46350 - FISICA DEL VULCANISMO

Conoscenze e abilità da conseguire

Conoscenze di base sulle cause fisiche del vulcanismo e sulla modellistica delle eruzioni vulcaniche.

Contenuti

Introduzione: formazione dei pianeti terrestri e cause del vulcanismo, vulcanismo nel Sistema solare, attività vulcanica della Terra.

Fenomenologia: distribuzione geografica dei vulcani, stili eruttivi, attività esplosiva, effusiva e fenomeni associati, composizione e proprietà fisiche dei magmi, energia rilasciata da un'eruzione, pericolosità vulcanica, indice di esplosività, supervulcani, grandi effusioni basaltiche, effetti climatici delle eruzioni, vulcani italiani attivi, rischio vulcanico.

Sistemi di coordinate curvilinee: derivazione dei vettori in coordinate curvilinee ortogonali, espressione del tensore di deformazione in coordinate curvilinee ortogonali, operatori vettoriali in coordinate cilindriche e sferiche, componenti dei tensori in coordinate curvilinee.

Fluidi viscosi: equazioni del moto e di continuità, equazione costitutiva, fluidi newtoniani isotropi e incompressibili, funzione di dissipazione, equazione di Navier-Stokes, vorticità, equazione di Helmholtz, numero di Reynolds, fluidi non newtoniani.

Flusso nei condotti: flusso stazionario tra pareti piane e parallele, portata, condotti cilindrici a sezione circolare e a sezione ellittica, erosione meccanica delle pareti, applicazione ai condotti vulcanici e ai tubi di lava.

Processi termici nei solidi: calore interno della Terra, flusso di calore superficiale e confronto con il flusso solare, conduzione termica, legge di Fourier, equazione del calore, geoterme, problemi di Dirichlet, trasformazioni conformi, campi termici attorno a una colata e a un tubo di lava, sorgenti di calore puntiformi, problemi dipendenti dal tempo, soluzione di Laplace, propagazione del calore unidirezionale, raffreddamento di un corpo lavico.

Processi termici nei fluidi: conduzione termica, equazione del calore, avvezione e dissipazione viscosa, numeri di Prandtl e di Péclet, flusso in un condotto cilindrico con dissipazione viscosa, convezione.

Fluidi nel campo di gravità: condizioni per l'equilibrio meccanico, forza di galleggiamento, approssimazione di Boussinesq, instabilità di Rayleigh-Taylor, diapirismo, funzione di corrente, convezione termica, numero di Grashof e numero di Rayleigh, fluido compressibile nel campo di gravità, gradiente di temperatura adiabatico, campo di gravità all'interno della Terra.

Genesi del magma: temperatura e pressione all'interno della Terra, proprietà termiche delle rocce, equazione di Clausius-Clapeyron, temperature di liquidus e solidus, profondità di genesi dei magmi, meccanismi di ascesa del magma, plutoni e camere magmatiche.

Mezzi porosi: porosità delle rocce, permeabilità, pressione di poro, legge di Darcy, trasporto di massa e calore, modello di mezzo poroso isotropo, migrazione del magma attraverso il mantello terrestre, convezione termica in uno strato poroso, flusso sopra un corpo magmatico, sistemi idrotermali, sorgenti calde, geyser, mezzi elastici porosi.

Reologia: comportamento fragile e duttile, modelli reologici, corpi viscoelastici lineari, corpo di Maxwell e corpo di Kelvin, deformazione a carico costante, principio di corrispondenza, corpi plastici, elastoplastici e viscoplastici, corpo di Bingham, reologia delle lave, legge di Arrhenius.

Camere magmatiche: evoluzione della pressione e meccanismo delle eruzioni, cavità sferica pressurizzata in un mezzo elastico e in un mezzo viscoelastico, modello di Mogi, transizioni di fase e differenziazione del magma, raffreddamento di una camera magmatica sferica, componenti volatili, saturazione e solubilità, legge di Henry, vescicolazione del magma, solidificazione della camera magmatica.

Colate di lava: relazione tra temperatura, reologia e dinamica, modello di colata newtoniana, spessore e portata della colata, forma del fronte della colata, modello di colata binghamiana, processi termici, raffreddamento per irraggiamento, formazione dei tubi di lava.

Testi/Bibliografia

A. Biancotti e altri, Atlante della Terra, UTET, 1999.
E. Boschi, M. Dragoni, Sismologia, UTET, 2000.
D.L. Turcotte, G. Schubert, Geodynamics, John Wiley, 1982.

Metodi didattici

Lezioni ed esercizi in aula.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale

Strumenti a supporto della didattica

Presentazione con videoproiettore.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Michele Dragoni