mediterranea

Zona delle conifere

Zona delle pinete litoranee

Zona d’alta montagna

FIGURA 6.7

„ Distribuzione delle fasce di vegetazione sul territorio italiano.

A/107

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

NASA

„ Morfologia. Il territorio italiano presenta una morfologia molto diversifcata, che è frutto della sua storia geologica, delle differenti condizioni litologiche e strutturali, delle diversità climatiche. Per esempio, le differenze morfologiche tra la catena alpina e quella appenninica dipendono sia dalla diversa natura delle rocce che compongono i due sistemi montuosi, sia dal fatto che Alpi e Appennini hanno seguito una diversa evoluzione. L’intensità delle fasi che hanno portato alla formazione delle montagne, il volume, la disposizione spaziale e più di tutto la natura litologica delle rocce coinvolte, hanno determinato una differenza di struttura tra la dorsale alpina e quella appenninica. Tutto ciò ha favorito un diverso infusso sul territorio anche degli altri agenti geomorfologici, accentuando ancora di più le differenze fra i due tipi di rilievo. Nonostante una grande ricchezza di aspetti morfologici, si possono identifcare nel nostro Paese quattro ambienti principali: la regione alpina, la Pianura Padana, l’area appenninica e le zone litoranee.

FIGURA 6.8 … L’Italia di notte in un’immagine ripresa da satellite. Le macchie chiare corrispondono alle zone dove si libera più energia e cioè alle aree metropolitane dove è più denso l’insediamento antropico.

A

APPROFONDIMENTO

La tutela del paesaggio italiano

„ Interventi antropici. Le forme del paesaggio non dipendono solo dalle caratteristiche fsiche naturali, ma sono anche l’effetto di complesse trasformazioni strutturali e di cambiamenti che l’uomo ha realizzato sugli ambienti originari (fgura 6.8). Il paesaggio è quindi, al tempo stesso, frutto della storia naturale del territorio e prodotto delle vicende e della cultura delle genti che lo hanno popolato. L’uomo, presente nella penisola dalla preistoria, ha rimodellato il territorio in funzione dei suoi scopi e dei suoi bisogni. L’elevata densità della popolazione e lo sviluppo industriale hanno portato a un intenso sfruttamento delle risorse disponibili, mentre lo sviluppo agricolo ha determinato una notevole riduzione della copertura vegetale originaria. I cambiamenti apportati nel tempo all’originario assetto territoriale sono stati talmente ampi e decisi che, di fatto, il paesaggio italiano ha perso gran parte delle sue caratteristiche naturali e appare sempre più come il prodotto del prevalere dell’attività umana sulle altre forze modellatrici.

6.3 Le cause delle forme del rilievo

L

a superfcie terrestre è un sistema in continua evoluzione. Il suo aspetto e i suoi cambiamenti sono il prodotto dell’azione, quasi sempre contrastante, di due gruppi di forze:

P forze endogene che dipendono dal calore interno della Terra e rendono Il termine endogeno deriva dal greco: èndo- signifca ‘dentro, interno’; -geno signifca ‘origine, nascita’.

accidentata la superfcie topografca attraverso i fenomeni vulcanici e i movimenti tettonici che spostano continenti, aprono e chiudono oceani, costruiscono altissime montagne o profonde depressioni; P forze esogene che dipendono dall’energia del Sole e dalla forza di

Anche il termine esogeno deriva dal greco: èso- signifca ‘fuori’; -geno signifca ‘origine, nascita’.

Per lo studio dei processi geomorfologici e delle forme del rilievo conviene considerare anche la geomorfologia climatica (vedi volume C).

A/108

gravità, e determinano spostamenti di masse solide, liquide e aeriformi all’interfaccia tra litosfera, da una parte, e atmosfera e idrosfera dall’altra. Gli eventi geomorfologici e le varie forme che si ottengono sono sempre determinati dall’azione combinata degli agenti del modellamento (geomorfologia dinamica), delle condizioni climatiche (geomorfologia climatica) e dei fattori strutturali (geomorfologia strutturale). Le forme del rilievo che hanno origine prevalentemente dalla parte attiva dei fattori endogeni prendono il nome di morfostrutture (fgura 6.9 A). Gli elementi del rilievo in cui predominano i fattori esogeni prendono il nome di morfosculture (fgura 6.9 B).

lezione 18A Lo studio delle forme del paesaggio

Forma esogena

JANE RIX / SHUTTERSTOCK

R. RUNTSCH / SHUTTERSTOCK

Forma endogena

FIGURA 6.9 … Forme del rilievo assai simili possono avere un’origine diversa. (A), questo torrione, la Devil Tower (Torre del Diavolo) del Wyoming (USA), è il riempimento lavico di un condotto vulcanico. Si tratta quindi di una struttura vulcanica originaria (morfostruttura), liberata per erosione dalle rocce che la

avvolgevano.(B), questo caratteristico rilievo con cima piatta della Monument Valley (Arizona, USA) è il risultato della vasta erosione che ha interessato il Grand Canyon del Colorado. L’erosione ha intaccato le rocce sedimentarie e scolpito questa caratteristica e spettacolare morfologia (morfoscultura).

A/109

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

FIGURA 6.10 † L’evoluzione del rilievo terrestre è controllata dalla interazione e dalla combinazione di forze che hanno origine sia all’interno che all’esterno della Terra. (Modifcato da F. PRESS, R. SIEVER, J. GROTZINGER, T.H. JORDAN, Capire la Terra, Zanichelli, Bologna 2006)

I fattori che causano la formazione del rilievo e dei corrugamenti della superfcie della Terra sono chiamati agenti endogeni, poiché agiscono dall’interno del pianeta. Fra questi fattori, detti strutturali, bisogna considerare non solo l’orogenesi (formazione delle montagne), l’attività sismica e quella vulcanica, ma anche le strutture tettoniche e le caratteristiche delle rocce. I fattori che consumano i rilievi e colmano le depressioni sono chiamati agenti esogeni. Gli agenti esogeni svolgono la loro azione modellante sulla superfcie della Terra agendo dall’esterno. Gli agenti del modellamento (gravità, fumi, mare, gelo, vento, ecc.) sono controllati dalle condizioni climatiche (precipitazioni, temperature, vegetazione). Gli agenti esogeni e quelli endogeni producono effetti contrari; la morfologia della superfcie del pianeta è il risultato della loro azione incessante (fgura 6.10).

MOTORE ESTERNO DELLA TERRA (energia solare)

TEMPO ATMOSFERICO E CLIMA

Precipitazioni

Degradazione meteorica ed erosione Scorrimento superficiale

Evaporazione

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A metmbient amo e rfico

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1 2 3

CIRCOLAZIONE OCEANICA

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Che cosa si intende con il termine paesaggio? Perché nello studio del paesaggio occorre valutare anche il fattore tempo? Che cosa si intende col termine «litologia»?

A/110

4 5

Nel territorio italiano prevalgono i rilievi o le pianure? Quali sono le forze che intervengono sui cambiamenti della superfcie terrestre e da dove traggono la loro energia?

6 7 8

Elenca alcuni fattori endogeni o strutturali. Che cosa si intende con il termine morfostrutture? Che cosa si intende con il termine morfosculture?

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

Movimenti gravitativi

< lezione 19A

6.4 L’erosione P L’insieme dei processi mediante i quali gli agenti esogeni (pioggia, ac-

que correnti, ghiacciai, vento, mare, ecc.) producono nuovi frammenti rocciosi e asportano i detriti di roccia già degradata prende il nome di erosione. Le acque di ruscellamento (vedi § 7.1) sono un esempio di agente di trasporto. L’acqua di un fume in piena è torbida e fangosa a causa dei detriti provenienti dalle rocce del bacino idrografco e trasportati dalle acque di ruscellamento. Il trasporto a valle dei detriti può attuarsi mediante fusso lento, frane improvvise o piene e alluvioni; si forma così, lentamente, il paesaggio terrestre subaereo, mutabile e in continua evoluzione. I fattori climatici, specialmente la temperatura e le precipitazioni, sono molto importanti sia nell’erosione delle rocce che nel modellamento del paesaggio. La grande variabilità che esiste tra le varie zone climatiche della Terra è una delle cause della varietà dei tipi di degradazione atmosferica. Per esempio, le rocce afforanti nelle regioni equatoriali, in climi caldi e umidi, non sono mai state soggette al gelo, ma al contrario subiscono un forte attacco chimico da parte dell’acqua circolante nel terreno. In regioni a clima freddo e secco sono invece ridotte al minimo le reazioni chimiche e prevalgono le forze fsiche di dilatazione derivanti dalla formazione del ghiaccio. A seconda del modo in cui opera, l’erosione impartisce al rilievo forme caratteristiche. Le modalità di azione degli agenti erosivi, e quindi le forme che si ottengono, dipendono principalmente dal clima e dal tipo di roccia. Sono questi i fattori che determinano le forme del paesaggio. L’azione degli agenti esogeni è più accentuata nelle parti più rilevate della superfcie. I versanti dei rilievi, sottoposti agli agenti esogeni, cambiano continuamente forma. Il modellamento dei versanti è dovuto principalmente alle acque di ruscellamento e alla gravità. L’accumulo dei detriti, il movimento della copertura superfciale dei versanti e il processo di erosione possono avvenire con modalità diverse, cui corrispondono forme caratteristiche del paesaggio. Le forme di accumulo più comuni dovute alla gravità sono:

Nel secondo biennio studieremo i processi sedimentari (volume B) e il clima (volume C). Per una breve sintesi si può fare ricorso agli approndimenti segnalati di seguito.

A A

– le falde di detrito; – i conoidi alluvionali. Le falde di detrito sono ammassi detritici che si accumulano sotto le pareti rocciose e al piede di versanti molto inclinati (fgura 6.11). Il detrito proviene dal disfacimento delle rocce ed è costituito da frammenti a spigoli vivi, indice di trasporto breve. Le dimensioni dei detriti sono in genere grandi per rocce compatte e tendono a diminuire per rocce meno consistenti. La forma dei detriti dipende dalle dimensioni del materiale che si è distaccato e dall’altezza di caduta. Tipicamente le falde di detrito sono associate a torrenti, di cui costituiscono il punto di partenza.

FIGURA 6.11 „ Falde di detrito alla base di versanti dolomitici. Sono visibili le dimensioni eterogenee dei frammenti di roccia. Per azione della gravità i detriti si accumulano al piede dei versanti in corrispondenza della diminuzione di pendenza. (Cortesia di DARIO BORGHETTI)

A/111

APPROFONDIMENTO

Disfacimento meteorico APPROFONDIMENTO

Il clima

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

Il detrito di falda va spesso soggetto a movimenti franosi che distribuiscono il materiale verso valle su un fronte di ampiezza crescente. Per questo motivo le falde di detrito si presentano spesso con una forma geometrica che ricorda quella di un cono (fgura 6.11). I conoidi alluvionali sono corpi detritici che si formano dove i torrenti di montagna incontrano la pianura di fondovalle. A causa della brusca diminuzione di pendenza la velocità del fusso d’acqua decresce e il torrente, che trasporta frammenti di roccia di diverse dimensioni, deposita i detriti in ordine di dimensione: per primi quelli più grossi e pesanti e successivamente gli altri. Per meccanismo di deposizione e per forma i conoidi alluvionali sono simili ai delta delle foci dei fumi, ma si formano sulla terra emersa. Il materiale del conoide ha subìto trasporto e i frammenti, soprattutto i ciottoli, possono presentare un certo arrotondamento. Visti dall’alto, i conoidi alluvionali hanno forma di cono con la base rivolta verso la pianura (fgura 6.12). FIGURA 6.12 „ Conoide alluvionale nella Valle della Morte, California (USA). Il conoide si origina a partire dal punto segnato con una freccia al centro della fotografa. (Foto MICHAEL MILLER, da F. PRESS et al., Op. Cit.)

Conoide alluvionale

Strada

Tutti gli spostamenti di rocce e detriti che avvengono sotto l’infuenza della gravità sono detti movimenti di massa; più in particolare quelli che si svolgono sui pendii montuosi sono detti movimenti di versante. I movimenti di versante sono direttamente responsabili della confgurazione di molta parte del paesaggio terrestre, anche se spesso tali movimenti non sono percepiti dall’uomo. I movimenti di versante possono essere rapidi o lenti.

6.5 Le frane P Una frana è un movimento di massa di materiale roccioso o di sedi-

menti sciolti dovuto in prevalenza alla gravità. Il modellamento dei versanti risente notevolmente dei fenomeni franosi. Le frane sono fenomeni naturali, ma possono essere provocate molto spesso dall’attività umana, per esempio a seguito di escavazioni o di sbancamenti. Un versante rimane in equilibrio gravitativo fnché la coesione e l’attrito tra le rocce riescono a vincere la forza di gravità. La parte di un versante che non si trova più in equilibrio gravitativo si svincola dalle rocce circostanti e si mette in movimento.

VIDEO

I fenomeni franosi

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ANIMAZIONE

I tipi di frane

A/112

lezione 19 A Movimenti gravitativi

Le modalità di scorrimento e l’aspetto consentono una classifcazione delle frane in tre categorie principali. – Frane di crollo (fgura 6.14). Una frana di crollo si origina dall’improvviso cedimento di pendii molto ripidi costituiti da rocce compatte. Il pendio può crollare a causa dell’erosione alla sua base per opera di un corso d’acqua. Le rocce poste in alto vengono a mancare della base di appoggio e precipitano. Questi fenomeni sono frequenti nelle regioni di montagna dopo grandi piogge o in primavera dopo il disgelo. Anche una scossa sismica può causare ingenti movimenti di roccia per crollo e ribaltamento.

FIGURA 6.14 † Nelle frane di crollo si ha il distacco e la caduta repentina di blocchi di roccia.

Crollo

– Frane di scivolamento (fgura 6.15). Una frana di scivolamento ha luogo quando il materiale in frana, composto sia da roccia compatta sia da detriti, scivola lungo un piano inclinato. Il piano coincide spesso con la superfcie di uno strato a bassa consistenza, che si comporta come un lubrifcante.

FIGURA 6.15 † Le frane di scivolamento sono causate dall’infltrazione di acqua fra due strati rocciosi. L’acqua agendo da lubrifcante provoca lo scivolamento di uno strato sull’altro.

Scivolamento

A/113

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

– Frane di colamento (fgura 6.16). Una frana di colamento riguarda terreni formati da detriti di piccole dimensioni, come le argille, appesantiti e resi fuidi dall’acqua d’infltrazione. Nel colamento il movimento non è ristretto a un singolo piano o a pochi piani, ma si attua per deformazione interna di tutta la massa; si ha, in altri termini, un comportamento plastico del materiale. Il colamento può essere di detrito e di fango. † Una frana di colamento è formata da materiali non consolidati impregnati di acqua che scivolano verso valle. FIGURA 6.16

Le frane si verifcano con maggiore probabilità dove i pendii sono molto ripidi, dove le rocce sono poco compatte (come nel caso di certe rocce sedimentarie) e dove manca la copertura vegetale.

Colamento

FIGURA 6.17 … Schema dello sviluppo longitudinale di un versante terrazzato. Si osservi in particolare come le dimensioni della pedata siano in relazione con l’acclività del substrato. (Fonte: Pappalardo, 2002)

A/114

Le frane hanno un costo che annualmente a livello mondiale può essere quantifcato in molti miliardi di dollari e causano centinaia di morti. Le frane in Italia sono particolarmente numerose a causa della struttura geologica giovane, dell’abbondanza di rocce argillose, di un clima con piogge spesso violente e concentrate in brevi periodi. A queste caratteristiche naturali si somma un diffuso disboscamento, dovuto alla necessità di espandere le città e le vie di comunicazione. In passato, proprio per evitare il rapido defusso dell’acqua verso valle con conseguente erosione del suolo, i contadini costruivano terrazzamenti (fgura 6.17). L’abbandono della montagna ha fatto cadere in disuso questa tecnica che per secoli ha consolidato le pendici delle montagne. Secondo un’inchiesta realizzata nel 1965 dall’ordine nazionale dei geologi, oltre il 40% dei comuni italiani presentava nel proprio territorio fenomeni franosi, i 2/5 dei quali minacciavano l’abitato; secondo dati più recenti attualmente nel nostro Paese esisterebbero 14 500 aree interessate da fenomeni franosi. La media nazionale è di circa 5 aree franose per 100 km quadrati, ma alcune regioni presentano dati molto più allarmanti; la maggior densità di frane si ha in Basilicata con oltre 27 aree franose per 100 km quadrati, poi segue il Molise con 12, l’Emilia Romagna con 11 e la Calabria con 9. Anche la Campania è in situazione di pericolo, infatti circa il 24% del territorio è a rischio. Tra le frane avvenute in Italia, una delle più disastrose fu quella del 1998, che colpì soprattutto il paese di Sarno, in provincia di Salerno. Si trattò di un’imponente frana di colamento che travolse vari centri abitati distruggendo più di 1 500 abitazioni e provocando 160 morti.

lezione 19 A Movimenti gravitativi

La frana del Vajont

La valle del torrente Vajont fu sbarrata con una diga negli anni successivi al 1957. La diga fu un’opera ingegneristica pressoché perfetta, alta 265 m, a quei tempi la più alta del mondo. A monte di una diga si forma un bacino idrico. Come la diga, anche il bacino idrico deve essere stabile dal punto di vista geologico. Durante gli studi preliminari, i geologi avevano rilevato il pericolo di frane dai pendii del Monte Toc, sul versante sud della vallata. Tuttavia l’autorizzazione per i lavori fu ugualmente concessa. Quando il bacino si riempì d’acqua, si constatò che il fanco del Monte Toc presentava forti segni di instabi-

lità. Strati superfciali di rocce tendevano a scivolare su strati sottostanti, meno compatti. Nel novembre del 1960 una frana di circa 700 000 m3 precipitò nel lago artifciale. Questa frana fu priva di conseguenze, perché l’ondata non riuscì a superare il bordo della diga. Il suo unico effetto fu di fare intensifcare rilevazioni e controlli. Si sarebbe invece dovuto ordinare lo svuotamento del bacino. Infatti, una frana più grossa avrebbe potuto sollevare un’ondata di maggiori dimensioni, con conseguenze catastrofche. Il 9 ottobre 1963 circa 300 milioni di m3 di roccia scivolarono nel lago dal ver-

Fiume Piave

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Limite della frana del 1960

Area inondata, a valle della frana

2 km

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Diga del Vajont

Area della frana del 9 ottobre 1963

1

PER SAPERNE DI PIÙ

0

sante instabile del Monte Toc. Un’ondata altissima superò la diga e 40 milioni di m3 di acqua e fango travolsero il paese di Longarone e altri centri situati allo sbocco della valle nella pianura del Piave. L’onda di piena discese il Piave per esaurirsi una ottantina di kilometri più a valle. Le vittime del disastro furono duemila. Le responsabilità di questo evento disastroso sono evidenti. I rilevamenti geologici non furono tenuti in debito conto, né prima della costruzione della diga, allorché fu data l’autorizzazione ai lavori, né dopo la scoperta della instabilità del Monte Toc.

Zona colmata dalla frana (1963)

Centri abitati

Una frana di dimensioni non enormi, tratteggiata in bianco, avvenuta nel 1960 fu il principale evento premonitore – purtroppo trascurato – della catastrofca frana prodottasi nell’ottobre del 1963, che fece tracimare dalla diga (foto a lato) l’acqua del bacino artifciale idroelettrico del Vajont, nel Veneto. L’inondazione dell’area a valle della diga provocò la morte di 2.000 persone. La diga, alta 265 metri, resse all’urto dell’immensa onda che si formò in seguito alla frana.

9

13

14

15 16 17

menti dal luogo di origine al luogo di deposito? Quale caratteristica permette di distinguere i frammenti di roccia di un conoide di falda da quelli di un conoide alluvionale? Da che cosa dipende l’inclinazione del pendio delle falde di detrito? Perché i conoidi di falda sono poco stabili? In cosa consistono i movimenti di versante?

18 Nomina i tipi di frana precedentemente descritti. 19 Qual è l’agente principale che causa le frane di scivolamento? 20 Dove sono particolarmente numerose le frane nel territorio italiano? 21 Descrivi quali sono le attività umane che principalmente possono provocare movimenti franosi.

A/115

METTITI alla PROVA

10 11 12

A che cosa è dovuto principalmente il modellamento dei versanti? Che cosa sono le falde di detrito? Che cosa sono i conoidi alluvionali? Quali agenti erosivi sono i principali responsabili della degradazione atmosferica rispettivamente nelle zone a clima caldo e umido e nelle zone a clima freddo e secco? Come si chiama il trasferimento dei sedi-

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

lezione 20A >

Morfologia eolica

6.6 L’azione del vento

JAYFISH / SHUTTERSTOCK

I

FIGURA 6.18 … Il fattore responsabile della forma di questo albero è il vento, un fattore esogeno che modella il paesaggio soprattutto negli ambienti dove non esistono ostacoli alla sua propagazione. Un vento si origina per una differenza di pressione tra aree vicine. La pressione dipende principalmente dalla temperatura e, secondariamente, dall’umidità contenuta nella massa d’aria.

FIGURA 6.19 „ Una tempesta di sabbia in avvicinamento nel Kenya orientale. (da ALAN STRAHLER ARTHUR STRAHLER, Corso di scienze della Terra, Zanichelli, Bologna 1996)

Il termine eolico deriva da Eolo, che nella mitologia greca era il re dei venti e risiedeva nelle isole Eolie. Donò a Ulisse un otre pieno di venti, che i compagni dell’eroe aprirono scatenando una tremenda tempesta.

A/116

l vento è un importante agente di modellamento della superfcie terrestre, responsabile di molte e caratteristiche morfologie, sia di erosione sia di deposito. Le condizioni ottimali per i processi eolici sono presenti nelle regioni aride della Terra dove, a causa della mancanza di umidità, la copertura vegetale è molto scarsa e il substrato roccioso o il suolo non sono protetti dall’azione erosiva del vento. Le regioni desertiche non sono però l’unico dominio dei processi eolici. Anche alcune aree delle regioni umide e temperate possono essere sensibilmente infuenzate dall’azione eolica; ne sono un classico esempio le coste dei mari e degli oceani. L’importanza del vento come agente del modellamento della superfcie terrestre è dovuta sia alla regolarità con cui spira in molte regioni della Terra, sia alla notevole velocità che può raggiungere in determinate zone o condizioni meteorologiche (fgura 6.18). La velocità dei venti è assai variabile e così pure la loro direzione. Si va dai pochi km/h della brezza ai 200 km/h e più degli uragani e dei tifoni. La capacità del vento di erodere, trasportare e depositare sedimenti è simile a quella dell’acqua, poiché le leggi generali del moto dei fuidi sono simili sia per i gas sia per i liquidi. A differenza dell’acqua, l’aria è un fuido meno denso e quindi è capace di spostare solo i frammenti di roccia più leggeri. Venti di una certa forza, oltre i 30 ÷ 40 km/h, sono in grado di trasportare agevolmente la sabbia (fgura 6.19). L’azione del vento si fa particolarmente sentire nelle regioni aride e prive di vegetazione. Alberi, arbusti e copertura erbosa, infatti, ostacolano il vento e trattengono le particelle di roccia. L’acqua inoltre rende pesanti le particelle, cementa i detriti più piccoli e ne impedisce il trasporto.

lezione 20 A Morfologia eolica

6.7 Deflazione e corrasione P Il prelievo e il trasporto dei materiali del terreno da parte del vento è

La defazione è un fenomeno selettivo: i materiali ghiaiosi e grossolani sono troppo pesanti per essere trasportati. La selettività del trasporto eolico è all’origine dei deserti ghiaiosi. In questi deserti i venti asportano la frazione fne della parte superfciale di terreno. Il terreno rimane ricoperto da ghiaia, pietrisco e blocchi. La superfcie di ciottoli e detriti grossolani costituisce il cosiddetto pavimento del deserto (fgura 6.20). P Si chiama corrasione l’azione del vento contro superfci di rocce coe-

renti, e si realizza grazie all’azione abrasiva delle particelle solide trasportate dal vento che consumano e modellano le rocce coerenti.

VLADIMIR MELNIK / SHUTTERSTOCK

detto defazione.

I granelli di sabbia, troppo pesanti perché siano sollevati stabilmente dal terreno, sono spinti e rotolati, ma soprattutto procedono per salti successivi, cioè per saltazione, a 1÷2 m da terra (fgura 6.21). L’intero strato di sabbia si muove lentamente seguendo il vento.

FIGURA 6.20 … Il pavimento del deserto si forma a causa del vento che, asportando la frazione fne dalla parte superfciale del terreno, lascia sul posto solo ghiaia, pietrisco e blocchi.

Vento Saltazione

FIGURA 6.21 ƒ La sabbia trasportata dal vento si muove prevalentemente mediante salti e in piccola parte per trascinamento e rotolamento sul terreno. Rispetto alla saltazione che si ha anche nel trasporto fuviale (vedi fgura 7.4), quella del trasporto eolico ha un ruolo molto più importante.

Tra sci n a men to

La corrasione eolica ha come effetto l’escavazione di solchi e scanalature nelle rocce argillose e la smerigliatura o levigatura di pareti rocciose e di ciottoli e blocchi adagiati sul terreno. Le rocce modellate dal vento sembrano vere e proprie sculture. Spesso le rocce si ricoprono di striature, fori o alveoli (fgura 6.22).

I

materiali trasportati dal vento si depositano quando questo cessa oppure quando la sua energia diminuisce al di sotto del limite necessario per il trasporto. Il materiale più grossolano, cioè la sabbia, trascinato prevalentemente «rasoterra » per rotolamento e saltazione, si accumula sotto forma di caratteristici cumuli, le dune. La sabbia è continuamente spinta dal lato sopravento al lato sottovento e l’effetto risultante è il progressivo spostamento di tutta la duna; il lato rivolto verso la direzione da cui spira il vento, cioè sopravento, è riconoscibile perché meno inclinato (fgura 6.23).

Direzione del vento Attuale posizione della duna

OLEG ZNAMENSKIY / SHUTTERSTOCK

6.8 Forme di accumulo

FIGURA 6.22 … La forma a fungo di questo spuntone di roccia è dovuta alla corrasione eolica. La corrasione si esercita solo in basso, dato che la sabbia non viene sollevata dal vento, ma viaggia rasoterra o per salti. Deserto bianco, Sahara, Egitto.

Granuli di sabbia in movimento per rotolamento, trascinamento e saltazione Futura posizione della duna

FIGURA 6.23 ƒ Le dune di sabbia si muovono lentamente spinte dal vento. Il vento sposta continuamente le particelle di sabbia dal lato sopravento della duna a quello sottovento.

A/117

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

ENIKO BALOGH / SHUTTERSTOCK

FIGURA 6.24 „ Grandi dune che si spostano nel deserto, in Egitto. Queste dune si formano per azione del vento nelle zone a clima desertico dove c’è abbondante disponibilità di sabbia.

Le dune si trovano in grandi raggruppamenti che formano i cosiddetti campi di dune (fgura 6.24). L’altezza media delle dune è intorno a 10 m, anche se alcune possono superare i 100 m di altezza. Le dune possono essere suddivise in due grandi categorie: attive e inattive o stabilizzate. Le dune attive si trovano nelle regioni desertiche e lungo le coste; variano continuamente posizione e forma secondo la direzione dei venti (fgura 6.25 A). Le dune stabilizzate hanno forma e posizione fssa a causa della copertura vegetale (fgura 6.25 B); esse rifettono evidentemente un cambiamento climatico o una variazione delle condizioni ambientali, che in certi casi può anche essere di origine antropica. A

B

METTITI alla PROVA

JEAN-EDOUARD ROZEY / SHUTTERSTOCK

FIGURA 6.25 „ (A), le dune attive sono dotate di una notevole mobilità, come dimostrano queste dune fotografate in Egitto. Nella foto si osservano dune che hanno sepolto una strada e resa necessaria una deviazione, che però sta per essere a sua volta raggiunta e sepolta. (B), dune stabilizzate di Morro Bay, California (USA).

22 In quali ambienti è particolarmente rilevante l’azione del vento? 23 Descrivi le due diverse modalità con cui avviene il trasporto delle particelle da parte del vento.

A/118

24 Quali particelle sono trasportate dal vento fno a grandi distanze dal luogo di origine? 25 Che cos’è il pavimento del deserto? 26 Come è chiamata l’azione erosiva del vento? A che cosa è dovuta?

27 Quali sono le differenze tra dune attive e dune stabilizzate? 28 Che cosa sono i campi di dune? 29 Descrivi il meccanismo che provoca il continuo spostamento delle dune.

CAPITOLO 6 A Capire il paesaggio

Il suolo

< lezione 21 A

6.9 Composizione del suolo

I

materiali geologici che si trovano sulla superfcie terrestre possono essere distinti in roccia in posto, depositi superfciali e suolo.

P La roccia in posto è una massa rocciosa che giace nella sua naturale e

originaria posizione, rimasta praticamente indisturbata e inalterata per quanto riguarda l’azione degli agenti esogeni. P Spesso la roccia in posto è ricoperta da ingenti quantità di materiali

incoerenti, i cosiddetti depositi superfciali. I depositi superfciali possono derivare dall’alterazione sul posto della roccia stessa oppure essere stati trasportati e accumulati da agenti fsici (gravità, fumi, vento, ghiacciai) (fgura 6.26). Mano a mano che procede la degradazione superfciale della roccia o del detrito che la ricopre, si forma un mantello, per lo più incoerente, su cui può attecchire la vegetazione. I vegetali contribuiscono in modo determinante alla trasformazione chimico-biologica dei detriti. Le piante scambiano col terreno sostanze chimiche e lo arricchiscono di parti vegetali morte, come rami e foglie. La materia organica in via di decomposizione è detta humus. Le sostanze che si originano dalla decomposizione dei vegetali facilitano la formazione di un terreno, più o meno ricco in sostanze vegetali, costituito da una parte minerale e da una parte organica, defnito suolo (fgura 6.27). Le proporzioni della componente minerale e della componente organica del suolo dipendono essenzialmente dalle condizioni climatiche e dalla natura della roccia del substrato.

FIGURA 6.26

dolomitica.

P Il suolo è lo strato incoerente di detriti minerali prodotti dal disfaci-

mento delle rocce, ricco di materia organica, liquidi, gas e forme di vita, che poggia sulla roccia in posto inalterata. La componente solida del suolo è costituita da frammenti minerali e da materiali animali e vegetali sia vivi sia decomposti. La componente liquida consiste in una soluzione acquosa contenente svariate sostanze solubili, mentre la porzione gassosa comprende i gas presenti nell’aria e quelli prodotti dall’attività degli organismi. P La scienza che studia la formazione, l’evoluzione, la composizione e la

distribuzione dei suoli è chiamata pedologia (dal greco pédon ‘suolo’ e lógos ‘studio’). La serie di trasformazioni che portano alla formazione del suolo è detta pedogenesi. Il suolo è la parte granulosa di terriccio, in cui le piante affondano le radici. Il suo colore varia secondo il tipo di detriti e di minerali presenti, ma soprattutto con l’abbondanza di humus: i suoli chiari sono poveri di materia organica, mentre quelli scuri ne contengono quantità rilevanti.

FIGURA 6.27 „ Sezione di suolo. Piccole piante affondano le radici nel terreno traendone nutrimento. Lo strato di foglie, in parte decomposte, forma l’humus. Suolo e vegetali sono tra loro legati in un continuo ciclo di consumazione-restituzione. (da AA.VV., La Terra e la vita. Una realtà in perenne rinnovamento, Marsilio Editori, Venezia 1992)

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… Depositi superfciali alla base di una parete

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

6.10 Struttura del suolo

G

eneralmente un suolo è suddiviso in strati a partire dalla superficie fino ad arrivare alla sottostante roccia inalterata, chiamata roccia madre (R). Gli strati, detti orizzonti, in cui si può dividere un suolo sono tre e sono convenzionalmente indicati con le lettere A, B, C (fgura 6.28).

FIGURA 6.28 „ Schema di un proflo tipico di suolo, nel quale si possono distinguere i tre orizzonti principali. L’orizzonte A è caratterizzato da prevalente esportazione di materiale; l’orizzonte B da massima concentrazione di materiali provenienti dall’orizzonte soprastante; il C conserva ancora i caratteri della roccia madre (R).

A

B

C

SHEILA TERRY / SCIENCE PHOTO LIBRARY

R

Campioni di suolo

• Orizzonte A: ricco di materia organica, che vi si accumula in quantità massima; le acque dilavanti trasportano verso il basso le particelle argillose e rendono la tessitura via via più grossolana nel tempo; ciò signifca che la composizione del suolo vede prevalere la presenza di particelle di diametro maggiore. • Orizzonte B: povero di materia organica e ricco di particelle argillose provenienti dall’orizzonte sovrastante che talora possono formare crostoni compatti e impermeabili.

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• Orizzonte C: costituito da particelle di suolo propriamente detto e da frammenti di roccia non ancora completamente alterati; da questo orizzonte si passa gradualmente alla roccia madre.

ANIMAZIONE

Il profilo pedologico

Il suolo, essendo un supporto importante per la vegetazione e fonte di numerose sostanze nutritizie, risulta fondamentale per l’esistenza dei viventi ed è stato a ragione defnito «il ponte tra il mondo vivente e il mondo inanimato».

A/120

Il suolo costituisce un sottile involucro che ricopre la crosta terrestre a contatto con l’atmosfera. Natura e composizione del suolo dipendono da un delicato equilibrio tra fattori ambientali di tipo chimico, fsico e biologico. Fattori naturali, ma anche umani, possono alterare l’equilibrio in modo temporaneo o permanente. Particolari pratiche agricole, disboscamenti, costruzioni di grandi opere, bonifche e altri interventi sul territorio possono ridurre lo spessore dei suoli o addirittura farli sparire.

lezione 21 A Il suolo

6.11 Formazione del suolo

L

a composizione e lo spessore del suolo sono il risultato di vari fattori strettamente collegati tra loro:

• • • • • •

la natura della roccia madre; la pendenza (o il tipo di rilievo); l’acqua; il clima; l’azione degli organismi; il vento.

La roccia madre fornisce il detrito e determina la composizione della parte minerale del suolo.

Freddo

La pendenza del terreno incide in modo rilevante sullo spessore del suolo. Se il terreno è in pendenza, i detriti di roccia non si accumulano sul posto, ma precipitano in basso. Se la pendenza è molto forte, il suolo può essere del tutto assente, come sulle pareti rocciose di alta montagna.

Tem pe rat

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ido Ar

Anche l’acqua di rivoli e ruscelli procede più velocemente nei pendii ripidi e trasporta via detriti più grossi e in quantità maggiore. In queste condizioni il suolo non riesce a formarsi, perché le particelle e i detriti che lo costituiscono sono continuamente allontanati.

ale Tropic

Il clima infuisce sui processi di formazione e sullo spessore del suolo. Lo spessore del suolo dipende anche dallo sviluppo della vegetazione (fgura 6.29). In genere c’è una buona corrispondenza tra tipi climatici e tipi di suolo. In particolare la temperatura e le precipitazioni determinano il tipo di vegetazione e infuenzano la decomposizione della componente organica del suolo. Nei climi aridi, invece, la scarsità delle precipitazioni e quindi la mancanza di acqua nel terreno compromettono lo sviluppo della vegetazione: nel suolo la materia organica è scarsa, mentre i sali sono abbondanti. L’azione degli organismi non è legata solo alle piante presenti, ma anche agli animali e ai microrganismi, che vivono in grande numero sulla superfcie e all’interno del suolo. L’attività biologica, in particolare l’azione dei batteri decompositori, è favorita dalle alte temperature. Nei climi caldi il materiale organico è quasi totalmente decomposto a causa dell’elevata temperatura e dei batteri presenti nel suolo, che risulta povero di humus. Nei climi più freddi l’azione batterica è ridotta, lo strato di humus superfciale è più spesso e il suolo è più fertile (fgura 6.30).

A

B

C

B

A

FIGURA 6.29 … La presenza e lo spessore dei suoli dipendono dal clima e dalla vegetazione. Nei climi temperati, dove le precipitazioni sono frequenti e la vegetazione ha un discreto sviluppo, lo spessore del suolo è consistente. Nelle regioni caldo umide, dove le forti precipitazioni favoriscono un grande sviluppo della vegetazione e le alte temperature accelerano le reazioni di alterazione delle rocce, il suolo assume spessori massimi.

FIGURA 6.30 ƒ Tre profli di suolo tipici dei climi temperati e temperato freddi. (1), il suolo delle foreste di conifere è caratterizzato da processi di decomposizione lenti ed è povero di minerali. (2), il suolo delle foreste decidue è caratterizzato da processi di decomposizione più rapidi ed è più fertile. (3), il suolo della prateria è molto fertile perché quasi tutta la vegetazione muore ogni anno e restituisce i materiali organici al suolo.

C

A/121

CAPITOLO 6A Capire il paesaggio

A

Anche il vento gioca un ruolo importante nel processo di formazione del suolo. Nei climi aridi il vento allontana le particelle di dimensioni minori e impedisce che si origini uno spessore detritico stabile sul quale possa poi crescere la vegetazione (fgura 6.31). Ciò ostacola, di fatto, la formazione del suolo. Le particelle che il vento trasporta via dalle zone aride potranno accumularsi in ambienti vicini dove, in presenza di umidità, contribuiranno alla formazione del suolo.

APPROFONDIMENTO

Il suolo: una risorsa immensa

Una goccia di pioggia di 1 mm di diametro arriva al suolo alla velocità di 15 km/h. Se la goccia è grande 5 mm, la sua velocità di impatto è di 32 km/h e gli effetti sul suolo sono 500 volte più forti. La caduta di una goccia di pioggia su un terreno privo di vegetazione provoca il distacco e la dispersione delle particelle di suolo.

FLASHPOINT / ISTOCKPHOTO

FIGURA 6.31 „ Nei climi aridi, in assenza di una consistente copertura vegetale che ne attenui la velocità, i venti possono esercitare una forte azione erosiva sul terreno, asportandone la frazione più fne e ostacolando la formazione del suolo. Spessori ridotti di suolo ostacolano, a loro volta, la crescita della vegetazione.

CARTA EUROPEA DEL SUOLO CONSIGLIO D’EUROPA (1972)

METTITI alla PROVA

1. Il suolo è uno dei beni più preziosi dell’umanità. Consente la vita dei vegetali, degli animali e dell’uomo sulla superfcie della Terra. 2. Il suolo è una risorsa limitata che si distrugge facilmente. 3. La società industriale usa i suoli sia a fni agricoli che a fni industriali o d’altra natura. Qualsiasi politica di pianifcazione territoriale deve essere concepita in funzione delle proprietà dei suoli e dei bisogni della società di oggi e di domani. 4. Agricoltori e forestali devono applicare metodi che preservino le qualità dei suoli. 5. I suoli devono essere protetti dall’erosione. 6. I suoli devono essere protetti dagli inquinamenti. 7. Ogni impianto urbano deve essere organizzato in modo tale che siano ridotte al minimo le ripercussioni sfavorevoli sulle zone circostanti. 8. Nei progetti di ingegneria civile si deve tener conto di ogni ripercussione sui territori circostanti e, nel costo, devono essere previsti e valutati adeguati provvedimenti di protezione. 9. È indispensabile inventariare le risorse del suolo. 10. Per realizzare l’utilizzazione razionale e la conservazione dei suoli sono necessari l’incremento della ricerca scientifca e la collaborazione interdisciplinare. 11. La conservazione dei suoli deve essere oggetto di insegnamento a tutti i livelli e di informazione pubblica sempre maggiore. 12. I governi e le autorità amministrative devono pianifcare e gestire razionalmente le risorse rappresentate dal suolo.

30 Spiega che cosa si intende per roccia madre e come essa infuisce sul processo di formazione del suolo. 31 Che cos’è la pedologia? 32 Che cosa si intende con «pedogenesi»? 33 Elenca i fattori che infuiscono sulla composizione e lo spessore del suolo.

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34 Quale importanza ha la pendenza del terreno nel processo di formazione del suolo? 35 Elenca gli strati nei quali è suddiviso il suolo e indica per ciascuno di essi le principali caratteristiche. 36 Indica le cause della diversa composizione degli orizzonti che formano il suolo.

37 Che cos’è l’humus e come si forma? 38 Spiega in quale modo le condizioni climatiche infuenzano la quantità di humus presente nel suolo e, di conseguenza, la fertilità dei terreni. 39 Quale rapporto si instaura tra suolo e copertura vegetale?

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE CONOSCENZE 씰

Domande a risposta multipla (scegli il/i completamento/i corretto/i)

L’Italia è una regione geologicamente giovane a eccezione della: a Liguria; b Basilicata; c Campania; d Sardegna. 1

2 a b c d

L’Italia rientra nella fascia di clima: temperato di tipo oceanico; temperato di tipo mediterraneo; subtropicale; temperato freddo.

3 a b c d

La boscaglia di arbusti, la fascia delle ericacee e i prati rasi fanno parte della: vegetazione padana; vegetazione montana; vegetazione alpina; macchia mediterranea.

4 a b c d

In Italia le rocce più diffuse sono: le rocce sedimentarie; le rocce magmatiche intrusive; le rocce magmatiche effusive; le rocce metamorfche.

5

Le rocce che si formano per ricristallizzazione di rocce preesistenti sono dette: sedimentarie; magmatiche intrusive; magmatiche effusive; metamorfche.

a b c d

a b c d

Quali fattori endogeni, tra quelli elencati, causano la formazione dei rilievi? orogenesi; caratteristiche delle rocce; gravità; condizioni climatiche.

7 a b c d

Le forze endogene dipendono: dall’energia del Sole; dalla forza di gravità; dal calore interno della Terra; dall’azione dell’uomo.

6

Le forme del rilievo che hanno origine in prevalenza dalla parte attiva dei fattori endogeni sono: a le morfosculture; b le morfostrutture; 8

씰

Quesiti

23 Quali sono le tre branche della geomorfologia che studiano gli eventi geomorfologici e le varie forme del rilievo? Di che cosa si occupa in particolare ciascuna di esse? 24 Descrivi il processo di formazione del suolo. 25 Elenca gli strati nei quali è suddiviso il suolo e indica per ciascuno strato le caratteristiche.

c le falde di detrito; d i conoidi alluvionali. Accumuli di detriti che si ammassano al piede di pareti rocciose e di versanti molto inclinati sono detti: a conoidi alluvionali; b scivolamenti; c falde di detrito; d orizzonti. 9

10 I conoidi alluvionali sono: a ammassi detritici accumulati alla base di pareti rocciose; b coni detritici che si formano quando i torrenti incontrano il fondovalle; c depositi di sedimenti che si accumulano quando un fume sfocia in mare; d rilievi a dolce pendenza formatisi per erosione di rocce compatte. 11 Lo strato del suolo povero di materia organica e ricco di argilla è detto: a orizzonte A; b orizzonte B; c orizzonte C; d roccia madre. 12 In un suolo la massima concentrazione di materia organica si ha: a nell’orizzonte A; b nell’orizzonte B; c nell’orizzonte C; d nella roccia madre. 13 Il processo di formazione e di evoluzione di un suolo è infuenzato soprattutto: a dalla roccia madre; b dalla pendenza del terreno; c dal clima; d dall’azione degli organismi. 14 a b c d

In una prateria: il suolo contiene poco humus; l’orizzonte A è poco sviluppato; il suolo è fertile; la decomposizione della materia organica è molto lenta.

15 La riduzione dello spessore del suolo è conseguente all’allontanamento dei detriti dovuto: a alle reazioni chimiche; b agli agenti di trasporto; c alle variazioni di temperatura; d all’azione delle piante.

a b c d

gono sotto l’infuenza della gravità lungo pendii montuosi sono detti: movimenti di massa; movimenti di versante; frane di scivolamento; falde di detrito.

17 I comuni italiani che presentano nel proprio territorio fenomeni franosi sono: a oltre il 40%; b oltre il 70%; c meno del 30%; d meno del 10%. 18 Le frane di crollo si originano: a per scivolamento lungo un pendio di rocce e detriti; b per movimento di materiale sciolto lungo superfci curve; c per movimenti superfciali rapidi della copertura detritica; d per improvviso cedimento di pendii ripidi costituiti da rocce compatte. 19 Un colamento interessa: a pochi piani superfciali di materiali ben consolidati a comportamento rigido; b pochi piani superfciali di materiali detritici a comportamento plastico; c un’intera massa di fango o piccoli detriti che si deforma internamente; d un’intera massa di fango secco che si frattura e crolla. 20 Il prelievo e il trasporto dei materiali del terreno da parte del vento è detto: a defazione; b corrasione; c saltazione; d scivolamento. 21 Tipiche forme di accumulo dovute al vento sono: a le falde di detrito; b le dune; c i conoidi; d i pavimenti del deserto.

16 Gli spostamenti di rocce e detriti che avven-

22 L’azione erosiva delle particelle trasportate dal vento è detta: a defazione; b reptazione; c corrasione; d ablazione.

26 Indica le cause della diversa composizione degli orizzonti che formano il suolo. 27 Che cos’è la roccia madre e come infuisce sulla formazione del suolo? 28 Qual è il ruolo del vento nella formazione del suolo? 29 Quali sono le caratteristiche del suolo nelle regioni a clima caldo-umido? 30 Spiega che cosa hanno in comune e in che

cosa differiscono una falda di detrito e un conoide alluvionale. 31 Indica i fattori che determinano la potenziale franosità di un versante. 32 In quali zone del pianeta ritieni che sia particolarmente rilevante il fenomeno della corrasione? Giustifca la tua risposta. 33 Descrivi i fenomeni che portano al continuo spostamento delle dune attive.

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EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE ABILITÀ 씰

Quesiti

34 Spiega quale relazione esiste tra agenti endogeni e agenti esogeni nel modellamento del paesaggio. 35 Quali sono le cause prime dell’attività endogena e dell’attività esogena che si manifestano così intensamente in corrispondenza della superfcie del nostro pianeta? 36 Che cosa distingue la gravità da tutti gli altri agenti del modellamento? 37 Perché è nelle zone equatoriali e in quelle temperate che si sviluppano i suoli con maggiore

씰

spessore? 38 Quale ruolo esercitano gli organismi nei processi di formazione del suolo? Il ruolo degli organismi è il medesimo a tutte le latitudini? Spiega la tua risposta. 39 In quale modo il clima infuisce sul modellamento delle rocce e dei versanti? 40 Quali forme del paesaggio sono generate dall’azione determinante della gravità? 41 In base a quali caratteristiche vengono classifcate le frane? 42 Perché le frane di crollo si verifcano solamente nei pendii costituiti da rocce compatte?

Esercizi

47 Qui sotto puoi osservare un paesaggio di montagna. a Ricalca la fotografa, o fanne una fotocopia, e traccia con la penna i confni tra le varie parti del paesaggio, separando gli elementi fsici, la vegetazione e gli elementi antropici. b Aiutandoti con i termini indicati nelle fgure 6.1 B, C e D, descrivi ciò che osservi di questo paesaggio.

48 La fgura 1 rappresenta una parete di calcare nel Monte Fumaiolo, la fgura 2 un paesaggio argilloso nei pressi di Verghereto. Le due località sono situate nello stesso territorio dell’Appennino tosco-romagnolo, a pochissimi kilometri di distanza l’una dall’altra. Utilizza le foto e le tue conoscenze per rispondere alle domande che seguono. a Nelle due località affora lo stesso tipo di roccia? b Descrivi brevemente ciascuno dei due paesaggi in fotografa. c Quale fattore è la presumibile causa della differenza di aspetto tra i due paesaggi?

1

2

씰

Questions

49 What are the main factors that control the development of different soil types? 50 What kind of mass movements advance so rapidly that a person could not outrun them? 51 What is the difference between the way wind transports dust and the way it transports sand? 52 What types of materials and sizes of particles can the wind move?

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43 In che cosa sono simili e in che cosa differiscono le azioni di trasporto dell’acqua di ruscellamento e del vento? 44 Spiega per quale motivo gli effetti della corrasione sono in genere evidenti fno a un’altezza di non oltre un paio di metri dal suolo. 45 Nonostante il suolo sia in continua formazione sul nostro pianeta, tuttavia lo si tende a considerare una risorsa non rinnovabile. Come puoi spiegare questo fatto? 46 Spiega perché una duna si presenta generalmente come un accumulo di sabbia caratterizzato da due lati con diversa pendenza.

C A PI TO LO

7A

L’azione delle acque continentali e marine I

n quasi tutti gli ambienti continentali nonché nelle coste, punti di contatto tra la terraferma e il mare, l’agente geomorfologico principale è l’acqua. L’acqua di precipitazione meteorica scorre sulla superficie terrestre, si raccoglie in parte nei serbatoi di accumulo e si muove verso il mare attraverso fiumi, ghiacciai e flussi sotterranei. L’acqua in forma liquida o solida è presente ovunque e, molto più dell’atmosfera e del vento, ha la capacità di erodere le rocce affioranti e di trasportare i detriti prodotti dalla sua attività nei bacini di sedimentazione, determinando le forme del paesaggio che troviamo in buona parte delle aree continentali. Anche le zone costiere presentano una miriade di conformazioni diverse. Queste forme sono il transitorio prodotto dell’azione combinata di forze esogene, soprattutto onde, correnti e maree, e di variazioni del livello marino sui materiali che costituiscono il litorale. La furia delle onde si scatena contro il molo e il faro di Tynemouths in Inghilterra. [ DAVE HEAD / SHUTTERSTOCK ]

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

lezione 22 A >

Morfologia fluviale

7.1 Le acque di ruscellamento

L’

impatto sull’ambiente delle acque correnti superfciali supera quello di tutti gli altri agenti responsabili del modellamento del paesaggio presi insieme. L’acqua piovana che cade sul terreno in parte può infltrarsi e formare falde, in parte può dare luogo a scorrimento superfciale. L’acqua che scorre forma un velo che inizia a fuire secondo la pendenza e si raccoglie in rivoli che si riuniscono in ruscelli i quali, a loro volta, formano torrenti e fumi. L’azione di ruscellamento delle acque piovane agisce su tutta la superfcie interessata dalla precipitazione. Le acque ruscellanti scorrono sulla superfcie del terreno e operano un’erosione diffusa o concentrata in innumerevoli rivoli e solchi. In particolare, quando i versanti hanno una pendenza accentuata e il terreno è impermeabile ma tenero e omogeneo (ad esempio quando è costituito da argilla), le acque scavano profondi solchi divisi da pareti più o meno spesse. Di conseguenza interi versanti risultano erosi da un insieme di ripide vallecole scavate da fossi molto ramifcati e separate da creste a forma di lama. Questo è il caratteristico paesaggio dei calanchi, così comuni nei terreni arenaceo-argillosi dell’Appennino (fgura 7.1).

FIGURA 7.1 „ I calanchi di Atri (TE), noti anche come «le Bolge dantesche», costituiscono vere e proprie sculture naturali. In Italia il paesaggio calanchivo appare con continuità nell’Appennino emiliano-romagnolo, per poi riaffacciarsi più a sud e assumere grande sviluppo nel Teramano (Riserva naturale dei calanchi di Atri), nel Molise e in Basilicata.

Le acque in movimento sul terreno senza un percorso ben def nito sono dette acque dilavanti o selvagge, mentre quando scorrono costrette in corsi ben defniti sono dette acque incanalate. La superfcie del bacino idrografco è modellata dall’azione delle acque dilavanti che, muovendosi per gravità, erodono i versanti e trascinano i detriti rocciosi (denudazione dei versanti) (fgura 7.2). P Lo scorrimento delle acque, che provoca sulla superfcie del terreno

l’asportazione e il trasporto di particelle solide, è detto ruscellamento; la sua azione può essere diffusa o concentrata.

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lezione 22A Morfologia fluviale

Le acque dilavanti, muovendosi per gravità, erodono e modellano i versanti e trascinano i detriti. I materiali solidi trasportati possono essere abbandonati dopo un breve percorso formando i ghiaioni che sono alla base delle montagne, specie le Dolomiti; ma più spesso sono trascinati fno ai corsi d’acqua maggiori andando ad alimentare il trasporto fuviale. L’intensità del dilavamento dipende: • dalla quantità d’acqua che scorre e dal modo (calmo o turbolento); • dalla permeabilità del terreno; • dal tipo di copertura vegetale; • dalla natura del materiale presente in superfcie.

7.2 Morfologia fluviale

STEVE HORRELL / SCIENCE PHOTO LIBRARY

• dalla pendenza e lunghezza del versante;

FIGURA 7.2 … Profonde scanalature incise dall’acqua dilavante. Un’erosione di questo tipo è caratteristica di terreni arenacei in ambienti aridi o semiaridi. Durante l’anno le piogge sono scarse e la copertura vegetale è modesta. Le piogge brevi, ma molto intense, hanno un forte potere erosivo. Algarve (Portogallo).

L’

azione modellatrice dei corsi d’acqua si manifesta con processi di erosione, di trasporto e di sedimentazione. Le sponde dell’alveo non sono sempre ben defnite: esondazioni e divagazioni consentono all’azione fuviale di agire su spazi molto ampi (fgura 7.3). La capacità erosiva delle acque superfciali dipende dalla velocità, che a sua volta aumenta con la pendenza del corso d’acqua. Un corso d’acqua veloce trasporta una notevole quantità di materiali, anche di grandi dimensioni. Quando la velocità dell’acqua diminuisce, le particelle solide più pesanti sono abbandonate e si depositano, così la quantità totale dei detriti trasportati diminuisce. I corsi d’acqua riassestano continuamente il loro carico di sedimenti in funzione delle variazioni di velocità e portata. Dove la velocità aumenta, il letto fuviale presenta tratti rettilinei, con poche irregolarità sul fondo. Dove la velocità diminuisce, il letto fuviale è caratterizzato da tratti sinuosi, con fondo scabro. Il lavoro di modellamento dell’alveo è intenso nei momenti di piena, molto più lento nei periodi di magra.

FIGURA 7.3 † Immagini computerizzate a falsi colori del fume Missouri (USA) riprese dal satellite US Landsat 5. L’immagine A è stata presa il 24 settembre 1992, prima della piena del 1993. I campi arati sono colorati in rosso, quelli con la vegetazione in verde, mentre l’acqua è nera. Le precipitazioni dell’estate del 1993 fecero sì che il fume rompesse gli argini. L’immagine B è stata ottenuta dai dati raccolti il 27 settembre 1993. L’inondazione (in blu) ha ricoperto molti dei campi arati ai lati del fume.

B

NASA / GODDARD SPACE FLIGHT CENTER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

NASA / GODDARD SPACE FLIGHT CENTER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

A

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CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

7.3 Trasporto dei sedimenti

I

materiali di varia natura trasportati dai corsi d’acqua sono identifcati con il termine generale di carico sedimentario (cfr. § 5.4).

P Il carico sedimentario è costituito dal volume del materiale solido (sab-

bia, ciottoli, blocchi) trasportato da un corso d’acqua.

FIGURA 7.4 † La corrente f uviale trasporta le particelle di sabbia, limo e argilla in modi diversi a seconda delle dimensioni e del peso: come carico di fondo, che si muove scivolando e rotolando sul letto fuviale, e come carico in sospensione, che si muove sospeso nell’acqua; altre sostanze sono trasportate in soluzione (adattato da F. PRESS et al. op. cit).

Il carico sedimentario di una corrente fuviale può essere trasportato come carico in sospensione o come carico di fondo (fgura 7.4). Il carico in sospensione è costituito da limo e argilla e in qualche caso anche da sabbie molto fni, che possono rimanere temporaneamente in sospensione nel caso di elevata velocità e forte turbolenza della corrente. La colorazione delle acque fuviali è dovuta prevalentemente ai materiali in sospensione. Il carico di fondo comprende materiali più grossolani, da sabbia e ghiaia fno a blocchi di grandi dimensioni. Questo materiale è trasportato per rotolamento, per strisciamento o per saltazione. Considerato nella sua globalità, il trasporto fuviale si attua prevalentemente per sospensione.

1

La corrente di un fiume che scorre su un letto di ghiaia, sabbia, limo e argilla ha un carico in sospensione, costituito da particelle fini . . .

3

Quando la velocità della corrente aumenta, aumenta il carico in sospensione . . .

4

2

. . . un carico di fondo costituito da materiali più grossolani che strisciano e rotolano lungo il letto.

4

. . . e si produce anche un incremento del carico di fondo, a causa degli sforzi di taglio che si esercitano sul letto.

6 Le particelle più pesanti si muovono

Man mano che la velocità della corrente aumenta, le particelle più piccole si innalzano dal fondo più di quelle di maggiori dimensioni e sono trasportate per lunghi tratti.

per saltazione lungo il fondo e sono trasportate per tratti più brevi.

7.4 Erosione fluviale

L’

Schema del meccanismo di formazione delle marmitte fluviali

A/128

erosione fuviale avviene attraverso l’asportazione di materiale detritico dal letto e dall’argine del fume da parte della corrente. L’erosione si attua anche con l’abrasione, causata dai frammenti solidi trasportati e trascinati, che agiscono come una raspa sui materiali dell’alveo. La presenza di un consistente carico determina un aumento della capacità erosiva di un corso d’acqua. Forme caratteristiche dovute all’abrasione sono le marmitte fuviali, che si originano sul fondo dei fumi con alveo di roccia compatta, a partire da piccole cavità cilindriche, continuamente allargate da ciottoli che ruotano al loro interno, spinti dalla corrente (schema a lato e fgura 7.5). Nei tratti più ripidi di fumi si possono formare ampie incisioni con pareti scoscese che tendono ad allargarsi verso la parte alta. Queste forme erosive, dette gole, si generano quando il fume scorre in una roccia compatta, che permette la stabilità delle pareti verticali (fgura 7.6). Un fume esercita la massima azione erosiva sugli argini e sul fondo dell’alveo durante le piene. Nei periodi di magra la tendenza prevalente è quella di

lezione 22A Morfologia fluviale

F. LUKASSECK / MASTERFILE

FIGURA 7.5 ƒ L’azione di ciottoli, messi in movimento circolare dal fusso acqueo, allargano piccole cavità e formano le marmitte fuviali. Nella fotografa marmitte fuviali scavate nella roccia calcarea (Valle del Sarca, Trento).

depositare sedimenti. Erosione e sedimentazione si manifestano soprattutto nelle anse o meandri. Quando l’acqua incontra una curva, tende a mantenere la direzione in linea retta con cui procedeva e va a urtare contro l’argine esterno. È qui che l’energia dell’acqua si scarica e prevale l’erosione. Sull’argine interno, in cui l’acqua copre nello stesso tempo un percorso più breve, la velocità del fusso diminuisce e le particelle in sospensione tendono a sedimentare (fgura 7.7). In un corso d’acqua si possono distinguere un’erosione sul fondo e una laterale. A causa dell’erosione sul fondo dell’alveo, il fume tende a diventare più profondo. L’alveo è allargato e i gradini e le asperità del fondo sono spianati. La forma del fondo viene regolarizzata e la pendenza è resa omogenea. I processi erosivi sono più veloci quando gli alvei sono scavati in rocce tenere. Col trascorrere del tempo il fume scava una valle fuviale che si presentacon una caratteristica sezione trasversale a V (fgura 7.8).

FIGURA 7.6

… Torrente che ha inciso una profonda gola

(Utah, USA).

FIGURA 7.7 ƒ L’acqua che circola nella parte esterna dell’ansa fuisce più velocemente dell’acqua nella parte interna. L’erosione avviene lungo la sponda in cui l’acqua scorre più veloce; nella sponda in cui l’acqua scorre più lentamente si depositano sedimenti.

ROBERT SPICER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Bassa velocità Sedimentazione

Alta velocità Erosione

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CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

RAFAL BELZOWSKI / ISTOCKPHOTO

FIGURA 7.8 „ Una valle fuviale presenta la caratteristica sezione a V (Regione del Tusheti, Georgia).

7.5 Tracciati fluviali

I

l tracciato dei corsi d’acqua può essere classifcato in tre tipi: l tracciato dei fumi può essere classifcato in tre tipi: • a treccia; • rettilineo; • a meandri.

Le Grave del Friuli, così dette dal francese graves che designa terreni analoghi del Bordolese, stanno ai piedi di un anfteatro morenico dove le erosioni fuviali hanno accumulato e depositato terreni grossolani, ghiaiosi che si prestano alla viticoltura. In questa zona pianeggiante fra Udine e Pordenone scorre il Tagliamento.

I fumi a treccia sono quelli costituiti da numerosi piccoli canali che si dividono e si ricongiungono più a valle (fgura 7.9). Questo tracciato è il risultato della presenza di una grande quantità di sabbia e ghiaia nel letto del fume: il sedimento si accumula nel centro del canale sotto forma di isolette ghiaiose e costringe il corso d’acqua a suddividersi. I fumi a treccia sono tipici delle regioni aride o semiaride e delle zone pedemontane. In Italia questi tracciati fuviali non sono molto frequenti; qualche esempio si trova nell’alta pianura veneta, le cosiddette grave del Friuli, dove fumi quali il Tagliamento, il Meduna e il Cellina sboccano in pianura. I fumi a tracciato rettilineo sono piuttosto rari in natura ed è diffcile che si sviluppino su lunghe distanze, salvo che non si tratti di corsi canalizzati dall’uomo. I fumi a meandri sono una delle forme più tipiche della morfologia fuviale. Per la tendenza a erodere la sponda esterna nelle curve, nei tratti di pianura di molti fumi si formano anse piuttosto strette e ravvicinate, che prendono il nome di meandri. Il meandro è un tracciato verso cui tendono molti canali fuviali, poiché è la forma con cui il fume può meglio distribuire la propria energia, rallentando la velocità. Si possono distinguere due tipi di meandri, i meandri incassati e i meandri liberi. I meandri incassati (fgura 7.10) sono incisi in una roccia compatta per cui i fanchi della valle seguono le sinuosità del corso d’acqua. I meandri liberi, detti anche di pianura alluvionale (vedi paragrafo successivo), sono divagazioni del corso d’acqua che si svolgono, senza alcuna costrizione laterale, all’interno di un’ampia valle alluvionale (fgura 7.11).

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lezione 22A Morfologia fluviale

FIGURA 7.9 ƒ Il corso a treccia del fume Tagliamento presenta parecchi alvei distinti che si separano e convergono sulla pianura veneto-friulana. Il Tagliamento è il più importante fume del Friuli-Venezia Giulia con una lunghezza di 170 km e un bacino ampio quasi 3000 km². Il fume viene considerato l'unico dell’intero arco alpino e uno dei pochi in Europa a preservare una morfologia a canali intrecciati.

KUNAL MEHTA / SHUTTERSTOCK

FIGURA 7.10 ƒ L’attività erosiva di un fume determina l’infossamento del precedente tracciato meandriforme del fume per intaccamento della roccia. Nella foto il famoso corso a meandri incastrati, i cosiddetti «colli d’oca», del San Juan River nello Utah (USA).

DUNCAN SHAW / SCIENCE PHOTO LIBRARY

FIGURA 7.11 ƒ Un fume scorre lento disegnando meandri in una bassa pianura alluvionale (Parco Nazionale del Cairngorm, Scozia).

L’ambiente alluvionale è caratterizzato da erosione, trasporto e sedimentazione dovuti all’azione delle acque superficiali. L’ambiente alluvionale più tipico è costituito dall'insieme delle grandi pianure percorse, nelle parti depresse, da fiumi meandriformi.

A/131

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

I meandri non sono fssi, ma si spostano lateralmente. La riva esterna o concava del meandro, dove la velocità della corrente è maggiore, subisce un’erosione continua. Sulla riva convessa, dove la velocità è inferiore, si verifca invece la deposizione dei sedimenti (fgura 7.12 A/B). Il continuo vagare laterale dei meandri, unitamente alla deposizione di limo e sabbia che si verifca durante le periodiche inondazioni, produce alla fne una vasta pianura alluvionale. La retrocessione della sponda in erosione e il concomitante avanzamento di quella opposta determinano via via una accentuazione dell’ansa fuviale e la formazione di un lobo di meandro, il cui collo si restringe sempre più. Quando l’ansa è giunta al massimo sviluppo, può avvenire il taglio del meandro (fgura 7.12 C). Questo fenomeno si può verifcare, per esempio, in occasione di una piena. I meandri abbandonati diventano bracci fuviali morti a forma di semiluna che, invasi dalla vegetazione, si trasformano dapprima in paludi e successivamente si interrano.

A

R

R

R1

R1

B

C

FIGURA 7.12 … (A), i meandri f uviali migrano lateralmente erodendo la riva esterna e depositando sedimenti sulla riva interna. (B), sezione attraverso un meandro, che mostra l’erosione della riva esterna e il progressivo accumulo di sedimenti sulla riva interna. (C), quando le anse sono molto ravvicinate, il corso d’acqua può abbandonare il meandro e procedere in linea retta (taglio del meandro). Si forma così il meandro abbandonato, dalla caratteristica forma a semiluna.

7.6 Sedimenti fluviali

I

fumi tendono a trasportare il loro carico al mare, ma durante il percorso una buona parte di tale carico è abbandonata e forma particolari aree deposizionali. Si tratta delle pianure alluvionali, dei terrazzi alluvionali, dei conoidi alluvionali e dei delta.

Le pianure alluvionali si formano sul fondo delle valli fuviali per accumulo dei detriti trasportati dai fumi. Nelle fasi di piena il materiale detritico è trascinato dalle acque del fume e riversato al di fuori degli argini. Un esempio di pianura alluvionale è la Pianura Padana, formatasi nel corso dei millenni grazie ai sedimenti di origine alpina e appenninica che hanno colmato un antico golfo marino (cfr. fgura 6.2 B). I terrazzi fuviali sono accumuli di sedimenti che formano superfci pianeggianti ai lati del corso d’acqua. I terrazzi fuviali rappresentano vecchie superfci di origine alluvionale incise in fasi successive dal corso del fume. Se per abbassamento del livello marino o sollevamento del terreno si abbassa il livello di base, il fume inizia a incidere la propria pianura alluvionale. Non più raggiungibile dalle periodiche inondazioni che apportano sedimenti, la pianura alluvionale diventa un terrazzo fuviale. Deposizioni e incisioni si ripetono più volte: si formano terrazzi a diverse quote, separati da scarpate. I terrazzi sono distribuiti a gradinata nella valle fuviale: i più antichi a quota più elevata, i più recenti più in basso. Infatti, man mano che il fume erode il terreno, l’alveo si approfondisce (fgura 7.13).

d

Dei conoidi alluvionali abbiamo già parlato nel capitolo precedente. I delta fuviali sono l’argomento analizzato nel paragrafo che segue.

ANIMAZIONE

La formazione dei meandri

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lezione 22A Morfologia fluviale

AA

B

ginaria

Pianuraale n alluvioale attu

le ori uviona

all Pianura

Ter raz zo

7.7 Delta fluviali

L

o storico greco Erodoto usò la lettera greca delta (Δ) per indicare quell’area più o meno triangolare dove i vari rami del Nilo depositano il loro carico nel Mediterraneo (fgura 7.14). L’estensione areale dei complessi deltizi può essere di alcune centinaia di kilometri quadrati. Tra gli esempi attuali di delta citiamo quelli del Mississippi, del Nilo, del Gange, del Rio delle Amazzoni, del Niger, del Fiume Giallo (Hwang Ho), del Rodano, del Po.

Sca

rpa t

a

Ter raz zo

FIGURA 7.13 … Un corso d’acqua che erode la propria pianura alluvionale forma i terrazzi fuviali. I terrazzi rappresentano i resti di antiche pianure alluvionali depositate dal fume.

P Un delta fuviale è costituito dalla massa di sedimenti deposti da un

fume che sbocca in mare; si forma per una combinazione di processi fuviali e marini in un’area di foce. Allo sbocco in mare, la corrente fuviale perde velocità e sedimenta il materiale trasportato. Questo materiale si accumula in modo tale che il letto del fume risulta più alto rispetto alle aree adiacenti; in queste zone perciò il corso principale rompe facilmente gli argini durante i periodi di piena e trova una nuova via verso il mare. Il processo si può ripetere varie volte e si forma così una rete di rami fuviali che s’irradiano verso il mare, cioè un delta. Dal punto di vista della dinamica sedimentaria si distinguono delta attivi e passivi. I delta attivi, o costruttivi, sono quelli in cui la costa è modellata dai processi fuviali, senza che onde e correnti marine la modifchino sensibilmente; è questo il caso del delta del Nilo (fgura 7.14) o del Mississippi (fgura 7.15). A seconda del numero dei rami fuviali, il delta può assumere una forma aperta, lobata o arcuata, o può svilupparsi in corpi digitati e allungati, separati da ampie baie e lagune (delta a zampa d’oca).

Golfo del Messico

FIGURA 7.14 … Immagine da satellite del delta del Nilo che mette in evidenza una linea di costa arcuata e una pianta triangolare.

FIGURA 7.15 ƒ Il delta del Mississippi è del tipo «a zampa d’oca» e possiede lunghi rami fuviali.

NASA / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Mississippi

20 km

A/133

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

Nei delta passivi forma e contorno sono determinati e modellati dai processi marini. Se i delta sono dominati dalle onde, allora il contorno del delta è caratterizzato da cordoni sabbiosi, lidi rettilinei (spiagge e dune) (fgura 7.16 A) e tomboli (vedi fgure 7.32 e 7.33), a cui s’intercalano piccole lagune e piane di marea.

A

Tevere

Se invece il delta è dominato dalle maree, esso consta di un’area costiera disseminata di numerose isolette separate da canali di marea e di una fascia esterna costellata di secche sabbiose (barre di marea) (fgura 7.16 B). Dove le maree sono molto forti e riescono a impedire l’interramento fuviale, i corsi d’acqua presentano foci larghe e a imbuto, povere o del tutto sgombre di detriti, che prendono il nome di estuari.

Mar Mediterraneo 5 km

B

Le Havre

Senna

Manica

Area deltizia Piana di marea

FIGURA 7.16 ƒ (A), il delta del Tevere è di tipo «cuspidato », cioè appuntito, a causa dell’azione rilevante di onde e correnti. (B), il delta della Senna si è originato dal riempimento di un profondo estuario prodotto dalle forti maree.

10 km

METTITI alla PROVA

PER SAPERNE DI PIÙ

Il cuneo salino

Un emungimento rapido delle falde acquifere nelle regioni costiere può avere conseguenze disastrose: l’acqua marina penetra nel sottosuolo verso l’interno e va a rimpiazzare l’acqua dolce, con danni incalcolabili per le colture e la vegetazione. Questo fenomeno prende il nome di cuneo salino (fgura a lato). Nelle aree deltizie del Veneto e dell’Emilia-Romagna tale fenomeno è presente nei tratti terminali del Po, del Brenta, del Piave e del Tagliamento. Negli ultimi decenni, il cuneo salino ha assunto proporzioni allarmanti con una progressiva intrusione verso l’interno dei corsi d’acqua. Nel delta del Po, per esempio, negli anni ’50 e ’60 del secolo scorso, il fenomeno si avvertiva a non più di 2÷3 km dalla foce; negli ultimi anni, la presenza del cuneo salino è stata rilevata fno a 20÷25 km dal mare.

1 2

Da che cosa dipende la capacità erosiva esercitata dall’acqua di ruscellamento? Che cosa è il carico di fondo?

A/134

Se la falda freatica è sottoposta a eccessivo sfruttamento, sfr l’apporto di acqua dolce dolc diminuisce e le acque invad salate invadono le zone precedenteoccu mente occupate dalle acque dolci.

Pozzo per il pompaggio dell’acqua

Acqua dolce

Acqua salata

Il margine delle acque salate si sposta verso terra. I pozzi che prima attingevano acqua dolce si possono ora trovare a pescare nell’acqua salata.

3 4

Che cosa sono e come si originano le marmitte fuviali? Come si origina una gola?

5 6

Elenca e descrivi i diversi tipi di tracciato fuviale. Che cosa sono i terrazzi fuviali?

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

Il carsismo

< lezione 23 A

7.8 Morfologia carsica Il nome Carso, da cui deriva il termine carsismo, ha origine da Kar che nella radice indoeuropea signifca roccia o pietra.

lcuni tipi di rocce subiscono una particolare forma di modellamento superfciale e sotterraneo, che prende il nome di carsismo. Il termine deriva dal Carso, regione delle Alpi orientali dove questi fenomeni sono molto evidenti. Il carsismo è dovuto all’azione di dissoluzione operata su alcuni minerali dalle acque meteoriche e di ruscellamento; i minerali passano in soluzione e sono allontanati rapidamente. Il carsismo si verifca nei territori con rocce superfciali solubili e caratterizzati da suffciente piovosità. Le numerose vie che le acque superfciali riescono ad aprirsi verso il sottosuolo determinano, nelle regioni carsiche, l’assenza di un reticolo idrografco stabile ed esteso. Nel classifcare le forme carsiche occorre distinguere tra quelle superfciali (o epigee) e quelle sotterranee (o ipogee), spesso strettamente correlate. Esistono numerose forme carsiche di superfcie dalle dimensioni diverse, comprese tra pochi centimetri e i kilometri. Forme superfciali minori sono le scanalature, piccoli solchi di forma allungata separati da sottili creste. Distese rocciose caratterizzate dalla presenza di scanalature prendono il nome di campi carreggiati (fgura 7.17). Fra le forme di maggiori dimensioni, molto comuni sono le doline, depressioni circolari sul fondo delle quali l’acqua s’infltra nel sottosuolo (fgura 7.18). Progressivamente le doline si approfondiscono, fno a quando sul fondo si forma un’apertura detta inghiottitoio. L’unione di due o più doline porta alla formazione di depressioni composte dette uvala (fgura 7.18). Col progredire della corrosione le uvala si allargano inglobando altre doline. L’evoluzione del fenomeno porta alla formazione di una depressione dal fondo piatto di dimensioni kilometriche, detta polje. Nell’Appennino queste depressioni sono chiamate piani o campi, come Campo Imperatore sul Gran Sasso.

MARTIN BOND / SCIENCE PHOTO LIBRARY

A

FIGURA 7.17 … Pavimentazione tipica di un paesaggio a morfologia carsica. Queste forme sono prodotte dalla scorrimento superfciale o dalla stagnazione dell’acqua piovana che dissolve i minerali, ma anche dalla sua fltrazione attraverso fessure verticali all’interno di rocce calcaree, un processo chiamato allargamento per dissoluzione. (Baia di Malham, Gran Bretagna).

VIDEO

Le forme carsiche FIGURA 7.18 ƒ Nel massiccio calcareo dei Monti Sibillini sono frequenti forme carsiche, come queste piccole doline che costellano il fondovalle.

Il nome dolina deriva da dol che in slavo signifca valle, quindi dolina signifca piccola valle. Il termine polje in slavo signifca campo. Il termine uvala in slavo signifca avvallamento.

A/135

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

Doline

Corso d’acqua che diventa sotterraneo

Fiume

Il corso corsso d’acqua ritorna ritorna in superficie

Detriti

Grotta Grotta

Corso Cor orsso d’acqua cche he diventa div sotterraneo aneo

Ingresso Ingress Ingr ess della grotta grotta Superficie freatica

C ALC A

RI

1 In dipendenza della profondità della 2 Le grotte localizzate al di sopra della superficie freatica sono piene di aria.

AG-PHOTO / SHUTTERSTOCK

superficie freatica, alcune cavità possono trovarsi nella zona satura ed essere piene di acqua.

FIGURA 7.20 … Stalattiti e stalagmiti (Grotte di Nettuno, Sardegna). Le stalattiti pendono dalla sommità e sono depositate dall’acqua che gocciola da fessure della roccia. Le stalagmiti si elevano dal pavimento e sono formate dalle gocce che cadendo colpiscono sempre lo stesso punto.

METTITI alla PROVA

A

APPROFONDIMENTO

Le Grotte di Castellana

7 8

Quale rapporto esiste tra doline e inghiottitoi? Quali sono le forme superfciali minori che rendono facilmente riconoscibile un terri-

A/136

FIGURA 7.19 ƒ Stereogramma di un paesaggio carsico. Si possono distinguere forme superfciali, doline, e forme sotterranee, come pozzi, grotte, canali e gallerie. I corsi d’acqua da superfciali diventano sotterranei.

Le forme ipogee del carsismo, cioè le cavità sotterranee, sono costituite da gallerie, pozzi, abissi e grotte, che possono essere percorse anche da torrenti (fgura 7.19). Uno dei casi più noti è quello del fume sotterraneo Timavo, nel Carso triestino, che si riversa in un inghiottitoio presso San Canziano in territorio sloveno e percorre circa 40 km in grotte e canali per riemergere non lontano da Monfalcone in territorio italiano. Le forme deposizionali carsiche si originano nelle grotte. In questi ambienti l’agitazione meccanica delle acque e la bassa pressione di CO2 (diossido di carbonio) permettono che questo gas si liberi dalla soluzione. Di conseguenza i sali di calcio presenti in soluzione si trasformano in carbonato insolubile, che precipita. Si originano così caratteristiche formazioni carbonatiche, come stalattiti, stalagmiti e vari tipi di concrezioni (fgura 7.20). Le stalattiti pendono dalla sommità delle grotte e sono depositate dall’acqua che gocciola da fessure della roccia. Si forma un piccolo cilindro cavo di calcite, detto spaghetto, all’interno del quale scorre l’acqua. Ogni volta che una goccia si stacca dalla base del cilindro, si deposita un sottile anello di minerale e la stalattite si allunga verso il basso. Se il condotto centrale si ostruisce, l’acqua comincia a scorrere all’esterno: la calcite è depositata sulla superfcie laterale del cilindro, che assume progressivamente forma conica. Le stalagmiti si elevano dal pavimento delle grotte e sono formate dalle gocce che cadendo colpiscono sempre lo stesso punto. L’urto sul terreno determina la deposizione del carbonato di calcio: si forma un cono che si eleva progressivamente con il vertice verso l’alto. Il materiale che compone tutte le concrezioni carsiche è detto alabastro.

torio carsico? 19 Che cos’è una polje? 10 Per quale curiosa caratteristica è noto il fume Timavo, che scorre nel Carso triestino?

11 In che cosa differiscono stalattiti e stalagmiti? 12 Qual è il materiale che compone le concrezioni carsiche?

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

Il modellamento glaciale

< lezione 24 A

7.9 L’azione erosiva dei ghiacciai

I

ghiacciai sono gli agenti più importanti del modellamento superfciale nelle regioni a clima freddo. L’azione erosiva di un ghiacciaio è dovuta soprattutto al suo movimento. Un ghiacciaio, per la spinta del proprio peso, si muove verso il basso e, scivolando sulla roccia sopra la quale poggia, si comporta come una ruspa: preleva e trasporta sulla sua fronte e alla sua base una grande quantità di detriti di tutte le dimensioni, dai grossi blocchi di roccia all’argilla fnissima. I detriti prelevati possono essere strappati direttamente dalla roccia su cui il ghiacciaio scivola, oppure cadono dalle pareti rocciose laterali a causa della disgregazione fsica.

P L’insieme delle azioni erosive che il ghiacciaio esercita sulle rocce è

detto esarazione. La base rocciosa viene levigata e segnata da profondi solchi per opera dei frammenti trascinati. I solchi sono orientati secondo la direzione di scorrimento del ghiacciaio (fgura 7.21). La durezza del ghiaccio è insuffciente per incidere la maggior parte delle rocce; in larga misura il modellamento delle rocce è dovuto ai detriti rocciosi incassati nel ghiaccio, che esercitano l’azione erosiva principale. Le asperità delle rocce vengono smussate e arrotondate. Le rocce più dure assumono una forma a gobba o mammellonare e sono dette rocce montonate. Queste rocce sono arrotondate nella parte direttamente sottoposta all’azione del ghiacciaio, mentre si presentano con superfcie scabra verso valle (fgura 7.22). Nella parte a valle il ghiacciaio strappa e trascina via frammenti di roccia. Anche l’acqua di fusione, che scorre alla base del ghiacciaio, esercita un’azione erosiva sulle rocce poste sotto il ghiacciaio per mezzo dei detriti trasportati. In epoche passate il clima della Terra è stato più freddo di quello attuale. Questi periodi sono defniti glaciali e l’insieme dei fenomeni che hanno provocato la formazione dei ghiacci è chiamato glaciazione. Durante i periodi glaciali i ghiacci ricoprirono una superfcie più che tripla rispetto a quella attuale. Moltissimi territori modellati dai ghiacciai si trovano oggi in regioni a clima temperato; a causa dell’arretramento dei ghiacciai, le forme di erosione glaciale sono rimaste scoperte e possono essere studiate con precisione e relativa facilità.

Il ghiaccio leviga e arrotonda la superficie

Il ghiaccio estrae frammenti rocciosi producendo una superficie irregolare

FIGURA 7.21 … Solchi e scanalature lasciate sul substrato roccioso. I solchi indicano la direzione di movimento del ghiacciaio e sono quindi una preziosa testimonianza per ricostruire i movimenti dei ghiacciai continentali che oggi non esistono più. (Foto C ARR CLIFTON, da F. PRESS et al., Capire la Terra, Zanichelli, Bologna 2006)

Movimento del ghiacciaio

FIGURA 7.22 ƒ Sezione di una collinetta modellata dall’erosione glaciale. Queste rocce sono dette montonate.

A/137

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

FIGURA 7.23 „ La Vallunga, che da Selva di Val Gardena si inoltra nel gruppo Puez-Gardenaccia, è una valle glaciale dal caratteristico proflo a U. L’esarazione esercitata dal ghiaccio ha modellato sia il fondo sia i fanchi della valle e ha fatto assumere alla sezione trasversale il tipico proflo a forma di parabola.

d

ANIMAZIONE

La formazione di una valle glaciale

SIMON FRASER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Le valli occupate dai ghiacciai, valli glaciali, sono modellate dalla esarazione glaciale in modo caratteristico. L’azione erosiva del ghiacciaio fa sì che le valli glaciali presentino un caratteristico proflo a U, con fondo ampio e pianeggiante e versanti ripidi (fgura 7.23). Il proflo a U è dovuto al fatto che il ghiacciaio, oltre a erodere il fondo, erode anche i fanchi della valle, arrotondandoli. Nella parte alta dei versanti, dove il ghiacciaio non arriva, l’azione erosiva prevalente è dovuta al gelo e disgelo e alle acque correnti; i fanchi divergono come nella valle fuviale preesistente sulla quale il ghiaccio ha esercitato la sua azione erosiva. A causa del livello marino più basso di quello attuale, durante le glaciazioni molte valli glaciali furono scavate sotto l’odierno livello del mare. Lo scioglimento dei ghiacci provocò l’innalzamento del livello del mare, che oggi occupa le valli modellate in prossimità della costa. I fordi (fgura 7.24) sono strette rientranze del mare con tipico proflo a U, scavate da lingue glaciali che scendevano dalle montagne adiacenti durante le glaciazioni.

7.10 Le morene … Questo stretto braccio di mare si è formato quando una valle di origine glaciale è stata parzialmente sommersa dalle acque marine. Qui siamo a Tyrolerfjord nella Groenlandia artica. FIGURA 7.24

I

materiali rocciosi trasportati dal ghiacciaio in movimento, prevalentemente sulla fronte, sui lati e alla base, sono detti morene. Le morene sono formate dai materiali asportati dal ghiaccio e dai frammenti che cadono dalle pareti rocciose sovrastanti il ghiacciaio (fgura 7.25).

Morena laterale

FIGURA 7.25

Morena centrale

Ghiacciai tributari

„ Schema che mostra le morene dei ghiacciai.

Valle glaciale principale

A/138

lezione 24A Il modellamento glaciale

Le morene si distinguono in: • frontali; • laterali; • mediane; • di fondo. Le morene frontali sono costituite da detriti trascinati dalla fronte del ghiacciaio e spesso hanno forma arcuata (fgura 7.26 A). Le morene frontali segnano il limite di massimo avanzamento del ghiaccio verso valle. Le morene frontali, generalmente a forma di anfteatro, segnano il limite massimo di un’espansione glaciale. Classici esempi di anfteatri morenici sono presenti nella Pianura Padana, allo sbocco delle più importanti vallate alpine. I grandi laghi della regione prealpina, come il Lago di Garda (cfr. fgura 5.15), il Lago di Como e il Lago Maggiore, si svilupparono nelle valli glaciali ostruite al loro sbocco nella pianura dagli sbarramenti morenici.

Dei laghi di origine glaciale abbiamo già parlato nel paragrafo 5.7.

Le morene laterali si trovano ai fanchi del ghiacciaio. Nella fgura 7.25 appaiono evidenti le morene laterali che, sotto forma di accumuli di detriti sviluppati longitudinalmente al ghiacciaio, affancano la lingua glaciale per quasi tutta la sua lunghezza. La striatura centrale che si osserva lungo il ghiacciaio della stessa fgura è una morena centrale, formata dalle morene laterali dei ghiacciai confuiti a formare il ghiacciaio principale. Le morene di fondo comprendono i detriti intrappolati sotto il ghiacciaio. I frammenti di roccia che formano le morene e la stessa roccia di fondo presentano i solchi di esarazione caratteristici. I materiali morenici, a causa del tipo di trasporto cui sono sottoposti, non sono omogenei; le dimensioni dei detriti sono estremamente diversifcate, poiché il ghiacciaio non opera alcuna selezione. I frammenti di roccia sono triturati e non presentano alcun tipo di arrotondamento, ma spigoli vivi (fgura 7.26 B). A

B

superfcie terrestre fu ricoperta dai ghiacci durante i periodi glaciali? 16 Perché le valli glaciali presentano solitamente il proflo a U? 17 Perché i fordi appartengono al paesaggio glaciale?

18 Come si forma la morena centrale? 19 Gli anfteatri morenici hanno formato lo sbarramento che ha permesso la formazione di grandi laghi italiani; citane almeno uno. 20 Come si possono ricostruire i movimenti dei ghiacciai continentali non più esistenti?

A/139

METTITI alla PROVA

13 Come sono chiamate nel loro insieme le azioni erosive esercitate da un ghiacciaio? 14 Come può l’acqua di fusione esercitare un’azione erosiva sulle rocce poste sotto al ghiaccio? 15 Rispetto al presente, quanta parte della

FIGURA 7.26 † (A), il ghiacciaio del Miage si trova nella alta Val Veny in Valle d’Aosta e scende dal Monte Bianco. In primo piano la morena frontale del ghiacciaio. (B), particolare della morena con un branco di stambecchi. Sono evidenti i materiali di varie dimensioni che la compongono.

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

lezione 25 A >

L’azione del mare sulle coste

7.11 I litorali

I

l mare esercita la propria azione modellatrice sulle coste attraverso le correnti, le maree e soprattutto il moto ondoso, che è il principale agente modifcatore del litorale. Durante le tempeste le onde si abbattono sulla costa ed esercitano sulle rocce pressioni che possono raggiungere valori enormi. L’azione d’indebolimento è particolarmente forte nelle discontinuità della roccia. Le onde colpiscono le fratture, comprimendo l’aria al loro interno. Quando l’onda ritorna indietro l’aria non più compressa si espande violentemente e dilata ulteriormente la frattura; le rocce della costa sono così indebolite e frantumate. Il detrito prodotto dall’azione delle onde, trascinato avanti e indietro dal moto ondoso, provoca l’abrasione delle rocce, che determina un’ulteriore azione demolitrice e modellatrice.

씰 L’abrasione è l’azione di levigatura di un corpo roccioso dovuta all’im-

patto e alla frizione dei detriti scagliati dalle onde contro la costa. VIDEO

L’azione del mare sulle coste

Il modellamento delle coste è di grande importanza, non solo dal punto di vista scientifco, ma anche per le conseguenze sulle attività umane: infatti, le aree costiere, che si estendono in tutto il globo per migliaia di kilometri, sono intensamente popolate e molto importanti economicamente. L’Italia possiede 7500 km di coste, che presentano una grande varietà di forme.

FIGURA 7.27 „ Le onde si abbattono contro le coste rocciose, esercitano una enorme pressione e aprono varchi nelle rocce che vengono divelte. I blocchi e i frammenti sono sparsi in tutte le direzioni. Costa bretone, nella Francia settentrionale.

A/140

Molti minerali delle rocce sono variamente solubili, altri sono alterati dall’acqua, altri ancora reagiscono coi sali disciolti; l’erosione è sempre favorita dall’azione chimica dell’acqua sulle rocce. Anche molti organismi marini, quali i molluschi litodomi, attaccano chimicamente la roccia e ne agevolano la disgregazione. Mediante l’incessante martellamento delle onde che frantumano la roccia (fgura 7.27) e spianano le irregolarità della costa, il mare si apre la via verso la terra. I frammenti di roccia vengono arrotondati e levigati dagli innumerevoli urti nella zona dei frangenti e della risacca. Anche il fusso e rifusso delle maree può risultare importante. Le onde e le maree generano correnti che trasportano e distribuiscono i detriti lungo la costa: il materiale più fne è trasportato al largo e depositato sul fondo; il materiale più grossolano (sabbia e ciottoli) è accumulato o trascinato lungo la costa dalle correnti a formare cordoni sabbiosi e spiagge.

lezione 25 A L’azione del mare sulle coste

7.12 Coste alte

L

e coste possono essere classifcate a seconda della morfologia in coste alte e coste basse (fgura 7.28), dritte o frastagliate. Le regioni costiere sono caratterizzate da abbondante umidità e spesso da scarsità della copertura vegetale, a causa della salsedine. Si creano così condizioni del tutto particolari, molto dissimili da quelle di altri ambienti dove la presenza di abbondante umidità è accompagnata da lussureggiante vegetazione.

FIGURA 7.28 † (A), costa alta nella Baia di Franklin (Canada). (B), costa bassa del Mar Baltico in Lituania.

B

VIKAU / SHUTTERSTOCK

A

Le coste a falesia sono litorali alti caratterizzati da una scarpata rocciosa verticale a strapiombo sul mare, prodotta dall’azione erosiva diretta o indiretta del mare (fgura 7.29). In genere, sono costituite da rocce a stratifcazione suborizzontale, come in Normandia o nelle coste inglesi della Manica, della Scozia e dell’Irlanda. La principale azione esercitata dal mare sulle coste alte è la demolizione operata dal moto ondoso. L’azione del moto ondoso è dovuta sia al martellamento delle onde stesse, sia al lancio contro la parete rocciosa della sabbia e dei ciottoli di cui l’onda si arricchisce in prossimità del litorale. FIGURA 7.29 ƒ L’imponente falesia di Sinis nell’area naturale marina protetta Penisola del Sinis-Isola Mal di Ventre (Oristano, Sardegna). La falesia arretra da destra verso sinistra, mentre l’erosione origina una piattaforma di abrasione (vedi fgura 7.30) in corrispondenza del livello della bassa marea.

A/141

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

A

B

FIGURA 7.30 „ (A), costa a falesia. (B), l’azione delle onde provoca un’intensa erosione meccanica e il crollo della parete rocciosa. I continui crolli determinano l’arretramento della falesia.

Falesia

Piattaforma di abrasione

Solco di battigia

La forza demolitrice delle onde che si frangono e si ritirano è enorme. Le rocce subiscono una duplice azione, di compressione e di decompressione: sono dapprima fratturate, poi separate e divelte in blocchi e frammenti di tutte le dimensioni. L’erosione meccanica e l’abrasione progressivamente asportano materiale dalla base della scarpata. In corrispondenza del livello medio del mare il battente d’onda provoca l’escavazione di un solco di battigia (fgura 7.30 A). Quando il solco diventa troppo profondo rispetto alla compattezza della roccia sovrastante, la parte alta della falesia perde l’appoggio e crolla. La ripida parete si ricostituisce un po’ più indietro: la falesia arretra (fgura 7.30 B). In alcuni casi si formano caratteristiche forme dovute all’abrasione come archi, scogli e grotte di abrasione marina (fgura 7.31). Col procedere dell’erosione della falesia, al posto della scarpata crollata rimane una piattaforma rocciosa in parte sommersa e leggermente inclinata verso il mare, detta piattaforma di abrasione (cfr. anche fgura 7.29). La gran parte dei materiali che derivano dalla demolizione delle falesie si accumula in mare in continuità con la piattaforma di abrasione. La piattaforma semisommersa smorza l’impeto delle onde e rallenta il processo di erosione della falesia. In qualche caso la piattaforma d’abrasione protegge completamente la falesia, il processo di arretramento si ferma e si parla di falesia morta. Molte coste alte presentano una morfologia che deriva da fenomeni o da situazioni indipendenti dall’abrasione marina attuale. Si può perciò affermare che la loro morfologia è «ereditata», perché inizialmente modellata da processi che si sono svolti in un ambiente diverso da quello attuale.

CARA MARIA / ISTOCKPHOTO

FIGURA 7.31 „ Scogliera rocciosa con faraglioni, archi e grotte. Baia delle Zagare (Gargano, Puglia).

A/142

lezione 25 A L’azione del mare sulle coste

7.13 Coste basse

Q

uando l’azione costruttiva del mare prevale su quella distruttiva si originano coste basse. Ciò è dovuto in genere alla minor forza di onde e correnti, che permette il deposito dei materiali detritici trasportati dalle acque. Questi detriti provengono dal carico solido dei fumi o sono stati strappati dalle onde nei tratti di costa in erosione. Le onde che si abbattono sulla costa rifuiscono indietro, diminuendo progressivamente la propria velocità. Durante una mareggiata le onde di rifusso trasportano i sedimenti dalla costa verso il largo e formano barre sabbiose sommerse, cumuli allungati paralleli alla costa. Col tempo le barre possono emergere a formare lingue di sabbia, dette cordoni litoranei o lidi. I cordoni litoranei si formano di frequente all’ingresso di insenature e baie. Le insenature e le baie fniscono con l’essere separate dal mare aperto. A volte la comunicazione col mare è limitata a stretti passaggi detti bocche lagunari, mantenuti aperti dalle correnti di marea. In questo modo si formano le lagune; ne è un bell’esempio, universalmente noto, la Laguna di Venezia (fgura 7.32). Se la comunicazione col mare è completamente interrotta, si formano laghi costieri, come quelli di Lesina e Varano in Puglia (fgura 7.33).

L’abrasione marina fa diminuire progressivamente le dimensioni dei granuli detritici.

FIGURA 7.32 ƒ Venezia e la sua laguna viste dal satellite. Sono visibili i cordoni litoranei che delimitano la laguna. Sono indicate le tre bocche di porto.

Bocca di porto di Lido

Bocca di porto di Malamocco

Bocca di porto di Chioggia

FIGURA 7.33 ƒ I laghi di Lesina e di Varano, nel promontorio del Gargano, sono stati chiusi da lidi di sabbia paralleli alla linea di costa.

MARE ADRIATICO

Lago

Lago di Varano

a d i L e s in San Nicandro Garganico

Promontorio del Gargano 10 km

A/143

CAPITOLO 7A L’azione delle acque continentali e marine

nnella

bol o de lla Gi a To m

MARE TIRRENO

Quando i fenomeni di deriva e la deposizione di lingue sabbiose interessano un litorale con isole costiere, le lingue di sabbia fniscono per formare tomboli, che collegano le isole alla terraferma e le trasformano in penisole. In certi casi, come quello degli stagni di Orbetello, i tomboli possono essere due o più ed estendersi parallelamente tra loro, racchiudendo uno specchio d’acqua salmastro (fgura 7.34). La forma di deposito caratteristica delle coste basse è la spiaggia (fgura 7.35). La spiaggia, costituita da sedimento sciolto, è delimitata verso terra da rocce o da dune sabbiose, mentre verso mare è delimitata dalla linea della bassa marea. Le spiagge costituite da sedimenti fni sono in genere ampie e presentano una debole pendenza, mentre quelle formate da materiali grossolani sono più inclinate. La battigia è il tratto di spiaggia interessato dal moto alternato delle onde: il futto verso terra e la risacca verso il largo. In genere la battigia termina verso il largo con un gradino, oltre il quale la risacca non trasporta più materiale.

Stagni di

Orbetello

Orbetello

Monte Argentario

dell bolo Tom

a Feniglia

5 km

FIGURA 7.34 … Il promontorio dell’Argentario con gli stagni di Orbetello racchiusi dai caratteristici tomboli.

Le coste basse non si formano solo per accumulo sedimentario di provenienza marina. Quando la superfcie costiera è caratterizzata da distese pianeggianti, la costa è bassa già in origine: in questo caso il mare la rielabora e la rettifca soltanto. Altre volte la costa bassa è costituita dalle piane di marea: distese pianeggianti soggette alla periodica inondazione da parte delle maree, che sono responsabili dell’accumulo di fango sulla superfcie della piana. Altre volte, infne, il materiale sedimentario che forma la costa bassa è di provenienza fuviale, come nel caso dei delta fuviali.

Spiaggia sommersa

Battigia

Dune Spiaggia emersa

Gradino Linea di bassa marea

Linea di alta marea

METTITI alla PROVA

FIGURA 7.35 … Proflo di una spiaggia con gli elementi morfologici più caratteristici. La spiaggia si forma per l’apporto di materiali trasportati dalle onde o dalle correnti. L’evoluzione di una spiaggia dipende dal bilancio che si stabilisce tra apporto di nuovi materiali e sottrazione di quelli presenti.

21 L’abrasione delle rocce è causata dal moto delle onde? Giustifca la tua risposta. 22 Come avviene la distribuzione dei detriti

A/144

trasportati dalle correnti generate dalle onde e dalle maree? 23 Le coste basse si formano quando prevale

l’azione costruttiva o distruttiva del mare? 24 Che cos’è un tombolo? 25 Descrivi l’origine di un lago costiero.

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE CONOSCENZE 씰

Domande a risposta multipla (scegli il/i completamento/i corretto/i)

1 Se l’acqua di un fume incontra una curva: a tende a curvare seguendo la morfologia della zona; b tende a mantenere la direzione in linea retta; c le particelle in sospensione sedimentano sull’argine interno; d le particelle in sospensione si depositano sul fondo. 2 a b c d

3

a b c d

L’erosione che avviene sul fondo di un fume: provoca un aumento della profondità dell’alveo; fa aumentare le asperità del fondo; rende omogenea la pendenza; si verifca più rapidamente negli alvei scavati in rocce tenere. Lo schema in basso mostra il percorso di un fume, la freccia indica il verso in cui scorre. Le lettere A e B identifcano le sponde del fume. Identifca le affermazioni esatte: la riva A è detta sponda concava; nella sponda A avviene erosione; l’acqua scorre più velocemente nella sponda B; la profondità dell’acqua è maggiore presso la sponda B.

Direzione della corrente

B

A

4 a b c d

I meandri incassati: sono incisi in roccia compatta; possono dare il fenomeno del salto; erodono i materiali di una pianura alluvionale; sono bracci fuviali abbandonati.

씰

Quesiti

16 Qual è il nome che viene dato all’insieme del materiale sedimentario trasportato da un corso d’acqua? 17 Qual è la differenza tra carico in sospensione e carico di fondo? 18 A che cosa è dovuta l’azione di abrasione di un corso d’acqua? 19 Quali fattori determinano la velocità di scorrimento di un corso d’acqua? 20 Descrivi i processi erosivi e sedimentari che si verifcano in corrispondenza della curva di un fume.

5 I delta attivi: a sono modellati dai processi marini; b presentano foci larghe a imbuto povere di detriti; c sono modellati dai processi fuviali; d si sviluppano in corpi digitati e allungati. 6 a b c d

b tramite la dissoluzione chimica operata dalle acque; c tramite l’abrasione prodotta dai detriti trasportati con le onde; d grazie alla sua azione termoclastica.

Si può prevedere di trovare fenomeni carsici: dove sono presenti calcari e dolomie; nelle valli di origine glaciale; in presenza di rocce metamorfche; dove manca un reticolo idrografco superfciale.

7 Il carsismo: a si sviluppa in territori caratterizzati da elevata piovosità; b si sviluppa in territori con clima arido o semiarido; c consiste nella corrosione di rocce solubili; d interessa solo la parte superfciale delle rocce. 8 Nel carsismo esistono forme deposizionali: a all’interno delle grotte; b legate all’aumento di diossido di carbonio della soluzione acquosa; c chiamate alabastri; d chiamate stalattiti e stalagmiti. 9 L’azione dei ghiacciai: a è un’azione erosiva dovuta al loro movimento; b è un’azione modellatrice del paesaggio, dovuta soprattutto all’esarazione; c modella valli col proflo a V; d è dovuta soltanto all’effetto gelo e disgelo. 10 Le morene: a sono formate da detriti trasportati dal ghiaccio e da frammenti provenienti dai versanti sovrastanti; b hanno granuli di materiale omogeneo e levigato; c possono essere frontali, laterali o di fondo; d sono formate sempre da detriti e frammenti di piccole dimensioni.

12 a b c d

Le falesie sono caratterizzate da: una scarpata rocciosa a strapiombo sul mare; lunghi canali marini subparalleli; lunghe barre o secche sommerse; complessi di dune.

13 a b c d

Le coste basse si formano in conseguenza: dell’arretramento di una falesia; dell’accumulo di sedimenti di origine marina; dell’evoluzione di coste a fordo; del trasporto e della deposizione di sedimenti di origine fuviale.

14 I cordoni litoranei: a sono formati da un insieme di isole messe una in fla all’altra; b si formano all’ingresso di insenature e baie; c sono formati da depositi sabbiosi; d sono barriere artifciali che proteggono le coste dalle mareggiate. 15 Lo schema riportato qui sotto rappresenta un’incisione del paesaggio dovuta all’azione di un agente erosivo. Si tratta dell’erosione causata da un: a b c d

fume; ghiacciaio; lago; dal mare in corrispondenza di una falesia.

11 Il mare modella le coste: a attraverso il moto ondoso;

21 Descrivi l’evoluzione nel tempo di un meandro. 22 Descrivi il processo di formazione di un delta fuviale. 23 Quali sono le principali caratteristiche del paesaggio carsico? 24 Elenca e descrivi brevemente le forme ipogee del carsismo. 25 Qual è l’origine dei detriti trasportati da un ghiacciaio? 26 Che cosa sono le rocce montonate? 27 Come si formarono i fordi? 28 Elenca i diversi tipi di morene. 29 Descrivi le caratteristiche dei detriti che formano le morene.

A/145

30 Da che cosa è causata l’abrasione da parte delle acque marine? 31 Quale forma hanno i frammenti di roccia originati dai processi di erosione costiera? 32 Come sono classifcate le coste dal punto di vista morfologico? 33 Spiega come si formano i solchi di battigia e le grotte di abrasione marina. 34 Descrivi i vari tipi di costa alta. 35 Descrivi il processo che porta una falesia a diventare una falesia morta. 36 Indica le condizioni che debbono verifcarsi perché si origini una costa bassa. 37 Che cos’è un cordone litoraneo? Come si forma?

EA

GUIDA ALLO STUDIO

VERIFICA LE ABILITÀ 씰

Quesiti

38 Descrivi i processi erosivi e sedimentari che si attuano alla curva di un fume e dai una ragione della modalità con cui si verifcano. 39 Perché la capacità erosiva di un corso d’acqua aumenta con la quantità di carico in sospensione? 40 Spiega le principali differenze tra valli di origine fuviale e valli di origine glaciale. 41 Come può accadere che una pianura fuviale ori-

씰

42 43

44 45

ginata dalla sedimentazione di un fume sia poi erosa dallo stesso fume? Spiega perché le rocce carbonatiche, insolubili, sono comunque soggette al carsismo. Perché le morene non si trovano solo in prossimità dei ghiacciai, ma anche a grande distanza da essi? Perché i depositi morenici sono caratterizzati da detriti a spigoli vivi? Perché i detriti morenici hanno dimensioni molto differenziate?

46 Perché una falesia fnisce sempre, prima o poi, col diventare una falesia morta? 47 Spiega perché le barre sabbiose sommerse si formano tanto più a largo, quanto maggiore è la forza di un mareggiata. 48 Le coste frastagliate possono essere molto antiche? Giustifca la tua risposta. 49 Fai una breve ricerca per capire le ragioni per cui si pensa che il Mediterraneo sia meno soggetto di altri mari all’innalzamento legato al riscaldamento globale.

Esercizi

50 Osserva il disegno in cui è rappresentato il corso di un fume con meandri e rispondi alle domande. Piana alluvionale

C D A B

J

K

E F G

I

H

a Indica le curve concave e quelle convesse di ciascun meandro; indica inoltre quali sono zone di erosione e quali quelle di sedimentazione. b Dai ragione della tua risposta alla domanda precedente. c Indica quali sono i laghi semilunari; spiega come si sono formati e prevedi come si potranno trasformare in futuro. d Indica in quale punto potrà verifcarsi un prossimo salto del meandro. e Riconosci i punti dove sono presenti rami intrecciati e spiega quali sono le condizioni che permettono che essi si formino. f Qual è l’unico fume italiano che presenta la morfologia a canali intrecciati?

Questions

51 Osserva la foto a lato, che raffgura un tratto di costa rocciosa del Galles (Regno Unito).

씰

a Con l’aiuto di una carta trasparente realizza uno schizzo della fotografa e indica un promontorio con (P); una spiaggia di fondo-baia con (S); una piattaforma di abrasione marina con (A).

52 You are exploring a cave and notice a small stream fowing on the cave foor. Where could the water be coming from?

b Spiega qual è l’infuenza delle rocce e della loro stratifcazione sulle forme costiere che osservi. c Quali possono essere le ragioni per cui c'è un cambiamento così marcato nella linea di costa tra il tratto in primo piano e il fondo della baia?

53 Take help from the following terms (mass of ice, glacier front, plastic fow, plastic deformation, crevasses, slope, ablation area, ice front, lateral moraine, end moraine), to describe a valley glacier (alpine glacier). 54 Why are striations evidence of former glaciation? 55 What processes shape shorelines? 56 In a 100-year period, the southern tip of a long, narrow, north-south beach has become extended about 200 m to the south by natural processes. What shoreline processes could have caused this extension?

A/146

Le scienze della terra LABORATORIO delle COMPETENZE

Introduzione Alla fne del primo biennio di scuola superiore viene stilata, per ogni studente, una «certifcazione delle competenze», ossia una attestazione di ciò che «sai fare» utilizzando ciò che hai imparato durante il corso di studi. Anche secondo gli standard internazionali (EQF, Quadro Europeo delle Qualifche e dei Titoli), la persona competente usa consapevolmente «conoscenze, abilità e capacità personali, sociali e/o metodologiche, in situazioni di lavoro o di studio e nello sviluppo professionale e/o personale». Questo quaderno aiuta a verifcare l’acquisizione di alcune competenze, fondamentali in ambito scientifco, che entreranno a far parte della tua certifcazione delle competenze (vedi seconda pagina di copertina di questo fascicolo e del libro di testo) e ti offre occasioni per rileggere e ampliare le conoscenze acquisite. Perciò contiene prove più strutturate (più articolate) di quelle dei «mettiti alla prova» alla fne di ogni lezione e della «guida allo studio» alla fne di ogni capitolo del libro di testo. Prove che ti sfdano a mettere in gioco contemporaneamente diverse risorse personali: le notizie che hai conquistato, il loro signifcato, le loro possibili applicazioni, i loro collegamenti. Ogni prova fa riferimento a situazioni della vita reale connesse a fenomeni studiati dall’astronomia e dalla geologia. Ogni prova mette in moto abilità specifche, cioè azioni tipiche della scienza (per esempio raccogliere dati, classifcare, ordinare, usare grafci, ecc.) acquisite durante lo studio. Ogni prova pone domande (consegne) di diverso tipo, a diversi livelli di diffcoltà segnalati da asterischi (base “, intermedio ““, avanzato, “““). Quando non sai rispondere puoi aiutarti con ricerche personali o chiedendo all’insegnante.

Tema

Capitolo

Astronomia

1. Il pianeta Terra

2. Il sistema solare e il Sole

Idrosfera

Geomorfologia

Alcune prove sono articolate secondo i criteri delle indagini PISA (Programme for International Student Assessment) sulle competenze dei quindicenni e, nella varietà delle domande, fanno appello a risorse anche complesse. Alcune prove si articolano come schede guida che rimandano all’osservazione di fenomeni che avvengono nel mondo intorno a noi e/o di fenomeni a scala planetaria che si possono «osservare» su libri o in Internet. Alcune prove chiedono la lettura e la comprensione di un testo scientifco o storico al fne di collocare le informazioni in un contesto di senso, ma anche perché la «reading comprehension» è una abilità molto richiesta a livello internazionale. Alcune prove chiedono di effettuare ricerche, in Internet o sui libri, per documentare ulteriormente e/o approfondire i concetti messi alla prova. Alcune prove chiedono l’uso del linguaggio matematico: quantità misurabili corredate dalle unità del Sistema Internazionale, notazioni matematiche per l’individuazione degli ordini di grandezza, criteri di proporzionalità, lettura o costruzione di grafci, il linguaggio algebrico (le formule), il ragionamento di tipo ipotetico-deduttivo. Il materiale di lavoro è organizzato per argomenti che hanno corrispondenza con i diversi capitoli del libro e per ognuno dei quali esiste uno stretta attinenza con le competenze di base e le abilità specifche ad esse correlate.

Prova

Livello

Pagina

1. Quanto è grande la Terra 2. Tempi e distanze nel sistema solare 3. La latitudine e la stella Polare 4. La misura del tempo 5. Inizia l’inverno: il solstizio 6. Una eclissi spettacolare

““ “ ““ “ ““ “““

4 5 5 6 6 7

7. Rosetta, la «cacciatrice di comete» 8. Caratteristiche dei pianeti

“““ ““

8 8

3. Oltre il sistema solare

9. Il cielo sopra di noi 10. Strumenti per guardare il cielo 11. La radiazione di fondo

““ ““ ““

10 10 11

4. Le acque oceaniche

12. Studiare il mare 13. La forza delle maree 14. Meteomar, avvisi ai naviganti

““ “““ “

12 13 13

5. Le acque continentali

15. Italia terra di meravigliosi laghi 16. Sui grandi ghiacciai del mondo

““ ““

15 16

6. Capire il paesaggio

17. Storie di geomorfologia 18. È più alto l’Everest o il K2?

“““ “

17 19

7. L’azione delle acque continentali e marine

19. Paesaggi meravigliosi creati dall’acqua 20. Il Delta del Po 21. Il mestiere del geologo

““ ““ “““

19 21 23

3

Capitolo 1

IL PIANETA TERRA

1. QUANTO È GRANDE LA TERRA La Terra nello spazio. Forma e dimensioni della Terra Si chiama geodesia la scienza che studia la forma della Terra. Nei secoli passati molti studiosi hanno compiuto ricerche geodetiche viaggiando nei luoghi più inesplorati della Terra misurando angoli, distanze, dislivelli con strumenti ottici e il valore della gravità e le sue variazioni. Ma già nell’antica Grecia Eratostene di Alessandria (280-190 a.C.) era riuscito a calcolare la lunghezza del meridiano terrestre con buona approssimazione, utilizzando il ragionamento illustrato nella fgura. Secondo il suo calcolo la circonferenza del globo doveva essere di 44 500 km.

1/50 di circonferenza

2 Indica, tra le espressioni elencate, quali fanno riferimento a dati in possesso di Eratostene e quali sono ipotesi da lui formulate. a La Terra è una sfera. b Il Sole è molto distante dalla Terra e i suoi raggi arrivano sulla Terra paralleli. c L’arco di circonferenza tra Siene e Alessandria sottende un angolo al centro di 7,2°. d Siene e Alessandria sono sullo stesso meridiano. e Siene si trova sul tropico del Cancro. f Il giorno del solstizio a Siene, a sud di Alessandria, il Sole culmina esattamente allo Zenit. g Il giorno del solstizio ad Alessandria l’altezza β del Sole, misurata con il metodo dello gnomone, dava una distanza zenitale (90°– β) pari a 1/50 di angolo giro (~ 7,2°). h L’altezza del Sole ad Alessandria corrisponde all'angolo che ha per vertice il centro della Terra e i cui lati passano per Siene e Alessandria. I La distanza «effettiva» tra Siene e Alessandria (5 000 stadi) è 1/50 della circonferenza terrestre.

3 Su quali osservazioni si è basato Eratostene per eseguire i suoi calcoli? Completa le voci nella tabella seguente classifcando per tipologia i dati che Eratostene aveva a disposizione.

Siene Alessandria

Dati 1/50 di circonferenza

Astronomici 씰

Domande

1 Eratostene aveva osservato che il 21 giugno, a Siene (la moderna Assuan), a mezzogiorno, la luce del Sole arriva a illuminare il fondo dei pozzi. Ricava l’altezza del Sole sull’orizzonte, ossia l’angolo di incidenza dei raggi del Sole con la tangente alla superfcie della Terra, in quel punto. Contemporaneamente, ad Alessandria, un bastone (lo gnomone della meridiana) forma un’ombra perché i raggi del Sole arrivano inclinati rispetto alla perpendicolare alla superfcie terrestre. Con riferimento alla fgura, calcola l’altezza del Sole ad Alessandria nel giorno del solstizio. Calcola l’angolo che i raggi del Sole formano con la perpendicolare alla superfcie in quel punto. Con riferimento alla fgura formula una proporzione utile per calcolare la lunghezza della circonferenza terrestre. Sostituendo nella proporzione il valore dell’angolo al centro e la distanza tra Alessandria e Siene (5 000 stadi che corrispondono a circa 890 kilometri) calcola la lunghezza della circonferenza terrestre.

4

Geodetici

IL PIANETA TERRA

Capitolo 1

2. TEMPI E DISTANZE NEL SISTEMA SOLARE

3. LA LATITUDINE E LA STELLA POLARE

La Terra nello spazio. La Terra e il sistema solare

L’orientamento. Le coordinate geografiche

Nel suo moto di rivoluzione intorno al Sole, la Terra percorre un’orbita, detta eclittica, lungo la quale la distanza dal Sole varia.

I dati di latitudine e longitudine di una località, espressi in gradi, oggi si possono leggere facilmente sul navigatore dell’automobile o nella pagina web delle previsioni meteo, ma un tempo la loro determinazione richiedeva operazioni eseguite con strumenti particolari, per esempio il sestante, di cui ancora oggi, per motivi di sicurezza, sono dotate le navi.

씰

Domande

1 Qual è la distanza media della Terra dal Sole? a b c d

150 milioni di km. 1 500 milioni di km. 1,5 milioni di km. 15 milioni di km.

2 La durata media di un anno solare è di 365 giorni.

103 m; 106 m; 105 m; 107 m.

3 Il giorno solare medio ha la durata di 86 400 secondi. Scrivi questa misura utilizzando le potenze in base 10. Quale tra le seguenti uguaglianze è errata? a b c d

86 400 s = 8,64 ∙ 104 s. 86 400 s = 86,4 ∙ 103 s. 86 400 s = 864 ∙ 102 s. 86 400 s = 8,64 ∙ 105 s.

GONZALOSILVESTRE

a b c d

/ ISTOCKPHOTO

Dopo aver calcolato tale durata in secondi (che è l’unità fondamentale per le misure di tempo nel Sistema Internazionale) scegli quale delle seguenti espressioni numeriche ne rappresenta l’ordine di grandezza:

Sai che la latitudine di un luogo è la sua distanza angolare dall’equatore, misurata in gradi e frazioni di grado sull’arco di meridiano compreso fra quel luogo e l’equatore. Essa si può determinare facendo riferimento alla posizione delle stelle. Nel nostro emisfero si fa riferimento alla stella Polare, misurando la sua «altezza» sul piano dell’orizzonte. Nell’emisfero australe la latitudine sud si può misurare in modo del tutto analogo facendo riferimento alla Croce del sud.

4 Ogni quattro anni, quando si ha un anno bisestile, il mese di febbraio dura 29 giorni anziché 28. Quanti giorni dura un anno bisestile? Sapendo che il moto di rotazione terrestre si compie in 23 ore e 56 minuti e il moto di rivoluzione terrestre si compie in 365 giorni e 6 ore, da quale dei due fenomeni astronomici dipende l’introduzione dell’anno bisestile?

씰

Domande

1 Rappresenta con uno schema: – la retta che congiunge i nostri occhi alla stella Polare; – il piano dell’orizzonte. Dimostra che l’angolo formato dalla retta e dal piano dell’orizzonte è uguale all’angolo che corrisponde alla latitudine del luogo. (Angoli corrispondenti tra parallele tagliate da una trasversale)

2 Utilizzando un atlante, esprimi la posizione del luogo in cui abiti e poi quello delle isole Maldive. Identifca il meridiano agli antipodi rispetto alla linea del cambiamento di data.

3 Sull’autostrada dei fori, vicino a Pavia, un cartello stradale annuncia che ti trovi a metà strada tra il polo nord e l’equatore. Su quale parallelo ti trovi?

4 Evidenzia su un planisfero i paralleli che si trovano a queste latitudini: 66° 33' nord e sud (i due circoli polari), a 23° 27' N (tropico del Cancro, a 23° 27' S (tropico del Capricorno). Poi traccia il parallelo che passa per il luogo in cui vivi.

5

Capitolo 1

IL PIANETA TERRA

4. LA MISURA DEL TEMPO

5. INIZIA L’INVERNO: IL SOLSTIZIO

L’orientamento. I fusi orari

Conseguenze dei moti della Terra

Nel luglio 2004 in California, nel Turtle Bay Park, è stato inaugurato un ponte pedonale sul Sacramento River chiamato «Sundial Bridge» (Ponte della Meridiana). Progettato dall’architetto spagnolo Santiago Calatrava, funziona come una meridiana: il pilone che sostiene il ponte proietta a terra la propria ombra (che si sposta di circa 30 centimetri al minuto) e indica le ore del giorno.

Il 22 dicembre il globo terrestre nella sua rivoluzione intorno al Sole si viene a trovare, rispetto ai raggi solari, nella posizione indicata in fgura, che corrisponde al solstizio d’inverno.

Polo nord olo arti polare co

Circ Trop ic

od el C

anc

RAGGI SOLARI

ro

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Polo sud

씰

Domande

1 La parola «solstizio» signifca «fermata, arresto del Sole». Spiega perché si usa questa espressione per identifcare la situazione. 씰

Domande

2 Chiarisci i motivi per cui in Italia è inverno, mettendo in evidenza soprattutto la relazione tra la stagione e l’inclinazione dei raggi solari. Si può sostenere che nell’emisfero settentrionale è inverno perché la Terra si trova nel punto della sua orbita più lontano dal Sole, cioè in afelio?

1 Ricerca in Internet informazioni più dettagliate su questo ponte e trova altri esempi di meridiane «monumentali». Con i dati raccolti compila una tabella indicando il nome della meridiana, il luogo in cui si trova e l'epoca in cui è stata costruita.

3 In questa situazione, qual è l’altezza del Sole (ossia l’angolo di inci2 Raccogli in Internet informazioni sull’uso delle meridiane nella misu-

denza dei raggi solari) all’equatore? Per trovare il valore corretto puoi ridisegnare il globo terrestre con l’equatore e i tropici ricordando che il tropico del Capricorno si trova a 23° 27’ di latitudine sud.

ra del tempo e sulla loro evoluzione nel corso della storia. Esponile brevemente in un testo di non più di duecento parole.

3 Quali sono gli elementi fondamentali di una meridiana? Di seguito è descritto, in lingua inglese, il procedimento per costruire una semplice meridiana utilizzato da un gruppo di studenti. How to build a sundial. 1. Make a semicircular dial and mark the hours of the day on it. 2. Place a pointer in the center of the dial perpendicular to its surface. The base of support is made up of a plywood board which is 10 mm thick and has got a base 26 cm long and high 10 cm long. 3. Draw an outline of the base and cut it with a hack-saw. 4. Find the centre and arrange the bar and, then, fx the bar with a stirrup to 90°. 5. Draw and cut a semicircle from the white card, that has to serve for the quadrant and stick it on the wood base. 6. Arrange the device in a sunny position for all day long and turn the vertex of the base to face North. Look for a position by a compass. 7. Check the time with a watch, sign the position of the shadow of bar on the quadrant. 8. Draw twelve segments (hours) on the quadrant. Quali dati devi conoscere se vuoi costruire una meridiana con i tuoi compagni nel giardino della scuola?

6

4 In questa situazione, quale delle affermazioni seguenti è errata? a b c d

Il Sole incide ortogonalmente al tropico del Capricorno. Il Sole è obliquo di 66° 33' rispetto al tropico del Cancro. L’altezza del Sole all’equatore è 66° 33’. L’altezza del Sole al circolo polare artico è 0°.

5 Trova l’altezza del Sole in corrispondenza dei tropici e dei circoli polari. In base ai dati trovati, descrivi le condizioni di illuminazione del polo nord e spiega, fornendo adeguate motivazioni, quanto dura la notte polare.

6 Il circolo di illuminazione è la linea di confne tra la parte illuminata della Terra e quella non illuminata. Ricorda che l’alternarsi del dì e della notte sulla Terra dipende dal moto di rotazione della Terra. In quali momenti dell’anno il circolo di illuminazione passa per entrambi i poli? a Al solstizio d’estate. c Al solstizio d’inverno.

b Agli equinozi. d Tutti i giorni.

IL PIANETA TERRA

Capitolo 1

6. UNA ECLISSI SPETTACOLARE La Luna e i suoi moti

Abbiamo iniziato l’attesa montando su un cavalletto un binocolo e una refex con un teleobiettivo da 300 mm e duplicatore, entrambi dotati di fltri solari. Ci siamo distribuiti gli occhialini e alcuni vetri da saldatore. Le nuvole si alternavano al Sole, fnché, alle 11,20 circa, abbiamo visto che il disco dell’astro iniziava a essere intaccato: vi era stato il «primo contatto», l’eclissi era iniziata. Ho cominciato a scattare foto, mentre a turno osservavamo col binocolo. Erano chiaramente visibili alcuni gruppi di macchie solari. Qualche istante prima del «secondo contatto», che si verifca quando l’ultimo lembo di Sole sta per scomparire dietro al disco scuro della Luna, potemmo vedere l’effetto chiamato «anello di diamante»: la corona solare che incomincia ad apparire crea l’effetto di un anello su cui sia incastonata una gemma luminosissima. Calò una strana oscurità, come avviene pochi minuti dopo il tramonto; nel cielo apparvero alcune stelle e pianeti! Distinsi chiaramente Venere a est del Sole. Era una sorta di crepuscolo, con un chiarore all’orizzonte a 360°, mentre il cielo sopra di noi era quasi blu. Erano circa le 12,40. Apparve, maestosa, la corona solare, molto ampia e regolare, di forma quasi circolare. Dopo circa due minuti, dalla parte opposta a quella da cui era scomparso, riapparve il primo raggio di Sole. Era il momento defnito «terzo contatto»: la fase totale era fnita. 씰

Oceano Atlantico

P Madrid Lisbona

E

Minsk

RUS

BY

Danzica

PL

Berlino

Varsavia

10:40 UT Praga 02m20s - 56°

N 50°

SK

MD

Bratislava

Monaco

Kiev

UA

CZ

Parigi 10:30 UT 02m15s - 53°

40°E

T

D

NL B

30°E

LT

Vilnius

Copenaghen

Amsterdam

Bruxelles 10:20 UT 02m09s - 50°

20°E

S

Amburgo

Londra 10:10 UT 02m00s - 45°

10°E

DK

11:00 U

IRL Dublino GB

11:10 UT Chisinau H 02m22s - 59° 11:10 UT Budapest RO 02m22s - 59° SLO HR Bucarest Mar Nero F Lione Milano 10:50 UT Zagabria Belgrado BiH 02m22s - 58° SRB Sarajevo Sofia BG Skopje Marsiglia 40°N I Istanbul MK Roma Tirana Barcellona AL Napoli TR Mare GR Mediterraneo Berna

Vienna

A

CH

Eclissi solari totali dal 1996 al 2020 9 mar 1997

1 ago 2008 1 ago 2008

20 mar 2015 60°N

11 ago 1999

21 ago 2017 30°N

22 lug 2009 9 mar 2016 8 apr 2005

0°

29 mar 2006 3 nov 2013 26 feb 1998 21 giu 2001

2 lug 2019

30°S

60°S

180°W

9 mar 2016 13 nov 2012

4 dic 2002 13 nov 2012 11 lug 2010

14 dic 2020 23 nov 2003

120°W

60°W

0°

60°E

120°E

Longitudine

Domande

1 Questo fenomeno si verifca soltanto quando Sole, Terra e Luna sono esattamente in linea retta e … a b c d

0°

10:30 UT

10°W 400 km

Latitudine

L’11 agosto 1999 si è verifcata una eclissi totale di Sole visibile in tutta l’Europa. Un’eclissi storica perché ha toccato Paesi ad alta densità di popolazione come Inghilterra, Francia, Germania, Austria, Ungheria, Romania e in seguito la Turchia e l’Iran, per terminare in India (fgura A). Un evento spettacolare che non si ripeterà in Europa fno al 2081. Un appassionato che ha osservato e fotografato l’eclissi vicino a Salisburgo, al centro della fascia di totalità, dove la durata è stata massima (circa 2’ 20"), ne ha fatto il seguente resoconto (pubblicato su «Emmeciquadro» n. 7, settembre 1999).

... la Luna si trova tra la Terra e il Sole; ... la Terra si trova tra la Luna e il Sole; ... la Terra proietta la sua ombra sul Sole; ... il Sole si trova tra la Terra e la Luna.

della Terra molto ristretta (in genere non più larga di 200 km). Che cosa si può vedere dalle zone della Terra che non sono comprese in queste fasce? Per esempio l’eclissi del 29 marzo 2006 è stata parzialmente osservabile in Italia. Aiutandoti con un disegno che evidenzia i coni d’ombra e di penombra, dai una motivazione a questo andamento.

Per quale motivo non si verifca una eclissi di Sole a ogni novilunio? Quali altre condizioni astronomiche sono necessarie perché dalla Terra sia possibile osservare una eclissi totale? a Quando la Luna è vicina all’apogeo. b Quando la Luna è al perigeo.

2 Come puoi vedere nello schema (fgura B) che riporta le eclissi totali di Sole previste fno al 2020, la loro visibilità è limitata a una fascia

3 La distanza Terra–Luna è di circa 380 000 km; dopo aver espresso questa misura in notazione scientifca usando come unità di misura il metro (che è l’unità di misura fondamentale per le misure di lunghezza nel Sistema Internazionale) scegli quale delle seguenti espressioni numeriche ne rappresenta l’ordine di grandezza: a 104 m; c 108 m;

b 107 m; d 105 m.

7

Capitolo 2

IL SISTEMA SOLARE E IL SOLE

7. ROSETTA, LA «CACCIATRICE DI COMETE»

8. CARATTERISTICHE DEI PIANETI

I corpi del sistema solare

I pianeti del sistema solare

La sonda Rosetta, lanciata il 2 marzo 2004 dalla base di Kourou, è soprannominata la «cacciatrice di comete» perché è dedicata soprattutto allo studio di queste e di altri oggetti «secondari» del sistema solare. La sonda ha orbitato intorno al Sole cinque volte e, nell’arco di sette anni, ha sorvolato due volte la Terra, nel marzo 2005 e nel novembre 2007, e una volta Marte, nel febbraio 2007. Ha «sforato» due asteroidi: quello denominato 2867 Šteins, il 5 settembre 2008 e il 21 Lutetia, nel luglio 2010 (a 3126 km di distanza). Il suo obiettivo principale è quello di effettuare una serie di indagini dettagliate sulle caratteristiche della cometa 67P/ Churyumov-Gerasimenko con la quale inizierà un rendez-vous nell'agosto 2014. Una volta incontrata la cometa, i ricercatori all’ESOC (European Space Operations Centre) riceveranno migliaia di immagini, che permetteranno di aggiustare la traiettoria per il lancio del lander (Philae) che, nel mese di novembre, porterà per la prima volta alcuni strumenti costruiti dall’uomo su una cometa. Da quel momento in poi cominceranno i veri e propri esperimenti: una trivella scaverà fno a 20÷30 centimetri sotto la superfcie per raccogliere una serie di campioni che verranno poi analizzati a bordo. Nel 2015, completate le indagini sulle caratteristiche della cometa, Rosetta accompagnerà la 67P/Churyumov-Gerasimenko nel suo avvicinamento al Sole.

Visita il sito www.astrogeo.va.it e, nella sezione dedicata all’astronomia, cerca le notizie che riguardano i pianeti Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno. Guarda le immagini e leggi con attenzione le informazioni relative ai diversi pianeti. Estrai i dati contenuti nelle schede tecniche presenti sul sito (come quella di Venere riportata di seguito) e completa la tabella.

씰

VENERE Diametro Distanza dal Sole Periodo di rotazione Periodo di rivoluzione Gravità (Terra=1) Massa (Terra=1) Volume (Terra=1) Temperatura min/max Satelliti

Venere Diametro Distanza dal Sole

108,2 milioni di km

Periodo di rotazione

14 580 ore (243 giorni)

1 Che cosa è una sonda spaziale?

2 Evidenzia nel brano di apertura le azioni compiute dalla sonda Rosetta dopo il suo lancio, segnando in particolare i corpi celesti che ha avvicinato e di cui ha inviato fotografe. Quali indagini specifche potrà effettuare la sonda Rosetta dopo il suo «incontro» con la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko? Riferendoti al brano, elenca le categorie di informazioni che la sonda potrà inviare ai ricercatori dell’ente spaziale organizzatore del lancio.

Marte

Periodo di rivoluzione

Saturno

0,62 anni (~ 225 giorni)

Gravità (Terra = 1)

0,90

Massa (Terra = 1)

0,815

Volume (Terra = 1)

0,857

Temperatura (min/max)

–45 °C +500 °C

Satelliti

nessuno

씰

Giove

12 104 km

Domande

Cerca in Internet i diversi tipi si sonde che l’uomo ha usato, nella storia e in tempi più recenti, per studiare il cosmo.

12 104 km 108,2 milioni di km 14 580 ore (243 giorni) 0,62 anni (circa 225 giorni) 0,90 0,815 0,857 –45 °C / +500 °C nessuno

Domande

3 Il 21 settembre 2012 due astronomi russi facenti parte del programma ISON (International Scientifc Optical Network) hanno scoperto la cometa C/2012 S1 (ISON). All'epoca la cometa era ancora molto lontana dal Sole, a circa 940 milioni di km (oltre l'orbita di Giove), e poteva essere osservata con un telescopio da 40 cm di diametro. All'inizio del 2013, quand’era alla distanza di Giove (780 milioni di km), la cometa appariva come una stella, con solo un accenno di chioma. Purtroppo, nel mese di novembre 2013, l'incontro con il Sole le è stato fatale e la cometa si è disintegrata. Quello che rimane è solo una nuvola di detriti illuminata dal Sole. Per saperne di più consulta il sito www.astrogeo.va.it/astronomia/comete/C2012S1_ISON.php. Con quali strumenti ottici si può osservare una cometa? In quali situazioni si può osservare una cometa a occhio nudo? Da dove provengono le comete? Quale percorso fanno intorno al Sole? Effettua una ricerca per identifcare le comete che si sono rese visibili nella storia, anche e soprattutto in tempi recenti.

8

1 Facendo riferimento ai dati che hai messo in tabella, prova a rispondere alle domande seguenti. Quale tra i pianeti in tabella ha il diametro massimo? In quale proporzione stanno i diametri dei pianeti rispetto a quello della Terra? Anche facendo riferimento alle notizie che hai letto sul sito, puoi ipotizzare una relazione tra la distanza dal Sole e le condizioni ambientali su questi pianeti?

2 Nell’estate del 2003 Marte è transitato a una distanza minima dalla Terra, pari a circa 56 milioni di kilometri; dopo aver espresso questa misura in notazione scientifca usando come unità di misura il metro (che è l’unità di misura fondamentale per le misure di lunghezza nel Sistema Internazionale), scegli quale delle seguenti espressioni numeriche ne rappresenta l’ordine di grandezza: a 106 m;

b 107 m;

c 109 m;

d 1010 m.

IL SISTEMA SOLARE E IL SOLE

3 Giovanni Virginio Schiaparelli, di cui il mondo scientifco ha ricordato nel 2010 i cento anni della morte, fu direttore per quasi quarant’anni dell’osservatorio milanese di Brera; la sua fama internazionale fu in gran parte legata alle osservazioni del pianeta Marte. Oltre a essere un bravo osservatore Schiaparelli era, comunque, uno scienziato le cui posizioni metodologiche erano chiare, sebbene schematiche, e a volte ingenue: «fatti» e «opinioni» possono essere nettamente demarcati. Compito dello scienziato è quello di teorizzare, anche in maniera ardita, ma solo sulla base di fatti accertati al di là di ogni ragionevole dubbio. Per questo egli introdusse nello studio e nella descrizione del pianeta Marte una serie di tecniche e di procedure che limitavano al massimo l’arbitrarietà dello scienziato. E, quasi a sottolineare anche visivamente questa sua scelta metodologica, pubblicò quelli che lui considerava «fatti» in scritti rivolti alla comunità scientifca e quelle che considerava «opinioni» in scritti rivolti a un pubblico generico. […] Egli fu il primo osservatore che eseguì osservazioni miranti a studiare la natura fsica dei pianeti del sistema solare, seguendo un metodo rigoroso e basandosi, per l’interpretazione dei dati rilevati, sulle scienze della Terra: geodesia, geofsica, meteorologia; un metodo che gli astronomi ortodossi [dell’epoca] consideravano estraneo alla tradizione di ricerca della loro disciplina. [PASQUALE TUCCI, GIOVANNI VIRGILIO SCHIAPARELLI, «EMMECIQUADRO», N. 39, AGOSTO 2010] Facendo riferimento al brano spiega il signifcato corretto dei seguenti termini comunemente utilizzati nel mondo della scienza: fatti, opinioni, teorie, arbitrarietà, interpretazione dei dati. Ancora alla fne dell’Ottocento, la ricerca astronomica era rivolta solo alla descrizione del movimento dei pianeti del sistema solare, dei loro satelliti, delle comete, sotto l’azione gravitazionale reciproca esercitata dal Sole e dagli altri pianeti. A quali teorie facevano riferimento gli scienziati dell’epoca? Quali scoperte avevano portato e portavano conferme a queste teorie?

4 Questa famosissima immagine risale agli anni Sessanta del secolo scorso. Scattata durante una missione spaziale da un astronauta in orbita, mostra la Terra che sorge.

Capitolo 2

Leggi con attenzione il brano in lingua inglese e poi rispondi. People have always tried to look at our planet in new and different ways, and through the years they've invented a number of methods with which to do so. Here's a look at some of the notable moments in the history of Earth monitoring. 1840s: Cameras attached to balloons provide the frst-ever aerial photography, with kites following soon after. First and Second World Wars: British and German forces use aerial imagery to plan their attacks, reinforcing the importance of views from above. 1935: The Explorer II balloon takes pictures from more than 20 kilometers high, in which the curvature of Earth is visible. 1946: A V-2 rocket launched from White Sands, New Mexico, snaps a photo and returns to Earth with the frst picture taken from space. 1960: The frst US meteorological satellite, TIROS 1 (Television and Infrared Observation Satellite), is launched, sending back the frst image of cloud patterns over the disk of Earth. 1960s: During the US Mercury, Gemini and Apollo missions, astronauts photograph many of Earth's features from space, including the iconic Earthrise as seen from the, Giovanni Virgilio Moon. 1972: NASA launches the Earth Resources Technology Satellite, ERTS-1, later renamed Landsat. It is the frst in a long-running series of multispectral remote-imaging spacecraft. 1974: NASA launches the Synchronous Meteorological Satellite, the frst spacecraft to observe Earth from geosynchronous orbit and the forerunner of today’s GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) series, leading to improved data for weather forecasters. 1978: The Nimbus-7 satellite launches carrying the Total Ozone Mapping Spectrometer, which eventually confrms the existence of the Antarctic ozone hole, leading to international restrictions on the use of chlorofuorocarbon chemicals. 1978: Seasat, the frst Earth-observing satellite designed specifcally to study the oceans, is launched. Early 1980s: The fedgling space shuttle programme sends back many more photographs taken by astronauts from orbit. 1991: The European Space Agency launches its frst Earth-observing satellite, ERS-1. 1992: TOPEX/Poseidon is launched, a joint US-France venture to monitor sea level and seasonal variations in oceanic circulation. It confrms a global rise in sea level, pegged to rising global temperatures. [«NATURE NEWS», PUBLISHED ONLINE 5 DECEMBER 2007] Quando è stata scattata la prima fotografa aerea della Terra? In quale anno e grazie a quali strumenti è stata osservata per la prima volta dallo spazio la curvatura della Terra? Quali dati sulla Terra sono stati raccolti con i lanci compiuti dalla NASA nel decennio 1970-1980?

NASA

In quale decennio del secolo scorso L’ESA (European Space Agency) ha lanciato satelliti per l’osservazione della Terra?

9

Capitolo 3

OLTRE IL SISTEMA SOLARE

9. IL CIELO SOPRA DI NOI

10. STRUMENTI PER GUARDARE IL CIELO

La volta celeste. Il cielo e le costellazioni

La volta celeste

Presso l’Osservatorio Astronomico G. Schiaparelli di Campo dei Fiori (1 226 m slm), in provincia di Varese, è collocata una telecamera, chiamata «all-sky camera», che ha lo scopo di monitorare la copertura nuvolosa del cielo notturno; è in funzione da mezz’ora prima del tramonto del Sole fno a mezz'ora dopo l’alba, in modalità automatica tutti i giorni dell'anno. Quando il tempo è sereno, la camera riprende la volta celeste ed eventuali fenomeni temporanei (aerei, satelliti, meteore, e così via). L'immagine seguente mostra una ripresa del cielo notturno effettuata la notte del 2-3 settembre 2013 alle ore 00,22 locali. Si riconoscono bene la Via Lattea e la principali stelle e costellazioni.

Il telescopio è lo strumento comunemente usato per guardare il cielo, sia per osservazioni amatoriali, sia per le ricerche cosmologiche. Ci sono diversi tipi di telescopi. I telescopi a lenti sono detti rifrattori; la luce raccolta dall’obiettivo viene focalizzata in un punto dove si trova anche il fuoco dell’oculare, da cui si osserva l’immagine inquadrata. I telescopi a specchio (rifettori) utilizzano, al posto delle lenti, appositi specchi di forma parabolica; il più grande del mondo è il SALT (Southern African Large Telescope) in cui lo specchio ha diametro di circa 11 metri. I radiotelescopi hanno una struttura simile ai telescopi ottici a specchio, ma non raccolgono onde luminose, bensì onde radio provenienti da sorgenti celesti; grazie a una grande superfcie parabolica e mediante un complesso sistema di ricevitori e amplifcatori i segnali radio sono trasformati in segnali elettrici che vengono poi analizzati dagli scienziati. 씰

Domande

1 Aiutandoti anche con pubblicazioni specialistiche, riproduci il cammino che fanno i raggi provenienti dal cosmo all’interno dei diversi tipi di telescopi.

2 All’inizio degli anni Novanta del secolo scorso è stato lanciato nello spa-

Collegandoti al sito dell’Osservatorio (www.astrogeo.va.it) puoi confrontare l’immagine visibile del cielo fornita dalla webcam con la mappa del cielo stellato nei diversi mesi dell’anno. 씰

Domande

1 Per osservare il cielo stellato sono suffcienti un po’ di pazienza e di attenzione, gli occhi ed eventualmente un buon binocolo. Tuttavia, sono indispensabili alcuni accorgimenti. Quali? Elenca le condizioni a cui è possibile effettuare una discreta osservazione del cielo notturno e rispondi: Per quale motivo è opportuno osservare il cielo notturno in luoghi il più possibile lontani da ogni fonte di luce, in particolare lontani dalle luci della città? Per quale motivo, a seconda del periodo dell’anno in cui ci si trova, la carta del cielo cambia? Per quale motivo la maggior parte delle costellazioni visibili in inverno non è visibile in estate e viceversa?

2 Ai bordi di una carta celeste sono indicati i quattro punti cardinali. Come fare per orientare la carta?

10

zio Hubble Space Telescope, un telescopio con un grado di defnizione e sensibilità (cioè la capacità di percepire oggetti molto lontani) ottimali per scoprire un incredibile numero di nuove cose sull’universo. Hubble era stato progettato per eseguire numerose indagini, tra cui: misurare le stelle variabili nelle galassie vicine, per permetterci di calibrare esattamente la nostra distanza da queste galassie e così stabilire la dimensione del confne dell’universo; ricercare il gas intorno ai buchi neri per misurarne la velocità e così dimostrare che i buchi neri esistono davvero. Hubble ha fatto tutte queste cose. Ma in più ha aperto una fnestra del tutto inaspettata sull’universo e ha scoperto moltissimi nuovi fenomeni e nuovi oggetti e ha inviato sulla Terra una miriade di fotografe bellissime e semplici da interpretare. [PAOLO MUSSO, HUBBLE SPACE TELESCOPE, INTERVISTA A STEVEN BECKWITH, «EMMECIQUADRO» N. 27, APRILE 2007] Nel brano che hai letto sono evidenziate due indagini compiute da Hubble: – calibrare esattamente la nostra distanza dalle galassie vicine e così stabilire la dimensione del confne dell’universo; – ricercare il gas intorno ai buchi neri per misurarne la velocità e così dimostrare l'esistenza dei buchi neri stessi. Trova in Internet alcune fotografe inviate da Hubble e cerca di interpretarle. Quali sono i vantaggi di un grande telescopio in orbita nello spazio al di sopra dell’atmosfera?

OLTRE IL SISTEMA SOLARE

Capitolo 3

11. LA RADIAZIONE DI FONDO Le galassie e l’universo Nel 1964 due ricercatori americani che lavoravano per i Bell Telephone Laboratories nel New Jersey, Arno Penzias e Robert Wilson, stavano provando un rivelatore di microonde molto sensibile (le microonde sono molto simili alle onde luminose, con la sola differenza che hanno una frequenza molto minore, dell’ordine di solo dieci miliardi di onde al secondo). Penzias e Wilson, quando si accorsero che il loro rivelatore stava raccogliendo più rumore di quanto avrebbe dovuto, si preoccuparono. Il rumore non sembrava provenire da una direzione particolare. In principio scoprirono nel rivelatore degli escrementi di uccello e cercarono di verifcare altri possibili difetti di funzionamento, ma ben presto giunsero a escludere queste eventualità. Essi sapevano che qualsiasi rumore che avesse avuto origine nell’atmosfera sarebbe stato più forte quando il rivelatore non fosse stato puntato direttamente verso l’alto, perché il rumore avrebbe dovuto presentare un’intensità proporzionale alla profondità dell’atmosfera nella direzione in cui esso era puntato. Il rumore extra risultava essere lo stesso in qualsiasi direzione il ricevitore venisse puntato, cosicché doveva provenire dall’esterno dell’atmosfera. Esso era inoltre sempre uguale, giorno e notte e nel corso di tutto l’anno, anche se la Terra ha un movimento di rotazione sul suo asse e un movimento di rivoluzione attorno al Sole. Ciò dimostrava che la radiazione doveva provenire da fuori del sistema solare, e persino da fuori della Galassia, giacché in questo caso avrebbe presentato variazioni a seconda delle direzioni in cui il ricevitore veniva puntato. [STEPHEN HAWKING, DAL BIG BANG AI BUCHI NERI, RIZZOLI 1989] 씰

the space between stars and galaxies (the background) is completely dark. However, a suffciently sensitive radio telescope shows a faint background glow, almost exactly the same in all directions, that is not associated with any star, galaxy, or other object. This glow is strongest in the microwave region of the radio spectrum. Perché la CMB è stata chiamata «relic radiation»? Perché la CMB è rilevabile nelle microonde?

4 Trova in Internet notizie su come si svolgono le indagini attuali sulla radiazione di fondo. Utilizza come chiavi di ricerca alcuni dei concetti sotto esposti. L’immagine rappresenta una mappa della CMB creata dal satellite COBE (Cosmic Background Explorer). Con i dati della missione europea Planck si potrà costruire una mappa dell’universo ancora più dettagliata.

Domande

1 Quale tra le seguenti cause si dimostrò essere all’origine del rumore di fondo? a b c d e f g

Radiazioni di origine atmosferica. Rumore di origine terrestre dovuto alle attività dell'uomo. Emissioni anomale provenienti dalla nostra galassia. Emissioni di sorgenti discrete extraterrestri. Rumore dovuto all’antenna stessa. Radiazione a microonde che permea il nostro universo. Nido di piccioni dentro l’antenna.

2 Penzias e Wilson presero il premio Nobel per la fsica nel 1978.

Planck, il satellite lanciato il 22 aprile 2009, ha osservato le anisotropie del fondo cosmico a microonde su tutto il cielo con sensibilità e risoluzione fnora mai raggiunte. L’obiettivo della missione, i cui risultati hanno cominciato a essere presentati nel 2013, è stato quello di misurare, con alta risoluzione angolare ed elevata accuratezza, l’anisotropia del fondo cosmico nel campo di frequenza delle microonde, con lo scopo di migliorare la nostra conoscenza sulle origini e l’evoluzione dell’universo.

Che cosa avevano scoperto di così importante? Quali teorie cosmologiche trovarono così una prima conferma sperimentale? La radiazione cosmica di fondo CMB (Cosmic Microwave Background), è stata studiata fno a oggi in moltissime indagini cosmologiche. Spiega brevemente, con le tue parole, come mai lo studio della radiazione di fondo si collega con gli studi sull’origine dell’universo.

3 The cosmic microwave background (CMB) is the thermal radiation assumed to be left over from the «Big Bang» of cosmology. In older literature, the CMB is also variously known as cosmic microwave background radiation (CMBR) or «relic radiation». The CMB is a cosmic background radiation that is fundamental to observational cosmology because it is the oldest light in the universe, dating to the epoch of recombination. With a traditional optical telescope,

11

Capitolo 4

LE ACQUE OCEANICHE

12. STUDIARE IL MARE Le acque oceaniche. Il mare Adriatico Il Mare Adriatico è un bacino chiuso compreso fra la penisola italiana e quella balcanica. I suoi confni sono defniti dagli assi di due catene montuose: gli Appennini lo separano dal Mediterraneo Occidentale, le Alpi Dinariche lo separano dal Bacino Pannonico e dalle Alpi orientali. A nord è chiuso dall’arco delle Alpi Meridionali e a sud comunica con il Mar Ionio attraverso lo stretto di Otranto.

direttrice Pescara-Split e il sud dove troviamo la maggiore profondità di 1 252 m nella fossa meridionale, di fronte a ——————————— . Il bacino idrografco è delimitato a ovest dalla catena montuosa degli ——————————

, a nord dalla catena montuosa delle ——————————

e a oriente dalla catena montuosa delle ——————————— ; pertanto è particolarmente ricco di apporti di acque ——————————— , «dolci», che ne determinano la sua peculiare caratteristica di mare chiuso e di mare a più alto apporto di acqua a ——————————— salinità di tutto

A H

CH

il Mediterraneo; in particolare l’Adriatico settentrionale contribuisce con apporti del 20% di tutte le acque dolci del Mediterraneo. Tali acque

RO

SLO HR F

continentali infuenzano le dinamiche fsiche e chimiche e i processi

Po BiH

biologici, condizionando la circolazione e l’apporto di nutrienti.

SRB

2 L’immagine che segue evidenzia la distribuzione spaziale dei valori Italia

MARE

medi di salinità del mare Adriatico negli anni 2001-2010 (ISPRA Servizio Geologico d’Italia).

MNE ADRIATICO MK

AL

MARE

A

TIRRENO

H

CH

GR

RO SLO Venezia

HR

Po

F

BiH A CH

Alpi orientali Alpi meridionali

Bacino Pannonico

SLO

Ancona

HR

39,90‰

Po

BiH

Alp

i di

Ancona

Italia

100

MARE

MNE

Pescara

ADRIATICO

Salinità

he

GR MNE

28,50‰

200 1200

nn

pe

Ap

1000

in i

AL

MK

Formula delle ipotesi per spiegare il motivo per cui nel nord Adriatico si registrano valori di salinità minori che nel resto del bacino. Motiva le tue considerazioni.

tto

Stre

Bari

GR

to tran

di O

MARE IONIO

3 La salinità (cioè la massa totale dei sali disciolta in 1 000 grammi

Domande

1 Facendo riferimento alle cartine, completa in modo opportuno il se-

di acqua di mare) delle acque marine ha un valore medio di circa il 35‰). In superfcie, specialmente nelle zone costiere o nei mari interni, la salinità può variare entro ampi limiti, sia da luogo a luogo che stagionalmente. Fai degli esempi e compila la tabella che segue.

guente brano, da cui sono state «prelevate» alcune espressioni. Il Mare Adriatico è un bacino di forma rettangolare orientato secondo

Luogo

l’asse

Golfo Persico, Mar Rosso

———————————

———————————

; è lungo circa 800 km e largo mediamente 2

per una superfcie complessiva di circa 138 000 km .

Si distinguono tre aree: il nord Adriatico, che è profondo mediamente ———————————

MK

Bari

200

ADRIATICO

MARE TIRRENO

Split

MARE

AL

SRB

nar ic

Split

Pescara

씰

Italia

RO

Venezia

F

SRB

H

, il centro che supera la batimetria dei 100 m fno

a raggiungere la massima profondità di 274 m nelle fosse situate sulla

12

Mare Mediterraneo Golfo di Botnia Mare Adriatico

Salinità superfciale

LE ACQUE OCEANICHE

Capitolo 4

13. LA FORZA DELLE MAREE I moti del mare L’abbazia di Mont Saint Michel, una delle mete turistiche più frequentate nella Francia del nord, è raggiungibile con una strada comodamente percorribile durante la bassa marea ma che a volte viene completamente sommersa dall’alta marea. In prossimità dell’abbazia, così come nel sito dell’uffcio turistico di Mont Saint Michel sono esposti in grande evidenza gli orari di passaggio delle onde di marea.

씰

Domande

1 Stai organizzando un viaggio in Normandia nel mese di novembre 2014 e prevedi una visita a Mont Saint Michel in modo da osservare il fenomeno delle onde di marea. Programma le tappe del tuo viaggio in base alle informazioni presenti sul sito dell’uffcio del turismo francese (www.ot-montsaintmichel. com). In particolare scegli in quali giorni e in quali ore ti dovrai trovare sul luogo. Leggi le raccomandazioni di comportamento (sotto riportate in lingua francese, ed evidenziate in colore come nell’originale) e fai riferimento alla tabella (in basso a sinistra) che riporta gli orari delle maree nei periodi in cui è visibile il fenomeno. (hauteur = altezza; route= strada; heures = ore) ATTENTION! Pour le calendrier des marées 2014 (horaires de Saint-Malo), les abords immédiats du Mont Saint-Michel commencent à être recouverts à partir d'une hauteur de 11,20 mètres. On peut également observer un risque de submersion passagère de la route d'accès à partir d'une hauteur de 12,90 mètres. Les marées les plus fortes ont lieu 36 à 48 heures après les pleines et nouvelles lunes. Ces indications n’ont qu’une valeur approximative et peuvent être perturbées dans une certaine mesure par les conditions atmosphériques. Au Mont-Saint-Michel ont lieu les plus grandes marées de l’Europe continentale, jusqu’à 15 mètres de différence entre basse et haute mer. Lors des grandes marées, la mer se retire à 15 kilomètres des côtes et remonte très rapidement. Afn d'observer le phénomène de la marée montante, il faut être présent 2 heures avant les horaires indiqués sur ce document, les jours de viveseaux. Il est extrêmement dangereux de s'aventurer seul dans la baie y compris aux abords immédiats du Mont Saint-Michel. Pour toute information complémentaire sur les promenades sur le sable à marée basse, merci de consulter notre rubrique «partenaires guides».

Matin Mois

Novembre 2014

Dates

4M 5M 6J 7V 8S 9D 10 L 11 M 20 J 21 V 22 S 23 D 24 L 25 M 26 M 27 J

Coef.

101

93

Soir

A quale altezza della marea cominciano a essere ricoperti i dintorni dell’isola?

Heures pleine mer

Hauteur

Heures pleine mer

Hauteur

h mn 4.34 5.27 6.14 6.58 7.38 8.15 8.50 9.24

m cm 11.00 11.70 12.20 12.45 12.50 12.30 11.95 11.40

h mn 16.59 17.50 18.37 19.20 20.00 20.37 21.12 21.47

m cm 11.50 12.10 12.40 12.50 12.35 12.00 11.50 10.80

5.18 5.58 6.37 7.15 7.53 8.32 9.14 9.59

10.85 11.40 11.85 12.10 12.25 12.20 12.00 11.55

17.35 18.16 18.56 19.35 20.14 20.55 21.39 22.26

11.05 11.50 11.85 12.05 12.10 11.95 11.60 11.05

A quale altezza della marea cominciare a sommergersi la strada di accesso? Quanto tempo dopo il plenilunio e il novilunio si verifcano le maree più forti? A Mont Saint Michel si verifcano le più grandi maree dell’Europa continentale. Quale è la differenza massima tra alta e bassa marea? Durante le grandi maree a quanti kilometri dalla costa si ritira il mare? I giorni in cui sono visibili le onde di marea (vives-eaux = acque vive) quante ore prima bisogna trovarsi sul posto? Perché è estremamente pericoloso (extrêmement dangereux) avventurarsi sulle spiagge intorno al monte? Costruisci il prospetto con gli orari di viaggio

13

Capitolo 4

LE ACQUE OCEANICHE

14. METEOMAR, AVVISI AI NAVIGANTI I moti del mare: le onde 2 L'alta marea non si verifca ovunque nel momento in cui la Luna passa sul meridiano locale, ma si può manifestare con un ritardo, detto «ora di porto», che può essere diverso anche in zone tra loro vicine. Perché è utile conoscere l’ora di porto per chi naviga per diporto, ma soprattutto con navi commerciali e passeggeri? In che modo i naviganti vengono a conoscenza dell’andamento delle maree nelle località di approdo?

Sappiamo che i venti sono la principale causa del moto ondoso. Per chi vive a contatto del mare, dai pescatori a chi guida i battelli per i collegamenti tra le isole, a chi naviga per trasportare merci, è molto importante conoscere quali sono le condizioni dei mari. Perciò, così come come viene stilato un bollettino meteorologico, vengono emesse da istituti appositi le previsioni sullo stato dei mari e dei venti. L’immagine presenta le previsioni relative ai mari italiani per la sera del giorno 7 febbraio 2014.

3 Sull’estuario del fume Rance, nei pressi di Saint Malo, nel nord della Francia, è in funzione, dagli anni Sessanta del secolo scorso, una centrale elettrica che sfrutta l’energia delle maree. Una diga lunga 330 metri chiude un bacino di 22 kilometri quadrati. La differenza media tra la alta e la bassa marea va da circa 8 metri a circa 13,5 metri. Il fusso di salita e discesa delle grandi masse d’acqua messe in movimento dalle maree aziona delle grandi turbine che producono energia elettrica con lo stesso principio delle centrali idroelettriche.

씰

Domande

1 Aiutandoti con la legenda redigi il bollettino del mare relativo alle

Da dove ha origine l’energia delle maree? Quante volte in un giorno si verifcano i fenomeni delle maree e quindi il fusso di acqua? Fornisci la motivazione. Nella ricerca di fonti energetiche alternative al petrolio, anche in Italia si stanno mettendo a punto apparecchi per sfruttare le correnti di marea. Indica quali sono i vantaggi (V) e quali gli svantaggi (S). v S Essendo collegate alle maree, sono perfettamente predicibili. v S Si può stimare con buona approssimazione quanta energia si può produrre ogni anno. v S Al contrario dell’energia eolica, dove il vento è connesso alle condizioni meteoriche ed è quindi estremamente variabile. v S Le turbine marine, al contrario di quelle eoliche, non hanno bisogno di particolari sistemi che le proteggano dall’aumento della velocità della corrente. v S Sono corrose facilmente dalla salinità del mare. v S Sono diffcili da ancorare.

14

ore 19-22 completando la tabella.

Mar Adriatico Settentrionale Mar Adriatico Centrale Mar Adriatico Meridionale Mar Ionio Settentrionale Mar Ionio Meridionale Mar Ligure Mar di Corsica Mar di Sardegna Mar Tirreno Settentrionale Mar Tirreno Centrale Settore Est Mar Tirreno Centrale Settore Ovest Mar Tirreno Meridionale Settore Est Mar Tirreno Meridionale Settore Ovest Stretto di Sicilia Canale di Sardegna

Mare molto mosso, vento da SSE

LE ACQUE CONTINENTALI

Capitolo 5

15. ITALIA TERRA DI MERAVIGLIOSI LAGHI Specchi d’acqua. I laghi In Italia esistono più di mille laghi che si sono formati con modalità anche molto diverse tra loro, in relazione alle situazioni geologiche e morfologiche del territorio in cui si trovano. 씰

3 Osserva con attenzione questa fotografa del lago di Resia.

Domande

1 Riferendoti alle categorie di laghi descritte nel § 5.7 del libro di testo e riportate nella prima colonna, completa la tabella. Laghi (tipologia)

Esempio in Italia

Fluviali Di sbarramento Di origine tettonica Relitti Craterici (vulcanici) La cima del campanile che emerge dalla superfcie, quali indizi fornisce sull’origine di questo lago? Verifca con una ricerca in Internet la correttezza dei tuoi ragionamenti.

Carsici Artifciali Glaciali

4 Il lago Trasimeno è un lago molto particolare. Dal brano seguente, che ne descrive le caratteristiche, puoi ricavare molte informazioni; leggilo con attenzione e poi rispondi alle domande.

Quali laghi italiani occupano tratti di valli rimodellate dalla parte terminale di grandi ghiacciai oggi scomparsi?

Cinque milioni di anni fa il lago Trasimeno era semplicemente un golfo del Mar Tirreno, poi, con l’abbassamento del livello marino la zona è stata occupata da uno specchio d’acqua dolce. Il Trasimeno è un lago chiuso, privo cioè di un emissario naturale ed è alimentato da piccoli torrenti («fossi») che raccolgono le acque piovane delle colline circostanti. Ha un emissario, costituito da un canale artifciale sotterraneo inaugurato nel 1898. Ha anche un immissario artifciale, il canale dell'Anguillara, che raccoglie le acque dei torrenti Tresa, Rio Maggiore, Moiano e Maranzano, costruito in tempi recenti, a causa dello scarso apporto di acqua dei fossi. Nel corso dei secoli sono stati costruiti canali artifciali con lo scopo di regolare il livello delle sue acque che oggi hanno una profondità media di circa cinque metri.

2 Completa la tabella seguente, eventualmente anche aiutandoti con una ricerca in Internet. Nella terza colonna accoppia ai nomi dei laghi la loro origine. Localizzazione

Laghi

Italia centrale

Vico, Nemi, Albano

Origine

Scanno Trasimeno Canterno Prealpi e Alpi

Garda, Como, Maggiore

Quale è l’origine del lago Trasimeno? a Tettonica.

Anterselva

Mulargia Alto Flumendosa Elmas

Sicilia

Biviere di Gela

Aiutandoti anche con una carta geografca, metti in relazione, ove possibile, le caratteristiche geografche delle diverse zone italiane con l’origine dei laghi che vi si trovano.

c Artifciale.

d Glaciale.

Come è il regime idrologico del Trasimeno? Segna le risposte corrette e motivale in base al contenuto del brano.

Ceresole Sardegna

b Carsica.

Strettamente legato all’andamento delle piogge. Presenta forti oscillazioni stagionali e pluriennali. Nei periodi di scarse precipitazioni il lago diventava paludoso. Nei periodi di piogge abbondanti il terreno circostante si allagava. Il livello delle acque dipende dalla portata dei torrenti che si immettono nel lago. f La profondità e le dimensioni variano a seconda dell’andamento stagionale. g Il suo emissario artifciale fornisce acque potabili alle popolazioni dell’Umbria.

a b c d e

15

Capitolo 5

LE ACQUE CONTINENTALI

16. SUI GRANDI GHIACCIAI DEL MONDO Le acque continentali. L’acqua solida Lo studio dei ghiacciai nasce dall’interesse scientifco di monitorare un elemento fondamentale del paesaggio montano, fonte di importanti riserve idriche e in grado di modifcare, con la sua continua evoluzione, importanti porzioni di territorio. Ma non solo, secondo le parole di un famoso geologo americano: The tradition of glacier studies that we inherit draws upon two great legacies of the eighteenth and nineteenth centuries: classical physics and romantic enthusiasm for Nature. This compelling mixture of the classical and romantic has drawn many of us to glaciology and brings both substance and vitality to the science. It is easy to undervalue the romantic contribution, but in glaciology it would be a mistake to do so. Love of the mountains drew would great scientists like Agassiz, Forbes, Huxley, and Tyndall to the study of the glaciers and remains a potent force attracting newcomers to our feld and creating an audience for our work. 씰

Domande

1 Riassumi in lingua italiana, usando al massimo 100 parole, il brano che hai appena letto.

2 Oggi la glaciologia presenta tre grandi diversi ambiti metodologici e contenutistici: 1 la raccolta dei dati sperimentali con rilievi e osservazioni dirette sui ghiacciai; 2 lo studio in laboratorio dei caratteri fsici e chimici del ghiaccio; 3 l’elaborazione e lo sviluppo di modelli sugli aspetti dinamici delle colate glaciali e sulle loro tendenze. Associa ad ognuna delle operazioni elencate (1, 2, 3), svolte comunemente dai glaciologi, la lettera che corrisponde all’ambito metodologico. a Rilevamenti geomorfologici e geologico-glaciali di terreno. b Rappresentazione cartografca. c Datazione di forme e depositi originati da vari processi geomorfologici. d Elaborazione e analisi di immagini da satellite e di fotografe aeree. e Datazioni radiometriche e analisi geochimiche. f Elaborazione dei risultati in collaborazione con altri programmi di ricerca geologica. g Misurazioni accurate degli spessori e dei volumi del ghiaccio. h Perforazioni con l’estrazione di «carote». I Risoluzione di problemi applicativi legati alla pericolosità dei ghiacciai. J Risoluzione di problemi applicativi legati alla valorizzazione turistica dei ghiacciai. K Ricostruzione della stratigrafa dei depositi e della cronologia delle forme. L Ricostruzione delle variazioni climatiche e ambientali locali. M Misurazioni dello spostamento del fronte del ghiacciaio.

16

3 Quale percentuale delle terre emerse coprono oggi i ghiacciai presenti sul pianeta Terra? L'estensione dei ghiacciai, sia in termini areali sia altimetrici, è costante nel tempo? Tra i ghiacciai della Terra, quali rappresentano riserve di acqua dolce importanti a fni irrigui e idroelettrici? Quale funzione hanno le grandi calotte glaciali delle alte latitudini?

4 Durante le ere glaciali i ghiacciai alpini hanno avuto una notevole espansione verso sud nelle pianure della fascia pedemontana. Per esempio, in Lombardia i ghiacciai si trovavano fno a circa venti kilometri da Milano Questi ghiacciai, dopo essersi ritirati, hanno lasciato diverse tracce del loro passaggio: – morene formate dall’accumulo di materiali trasportati; – strie sulle superfci rocciose un tempo ricoperte dal ghiaccio (originate dallo scorrimento del ghiaccio); – valli modellate a forma di U. Facendo riferimento anche alle informazioni contenute nel capitolo 7 del libro di testo e aiutandoti con una ricerca in Internet trova esempi di queste tracce. Costruisci una tabella come quella seguente, associando ad ogni immagine la localizzazione e la defnizione corretta. Tracce glaciali

Dove

Defnizione

Prealpi venete

Morena

Plateau del Lys

Strie glaciali

Val di Susa

Valle a U

CAPIRE IL PAESAGGIO

Capitolo 6

17. STORIE DI GEOMORFOLOGIA Lo studio delle forme del paesaggio. La geomorfologia La Valle del Bût, in Friuli Venezia Giulia, è lunga circa 29 km. Il Bût attraversa i comuni della vallata prima di gettarsi nel Tagliamento a Tolmezzo. L'intera valle è percorsa dalla strada statale 52 Bis carnica da Tolmezzo al Confne di stato di Passo Monte Croce Carnico. Una potente frana ha interessato, circa 10 000 anni fa, il Monte Rivo e il Monte Cucco, ben visibili nell’immagine che segue. Il Rio Randìce, affuente sinistro del Torrente Bût, ha prodotto un conoide di deiezione di appassionante signifcato. (Puoi reperire informazioni nel sito www.geoscienze.units.it)

Osserva con attenzione il crinale dei due monti e la sua ipotetica ricostruzione nelle immagini precedenti. Da quale monte si è staccata la frana più imponente?

2 Osserva la carta topografca della parte centrale della valle (scala 1 : 25 000) in cui sono delimitati con un tratto rosso gli orli delle nicchie, adiacenti, delle due frane.

Frana 1 M.te Cucco M.te di Rivo

Frana 2

B.go Salanc Arta Terme Piano d'Arta ss 52bis

씰

Domande

1 Descrivi le morfologie dei Monti di Rivo (1 575 m) e Cucco (1 804 m) usando le parole più adatte scelte tra le seguenti: FRANA, CONCA, CRINALE, NICCHIA, CORPO DI FRANA?

Monte Cucco

L’enorme massa di materiali prodotta dalla frana (corpo di frana) dovrebbe essersi accumulata nel fondovalle, formando un accumulo caotico. Invece, dalla cartina, si vede che le isoipse sono distribuite in modo concentrico, quasi a formare un cono. Questo tipo di formazione geologica, che prende il nome di conoide, è il risultato di una azione di deposito: i detriti trasportati da un fume o da un torrente vengono abbandonati e depositati formando una struttura a forma di cono.

Monte Cucco

Come si chiama questo corso fuviale e da dove deriva? Cerca la risposta sulla carta topografca.

Monte di Rivo

Monte di Rivo

SE

DISEGNO DI

CORRADO VENTURINI

NW

17

Capitolo 6

CAPIRE IL PAESAGGIO

3 In Italia conosciamo molte situazioni in cui imponenti movimenti

Facendo riferimento alla fgura spiega l’evoluzione del processo erosivo.

RIELABORATO DA UN MODELLO DI

CORRADO VENTURINI

franosi hanno formato laghi di sbarramento. Anche in questo caso, la doppia frana potrebbe aver modifcato il paesaggio come mostra la ricostruzione della fgura, collocata a circa 5 000 anni fa.

Adesso il lago non c’è più. Come mai? Nell’ipotesi che nel tempo il lago sia stato colmato da sedimenti portati nel lago dagli immissari, quali indagini occorre compiere sui terreni attuali per verifcare se il lago è veramente esistito? Che tipi di depositi dovremmo trovare?

4 Rilievi altimetrici compiuti nella vallata hanno dimostrato che, nel corso della storia, l’erosione ha asportato una parte del deposito lacustre. Pianori, terrazzi e scarpate nel paesaggio sono indizi di una erosione avvenuta sui sedimenti del lago. Il processo erosivo ha creato una serie di scarpate che ancor oggi delimitano ripiani più o meno estesi.

5 I processi di erosione del suolo sono dovuti anche al dilavamento dell’acqua meteorica. Tra le forme geologiche più sorprendenti, derivate dall’azione dell’acqua meteorica, si trovano calanchi e piramidi di terra. Consultando Internet scoprirai che in molte regioni italiane si possono trovare esempi di calanchi e piramidi di terra, spesso all’interno di riserve e aree protette. Fai una ricerca e compila una tabella come quella che segue. Denominazione

Regione

Piramidi del Renon

Trentino Alto-Adige

6 Per proteggere il suolo dall’azione erosiva delle acque meteoriche occorre limitare i danni prodotti sia dall'impatto delle gocce sul suolo, sia dallo scorrimento superfciale. L’obiettivo si raggiunge con misure di carattere agronomico (A), gestionale (B) e meccanico (C). Completa la tabella seguente associando agli interventi descritti il tipo corretto di misura da adottare. Intervento Realizzare sul terreno sistemazioni diverse che riducano l'azione erosiva dell'acqua. Variare la composizione del terreno con fertilizzanti naturali o artifciali ed anche la sua struttura con operazioni agricole (erpicatura, scasso profondo) che favoriscano la coltivazione riducendo lo scorrimento superfciale. Effettuare sul terreno delle coltivazioni che aumentino la scabrezza, l'infltrazione e la detenzione superfciale.

18

Misura

L’AZIONE DELLE ACQUE CONTINENTALI E MARINE

Capitolo 7

18. È PIÙ ALTO L’EVEREST O IL K2?

19. PAESAGGI MERAVIGLIOSI CREATI DALL’ACQUA

Lo studio delle forme del paesaggio

Azione delle acque continentali

Nel 1987, George Wallerstein, dell’Università di Washinghton, annunciò che, in base alle misurazioni da lui effettuate con strumentazioni satellitari, il K2 (foto A) e non l’Everest (foto B) era la montagna più alta del mondo.

Il proflo della superfcie terrestre è il risultato della interazione di più forze agenti, anche opposte. I fumi e i ghiacciai, i più importanti serbatoi di acque continentali, sono tra i principali responsabili del modellamento della superfcie terrestre, attraverso fenomeni di erosione e di sedimentazione. 씰

Domande

1 Mentre un fume scorre, dalla sorgente verso la foce, erode il terreno,

FOTOVOYAGER

/ ISTOCKPHOTO

PATRICKPOENDL / ISTOCKPHOTO

trasporta materiali e li deposita. In quale parte del suo corso avviene il deposito dei sedimenti trasportati?

Ardito Desio, il geologo italiano che aveva organizzato e guidato la prima spedizione che raggiunse la vetta del monte Everest, era allora ottantenne, ma ebbe l’idea di fare una verifca sul campo, comparata, tra le due montagne e organizzò la spedizione denominata EV K2 CNR. Con i suoi 8 872 m, 24 in più di quelli tradizionalmente accertati, la montagna più alta risultava essere ancora l’Everest, mentre il K2 si attestava sugli 8616 m, cinque in più di quelli fno allora creduti. Entrambe le montagne, comunque, rivelavano chiaramente la presenza nel tempo di un lento movimento di sollevamento dovuto alla particolare confgurazione tettonica di quell’area. Il progetto EV K2 CNR, ancora per iniziativa di Desio, proseguì con la realizzazione del laboratorio Piramide collocato nel 1990 a circa 5 050 m di quota, ai piedi dell'Everest. 씰

Domande

1 In quale area geografca sono situate le montagne Everest e K2? Questa area è di antica o recente formazione?

a Nei pressi della sorgente perché la quantità di acqua che sgorga è poca. b Nelle zone collinari perché la velocità di scorrimento è irregolare. c Nei pressi della foce perché la velocità di scorrimento diminuisce. d Nei pressi della foce perché la velocità di scorrimento aumenta. e Dove l’alveo è molto ripido perché la velocità di scorrimento è alta. La formazione di una valle fuviale, dal tipico proflo a V è un è un processo in cui prevale: a b c d

l’erosione; il trasporto; il deposito; il terrazzamento.

2 Forme geologiche come l’orrido di Botri, in Toscana, caratterizzato dalle pareti a strapiombo o come il Grand Canyon dell’Arizona (USA), dalle pareti a gradinate, sono state scavate sulla superfcie terrestre nel corso dei millenni. Da quale fenomeno hanno origine paesaggi di questo tipo? a b c d e f

Dall’azione erosiva di un fume molto lungo. Dall’azione erosiva di un ruscello impetuoso. Dall’azione distruttiva di un terremoto. Dall’azione sedimentaria di un fume. Dall’azione erosiva di un ghiacciaio. Dall’azione distruttiva di una frana di dimensioni enormi.

2 Per effettuare le misurazioni comparate tra Everest e K2 vennero

3 L’Italia è ricca di grotte (Frasassi, Castellana, Toirano, ecc.) che si

sfruttate in parte la tecnologia GPS (Global Positioning System), basata sull’uso dei satelliti, in parte le tecniche tradizionali basate sull'uso del teodolite. Descrivi brevemente i principi di funzionamento di queste due metodologie.

aprono in rocce calcaree e in cui si possono osservare stalagmiti e stalattiti che sembrano fnemente scolpite.

3 Ancora oggi al laboratorio Piramide vengono effettuate ricerche multidisciplinari ad alta quota nei campi delle scienze della Terra, scienze ambientali, scienze biologiche e antropologiche. Fai una ricerca per scoprire le ricerche attualmente in corso. In particolare, identifca le ricerche di geodesia geologia, geofsica che vengono effettuate nel campo delle scienze della Terra.

Perché ci sono tante grotte nelle rocce calcaree? a b c d

I calcari sono molto sensibili all’azione erosiva del vento. Nei calcari del sottosuolo si verifcano molte frane. Nel sottosuolo il gelo e il disgelo generano ampie spaccature. I calcari in certe condizioni sono sciolti dalle acque sotterranee.

4 Sulle montagne, dove si trovano le più maestose strutture rocciose, la temperatura atmosferica può variare da temperature molto inferiori a 0 °C fno a temperature piuttosto elevate.

19

Capitolo 7

L’AZIONE DELLE ACQUE CONTINENTALI E MARINE

In che modo le variazioni di temperatura e la presenza di acqua nelle fenditure delle rocce contribuiscono ad accelerare la fratturazione delle rocce stesse? a b c d

Ghiacciandosi, l’acqua dissolve le rocce calde. L’acqua cementa insieme le rocce. Il ghiaccio rende liscia la superfcie delle rocce. Ghiacciandosi, l’acqua si espande nelle fenditure delle rocce.

Immagine

Nome e localitˆ

5 Con una ricerca in Internet reperisci informazioni per completare la tabella seguente che contiene esempi di formazioni geologiche originate dalla azione erosiva dei fumi o dei ghiacciai in diverse zone dell’Italia. In seguito personalizza la tabella aggiungendo ulteriori esempi di formazioni geologiche dello stesso tipo che si trovano nella regione in cui vivi.

Origine (breve descrizione)

Orrido di Parina Val Brembana (BG)

Marmitta dei giganti Passo Maloja (SO)

Marmitta dei giganti Val Chiavenna (SO)

Orrido Botri (LU)

Pulo Altamura (BA)

Dolina di Su Sercone Orgosolo (NU)

Rocce montonate Colle del Vej del Bouc (CN)

Valle a U - Valle a V Val Falcina (BL)

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L’AZIONE DELLE ACQUE CONTINENTALI E MARINE

Capitolo 7

20. IL DELTA DEL PO Azione delle acque continentali. Morfologia dei delta fluviali Le acque del fume Po, al termine del loro corso, sfociano nel Mare Adriatico e depositano il loro contenuto di sabbie e limo generando nuovi terreni e provocando la suddivisione del fume in rami minori che, prima di entrare in mare, danno origine alla foce del Delta. Il Delta del Po è la porzione di territorio più giovane d'Italia: ha iniziato a formarsi circa 400 anni fa, dopo che i veneziani (nel 1604) decisero di deviare il corso del fume Po verso est. Oggi si indica come Delta del Po la penisola compresa fra la Sacca di Goro (a sud) e Porto Levante (a nord).

씰

Domande

1 Aiutandoti con la cartina che segue identifca l’area del Delta del Po e riproducila con un disegno su cui dovrai riportare: a il ramo centrale del Po di Venezia; b il confne a nord lungo il fume Adige; c il confne a sud lungo il Po di Goro.

Ca’ Lino Sant’Anna

Cavarzere

Adige

Rosolina Mare Bebbe

Cavanella d’Adige Ca’ Morosini Caleri Valle Segà

Laguna Caleri

MARE

Isola di Albarella

Rosolina Valle Venier Valle Valle Po d i Lev Sagreda Pozzanante tini

Loreo Grimana

Adria

ADRIATICO

Porto Levante Foce del Po di Maestra Valle Lisetto

Porto Viro

Bottrighe

Foce del Po di Levante

Contarina

Po Taglio di Po

Isola di Boccasette

Laguna Vallona

Valle Sacchetta

Valle San Leonardo

Valle del Moraro

Boccasette

Papozze

Valle Ca’ Pisani

Piano

Ca’ Pisani

Serravalle

Ariano

Ca’ Zul iani Po di Venezia

Ca’ Venier

Laguna del Burcio

Pila

a Po di Pil

Isola Polesine di Camerini

Donzella

Monticelli Mesola Parco Regionale del Delta del Po

Riserva Naturale Dune di Massenzatica Po di Goro

Bosco Mesola

Laguna del Basson

Po d

i To

lle

Scardovari

Isola di Bastimento

Borgo Polesinino

Sacca degli Scardovari

i Po d

Pomposa

c Gnoc

Riserva Statale Bosco della Mesola

Santa Giulia

Barricata Bocche del Po di Tolle

Gorino

Lodigiana

Bonelli Isola della Barricata

a

Abbazia di Pomposa

Sacca di Goro Isola dei gabbiani

Lido di Volano

Vaccolino

Sacca del Canarin

Oca Marina

Goro

Codigoro

Valle Ca’ Zuliani

Porto Tolle

Ariano Polesine Rivà

Mezzogoro

Bocche del Po della Pila

Valle San Carlo

Valle Bertuzzi

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Capitolo 7

L’AZIONE DELLE ACQUE CONTINENTALI E MARINE

2 Il Delta del Po è una terra in continuo movimento: i suoi territori si

4 Il Delta del Po è presente nella lista dei beni e dei luoghi da preserva-

trasformano continuamente in seguito alle piene del fume e all’azione del mare. Attualmente è completamente al di sotto del livello del mare, fatta eccezione per argini, scanni e dune fossili. Nelle cartine turistiche gli scanni non sono segnalati in quanto ogni due o tre anni cambiano posizione, come le dune del deserto.

re come patrimonio inalienabile dell’umanità stilata dall’UNESCO con la denominazione «Ferrara, città del Rinascimento, e il suo Delta del Po». Infatti, associata alla città storica di Ferrara, la vasta pianura lungo i rami del Po fno al delta è caratterizzata da diverse residenze ducali e dalle adiacenti zone bonifcate, che costituiscono un paesaggio culturale e naturale unico.

Spiega brevemente che cosa succede, dal punto di vista geomorfologico, quando un grande fume sbocca nel mare, mettendo in relazione le caratteristiche del fume e quelle del mare in cui sbocca per giustifcare la formazione di una foce a delta.

3 L'area deltizia padana è ricca di strutture geologiche e geomorfologiche di grande rilevanza: gli alvei dei fumi, con relative isole, golene, scanni e meandri abbandonati, le foci fuviali, la costa, con gli annessi campi di dune, lagune, barene, specchi d'acqua salmastra, paludi dolci, vecchie strutture geomorfologiche come antichi cordoni litoranei con relative dune, dossi fuviali e paleo alvei. Evidenzia, in questo brano, le strutture morfologiche che si possono osservare nel delta del fume Po e completa la seguente tabella. Strutture geomorfologiche

Descrizione

Fai una ricerca in Internet trovando il materiale utile a rispondere alle seguenti domande Quali caratteristiche deve avere un sito per essere inserito nella lista dell’UNESCO? Elenca, tra i siti italiani presenti nella lista dell’UNESCO, quelli caratterizzati da particolari aspetti naturalistici.

5 Completa la tabella che segue indicando da dove nascono e in quale mare si gettano i principali fumi italiani. Fiume

Sorgente

Foce

Po

Alpi

Mare Adriatico

Adige

Alpi

Mare Adriatico

Brenta

Sacche

Piave Isonzo

Golene

Tagliamento Reno

Scanni

Metauro Tronto

Meandri

Aterno-Pescara Ofanto

Dune

Basento Arno

Lagune

Tevere Magra

Barene

Liri-Garigliano Simeto

Paludi di acqua dolce

Tirso Flumendosa Valli da pesca Volturno

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L’AZIONE DELLE ACQUE CONTINENTALI E MARINE

Capitolo 7

21. IL MESTIERE DEL GEOLOGO Per capire la struttura e le trasformazioni del pianeta In una intervista rilasciata alla rivista «Emmeciquadro» nel 1998, Alfonso Bosellini tracciava un proflo sintetico del geologo in relazione alla importanza del «vedere» nella ricerca scientifca.

Tuttavia, i ricercatori, studiano con attenzione sull’Etna i fenomeni eruttivi: (A) una colata di lava da cui originano rocce effusive; (B) una eruzione esplosiva da cui originano prodotti piroclastici.

씰

FREDY THUERIG / SHUTTERSTOCK

Lo scopo essenziale delle scienze della Terra, in particolare per lo studio della litosfera e dell’idrosfera, è quello di indagare il sistema Terra, per scoprire come si è formata, come si è evoluta, come si sta comportando e come si comporterà. […] Potremmo dire che il geologo più bravo è quello che vede di più, quello che ha gli occhi più aperti. Per gli scienziati della Terra è importantissimo vedere per rendersi conto delle dimensioni dei fenomeni, per ricostruirne la storia: per esempio, non si possono studiare le rocce vulcaniche col microscopio senza aver mai visto un vulcano. Per ricostruire la storia delle rocce bisogna andare a vedere come sono oggi; per capire il passato occorre vedere il presente. Chi studia le rocce di un fume deve sapere come è fatto un fume: non a caso le grandi scoperte della sedimentologia delle rocce fuviali del passato sono avvenute perché gli ingegneri della Louisiana e del Texas hanno cominciato a studiare il Mississippi e i suoi meandri. […] E il fascino della ricerca è enorme; per questo ho lavorato con entusiasmo in tutte le parti del mondo.

Domande

1 Occorre vedere per rendersi conto delle dimensioni dei fenomeni …. non

Il microscopio è uno strumento importante nello studio delle rocce. Per esempio, a Catania, all’Osservatorio Etneo dell’INGV (Istituto Nazionale di Geofsica e Vulcanologia), vengono osservate al microscopio sezioni sottili di rocce vulcaniche. Il campione di roccia viene tagliato con una sega, incollato a un vetrino e con l’uso di opportune paste abrasive viene ridotto a uno spessore tale da poter essere attraversato dalla luce per le osservazioni al microscopio ottico a luce polarizzata. Un microscopio ottico restituisce immagini come quelle in basso, ottenute con luce normale e luce polarizzata.

RZ DESIGN / SHUTTERSTOCK

si possono studiare le rocce vulcaniche col microscopio senza aver mai visto un vulcano.

Che cosa si riesce a vedere studiando al microscopio ottico la sezione sottile di una roccia? a b c d e f g

La tessitura (la disposizione dei minerali componenti la roccia). La struttura fne (le microstrutture della roccia). La struttura atomica delle sostanze presenti nella roccia. Le molecole che la costituiscono. La granulometria (le dimensioni dei componenti di un sedimento). La struttura (la forma e le dimensioni dei singoli minerali). Le proprietà magnetiche della roccia. Che cosa si può vedere «di più» attraverso una esplorazione diretta sul luogo in cui una roccia è stata trovata?

a La formazione geologica cui appartiene la roccia (la sua localizzazione nella litosfera). b Le attuali condizioni climatiche dell’area in cui si trova la roccia. c Le antiche condizioni climatiche dell’area in cui si trova la roccia. d Le variabili fsiche che possono infuenzare la formazione della roccia. e Le relazioni tra la conformazione del territorio e i fenomeni che in esso avvengono. f La presenza di civiltà sepolte che hanno infuenzato la formazione della roccia. g La presenza o meno di altre formazioni geologiche simili. h La composizione chimica della roccia.

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Capitolo 7

L’AZIONE DELLE ACQUE CONTINENTALI E MARINE

2 Occorre vedere il presente per ricostruire la storia … Chi studia le rocce

4 Alla conferenza mondiale di sedimentologia di Alicante, nel 1998, Bo-

di un fume deve sapere come è fatto un fume… non a caso le grandi scoperte della sedimentologia delle rocce fuviali del passato sono avvenute perché gli ingegneri della Louisiana e del Texas hanno cominciato a studiare il Mississippi e i suoi meandri.

sellini concludeva il suo intervento con questa foto delle Dolomiti Ampezzane accompagnata dalla frase di Leopardi, «Nulla si sa, tutto si immagina», per signifcare la distanza tra i fenomeni che osserviamo e le teorie che elaboriamo.

Parte della litosfera è costituita da depositi di tipo sedimentario. Molti sono di origine marina, ma per la maggior parte sono frutto dell’azione dei fumi. La sedimentologia studia i sedimenti attuali e le rocce sedimentarie del passato, allo scopo anche di ricostruire, attraverso le modalità di formazione dei sedimenti, i diversi ambienti sedimentari. Che cosa si intende con l’espressione «sedimentologia delle rocce fuviali»? Perché si capiscono i depositi fuviali attraverso lo studio dell’andamento di un fume? In che modo avviene il trasporto dei materiali erosi lungo il corso di un fume? Quando e perché avviene, lungo il corso di un fume, la deposizione delle particelle solide?

3 Anche nell’area geografca in cui vivi, a piccolo o a grande raggio, sono presenti formazioni geologiche di tipo sedimentario, o elementi del paesaggio, che occorre «vedere» direttamente per comprenderne meglio le dimensioni, la collocazione nel territorio e come si sono formati. Fai alcuni esempi. Tra i depositi alluvionali ci sono pietrisco, ghiaie, sabbie, limi, argilla. Che cosa li differenzia? In quali attività dell’uomo e per quale tipo di utilizzo vengono usati? Completa la tabella.

Ghiaia

Tutto quello che presentiamo nella scienza è un modello della realtà; è chiaro che serve per spiegare la realtà, ma non è detto che sia l’unico modello possibile. Una delle fasi del processo di conoscenza scientifca è la formulazione di modelli che rappresentano la realtà oggetto di studio, soprattutto quando questa è infnitamente piccola (per esempio per i fsici atomici) o infnitamente grande (per esempio per gli astronomi). Che cosa rappresentano i modelli formulati dai geologi? a La struttura microscopica e submicroscopica della litosfera. b La localizzazione della Terra nell’universo e le trasformazioni climatiche. c Le strutture presenti sulla Terra e la loro trasformazione nel tempo. Attraverso una ricerca in Internet elenca, associandoli ai nomi degli scienziati che li hanno elaborati, modelli relativi alla struttura e alle trasformazioni della litosfera.

Pietrisco

Sabbia (con il cemento)

Argilla

Limi (silt)

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