Variazioni del Geoide terrestre

[Scolari]

Oggigiorno non si conoscono a fondo tutti i fattori in grado di incidere sul clima, o meglio non si sa di alcuni fattori con quale entità possano incidere sui cambiamenti climatici, molte ricerche scentifiche sono infatti ancora in corso.
Oggigiorno la missione spaziale Goce ha il compito di fornire dati più precisi al fine di poter elaborare una mappatura più dettagliata inerente alle variazioni della forza del campo gravitazionale terrestre.

In futuro altre missioni studieranno più a fondo il campo geomagnetico terrestre, la radioattività naturale e non da meno importanza, il tasso di umidità medio e coplessivo presente al suolo su tutto il globo con maggior precisione, sono tutte ricerche che certamente aiuteranno parecchio nella comprensione del sistema climatico.
Sopratutto Goce che misurerà pure con maggior precisione l’altezza degli oceani di tutto il mondo (che può variare anche di parecchio a seconda della regione per variazioni della forza gravitazionale), in tal modo si potrà avere un quadro più completo dell’influenza che tali variazioni del campo gravitazionale esercitano sulle correnti marine e dunque anche sulle variazioni climatiche.

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La seguente mappa illustra le differenze del campo gravitazionale terrestre, semplificando tuttavia l’influenza indotta dalle catene montuose, poichè al suolo grava una massa maggiore in presenza appunto di rilievi montuosi.
Possiamo notare molto bene che tra l’oceano Atlantico e l’oceano Indiano sussiste una differenza della forza del campo gravitazionale, questo comporta ad avere un livello delle acque superficiali dell’oceano Indiano, inferiore di quasi 100 metri rispetto all’oceano Atlantico, pure tra il Nord Atlantico e il medio Atlantico si riscontrano, benchè in minor misura, differenze della forza del campo gravitazionale.
Benchè tali variazioni siano imperceppibili all’essere umano, sono misurabili e possono ripercuotersi a loro volta sulla circolazione delle correnti marine, considerando inoltre il fatto che il campo gravitazionale qui sopra rappresentato, può variare con il tempo, alle alte latitudini ad esempio lo scioglimento dei ghiacci favorisce ad avere una perdita di massa che grava nel sottosuolo, di conseguenza si può creare anche una variazione della forza del campo gravitazionale con il passare del tempo, su una stessa area geografica presa in questione

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Una carta analoga che prende meglio in considerazione l’influenza indotta dalla struttura orografica del territorio anche sui fondali marini.
Goce fornirà dati molto più precisi al fine di poter ricreare una mappatura più precisa e aggiornata della forza del campo gravitazionale terrestre che in maniera imperceppibile deforma pure la superficie del nostro pianeta.

Una rappresentazione estremizzata di tale deformazione indotta dalle variazioni del campo gravitazionale esercitata sulla superficie del globo.

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Oggi cosa si sa realmente delle variazioni del campo gravitazionele terrestre e in che modo tali variazioni possono essere legate alle condizioni climatiche?

Molto si è già imparato alla base dei dati raccolti durante le missioni precedenti inerenti a tali fenomeni, in particolar modo alla base dei dati raccolti dall’ultima missione GRACE.
Esistono variazioni del campo gravitazionale terrestre che su base spaziale, come detto precedentemente, può comportare deformazioni superficiali della crosta terrestre anche di 100 metri rispetto a un dato medio, di conseguenza fino a 200 metri di differenza da un area geografica a un’altra aventi un’anomalia massima opposta, si tratta di variazioni indotte sia da fattori interni (mantello, nucleo terrestre), sia da fattori esterni (atmosfera, idrosfera) al pianeta terra.
Tuttavia si riscontrano variazioni della forza del campo anche in senso temporale prendendo in considerazione una determinata area geografica.
Variazioni che avvengono in tempi molto ristretti, ossia in un lasso di tempo compreso tra pochi secondi fino a pochi anni, indipendentemente dall’area geografica presa in questione, possono essere indotti da una combinazione di diversi fattori, associati sia a fenomeni di tipo sismico (terremoti) sia da fattori di tipo meteorologico.
I terremoti, le maree, il normale ciclo delle stagioni per mezzo della distibuzione delle precipitazioni (ghiaccio, neve e acqua), l’alternarsi di periodi piovosi e secchi su una determinata area geografica, sono tutti fattori che possono comportare a lievi variazioni del campo gravitazionale terrestre nell’arco di breve tempo.
Esistono variazioni anche importanti e nell’ordine di alcune migliaia di anni fino a qualche milione di anni, tali variazioni sono perlopiù associate all’alternarsi di periodi glaciali a periodi di disgelo, come pure a variazioni delle correnti oceaniche, rispettivamente marine
Lo scioglimento delle calotte comporta ad una perdita di massa in superficie, di conseguenza si può assistere a una variazione anche importante della forza del campo gravitazionale terrestre che si manifesta in tempi piuttosto lunghi.
In particolar modo il repentino scioglimento delle calotte, che durante l’ultima glaciazione del pleistocene nel Nord America e in Europa raggiungeva alcuni chilometri di altezza, deformando con la propria massa la superficie terrestre, comporta ad un enorme perdita di massa che grava al suolo, la terra risponde a questa perdita con un vero e proprio flusso massivo all’interno del mantello per compensare il deficit in superficie indotto dallo scioglimento delle calotte, ne deriva di conseguente un’anomalia negativa della forza del campo gravitazionale su tali aree.
Variazioni che avvengono nell’arco di centinaia di milioni di anni sono perlopiù indotte da fattori che si verificano all’interno del mantello terrestre legati alla convenzione.
Alle variazioni secolari si sovvrappongono variazioni che avvengono in tempi molto più ristretti per i fattori appena descritti, da considerare che le variazioni che avvengono in breve tempo possono in alcuni casi avere un maggior effetto rispetto a quelle che si manifestano in tempi maggiori.
Da ciò possiamo già facilmente dedurne che le variazioni del campo di gravità terrestre siano strettamente associate sia a fattori di natura geologica che a fattori di natura meteo-climatica.

Flavio Scolari

[Scolari]

Il satellite GOCE (Gravity Field and Steady State Ocean Circulation Explorer), lanciato il 17 Marzo dal 2009, è un satellite di Osservazione della Terra in grado di produrre una mappa ad alta precisione (1-2 cm) e con un'alta risoluzione spaziale del geoide terrestre mediante una misura globale del campo gravitazionale.

Il Settore Protezione Civile della Regione Piemonte, considerata l'importanza dei dati satellitari per il miglioramento delle attuali conoscenze sul proprio territorio, ha avviato nel luglio del 2004 un progetto di fattibilità sull'utilizzo dei dati del satellite GOCE ai fini di un miglioramento delle conoscenze gravimetriche sull'area piemontese.
Una volta disponibile, questo tipo di informazione fornirà un preciso riferimento per studi di geodesia, idrologia, meteorologia e sismologia. L’integrazione di questa sorgente di dati con dati di tipo geodetico a terra potrà rivestire un ruolo di primaria importanza al fine di ottenere una conoscenza più completa e approfondita del campo della gravità terrestre in una data area.

Il progetto applicativo sviluppato da ALTEC (in collaborazione con il Politecnico di Milano DIIAR) per il Settore Protezione Civile della Regione Piemonte, “Progetto preliminare per l’integrazione di dati geodetici a terra e dati della missione GOCE a supporto di analisi sismo-genetiche e applicazioni topo-cartografiche”, ha portato alla realizzazione di una procedura di stima del campo della gravità e del geoide dell’area piemontese, basata su un’integrazione ottimale dei diversi funzionali osservati (gradiometria da satellite, gravimetria a terra, mappe di densità superficiale, DTM).
Si è giunti a tale risultato attraverso:

* la creazione di un database geodetico aggiornato per la zona del Piemonte, comprendente stime del campo della gravità e del geoide;
* lo studio dell’impatto dell’utilizzo di dati gradiometrici di GOCE sulla stima del geoide locale in Piemonte.

Per rendere agevole ed immediato l’utilizzo dei prodotti operativi sviluppati, è stato realizzato un tool-box dimostrativo il quale permette di produrre mappe elettroniche “tematiche” che permettono di associare alle varie caratteristiche del territorio piemontese un determinato valore di gravità e di ondulazione del geoide.
Il progetto ha fornito risultati importanti, sia sotto il punto di vista scientifico che applicativo, e prodotti operativi di assoluto rilievo e utilità pratica.
Si tratta di un progetto cha trova applicazioni sia nell'immediato (nuova carta gravimetrica del Piemonte) che sulle future attività di previsione e prevenzione, con particolare riferimento agli studi in ambito di rischio sismico e idrogeologico.

La validità dei risultati del progetto è stata riconosciuta da ESA (Agenzia Spaziale Europea) e ciò ha rafforzato il posizionamento del gruppo di lavoro (ALTEC, Politecnico di Milano e Protezione Civile) nell’aggiudicarsi il diritto di utilizzo dei dati reali della missione GOCE.

Fonte: spacegate.it

[Scolari]

Archiviato la settimana scorsa il test di volo, il satellite GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) ha appena completato anche la fase di commissioning e calibrazione in orbita e adesso è operativo a tutti gli effetti. La sua missione, che sulla carta si concluderà a marzo 2010, consiste nel tracciare con una precisione e un livello di accuratezza fino ad oggi inediti la prima mappa tridimensionale del campo gravitazionale terrestre. Il piccolo e leggero satellite dell’ESA, realizzato in Italia da Thales Alenia Space (lungo 5 metri, pesante una tonnellata e costato circa 340 milioni di euro) e lanciato lo scorso 17 marzo dallo spazio-porto russo di Plesetsk su un razzo Rockot, è il primo del programma dell’Agenzia Spaziale Europea “Earth Explorer”. Questa “Ferrari” dello Spazio, come è stato battezzato per il suo colore rosso acceso, è il punto di arrivo del lavoro di ben 45 aziende europee e rappresenta la nuova politica ESA che preferisce puntare su satelliti compatti specializzati per compiti molto specifici.

La campagna di misurazione, avviata il 15 settembre dopo aver raggiunto l’orbita operativa a 259 km di quota, sta già dando risultati superiori alle aspettative. Le ultime misurazioni risultano infatti correttamente correlate con gli attuali modelli del campo gravitazionale terrestre, ma con livelli significativamente più elevati del dettaglio spaziale. Un altro aspetto sorprendente è l’ottima forma del satellite a oltre sette mesi dal lancio e il fatto che l’attrito causato dall’alta atmosfera è più basso di quello previsto. Questo comporta un minor consumo di energia e lascia sperare che la durata della missione possa essere prolungata oltre il limite previsto.

Fonte: asi.it

[Scolari]

La Svizzera si appoggia all’arco alpino ed è costituita da un territorio prevalentemente collinare e montuoso (l’altitudine va da 200 m ai 4634 m del Monte Rosa). Nell’immagine satellitare associata, la parte collinare e quella montuosa appaiono chiaramente divise dalla diagonale dell’area inquadrata. L’immagine principale, con una esagerazione verticale di quattro ordini di grandezza (come si vede dalle cifre riportate nell’altra immagine associata), mostra come anche l’ondulazione del geoide segua questa diagonale (che corrisponde all’andamento delle valli principali).

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Il geoide è la figura che viene definita come la superficie equipotenziale della gravità, o, in altri termini, come la superficie formata dai piani perpendicolari al filo a piombo. Corrisponde al livello del mare come, a terra, potrebbe essere misurato da una ipotetica rete di vasi comunicanti che perforasse il continente. Rispetto all’elissoide teorico che definisce la superficie terrestre (al quale si fa riferimento per la maggior parte delle rappresentazioni cartografiche), il geoide esprime le ondulazioni che derivano dai dislivelli dovuti alla diversa accelerazione gravitazionale che viene esercitata su ogni punto della superficie dalla disuniforme distribuzione delle masse della crosta terrestre.

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È interessante osservare che le anomalie gravitazionali che determinano l’irregolarità della forma del geoide non corrispondono linearmente ai rilievi della superficie, poiché dipendendono in misura considerevole anche dalla tipologia delle rocce sottostanti. Per esempio, il forte innalzamento del geoide in corrispondenza delle prealpi piemeontesi è determinato dal fatto che in questa regione la crosta terrestre si assottiglia notevolmente ed emerge il mantello, dando luogo a un complesso geologico costituito da pesanti rocce magmatiche (complesso chiamato Ivrea-Verbano).

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Mappa geodetica ad alta precisione
Anche se in misura minore dell'ellissoide, il geoide è una figura idealizzata, ottenuta attraverso calcoli e approssimazioni. La misura delle deviazioni dall’elissoide che definiscono il geoide viene effettuata con metodi diversi a seconda della precisione con cui la si vuole stimare. Il telerilevamento da satelliti geodetici e recentemente con i satelliti GRACE fornisce una copertura globale, ma permette una precisione inferiore a quello che si può avere misurando la gravità dall’aereo o da terra.
Una misura sempre più precisa del geoide è invece richiesta dall’uso sempre più generalizzato dei sistemi di georeferenziamento che utilizzano i satelliti GPS (Global Positioning System). Questi satelliti danno infatti una determinazione del punto quasi perfetta negli assi della longitudine e della latitudine, ma che nell’asse dell’altitudine non corrisponde alle misure topografiche effettuate con l’uso della livella. Questa differenza non è dovuta soltanto a imprecisioni dell’una e dell’altra tecnica, ma a una efffettiva deviazione della verticale di ogni punto che dipende dalla diversa composizione delle sottostanti masse (anomalie gravimetriche).
La mappa visualizza dati raccolti con diverse tecniche: GPS-livellamento, astro-geodetiche, gravimetriche e geologiche I dati sono stati collazionati ed espressi con il software Surfer 8.

Fonte: ulisse-sissa.it