1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO.

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1 1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE LEZIONE 3 * - LEGGI DEL MOTO - LEGGI DEL MOTO - MOVIMENTI DELLA TERRA: - MOVIMENTI DELLA TERRA: ROTAZIONE, RIVOLUZIONE ROTAZIONE, RIVOLUZIONE * Icone, grafici e foto provengono da varie fonti. Si ringraziano i relativi Autori ed Editori.

2 2 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE INTRODUZIONE - INTRODUZIONE -PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO -- LEGGI DEL MOTO - MOVIMENTI DELLA TERRA: ROTAZIONE, RIVOLUZIONE - PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA - PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - ASPETTI DELLA TERRA FLUIDA - ASPETTI DELLA TERRA FLUIDA - ASPETTI DELLA TERRA SOLIDA - ASPETTI DELLA TERRA SOLIDA - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO

3 3 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO Il nostro pianeta è animato da vari movimenti, alcuni brevi, altri secolari ma tutti sono regolati direttamente o indirettamente da leggi elementari che vengono sinteticamente definite leggi del moto. Queste leggi sono state enunciate nel corso del XVII° secolo da Giovanni Keplero (tre in tutto nel periodo 1609 - 1619) e da Isacco Newton, tre anticipate nel Tractatum de quadratura curvorum del 1668 e una successivamente, nel 1687*, definita legge della gravitazione universale. LEGGI DI KEPLERO 1^ legge di Keplero: I pianeti descrivono intorno al Sole orbite ellittiche e complanari con un fuoco in comune dove si trova il Sole (legge delle orbite). Un pianeta gira intorno al Sole seguendo una traiettoria ellittica e non circolare. Si chiamano fuochi due punti posti in luoghi simmetricamente opposti rispetto al centro dell’ellissi, la cui caratteristica è che la somma delle distanze di essi fuochi da un punto qualsiasi dell’ellisse è costante. LE LEGGI DEL MOTO Giovanni Keplero * 1687 – Philosophiae naturalis principia mathematica

4 4 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. LE LEGGI DEL MOTO 2^ legge di Keplero: Le aree descritte dal raggio vettore che unisce il Sole ad un pianeta sono proporzionali ai tempi impiegati a percorrerle (legge delle aree). 3^ legge di Keplero: I quadrati dei periodi di rivoluzione dei vari pianeti sono proporzionali ai cubi dei semiassi maggiori delle loro orbite (legge della proporzione). Nel corso del viaggio lungo l’orbita, la velocità di un pianeta non è costante. In prossimità del Sole essa aumenta mentre diminuisce man mano che si allontana dal Sole. La velocità è dunque massima nel punto P (perielio) e minima nel punto A (afelio). Il pianeta impiega lo stesso tempo a passare da B a C e da D ad E e così a seguire. L’area di tutti i triangoli descritti in un determinato tempo con base sull’orbita e vertice nel Sole è sempre la stessa. Keplero ricavò queste leggi in modo del tutto empirico basandosi su lunghe osservazioni, soprattutto dell’orbita di Marte. I pianeti più vicini al Sole percorrono la loro orbita in un tempo molto più breve rispetto a quelli lontani. Mercurio, la cui distanza dal Sole è la metà di quella della Terra, impiega un quarto del tempo della Terra per percorrere la sua orbita (88 giorni). Giove che dista 5,2 u.a. dal Sole percorre la sua orbita in circa 12 anni. Il grafico riporta l’entità delle orbite percorse a varia distanza dal Sole nel tempo in cui la Terra impiega per coprirne una intera (1 anno).

5 5 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. LE LEGGI DEL MOTO LEGGI DI NEWTON: 1^ legge del moto: Ogni corpo continua nel suo stato di quiete o di moto uniforme in linea retta a meno che non sia costretto a cambiarlo da un’altra forza che agisca su di esso. In caso di impatto il guidatore tende a proseguire il movimento che aveva prima dell’urto fermandosi contro il parabrezza. Se il guidatore indossa la cintura di sicurezza sarà sempre soggetto a continuare nel suo movimento iniziale ma sarà anche frenato dalle forze contrarie della cintura. Se dunque un corpo non soggetto ad alcuna forza è fermo, conserva il suo stato di quiete, mentre se è in movimento tende a continuare nel suo moto in linea retta, con velocità costante. 2^ legge del moto: Il cambiamento del moto è proporzionale alla forza impressa e si esercita nella direzione in cui questa forza è impressa. Se spingiamo una bicicletta e una macchina con la medesima forza, mentre la prima quasi ci sfugge dalle mani, la seconda si muoverà appena: questa differenza è determinata dalla differenza di massa fra la bicicletta e la macchina. Possiamo anche dire che quanto più grande è la forza applicata a un corpo di una certa massa, tanto maggiore sarà la sua variazione di velocità o accelerazione. Se dunque una forza agisce su un corpo, gli imprime un’accelerazione che è direttamente proporzionale all’intensità della forza e inversamente proporzionale alla massa del corpo.

6 6 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. LE LEGGI DEL MOTO 3^ legge del moto: Ad ogni azione si oppone sempre una reazione uguale e contraria ovvero le mutue azioni di due corpi l’uno sull’altro sono sempre uguali e dirette in senso contrario (Principio di azione e reazione). Questa legge stabilisce il principio di uguaglianza fra azione e reazione (o pressione e contropressione). Considera le forze come agenti l’una contro l’altra, cioè ogni volta che si esercita una forza, questa ne genera un’altra di intensità uguale alla prima ma avente direzione opposta. Nella propulsione dei razzi, per esempio, i gas che bruciano nella camera di combustione vengono scaricati verso il basso e provocano così un movimento verso l’alto del razzo. Legge della gravitazione universale: Nell’universo fisico due corpi qualsiasi, grandi o piccoli, si attraggono vicendevolmente con una forza che varia con il prodotto delle loro masse ed è inversamente proporzionale alla distanza che li separa. La legge della gravitazione universale è così esprimibile sinteticamente: F = k m. M / r 2 Dove F è la forza di attrazione reciproca dei corpi; K è la costante di gravitazione universale (allora indeterminata) che dipende dalla scelta dell’unità di misura (nel sistema C.G.S. è uguale a 6,66 x 10 -8 cm 3 / sec 2 x grammomassa) M e m rappresentano rispettivamente la massa dei due corpi; r è la distanza che separa i baricentri dei due corpi. Newton dimostrò che questa legge della gravitazione universale (peraltro già introdotta da R. Hooke) spiegava tutti i fenomeni osservati e definiti dall’astronomo Keplero nelle sue leggi. Per esempio, un pianeta che si sposta lungo un’orbita ellittica, acquista velocità quando si avvicina al perielio perchè l’attrazione solare aumenta col diminuire della distanza mentre quando il pianeta si allontana verso l’estremo opposto della sua orbita, perde velocità perchè la distanza aumenta. Newton riscontrò che le variazioni di velocità che aveva calcolato concordavano con la seconda legge di Keplero.

7 7 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. I MOVIMENTI DELLA TERRA I MOVIMENTI DELLA TERRA Come detto, la Terra è animata da diversi movimenti simultanei di durata diversa, una decina circa, che ne influenzano l’ambiente superficiale, l’habitat, l’evoluzione. I movimenti principali sono due : uno di rotazione intorno a un asse che viene definito asse terrestre e uno traslatorio di rivoluzione intorno alla stella che chiamiamo Sole. MOVIMENTO DI ROTAZIONE Il movimento di rotazione consiste in un giro completo della Terra intorno al proprio asse. Il primo ad aver accertato il movimento di rotazione della Terra fu Eudosso da Cnido nel IV° secolo a.C. il quale precisò anche che il movimento intorno ad un asse di rotazione avviene da occidente verso oriente ed ha la durata di un giorno. Arrivò ad enunciare che anche i pianeti Mercurio e Venere giravano intorno al Sole. Il movimento di rotazione che la Terra compie intono al proprio asse, avviene in senso diretto. S’intende per senso diretto il movimento rotatorio che avviene in senso antiorario. Se avviene il contrario, il movimento di definisce retrogrado. Moto diretto visto da Nord e da Sud

8 8 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE Per effetto del movimento di rotazione intorno al proprio asse ogni punto della Terra ritorna nella stessa posizione rispetto ad un punto del cielo dopo circa 24 ore. La durata sarà diversa se si prende come riferimento il Sole oppure un’altra stella. Si avrà quindi un giorno solare e un giorno sidereo. La differenza fra giorno solare e giorno sidereo è maggiore quando la Terra è più veloce nella sua orbita (perielio, inverno). Un punto di osservazione M ritorna sulla sua posizione rispetto ad una stella lontana esattamente dopo una rotazione di 360° (m). Se invece si prende come riferimento il Sole, questo culminerà sull’osservatore dopo una rotazione di 360° + α (M’) perché nel frattempo la Terra si è spostata sull’orbita di rivoluzione.

9 9 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE GIORNO SOLARE Il giorno solare è il tempo interposto tra due passaggi consecutivi del centro del Sole sullo stesso meridiano. Per comodità si sceglie il momento della sua culminazione. La durata del giorno solare è variabile da 23h 59’ 39” a 24h 00’ 30”. Varia ogni giorno e dura più del giorno sidereo perchè per ritornare il Sole in culminazione sullo stesso meridiano è necessario che la Terra compia su se stessa un ulteriore giro di circa 1° oltre i 360° perchè nel frattempo si è spostata in avanti sul piano dell’orbita. Poiché il ritardo del Sole è variabile da giorno a giorno, per convenzione si usa come Sole di riferimento un Sole fittizio che torni in culminazione sullo stesso meridiano esattamente dopo 24h 00’ 00”. GIORNO SIDEREO Il giorno sidereo è il tempo interposto fra due passaggi consecutivi di una stella sullo stesso meridiano. Per comodità si sceglie il momento della sua culminazione. La durata del giorno sidereo è di 23h 56’ 04” ed è costante e corrisponde ad una rotazione apparente della sfera celeste.

10 10 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE PROVE DELLA ROTAZIONE TERRESTRE Le prove della rotazione terrestre si possono così addurre: 1 – Per analogia con gli altri corpi celesti. 2 – Rotazione apparente quotidiana della sfera celeste da oriente a occidente; questa rotazione apparente è in realtà un’illusione ottica come avviene durante un viaggio in treno. Questo movimento apparente della sfera celeste da est verso ovest si definisce movimento retrogrado per differenziarlo dal vero movimento della Terra da ovest verso est che si definisce movimento diretto. Il movimento apparente della sfera celeste da est verso ovest (retrogrado) non è possibile perchè ammetterebbe il geocentrismo che viene inconfutabilmente escluso dalla legge della gravitazione universale. Peraltro il geocentrismo, in virtù del sincronismo di rotazione di tutti gli astri dovrebbe ammettere e spiegare velocità inconcepibili per i corpi celesti più lontani. Il percorso della sfera celeste, rispetto all’orizzonte di un osservatore, alle medie latitudini (1, percorso obliquo), all’equatore (2, percorso verticale) e ai poli (3, percorso parallelo). A lato, una ripresa fotografica a lunga esposizione mostra il movimento rotatorio della volta celeste rispetto alla verticale di un luogo. Sulla base di questa immagine, che evidenzia il movimento rotatorio della Terra, è impossibile immaginare il contrario, cioè un movimento rotatorio dell’Universo rispetto ad una Terra statica

11 11 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE 3 – Alternanza del dì e della notte. La rotazione della Terra permette alla sua superficie sferica di esporsi ai raggi solari solo per un periodo limitato del tempo impiegato a girare su se stessa (metà rotazione; periodo che però diventa localmente variabile a secondo dei luoghi e delle stagioni, a causa dell’inclinazione dell’asse). La parte opposta dell’emisfera resterà al buio. 4 – Schiacciamento del globo terrestre il quale non si può verificare senza ammettere una forte velocità di rotazione con punti sollecitati da una conseguente forza centrifuga. All’Equatore la velocità di rotazione di un punto è valutata in circa 28 km/minuto (1669,6 km/ora). La velocità (lineare) di rotazione di un punto diminuisce progressivamente spostandosi in latitudine verso il Polo dove si azzera. Sul parallelo di Roma la velocità (lineare) di rotazione di un punto è valutata in circa 21 km/minuto pari a circa 1260 km/ora. La forza centrifuga diminuisce progressivamente dall’Equatore ai Poli. Il risultato che ne consegue è un rigonfiamento equatoriale e uno schiacciamento polare.

12 12 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE 5 – Deviazione delle masse che si muovono sulla superficie terrestre. Lo spostamento è maggiore quanto maggiore è la componente orizzontale del movimento. Una massa spostandosi sulla superficie terrestre raggiunge punti con velocità di rotazione diversa da quella di partenza. Ne consegue che la massa in movimento risulterà in anticipo o in ritardo rispetto alla previsione di partenza a secondo della direzione intrapresa. Se le masse si spostano verso l’equatore partiranno con una velocità d’inerzia inferiore a quella del punto di arrivo, quindi ritardano rispetto alla previsione e si spostano verso occidente (ritardando così rispetto al movimento reale della Terra che avviene da ovest verso est). Se le masse si spostano verso i Poli partiranno con una velocità d’inerzia maggiore a quella del punto di arrivo, quindi anticipano rispetto alla previsione e si spostano verso oriente cioè nel senso della rotazione terrestre, anticipandola. Le immagini raffigurano modelli di deviazione di masse fluide che percorrono la superficie terrestre.

13 13 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE segue deviazione masse libere L’entità della forza deviante C venne individuata da Gustave Gregore de Coriolis attraverso la relazione: C = 2  V sen  con  = velocità angolare della rotazione terrestre; con V = velocità del corpo (o della massa) in movimento; con  = latitudine del luogo. Da questa relazione risulta che la forza deviante o forza di Coriolis raggiunge il valore massimo al Polo (sen 90° = 1); all’Equatore sen 0° = 0.

14 14 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE segue deviazione delle masse Sulla base di queste osservazioni il meteorologo americano W. Ferrel enunciò nel XIX° secolo la legge che porta il suo nome: Legge di Ferrel. ‘Ogni corpo (fluido) che si sposta orizzontalmente sulla superficie terrestre viene deviato rispetto alla direzione della sua provenienza verso destra nell’emisfero settentrionale e verso sinistra nell’emisfero meridionale’. Questo assunto riveste grande importanza soprattutto per la circolazione atmosferica e per le sue previsioni. I venti che convergono verso un’area ciclonica seguono un movimento antiorario nell’emisfero settentrionale e orario in quello meridionale. Il contrario avviene per le aree anticicloniche i cui venti si propagheranno con movimento orario nell’emisfero settentrionale e antiorario in quello meridionale. Anche le correnti marine sono soggette allo stesso fenomeno.

15 15 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE 6 – Spostamento dei gravi in caduta libera verso oriente. Prova dimostrata dal Guglielmini nel 1791 con l’esperienza di Bologna facendo cadere dei gravi dalla Torre degli Asinelli. Questi non raggiungevano il suolo secondo la verticale ma subivano costantemente una deviazione millimetrica verso est. Il grave si sposta verso oriente perchè la velocità di rotazione dei punti posti in elevazione è maggiore di quella del suolo. Ne consegue che il grave che cade anticipa la sua posizione perchè è dotato di velocità rotazionale d’inerzia maggiore e si sposta verso est, cioè nel senso della rotazione terrestre. N.B: Il disegno è schematizzato. La Torre degli Asinelli è alta 97,20 metri e pende verso ovest per 1,23 metri.

16 16 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA 7 – Pendolo di Foucault. Esperienza eseguita nel 1851 nel Pantheon di Parigi. Per la legge del moto pendolare, il piano di oscillazione del pendolo è costante. Nel suo esperimento L. Foucault usò un pendolo lungo 27 metri con una massa di 28 kg per ottenere oscillazioni durature. L’osservazione mostrava che il piano di oscillazione nel corso delle 24 ore si spostava lentamente verso ovest, in direzione opposta a quella del reale movimento di rotazione della Terra coprendo un arco di 230°. A 30° di latitudine l’arco percorso sarebbe stato di 180°; di 0° all’Equatore e di 360° al Polo. Ciò avviene perchè la verticale del punto dove è posizionato il pendolo è un asse di rotazione che coincide con l’asse di rotazione terrestre solo al Polo mentre in qualsiasi altro punto se ne discosta. Al Polo il piano dell’osservatore compirà un giro completo in 24 ore. Il piano dell’osservatore, che è normale al pendolo, possiede una velocità angolare propria Va =  t. sen  dove  t è la velocità angolare terrestre e sen  è la latitudine del luogo, per cui all’Equatore (sen 0° = 0) la velocità angolare del piano dell’osservatore si annulla (il piano dell’orizzonte è parallelo all’asse terrestre e ogni suo punto rimane immutato) mentre al Polo (sen 90° = 1) la velocità angolare del piano dell’osservatore raggiunge il valore massimo coincidendo con la velocità angolare terrestre e ogni punto dell’orizzonte compie un giro completo di 360° in 24 ore. PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE

17 17 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE L’angolo di rotazione del pendolo alla latitudine  nel corso della giornata corrisponde a 360° moltiplicato il seno della latitudine. Il piano di oscillazione del pendolo ruoterà in senso antiorario al Polo nord e in senso orario al Polo sud. Parigi, Pantheon: pendolo di Foucault

18 18 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE Nell’esperimento di Foucault il pendolo venne attivato da una corda che fu subito bruciata. Il pendolo continuò ad oscillare mentre la Terra ruotava sotto di esso. Riprodotto nei principali musei, viene evidenziata la diversa posizione del piano di oscillazione del pendolo nel corso del giorno rispetto ad un arco graduato. Se si collocasse il pendolo al Polo nord, si vedrebbe il suo piano di oscillazione descrivere una rotazione completa in 24 ore pur mantenendo sempre costante il suo piano di oscillazione. A Londra compirebbe una rotazione completa in 30 h e 40’. All’Equatore non ruoterebbe affatto. Il numero di gradi di cui sembra ruotare il pendolo al trascorrere di ogni ora, in qualsiasi punto della Terra si trovi, è uguale al valore del seno di quella latitudine moltiplicato per 15.

19 19 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE CONSEGUENZE DELLA ROTAZIONE TERRESTRE Le prove che abbiamo invocato per dimostrare la rotazione terrestre, di fatto ne evidenziano anche le conseguenze. Così vedremo la volta celeste ruotare sopra di noi anche se possiamo osservarla solo durante la notte; registreremo lo spostamento della direzione dei corpi fluidi in moto sulla superficie terrestre, fenomeno ampiamente utilizzato nella scienza meteorologica per l’elaborazione dei modelli evolutivi del tempo atmosferico; lo schiacciamento polare e la variazione della gravità con la latitudine che, oltre a derivare dallo stesso schiacciamento polare, è anche conseguenza della forza centrifuga dovuta alla rotazione terrestre. La forza centrifuga, alla quale sono sottoposti tutti i corpi che si trovano sulla superficie terrestre è perpendicolare all’asse di rotazione terrestre ed è diretta verso l’esterno. E’ esprimibile con la formula: F c = m. ω 2. R dove m è la massa del corpo, ω la velocità angolare e R la distanza dall’asse di rotazione. Fcn = componente che si oppone alla forza di gravitazione

20 20 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE Ma la conseguenza più importante del movimento di rotazione terrestre è certamente l’alternarsi del dì e della notte. ALTERNANZA DEL DI’ E DELLA NOTTE Nel corso delle 24 ore tutti i punti della Terra passano dal giorno alla notte. La parte illuminata rappresenta il dì ; la parte oscura rappresenta la notte. La Terra che è rotonda e si trova a grande distanza dal Sole, ne viene illuminata per metà. Il limite che separa la parte illuminata (dì) da quella oscura (notte) viene definito circolo di illuminazione. La culminazione del Sole sul meridiano del luogo di osservazione viene definita mezzodì; la culminazione del Sole sull’antimeridiano dello stesso luogo segna la mezzanotte. Nell’uso comune e per convenzione, il giorno inizia con la mezzanotte e da quel momento dura fino alla successiva mezzanotte. L’intervallo di tempo che caratterizza il giorno si divide in 24 parti uguali convenzionali che vengono definite ore. Ogni intervallo di tempo di ciascuna ora viene a sua volta suddiviso in 60 parti uguali convenzionali che vengono definiti minuti primi o più semplicemente minuti. Ogni intervallo di tempo di ciascun minuto viene suddiviso in 60 parti uguali convenzionali che vengono definiti minuti secondi o più semplicemente secondi. Ogni secondo viene ancora suddiviso in 100 parti uguali, i centesimi di secondo e così via con sottomultipli decimali. La durata del dì coincide con il tempo in cui il Sole rimane sull’orizzonte (arco diurno). Tranne che all’Equatore, in un determinato luogo la durata del dì varia durante l’anno e, in uno stesso giorno, il periodo di illuminazione, è diverso da luogo a luogo a secondo della latitudine.

21 21 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE CREPUSCOLO Dopo il tramonto del Sole e prima della sua levata, a secondo dei luoghi e delle stagioni si gode ancora della luce solare che viene diffusa dall’atmosfera sovrastante determinando il cosiddetto crepuscolo che corrisponde ad una luminosità attenuata (aurora e alba per il levar del sole). La lunghezza del crepuscolo dipende dal tempo che il Sole impiega per percorrere un arco sotto l’orizzonte. La lunghezza di quest’arco, a sua volta, è in relazione con l’inclinazione del Sole e poiché questa inclinazione aumenta man mano che ci si avvicina ai Poli, la durata del crepuscolo è maggiore man mano che si procede verso il Polo e più breve man mano che si procede verso l’Equatore. Qui infatti si registra l’inclinazione minima dell’arco diurno del Sole.

22 22 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. ROTAZIONE segue crepuscolo S’intende per crepuscolo civile il tempo che il Sole impiega per percorrere 6° di arco sotto l’orizzonte e crepuscolo astronomico il tempo che il Sole impiega per percorrere ulteriori 12° di arco sotto l’orizzonte. In totale l’intero crepuscolo corrisponde ad un percorso di 18° sotto la linea dell’orizzonte. A 45° di latitudine il crepuscolo più lungo corrisponde a 2h 35’; all’equatore corrisponde a 1h 16’. Al Polo, invece, il crepuscolo civile (6°) dura 81 giorni; il crepuscolo astronomico (12°) dura altri 51 giorni. In virtù di ciò la notte vera in corrispondenza dei Poli si riduce a soli 100 giorni, comunque di tanto in tanto schiarita dal passaggio della Luna o dalle aurore polari (boreale e australe). E’ importante sottolineare che comunque la durata del crepuscolo è variabile anche con lo stato igrometrico dell’atmosfera e delle condizioni meteofisiche in genere. Crepuscolo. Il punto B è illuminato dal chiarore diffuso della soprastante atmosfera.

23 23 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE MOVIMENTO DI RIVOLUZIONE La Terra, come tutti gli altri pianeti del sistema solare ruota attorno al Sole lungo un’orbita leggermente eccentrica. Il movimento di un corpo celeste intorno ad una stella o ad un altro corpo celeste di massa maggiore viene definito moto di rivoluzione. Il movimento di rivoluzione della Terra attorno al Sole avviene in senso antiorario e descrive un’orbita ellittica, quasi circolare, della lunghezza complessiva di 938.220.000 km. Nel percorrere l’orbita ellittica la Terra raggiunge il punto più vicino al Sole (a 147,5 x 10 6 km) che viene definito perielio e un punto più lontano (a 152 x 10 6 km) che viene definito afelio. La distanza media Terra- Sole è di circa 150 milioni di km (149,75 x 10 6 km). La velocità di percorrenza è variabile secondo quanto previsto dalla seconda legge di Keplero e raggiunge i 31 km/sec in perielio (2-3 gennaio) e i 29 km/sec in afelio (2-4 luglio).

24 24 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE L’orbita della rivoluzione terrestre con i suoi riferimenti. Sullo sfondo le costellazioni dove apparentemente il Sole transita percorrendo circa 1° al giorno (fascia azzurra). La fascia bianca illustra in vece la posizione delle stesse costellazioni come era circa 2200 anni fa, ai tempi di Ipparco da Nicea che le individuò. Ancora oggi la loro antica posizione viene erroneamente presa come punto di riferimento.

25 25 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE L’orbita della rivoluzione terrestre viene definita eclittica perché giace in quel piano (da essa individuato: piano dell’orbita o dell’eclittica) dove avvengono le eclissi di Sole e di Luna per effetto di una collimazione della posizione reciproca Terra-Sole- Luna. L’asse terrestre è inclinato sul piano dell’eclittica di 23° 27’ 08”; conseguentemente anche il piano dell’Equatore terrestre è inclinato sul piano dell’eclittica con lo stesso valore. Il piano dell’equatore celeste che coincide con il piano dell’Equatore terrestre è dunque anch’esso inclinato rispetto al piano dell’eclittica di 23° 27’ 08”. Nella figura: in azzurro, il piano dell’eclittica; in giallo il piano dell’Equatore celeste

26 26 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE La durata della rivoluzione terrestre attorno al Sole si definisce anno. Per la misura dell’anno si può prendere come riferimento o il centro del Sole o una stella lontana. Si distingue così: - l’ anno solare o tropico che è il tempo che intercorre fra due successivi equinozi di primavera la cui durata è di 365 g 05 h 48 m 46 s ; - l’ anno sidereo che è il tempo che intercorre fra due coincidenze del centro del Sole con una stella o punto fisso nel cielo la cui durata è di 365 g 06 h 09 m 09 s. L’anno sidereo dura quindi circa 21’ in più (20’ 23”) dell’anno solare a causa del fenomeno detto precessione degli equinozi. Per effetto dell’inclinazione dell’asse terrestre rispetto al piano dell’orbita e quindi rispetto al nostro Sole e ai suoi raggi luminosi, praticamente paralleli fra loro, il circolo d’illuminazione non passa per i due poli (tranne che in due giorni dell’anno definiti equinozi ) e non oltrepassa i paralleli che distano 23° 27’ dai poli (66° 33’ di latitudine), i quali vengono raggiunti dal circolo d’illuminazione solo in due giorni dell’anno definiti solstizi. 21 marzo 22 dicembre 23 settembre

27 27 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO Orbita terrestre, inclinazione dell’asse terrestre sull’orbita, posizione del circolo d’illuminazione negli equinozi e nei solstizi.

28 28 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Negli equinozi (equinozio di primavera 21 marzo; equinozio di autunno 23 settembre) la Terra si trova in corrispondenza dell’asse minore dell’orbita (non è il perielio!). Il Sole si trova allo zenith sull’Equatore (declinazione 0°), sorge sul polo Nord e tramonta sul Polo Sud in primavera; avviene esattamente il contrario in autunno. Nel giorno degli equinozi il circolo di illuminazione taglia esattamente a metà tutti i paralleli terrestri. Si verifica infatti la condizione particolare in cui l’asse terrestre, per effetto geometrico, si trova inclinato in un piano che è a 90° nei confronti della direzione dei raggi solari ; in questo modo i paralleli vengono tagliati esattamente a metà dal circolo d’illuminazione. Si avranno così 12 ore di giorno (dì) e 12 ore di notte per tutti i punti della Terra. Situazione al 21 marzo, equinozio di primavera e al 23 settembre, equinozio di autunno: per effetto geometrico i raggi del Sole in questi due giorni tagliano esattamente a metà i paralleli e sono tangenti ai due Poli.

29 29 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE L’Equatore, invece, è sempre tagliato a metà dal circolo di illuminazione terrestre in qualsiasi periodo dell’anno, quindi la durata del dì e della notte è sempre pari a 12 ore, uniformemente in tutti i giorni dell’anno. L’equinozio di autunno cade il 23 settembre, con due giorni di ritardo, perchè in estate la Terra percorre la metà più lunga dell’orbita, cioè si trova in afelio (3 luglio) e quindi viaggia con velocità minore (29 km/sec) come previsto dalla seconda Legge di Keplero. L’EQUATORE È SEMPRE TAGLIATO A METÀ DAL CIRCOLO D’ILLUMINAZIONE IN QUALSIASI GIORNO DELL’ANNO.

30 30 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Nei solstizi ( da sol stat: solstizio d’estate 21 giugno, solstizio d’inverno 22 dicembre) il circolo di illuminazione si trova a 23° 27’ dai Poli (66° 33’ di latitudine) di conseguenza una delle due calotte polari si troverà in piena luce mentre l’altra si troverà al buio. Tutti i paralleli di un emisfero saranno illuminati per più della metà (dì più lungo) e quelli opposti per meno della metà (notte più lunga). 23° 27’ N 23° 27’ S 66° 33’ N 66° 33’ S

31 31 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Quando cade il solstizio d’inverno (22 dicembre) la Terra si trova in perielio, in corrispondenza dell’asse maggiore dell’eclittica (lo raggiunge il 2 gennaio) e viaggia a velocità maggiore (31 km/sec). Il circolo di illuminazione si trova a 23° 27’ dai Poli (latitudine di 66° 33’); la calotta polare artica sarà al buio, quella antartica in luce. Si avrà la notte più lunga al Nord e il dì più lungo al Sud. Sul circolo polare artico il Sole non sorge per 24 ore. Procedendo verso Nord il Sole non sorgerà per più giorni: a 70°N si avrà buio per 60 giorni; a 90°N si avrà buio per 179 giorni. Tutti i paralleli a nord dell’Equatore saranno illuminati per meno della metà. Il contrario accade nell’emisfero australe; il Sole si troverà allo zenith sul Tropico del Capricorno (declinazione -23° 27’). Solstizio d’inverno Solstizio d’estate 66° 33’ N 66° 33’ S 23° 27’ N 23° 27’ S

32 32 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Il 21 giugno, invece, il Sole si troverà allo zenith sul Tropico del Cancro (solstizio d’estate, declinazione +23° 27’) e tutto risulterà invertito. A 70°N si avrà luce ininterrotta (il Sole non tramonta) per 65 giorni. A 90°N per 186 giorni. Sul Polo, quindi, il Sole sorge in un equinozio e tramonta nell’altro. Teoricamente dovremmo avere sei mesi di luce e sei mesi di buio; di fatto la notte polare risulta più corta a causa della illuminazione diffusa dai lunghissimi crepuscoli la cui durata copre quasi due mesi. N.B. : Oltre la linea dei tropici il Sole non sarà mai allo zenith 21 giugno22 dicembre 21 marzo23 settembre N.B.: i gradi indicano l’inclinazione dei raggi solari sui paralleli notevoli

33 33 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE PROVE E CONSEGUENZE DEL MOVIMENTO DI RIVOLUZIONE TERRESTRE Le prove e le principali conseguenze del movimento di rivoluzione terrestre possono esser così enumerate: 1. ANALOGIA con gli altri pianeti del sistema solare i quali ruotano intorno al Sole con un movimento complesso (di rivoluzione) secondo le leggi di Keplero. 2. PERIODICITA’ ANNUA delle stelle cadenti. 3. MOVIMENTO APPARENTE DEL SOLE Il Sole sembra spostarsi apparentemente nella sfera celeste man mano che la Terra procede nel suo movimento lungo l’eclittica. Una conseguenza visibile è l’entrata del Sole nelle fasce di competenza delle diverse costellazioni dello Zodiaco. Dalla Terra osserviamo il Sole muoversi nel cielo. Nella realtà è la Terra a spostarsi velocemente rispetto al Sole; il movimento del Sole è dunque apparente, retrogrado, e avviene tanto nel cielo, rispetto all’orizzonte, quanto nella sfera celeste, rispetto alla fascia delle costellazioni dello Zodiaco.

34 34 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Il cammino apparente del Sole sullo sfondo della fascia equatoriale celeste nel semestre estivo (sopra) e in quello invernale (sotto). La declinazione varia da + 30° (a nord, sopra) a -30° (a sud, sotto).

35 35 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Come conseguenza del movimento di rivoluzione terrestre si registra anche un moto apparente del Sole oscillante fra il Tropico del Cancro e il Tropico del Capricorno. Nel solstizio estivo il Sole è allo zenith sul Tropico del Cancro (declinazione +23° 27’); in equinozio il Sole è allo zenith sull’Equatore (declinazione 0°); nel solstizio invernale il Sole è allo zenith sul Tropico del Capricorno (declinazione -23° 27’). Da questa posizione si sposta nuovamente verso il Tropico del Cancro, con percorso inverso, passando di nuovo sull’Equatore nell’equinozio successivo. Come conseguenza il percorso del Sole su di un qualsiasi punto di osservazione della Terra sarà di altezza variabile nei vari giorni dell’anno. Nel grafico a destra è rappresentato in giallo il piano dell’orizzonte di un osservatore, posto alla nostra latitudine, che vede sorgere e tramontare il Sole in tre diversi periodi dell’anno: nel solstizio d’estate (arco diurno E 1 – W 1 ) quando il Sole raggiunge la sua massima culminazione (altezza); negli equinozi (arco diurno E - W) e nel solstizio d’inverno (arco diurno E 2 – W 2 ) quando il Sole raggiunge la minima altezza sull’orizzonte percorrendo il più basso arco diurno.

36 36 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Altezza del Sole alle diverse latitudini nei diversi periodi dell’anno. In azzurro è rappresentato il piano dell’orizzonte dell’osservatore. 4. DIVERSA ALTEZZA DEL SOLE La culminazione del Sole nei diversi punti della superficie terrestre varia nel corso dell’anno; si ottiene così una diversa durata del periodo di illuminazione che comporta variazioni climatiche da luogo a luogo e quindi la suddivisione in zone astronomiche. La culminazione del Sole varia in uno stesso punto nel corso dell’anno e questo comporta l’avvicendarsi delle stagioni. equinozi estate inverno

37 37 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE 5. DIVERSA DURATA DELL’ARCO DIURNO Il piano dell’eclittica forma con il piano dell’Equatore un angolo di 23° 27’ (obliquità dell’eclittica). La conseguenza è che il circolo d’illuminazione si sposta entro la zona delimitata dal Polo e dal parallelo che si trova a 66° 33’ (circoli polari,cioè quelli che si trovano a 23° 27’ dal Polo stesso). L’arco diurno, e quindi le condizioni di illuminazione della superficie terrestre, e il cammino apparente del Sole sull’orizzonte variano così di giorno in giorno. La variazione dell’arco diurno descritto dal Sole in vari periodi dell’anno a Roma. Variazioni della lunghezza dell’ombra durante l’anno in rapporto alle differenti altezze del Sole a mezzogiorno rispettivamente nel solstizio invernale (ombra più lunga, 1), negli equinozi (2) e nel solstizio estivo (ombra più corta, 3). 23 1

38 38 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE 6. DIVERSA DURATA DEL GIORNO SOLARE Per effetto del movimento di rivoluzione della Terra intorno al Sole lungo l’orbita ellittica, la durata del giorno solare è variabile da un valore di 23h 59’ 39” ad uno di 24h 00’ 30” con una differenza quindi di 51 secondi. Ciò avviene perchè quando la Terra è in perielio (inverno) avanza più velocemente lungo l’eclittica (  31 km/sec) quindi il suo spostamento relativo rispetto al Sole lungo l’eclittica è maggiore. Di conseguenza l’angolo  di cui deve ruotare di più oltre i 360° intorno al proprio asse per avere nuovamente il Sole in culminazione sul meridiano del luogo di osservazione, è maggiore; quindi anche il tempo per raggiungere la culminazione è maggiore : di conseguenza il giorno dura poco di più: 24h 00’ 30”. Quando viceversa la Terra si trova in afelio (estate), ruota più lentamente (  29 km/sec) sull’eclittica, quindi lo spostamento relativo rispetto al Sole è minore. Minore sarà di conseguenza anche l’angolo  di ulteriore rotazione oltre i 360° per raggiungere la collimazione; il giorno solare sarà più corto: 23h 59’ 39”. Per ragioni di praticità si adotta come durata convenzionale quella del giorno medio che è di 24h 00’ 00”. Velocità di percorrenza della Terra in perielio e in afelio.

39 39 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE CONSIDERAZIONI SULLA RIVOLUZIONE TERRESTRE L’effetto combinato del movimento di rivoluzione e dell’inclinazione dell’asse terrestre che rimane parallelo a se stesso, porta dunque ad alcune conseguenze rilevanti fra le quali, come abbiamo visto: - diversa altezza del Sole nei vari punti della superficie terrestre; - diversa altezza del Sole per uno stesso punto nel corso dell’anno (arco diurno); - movimento apparente del Sole in declinazione e ascensione retta (nella sfera celeste); - diversa durata del giorno solare (da 24h 00’ 30” a 23h 59’ 39”). Come si spiega tutto ciò? Se l’asse terrestre fosse diritto, il Sole raggiungerebbe lo zenith (90°) solo all’Equatore e raggiungerebbe ogni giorno la massima altezza, sempre uguale, su ciascun punto della superficie terrestre a secondo della latitudine del luogo e cioè compatibilmente con la posizione reciproca raggio solare-curvatura terrestre secondo le previsioni geometriche. In questa condizione l’altezza del Sole corrisponderebbe al complemento a 90° della latitudine del luogo. Quindi, all’Equatore (latitudine 0°) avremmo: altezza del Sole = 90°- 0° = 90° (zenith). Alla latitudine x l’altezza del Sole sarebbe 90°- x. Se x = 45° avremmo: 90°- 45° = 45°. Nella condizione di verticalità dell’asse terrestre, a 45° di latitudine il Sole in culminazione non muterebbe mai il valore di quest’altezza.

40 40 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Ma per effetto dell’inclinazione dell’asse terrestre la posizione reciproca fra circolo di illuminazione e superficie terrestre varia ed è particolarmente visibile a livello delle calotte polari nell’ambito delle quali il circolo d’illuminazione sembra spostarsi dal Polo (nell’equinozio) fino ad un parallelo che dista dal Polo 23° 27’ (nel solstizio), cioè tanto quanto è l’inclinazione dell’asse terrestre. Questi paralleli li identificheremo come circolo polare artico a nord e circolo polare antartico a sud e avranno quindi una latitudine di 90°- 23° 27’ = 66° 33’. Per la stessa ragione il Sole non rimarrà fermo allo zenith sull’Equatore per tutto l’anno ma si troverà a 90° progressivamente su tutti i punti della superficie terrestre che distano fino a 23° 27’ dallo stesso Equatore (paralleli che individuiamo come Tropico del Cancro a nord e Tropico del Capricorno a sud). E’ in questo modo che vengono identificati quei paralleli notevoli che definiamo circoli polari (artico e antartico) e i tropici (da tropè = rivolgimento: del Cancro e del Capricorno) che si trovano rispettivamente a 23° 27’ dal Polo e dall’Equatore.

41 41 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Come conseguenza della variazione della declinazione del Sole, si vengono a caratterizzare sulla superficie terrestre alcune fasce dette zone astronomiche: quella compresa entro le calotte polari limitate dal parallelo di latitudine 66° 33’, dette zone polari; quella individuata fra i paralleli di latitudine 23° 27’ N e 23° 27’ S detta fascia intertropicale; quella compresa fra i paralleli di latitudine 23° 27’ e 66° 33’ dette zone intermedie. Alle zone astronomiche determinate dall’inclinazione dell’asse terrestre corrispondono zone climatiche che vengono rispettivamente denominate: zona glaciale, zona torrida, zona temperata. Zone climatiche della Terra

42 42 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Le zone climatiche derivano dal diverso potere calorifico che hanno i raggi solari allorché raggiungono la superficie terrestre con inclinazione diversa: più sono perpendicolari e più fittamente insistono sull’unità di superficie e quindi riscaldano di più il suolo. Più i raggi sono inclinati più questi sono dispersi e diradati sull’unità di superficie e riscaldano meno. Per lo stesso motivo, in relazione all’inclinazione dell’asse terrestre dal punto di vista climatico registriamo l’avvicendarsi delle stagioni. Rapporto fra quantità di calore e incidenza dei raggi solari. Con incidenza di 30° la quantità di calore che raggiunge la superficie è ridotta della metà (k 1 = k sen  ).

43 43 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA GEOLOGICHE 2011-2012 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE Sopra: le tre sbarrette sono uguali ma ricevono nello stesso istante una quantità di energia diversa (linee bianche che le investono) Sotto: confronta l’angolo di incidenza dei raggi solari su uno stesso punto (Tropico del Cancro) il 21 giugno, solstizio d’estate (A) e il 22 dicembre, solstizio d’inverno (B).

44 44 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO – 2. MOVIMENTI DELLA TERRA. RIVOLUZIONE LE STAGIONI Le stagioni sono determinate dalle variazioni delle condizioni di illuminazione sulla superficie terrestre; la differente distribuzione della luce solare a secondo della latitudine comporta anche una diversa distribuzione del calore. Le stagioni corrispondono al tempo che intercorre fra un equinozio e un solstizio; avremo quindi quattro intervalli che vengono definiti: primavera (durata 92g 21h dal 21/3 al 20/6); estate (durata 93g 14h dal 21/6 al 22/9); autunno (durata 89g 18h dal 23/9 al 21/12); inverno (durata 89g 01h dal 22/12 al 20/3). Il periodo primavera-estate è complessivamente più lungo (7,5 giorni) nell’emisfero boreale.