osservazione della terra dallo spazio - laboratorio di ...geomatica.como.polimi.it/eventi/doc/OsservazioneTerradalloSpazio.pdf · La tettonica a placche I moti convettivi generano

Politecnico di Milano Politecnico di Milano -- Polo regionale di Polo regionale di ComoComo

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osservazioneosservazione delladella terra terra dallodallo spaziospazio

F.SansòF.Sansò

Giornata della ScienzaGiornata della ScienzaLiceo Scientifico Liceo Scientifico E.FermiE.Fermi

9 marzo 20069 marzo 2006


22

La Terra e i suoi sottosistemiLa Terra e i suoi sottosistemiLa terra è divisa in parti che interagiscono tra loro, oltre checon lo spazio esterno, e che ne determinano l’evoluzione principalmente:

Atmosfera

Terra solida

H-idrosfera


33

AtmosferaAtmosferaTroposfera 15 kmStratosfera 60 kmIonosfera 500 km

Parametri fisici che caratterizzano l’atmosferaTemperaturaPressioneUmidità (nella troposfera)PulviscoloIonizzazione (nella ionosfera)


44


55

Terra solidaTerra solida

0 kmNucleo interno

1200 kmNucleo esterno

3500 kmMantello inferiore

5700 kmMantello superiore

6360 km

6300 km

Crosta


66

Parametri fisici caratteristici

Densità

Temperatura

Moduli elastici

Parametri di viscosità

Composizione chimica


77

La tettonica a placcheLa tettonica a placcheI moti convettivi generano la dinamica delle “placche”;parti abbastanza rigide che galleggiano sull’astenosfera


88

Le placche scontrandosi tra loro generano fenomeni di rottura lungo faglie (sismica), di sovrascorrimenti e orogenesi


99

La La HH--idrosferaidrosferaOceanica oceani

mari interni(Mediterraneo, Baltico, Nero)

Continentale laghi, fiumifalde acquifere

Criosfera calotte polarighiacciainevai

Atmosferica nubipioggia, neve, grandine


1010


1111

Le interazioni tra i vari sottosistemiLe interazioni tra i vari sottosistemi


1212

Le interazioni viste in superficieLe interazioni viste in superficie


1313

La dinamica crostale si manifesta in superficie con un fenomeno di deformazione su scale che vanno da quella continentale (migliaia di km) a quella regionale (centinaia di km).

Sono indicatori dell’attività crostale anche il campo di gravità, il campo magnetico e il campo delle temperature di superficie dei continenti.

In alcune regioni la rottura della crosta è evidente in superficie (rift) e le deformazioni molto intense.

Le deformazioni possono oggi essere studiate da osservazioni spaziali GPS che raggiungono una precisione elevata anche per distanze di migliaia di km (es. 1mm su 1.000 km)

Questo permette di “vedere” deformazioni che si manifestano in pochi anni e comprendere la dinamica della crosta ad esempio scoprendo le aree dove è più probabile che si verifichino terremoti.


1414

Il sistema GPS dunque permette un monitoraggio globale della dinamica delle placche (International GPS Service) attraverso una rete globale di stazioni permanenti


1515

Reti locali vengono invece stabilite per studiare aree particolari


1616

Il campo di gravità come specchio Il campo di gravità come specchio della dinamica della dinamica crostalecrostale


1717

Il campo della gravità terrestre è una combinazione della Il campo della gravità terrestre è una combinazione della attrazione di gravità di attrazione di gravità di tuttetutte le masse distribuite nella terra le masse distribuite nella terra con la accelerazione centrifuga, dovuta al fatto che un con la accelerazione centrifuga, dovuta al fatto che un osservatore solidale con la terra gira (con velocità angolare osservatore solidale con la terra gira (con velocità angolare 360°/1 giorno) rispetto ad un sistema inerziale.360°/1 giorno) rispetto ad un sistema inerziale.

La forma fine del campo di gravità dunque riflette la La forma fine del campo di gravità dunque riflette la distribuzione delle masse e può essere usata per verificare distribuzione delle masse e può essere usata per verificare diverse ipotesi geofisiche sulla dinamica della crosta.diverse ipotesi geofisiche sulla dinamica della crosta.


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Esempio 1Esempio 1Catena di montagne in equilibrio Catena di montagne in equilibrio isostatico:isostatico:

crosta 2.67ρ =

mantello 3.27ρ =

h

H


1919

Esempio 1 (Esempio 1 (contcont))Ipotesi di “galleggiamento”inIpotesi di “galleggiamento”inequilibrio (legge di Archimede)equilibrio (legge di Archimede)

Variazione di profonditàVariazione di profonditàdell’interfaccia tra crosta e mantellodell’interfaccia tra crosta e mantello

( )m c

c

2 rH spinta verso l'alto

2 rh spinta verso il basso

π ρ − ρ = =

= π ρ =

c

m c

H h 4,45hρ

= =ρ − ρ


2020

Esempio 2Esempio 2

Geometria di una montagna sostenuta da una forza Geometria di una montagna sostenuta da una forza compressivacompressiva

crosta 2.67ρ =

mantello 3.27ρ =

h

H


2121

Esempio 2 (Esempio 2 (contcont))La massa che si innalza di La massa che si innalza di hh sull’orizzonte non è sostenutasull’orizzonte non è sostenutada una radice “isostatica” ma dalla pressione ai bordi dellada una radice “isostatica” ma dalla pressione ai bordi dellapiastra.piastra.

La “radice” di profondità La “radice” di profondità HH è riempita con la densità è riempita con la densità ρρmm eequindi ho un eccesso di massa ed una gravità più alta lungoquindi ho un eccesso di massa ed una gravità più alta lungola montagna di quanto prevede l’ipotesi di equilibrio isostaticola montagna di quanto prevede l’ipotesi di equilibrio isostatico..


2222

Processi importanti sulla superficie Processi importanti sulla superficie in interazione con la Biosferain interazione con la Biosfera


2323

Quali processi di superficie Quali processi di superficie possiamo “vedere” dallo spazio?possiamo “vedere” dallo spazio?

PositioningPositioning:: Sistema di riferimento globale/rotazioneSistema di riferimento globale/rotazioneLaserLaserGP Posizione dei punti e deformazione globalGP Posizione dei punti e deformazione globaleeDORISDORIS

Gravità:Gravità: Modelli dettagliati di attrazione di gravitàModelli dettagliati di attrazione di gravitàCHAMP e di geoide per lo studio dei diversi fenomeCHAMP e di geoide per lo studio dei diversi fenomeniniGRACE geodinamiciGRACE geodinamiciGOCE GOCE


2424

Temperatura

e umidità del Suolo : Hotspots

TERRA (Nasa) Flussi di “risalita” di magma

Forma della superficie: Con immagini ad alta risoluzione

SPOT (ottico) o con il radar (SAR)

Quickbird Deformazioni nel tempo

Heros Linea di costa; Reticolo idrografico

ERS orografia ecc.

TOPEX POSEIDON

SRTM


2525

Uso del suolo: Abitato, acque superficiali,

LANDSAT coltivato, foreste

ERS

ENVI SAT

Frane: Movimenti franosi

SAR-HR

Meteorologia: Presenza di nubi, pioggia, neve

METEOSAT Presenza di pulviscolo

EUMETSAT


2626

i i satellitisatelliti artificialiartificiali

oggi sono in orbita satelliti artificiali per numerosiscopi.una possibile e non esaustiva classificazione dellemissioni satellitari è la seguente:

missioni geodetiche

missioni per la navigazione

missioni per il monitoraggio della terra e del suo ambiente


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missionimissioni geodetichegeodetichei satelliti geodetici sono chiamati così per il loro contributo alla geodesia.

la geodesia è la scienza che si occupa della determinazione, tramite osservazioni satellitari e terrestri, della posizione di punti sulla superficie terrestre, della forma e della dimensione della terra e delle variazioni della gravità terrestre e del campo magnetico

è possibile suddividere le missioni geodetiche sulla base della loro finalità:

missioni geodetiche per il posizionamento e la definizione del sistema di riferimento

missioni geodetiche per la determinazione del campo di gravità


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laser ranging: si osserva la distanza in andata e ritorno di un segnale laser

LAGEOS

stazioni permanenti del GNSS: si determina la distanza tra satellite e ricevitore dal confronto tra un segnale radio emesso dai satelliti e una copia dello stesso generata nei ricevitori a terra. Problemi di sincronizzazione richiedono la misura simultanea da un ricevitore a 4 satelliti

missionimissioni geodetichegeodetiche

missioni geodetiche per il posizionamento e la definizione del sistema di riferimento

le osservazioni vengono utilizzate per determinare la posizione di punti sulla superficie terrestre in un opportuno sistema di riferimento e le loro variazioni nel tempo (geodinamica)

STARLETTE STELLA

GPS GLONASS GALILEO


2929

satellite della costellazione NAVSTAR GPS



3030

satellite della costellazione GLONASS



3131

satellite della costellazione GALILEO



3232

rete IGS delle stazioni di tracciamento dei satelliti GPS



3333

CHAMP


missioni geodetiche per la determinazione del campo di gravità

si osserva l’effetto dell’attrazione della terra su una massa sospesa sottraendo gli effetti non gravitazionali come il drag atmosferico e la pressione della radiazione solare

tra le applicazioni si ha lo studio della distribuzione delle masse all’interno della terra (geodinamica)

GRACE GOCE


3434



3535

GOCE ha lo scopo di fornire un unico dataset per la determinazione di modelli globali e regionali del campo di gravita’terrestre.



3636

missioni per la navigazione

missioni per la navigazione:si tratta di missioni per il posizionamento di oggetti in movimento intorno alla terra

segmento mobile del GNSS: si determina la distanza tra satellite e ricevitore dal confronto tra un segnale radio emesso dai satelliti e una copia dello stesso generata nei ricevitori a terra. Problemi di sincronizzazione richiedono la misura simultanea da un ricevitore a 4 satelliti

GPS GLONASS GALILEO


3737


monitoraggio attivo in radio frequenzadella superficie degli oceani, dei ghiacciai, delle terre emerse

si determina la forma della terra (DTM) e le sue variazioni nel tempo (geodinamica globale e locale, subsidenza, vulcani)

SAR (radar interferometrico):terreni digitali,variazioni di superficie (es. Terremoti)SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) ha fatto il DTM di tutte le terreemerse con risoluzione di 100m

RADAR-ALTIMETROper monitorare la superficie degli oceani, la superficie topografica del marela superficie topografica del ghiacciai



3838

ERS 1&2 ESA Remote Sensing Satellite 1&2

Envisat ENVIronmental SATellite

Proba Project for On-Board Autonomy


3939

Faglia di San Andreas, 1200 km: e’ la piu’ lunga in Californiae una delle piu’ lunghe del Nord America

SAR (radar interferometrico)



4040

SAR (radar interferometrico)

Interferogramma

DTM

Immagine SAR del Vesuvio



4141

RADAR-ALTIMETRO:per monitorarela superficie degli oceanie dei ghiacciai



4242

QUICK BIRDaltezza: 450 km inclinazione: 98 gradiorbita:elio-sincrono quasi-polareperiodo di rivoluzione 98 minutirepeat cycle: 1-3.5 giorni

Roma - Colosseo

risoluzione 70 cm



immagini ad alta risoluzioneper la fotointerpretazione,per l’aggiornamento della cartografia a piccola scala


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Delta del Gange

ATSR (Along-Track Scanning Radiometer):sensore ottico, opera nella banda dell’infrarosso emisura la temperatura della superficie del mare e delle nuvole



immagini per bande di frequenzaper lo studio dei fenomeni di superficie: manto nevoso, forestazione, incendi, desertificazione, urbanizzazione…

ogni superficie riflette le onde di diversa frequenza in modo caratteristico


4444

Chlorophyll in Mediterranean© SeaWiFs project, NASA and Orbimage

ORBVIEW: per lo studio della eutrofizzazione



4545

studi urbanistici(verde urbano in rosso)

Panathinaiko olympic stadium in Athens,Greece

The Murray River east of Adelaide,Australia



4646

EUMETSAT



sounding atmosfericoper le previsioni del tempo utilizzando osservazioni + modelli


4747



sounding atmosfericoper le previsioni del tempo utilizzando osservazioni + modelli

MSG-1 Meteosat Second Generation

MetOp Lancio previsto nel 2005, MetOp sara’ il primo satellite europeo a orbita polare dedicato alla meteorologia


4848

Mappa globale ad alta risoluzione dell’inquinamento atmosferico da NO2dallo spettrometro SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography)a bordo di ENVISAT



sounding atmosfericobackscattering delle particelle sospese


4949

http://www.eurimage.com

http://telsat.belspo.be/beo

http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/Kepler/Kepler.html

http://www.radarsat2.info/rs2_satellite/overview.asp

http://www.esa.int/esaCP/index.html

http://octopus.gma.org/surfing/space.html

http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html

Siti Web da cui e’ stato tratto il materiale illustrato:

Documents

osservazione della terra dallo spazio - laboratorio di ...geomatica.como.polimi.it/eventi/doc/OsservazioneTerradalloSpazio.pdf · La tettonica a placche I moti convettivi generano