Course Syllabus
Obiettivi
L'obiettivo del corso è insegnare agli studenti le nozioni fondamentali di fisica terrestre, ovvero lo studio sotto l’aspetto fisico di tutta la Terra e dello spazio che la circonda. In particolare, il corso si propone di illustrare i metodi fisici e le prospezioni geofisiche peri valutare le caratteristiche dei mezzi investigati e analizzare la loro variabilità nello spazio e nel tempo, con particolare riferimento a indagini a piccola profondità e/o di superficie, evidenziandone i risvolti ambientali.
L’insegnamento di Fisica Terrestre si propone di trasmettere allo studente conoscenze relative a metodi quantitativi per lo studio della Terra e abilità pratiche e applicate di uso di strumenti di campo e software di laboratorio. Al termine del corso, lo studente deve essere in grado di:
- dimostrare di aver compreso gli elementi base del pianeta Terra e le indagini geofisiche per il suo studio indiretto.
- aver compreso il concetto di modello diretto ed inverso e riuscire a risolvere semplici problemi ed esercizi per la stima di parametri bio-geofisici.
- saper leggere consapevolmente diverse cartografie tematiche e avere le basi per interpretare, per esempio, carte di anomalie gravimetriche e magnetiche.
- aver le competenze necessarie per capire quali tipi di prospezione geofisica debbano essere impiegate in casi di studio specifici, con particolare attenzione allo studio della parte superficiale della Terra.
- riuscire a comunicare le sue conoscenze con proprietà di linguaggio, usando la terminologia scientifica specifica, e in maniera sintetica. Acquisire autonomia di giudizio nella applicazione delle metodologie apprese.
Contenuti sintetici
Il corso è finalizzato alla conoscenza dei concetti di base di Fisica Terrestre e alle principali metodologie di prospezione geofisica applicate alle scienze ambientali. Nel corso verranno realizzate lezioni teoriche, uscite in campo con strumentazione ed esercitazioni di laboratorio con software dedicati.
Il corso prevede argomenti classici di Fisica Terrestre volti alla comprensione del pianeta (e.g. campo gravimetrico, campo magnetico). Il corso propone elementi di geofisica applicata con particolare attenzione all'impiego di strumenti di campo e alla risoluzione di problemi specifici (e.g. individuazione di strutture sepolte mediante georadar)
Programma esteso
Campo gravitazionale e metodo gravimetrico. Accelerazione gravitazionale e superfici equipotenziali; le diverse forme della Terra. Tecniche di misura in campo, correzioni e calcolo delle anomalie. Missioni satellitari per la misura del campo gravitazionale terrestre , determinazione del geoide e applicazioni ambientali. Interpretazione delle anomalie di gravità e esempi applicativi.
Campo magnetico terrestre e metodo magnetico. Proprietà magnetiche dei materiali. Campo magnetico terrestre e variazioni spazio-temporali. Rilevamento magnetico e missioni satellitari, pre-elaborazione dei dati e interpretazione delle anomalie magnetiche.
Richiami di sismologia e interno della Terra. Cenni teorici, teoria dell’elasticità e propagazione delle onde. Sismica a riflessione e rifrazione; strumenti impiegati nella prospezione e esempi applicativi.
Flusso di calore e bilanci energetici. Calore e temperatura. Proprietà termiche dei materiali. Misure di temperatura e del flusso di calore terrestre. Bilancio energetico radiativo delle superfici.
Metodo geoelettrico. Richiami di elettrica; le proprietà elettriche delle rocce, resistività e conducibilità. potenziali spontanei. I sondaggi elettrici verticali e le varie configurazioni, le tecniche di interpretazione per differenti situazioni di sottosuolo.
Metodo Georadar. Descrizione e principio di funzionamento di un sistema georadar. Modalità di acquisizione dei dati, tecniche di interpretazione e restituzione dei risultati.
Elementi di telerilevamento e spettroscopia di campo. Introduzione alla disciplina. I principali satelliti per l’Osservazione della Terra. Esercitazioni di laboratorio per la generazione di mappe tematiche. Strumenti e tecniche di spettroscopia in riflettanza. Acquisizione dei dati in laboratorio e in campo, elaborazione e interpretazione delle misure.
Prerequisiti
Non sono previste propedeuticità. Si consiglia di acquisire prioritariamente le competenze relative agli insegnamenti obbligatori del primo anno e come prerequisito gli esami di Fisica e Matematica.
Modalità didattica
Sono previste tre tipologie di didattica:
Lezioni frontali, 4 cfu (32 ore, 16 lezioni frontali da 2 ore in modalità erogativa), allo scopo di fornire le conoscenze teoriche di base.
Laboratorio (LIBaaS), 3 cfu (5 laboratori da 3 ore ciascuno in modalita interattiva), allo scopo di usare dei software specifici per risolvere dei problemi (e.g. gravimetria e telerilevamento).
Attività sul campo interattiva, 1 cfu, allo scopo di comprendere come si svolge una campagna in campo di geofisica e che tipologie di strumentazioni si impiega.
Materiale didattico
Santarato Giovanni , Nasser Abu Zeid, Samuel Bignardi (2015). Lezioni di geofisica applicata, libreriauniversitaria.it
Lowrie W. (2007). Fundamentals of Geophysics, Cambridge University Press;
Norinelli A. (1982). Elementi di Geofisica applicata” Patron, Bologna;
Cassinis R. (1989). Dispensa di fisica terrestre.
Lucidi e video a cura del Docente (2021)
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Le modalità di verifica si basano su una prova scritta che riguarda gli aspetti fisici della Terra e le prospezioni geofisiche trattate nel corso. Il voto è espresso in trentesimi 18-30/30.
La prova orale è facoltativa.
La prova scritta consiste in 6 domande a risposta multipla (tre/quattro risposte) con l'obbligo di fornire una breve motivazione della scelta e 3 domande a risposta aperta. Le domande a risposta aperta possono contenere un piccolo problema da risolvere. Il tempo per completare l'esame è fissato in 120'. La prova orale è facoltativa e si svolge mediante domande dirette sugli aspetti di criticità riscontrati nello scritto o in generale su temi svolti durante il corso
Orario di ricevimento
per appuntamento, via mail a roberto.colombo@unimib.it
Sustainable Development Goals
Aims
To provide basic information on the Earth Physic and the main geophysical prospection techniques.
In particular, the course of Geophyisics aims to provide knowledge of quantitative methods for studying solid Earth and propose practical and applied skills for the use of field instruments and laboratory software.
Contents
This course develops students' knowledge of the basic solid earth physics and introduce to the different geophysical methods applied to the environmental sciences. Both, lectures, field survey and lab. exercise will constitute the course.
The course includes classical topics in Earth Physics aimed at understanding the planet (e.g. gravimetric and magnetic fields and also proposes applied geophysics topics, with particular attention to the use of field instruments and the resolution of specific problems (e.g. identification of buried structures by georadar)
Detailed program
The course deals with aspects related to the use of geophysical methods for the characterization of shallow subsurface structure:
- Gravity and the figure of the Earth.
- Geomagetism and magnetic surveying.
- Thermal properties of the Earth.
- Seismology and reflection and refraction methods.
- Geoelectrical survey.- The ground penetrating radar method.
- GPS introduction.
- Remote sensing and field spectroscopy.
Prerequisites
There are no prerequisites. It is recommended to acquire priority skills relating to compulsory courses of the first year (Physics and Mathematics).
Teaching form
Lessons, 4 credits
Laboratory, 3 credits
Field activities, 1 credit
Textbook and teaching resource
Santarato Giovanni , Nasser Abu Zeid, Samuel Bignardi (2015). Lezioni di geofisica applicata, libreriauniversitaria.it
Lecture notes and video by the teacher;
Lowrie W. (2007). Fundamentals of Geophysics, Cambridge University Press;
Norinelli A. (1982). Elementi di Geofisica applicata” Patron, Bologna;
Cassinis R. (1989). Dispensa di fisica terrestre.
Semester
First semester
Assessment method
Written examination on the topics depicted in the course
The oral examination is optional
Mark range 18-30/30
The written test consists of 6 multiple choice questions (three/four answers) with the obligation to provide a brief motivation and in 3 open-ended questions. Open-ended questions may contain a small problem to solve. The time to complete the examination is set at 120 '.
Office hours
appointment by email to roberto.colombo@unimib.it
