00 – Introduzione al Corso Scuola di Scienze e Tecnologie L-32 / L-34 – Scienze geologiche, dell’ambiente e della natura Corso di “Geografia fisica” Modulo “Fisica dell’atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci 00 – Introduzione al Corso

Il Corso di Geografia fisica e Climatologia La Geografia fisica, materia tipica delle Scienze geo-ambientali, studia i fenomeni naturali che avvengono nell’atmosfera, nell’idrosfera e sulla superficie della litosfera, inclusa la loro distribuzione e le loro variazioni areali e temporali. Il Corso è diviso in tre Moduli: 1) Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera – 2 CFU (Prof. Carlo Bisci) 2) Idrologia e introduzione alla Geomorfologia – 4 CFU (Prof. Marco Materazzi) 3) Climatologia – 6 CFU (Prof. Massimiliano Fazzini) Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Geografia fisica e Climatologia – Concetti di base Per comprendere ciò che avviene nell’atmosfera, nei corpi idrici e alla superficie terrestre, è indispensabile avere basi abbastanza solide di Fisica (soprattutto meccanica e termodinamica) e di Geologia, nonché una conoscenza almeno di base di Chimica, Matematica, Statistica, Geografia, Ecologia. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Geografia fisica e Climatologia – Testi consigliati Strahler A.H. e Strahler A.N. Geografia fisica. Piccin, Padova. McKnight T.L. e Hess D. Geografia Fisica. Comprendere il paesaggio. Piccin, Padova Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Forza di gravità La forza di gravità, a cui sono soggetti in misura praticamente omogenea tutti i corpi presenti sulla superficie terrestre, tende a far “scendere” il materiale, ovvero a trasformare l’energia potenziale di un corpo (determinata dal prodotto della sua massa per l’accelerazione di gravità per la sua altezza rispetto al punto più basso che può raggiungere, o “rilievo”) in energia cinetica (ovvero in movimento, il cui verso sarà quello della forza di gravità). In questo senso, il rilievo può essere impropriamente inteso come “energia” (la cosiddetta “energia del rilievo”). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Processi endogeni ed esogeni Un processo morfogenetico (ovvero di modellamento della superficie terrestre) è dato dall’azione di uno o più agenti morfogenetici sulla superficie terrestre. Gli agenti (e i processi) morfogenetici possono essere distinti in endogeni (che ricevono la propria energia dall’interno terrestre) ed esogeni (che ricevono tale energia dal Sole). I processi morfogenetici endogeni tendono, in media, a costruire il rilievo (orogenesi), quelli esogeni a smantellarlo (rimodellamento superficiale) seguendo il gradiente dell’energia potenziale (ovvero seguendo il verso della forza di gravità). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Agenti endogeni Sono agenti morfogenetici endogeni: la tettonica, ovvero l’azione meccanica delle diverse parti di crosta terrestre tendenti ad avere un movimento reciproco sotto la spinta dei flussi che interessano il mantello, mantenuto fluido dal flusso di calore proveniente dal nucleo; il vulcanismo, ovvero il movimento di masse fluide che dal mantello terrestre risalgono entro la crosta solida creando intrusioni o uscendo alla superficie. Entrambi questi agenti possono causare anche effetti morfogenetici indiretti, producendo scosse sismiche. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Agenti esogeni Gli agenti morfogenetici esogeni ricevono energia dal Sole e combinano la propria azione con quella della forza di gravità; di conseguenza tendono a ridurre l’energia potenziale riducendo i dislivelli e lisciando le irregolarità del paesaggio. Sono agenti morfogenetici esogeni tutti i fluidi presenti sulla superficie terrestre: le acque meteoriche le acque correnti superficiali le acque sotterranee le acque nei bacini marini e lacustri la neve il ghiaccio il gelo l’aria In senso un po’ improprio, lo sono quindi anche le terre e le rocce. Ulteriori agenti morfogenetici esogeni sono tutte le forme di vita, incluso l’uomo. Tra gli agenti morfogenetici va incluso anche il Sole, nonostante la sua azione diretta sia in genere poco efficace ed evidente. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Fasi di azione degli agenti esogeni Gli agenti morfogenetici esogeni di regola agiscono seguendo quattro fasi: Alterazione, che può essere fisica e/o chimica (o biochimica) e consiste nella modificazione delle caratteristiche fisiche e/o chimiche del materiale coinvolto (frantumazione, idratazione ecc.). Erosione, ovvero presa in carico del materiale (in genere precedentemente alterato) con perdita di stabilità dello stesso. Trasporto (questa è la fase in cui predomina l’effetto della forza di gravità, con trasformazione dell’energia potenziale in energia cinetica). Sedimentazione, ovvero ri-deposizione del materiale trasportato (in genere e in media a una quota più bassa, ovvero in una posizione a minor energia potenziale). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Fluidodinamica Diagramma di Hjulstrom I fluidi in movimento possono erodere, trasportare e rideporre frammenti più o meno grandi del materiale geologico su cui scorrono (roccia, terre, clasti). Per ciascun fluido, il tipo di azione dipende dalla sua velocità di flusso e dalla dimensione dei clasti. Diagramma di Hjulstrom Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Φmax = f ( v * μ2 ) Viscosità e capacità di trasporto Legge di Stokes Fluidi diversi hanno effetti diversi, dato che in linea teorica la dimensione massima dei clasti trasportati è funzione della velocità di flusso per il quadrato della viscosità del fluido (osservazione derivata dalla Legge di Stokes sull’attrito viscoso). Φmax = f ( v * μ2 ) Pertanto, i fluidi molto viscosi riusciranno a trasportare materiale molto grossolano anche a basse velocità, mentre i fluidi meno viscosi anche a velocità elevate non potranno che trasportare materiale abbastanza fine. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Arrotondamento dei clasti Legge di Stokes I clasti soggetti a urti e sfregamenti, così come il materiale contro cui agiscono, sono soggetti a un’alterazione fisica che comporta, oltre alla progressiva riduzione di dimensione dei clasti, anche processi riduzione delle irregolarità (con aumento dell’arrotondamento e levigazione), dato che spigoli e vertici hanno una maggiore superficie specifica (ovvero superficie esposta per unità di volume). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

R = E * P * V Pericolosità e rischio Legge di Stokes Molti fenomeni naturali sono pericolosi per le persone, i manufatti o la natura. Si definisce la pericolosità di un evento calamitoso come la probabilità che esso avvenga (misurata da 0 a 1) in un lasso di tempo relativamente breve (scelto di volta in volta in funzione della situazione). Il rischio, invece, è dato dal prodotto dell’esposizione (ovvero del valore venale stimato del bene esposto all’evento) per la pericolosità per la vulnerabilità (ovvero per la quantità di danno che è previsto l’evento possa causare, sempre da 1 a 0). Di conseguenza, il rischio viene espresso in termini di valuta. R = E * P * V Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci