PSLM74

Lingua Insegnamento:

INGLESE
Testi di riferimento:

I materiali di riferimento consisteranno principalmente nelle presentazioni mostrate durante le lezioni (in inglese) e rese disponibili nel corso dell'insegnamento, oltre che nelle registrazioni video delle lezioni stesse.
Gli studenti che comprendono l’italiano possono fare riferimento al libro: Lezioni di geofisica applicata, di G. Santarato, N. Abu Zeid e S. Bignardi. Editore: Libreriauniversitaria.it, ISBN-10: 8862926405 | ISBN-13: 978-8862926409
In alternativa, reperibili online in lingua inglese (sebbene per solo parte del programma):
* Fundamentals Of Geophysics, by William Lowrie, editor: Cambridge University Press. ISBN-13 978-0-511-35447-2; ISBN-10 0-511-35447-9
* An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, By John M. Reynolds; editor John Wiley & Sons, Ltd.; ISBN 978-0-471-48535-3 (hardback); 978-0-471-485360 (paperback)
Obiettivi formativi:
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
- spiegare i principi fisici alla base dei principali metodi geofisici non invasivi;
- descrivere le principali tecniche di acquisizione, elaborazione e inversione dei dati geofisici;
- selezionare il metodo geofisico più appropriato in funzione degli obiettivi scientifici e delle caratteristiche del corpo planetario da investigare;
- interpretare dati geofisici e collegarli alle proprietà fisiche del sottosuolo;
- valutare criticamente le potenzialità e i limiti dei diversi metodi geofisici nelle applicazioni planetarie;
- discutere come i metodi geofisici sviluppati per l'esplorazione terrestre siano stati adattati, o possano essere adattati, all'esplorazione dei corpi del Sistema Solare.
Prerequisiti:

Capacità di risolvere integrali in una dimensione. Capacità di calcolare le derivate parziali di una funzione di più variabili. Capire cosa è un'equazione differenziale. Capacità di programmazione in MATLAB o Python NON sono richieste, ma desiderabili.
Non sono richiesti prerequisiti formali oltre alle conoscenze di base del calcolo e della matematica introduttiva. Non è richiesta alcuna conoscenza geofisica pregressa.
Metodi didattici:
- lezioni frontali per l'introduzione dei concetti teorici;
- esempi dimostrativi in Matlab o Python;
- discussione di articoli scientifici selezionati;
Modalità di verifica dell'apprendimento:

L'esame si articola in due parti. La prima parte consiste in una prova scritta a scelta multipla finalizzata a verificare le conoscenze acquisite sugli argomenti trattati durante il corso.
Gli studenti devono superare con successo la prima parte prima di accedere alla seconda.
La seconda parte consiste in un colloquio orale volto a valutare la capacità dello studente di comprendere e collegare i concetti teorici, interpretare dati geofisici, motivare le scelte metodologiche e utilizzare una terminologia scientifica appropriata. Tutti i dettagli relativi alla prova orale sono riportati nel documento Regolamento d'esame, reso disponibile dal docente.
La valutazione finale è espressa in trentesimi.
Gli studenti e le studentesse con disabilità, DSA o altri bisogni educativi speciali possono usufruire di un trattamento individualizzato in sede di esame, nel rispetto della normativa e di quanto previsto nella Carta dei Servizi di Ateneo (https://www.unich.it/sites/default/files/2024-02/carta_dei_servizi_0.pdf), previa intesa con il docente della materia. Per richiedere le misure compensative e dispensative è necessario afferire al Servizio CON_TE_STO seguendo la procedura indicata nella Carta dei Servizi. Si invitano gli studenti e le studentesse a prendere contatti con il docente durante lo svolgimento delle lezioni, o comunque con largo anticipo rispetto alla data dell’appello, per conoscere le modalità di esame e le misure che sono accettate.  Per essere orientati e indirizzati ai diversi servizi offerti dall’Ateneo è possibile contattare il Docente Referente del Dipartimento: Prof.ssa L. Marzetti.
Sostenibilità:
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile:
I metodi geofisici sono tecniche di indagine non invasiva che costituiscono uno strumento fondamentale per numerose applicazioni in geologia, ingegneria civile, ingegneria geotecnica, ingegneria mineraria e nello studio e nella mitigazione dei rischi naturali, tra cui quelli sismici e idrogeologici. Essi rappresentano inoltre una metodologia essenziale per la ricerca e la gestione sostenibile delle risorse idriche e minerarie. Nel contesto dell'esplorazione spaziale, gli stessi principi e le stesse tecniche costituiscono uno dei principali strumenti per investigare la struttura e la composizione del sottosuolo dei corpi del Sistema Solare senza ricorrere a metodi invasivi.
Questo insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite (Agenda 2030), in particolare:
- SDG 4 – Istruzione di qualità
- SDG 6 – Acqua pulita e servizi igienico-sanitari
- SDG 9 – Imprese, innovazione e infrastrutture
- SDG 11 – Città e comunità sostenibili
- SDG 13 – Lotta contro il cambiamento climatico
- SDG 15 – Vita sulla Terra
Altre Informazioni:

Il docente riceve gli studenti su appuntamento.
Le slide e il materiale didattico integrativo saranno resi disponibili, durante lo svolgimento del corso, tramite una delle piattaforme di e-learning dell’Ateneo.

Questo corso tratta i principi matematici e fisici, le metodologie, la strumentazione e le applicazioni sul campo dei metodi geofisici non invasivi, con particolare attenzione al loro impiego nell'esplorazione del Sistema Solare.

Partendo dall'esperienza maturata nel corso di decenni di applicazione di tali metodi allo studio della Terra, il corso esamina come essi siano stati adattati — o potrebbero potenzialmente essere adattati — per caratterizzare le proprietà fisiche dei corpi extraterrestri.

Argomenti

Introduzione: struttura, terminologia e flusso di lavoro delle indagini geofisiche
Prerequisiti matematici
Metodi elettromagnetici e loro classificazione
Metodi sismici
Modellazione e visualizzazione bidimensionale e tridimensionale del sottosuolo mediante software open-source
Metodi gravimetrici
Metodi magnetici
Metodi di simulazione numerica
Applicazioni dei metodi geofisici ai corpi del Sistema Solare

Questo corso comprende le basi matematiche e fisiche, le procedure, le applicazioni sul campo e la strumentazione utilizzate nell'ambito dei metodi geofisici non invasivi, con particolare attenzione alla loro applicazione nell'esplorazione del Sistema Solare.

In particolare, partendo dall'esperienza maturata nel corso di decenni di sviluppo di tali metodi per l'esplorazione del nostro pianeta, il corso traccia un percorso volto a comprendere come essi siano stati adattati (o potrebbero potenzialmente essere adattati) per ottenere informazioni sulle proprietà fisiche di altri corpi extraterrestri.

Argomenti:

1. Introduzione: struttura, terminologia e flusso di lavoro delle indagini geofisiche

Panoramica del ruolo della geofisica nell'esplorazione planetaria. Struttura e terminologia delle indagini geofisiche, comprendenti la definizione degli obiettivi scientifici, la progettazione della campagna di misura, l'acquisizione dei dati, l'elaborazione, l'inversione, l'interpretazione e la rappresentazione dei risultati. Confronto tra indagini geofisiche terrestri e planetarie, con particolare attenzione ai vincoli imposti dal telerilevamento, dall'esplorazione robotica e dalle operazioni di missione.

2. Prerequisiti matematici

Fondamenti matematici e fisici della geofisica quantitativa. Serie di Fourier e trasformata di Fourier, trasformate di Fourier multidimensionali, convoluzione e correlazione, pulse compression, campionamento dei segnali e aliasing. Introduzione ai problemi diretti e inversi, ai metodi di inversione locali e globali, ai problemi mal posti, all'incertezza e alle tecniche di regolarizzazione.

3. Metodi elettromagnetici e loro classificazione

Principi fondamentali dei campi elettromagnetici basati sulle equazioni di Maxwell. Classificazione dei metodi elettromagnetici ad alta e bassa frequenza. Ground Penetrating Radar (GPR) e radar sounder per l'esplorazione planetaria, strumentazione, propagazione delle onde nei materiali planetari, elaborazione e inversione dei dati e applicazioni all'indagine del sottosuolo dei corpi planetari.

4. Metodi sismici

Teoria dell'elasticità nei mezzi continui, relazioni sforzo-deformazione, propagazione delle onde elastiche, attenuazione dell'energia e divergenza sferica. Riflessione e rifrazione delle onde sismiche, onde di testa, analisi dei tempi di percorrenza e onde superficiali. Sismica a riflessione e rifrazione e loro applicazione allo studio di strutture planetarie stratificate ("a cipolla"). Metodi basati sulle onde superficiali, tra cui SPAC, SASW, MASW, ESAC, ReMi e HVSR. Adattamento delle metodologie sismiche sviluppate per l'esplorazione terrestre all'esplorazione robotica dei corpi planetari.

5. Modellazione e visualizzazione bidimensionale e tridimensionale del sottosuolo mediante software open-source

Costruzione, elaborazione e visualizzazione di modelli bidimensionali e tridimensionali del sottosuolo mediante software open-source. Integrazione di dataset geofisici, informazioni geologiche e modelli digitali del terreno per supportare l'interpretazione e la visualizzazione delle strutture del sottosuolo planetario.

6. Metodi gravimetrici

Legge di gravitazione universale di Newton, campo gravitazionale terrestre, sferoide di riferimento e geoide, misure gravimetriche e strumentazione. Introduzione alle indagini gravimetriche satellitari e al loro rapporto con i tradizionali rilievi gravimetrici terrestri. Correzioni gravimetriche, anomalie gravimetriche, isostasia, interpretazione delle mappe gravimetriche e modellazione delle anomalie prodotte da corpi di geometria arbitraria. Applicazioni dei metodi gravimetrici allo studio di pianeti, lune, asteroidi e altri corpi del Sistema Solare.

7. Metodi magnetici

Principi fondamentali del magnetismo, proprietà magnetiche delle rocce e dei minerali, isteresi magnetica, magnetizzazione residua, dipoli magnetici e campo magnetico terrestre. Variazioni temporali del campo geomagnetico, paleomagnetismo, strumentazione magnetica, sorgenti di rumore, elaborazione e interpretazione delle anomalie magnetiche e rilievi magnetici sulla Terra e su altri corpi planetari.

8. Metodi di simulazione numerica

Cenni di modellazione numerica per il calcolo di effetti gravitazionali e propagazione di onde sismiche.

9. Applicazioni dei metodi geofisici ai corpi del Sistema Solare

Analisi di articoli scientifici selezionati che illustrano l’applicazione delle tecniche geofisiche all’esplorazione dei corpi planetari, con esempi tratti da missioni spaziali passate.