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La Terra: un pianeta abitabile
Corso Astronomia9 febbraio 2011
Paolo SaracenoIFSI INAF Roma
BigBang
Le molecole diventano sempre più grandi e complesse finchè
sulla Terra acquistano la capacità di riprodursi: nasce la vita
La vita si evolve sino alla nostra specie e
3.6 miliardi d’anni
alle società complesse di oggi.
nello spazio interstellare gli atomi si uniscono per formre le molecole
continua nelle stelle dove si formano tutti gli altri atomi;
comincia con il Big Bang
Un processo di crescente “complessificazione” che
BigBang
3.6 miliardi d’anni
A.D. 0 1000 2050
miliardi
9
7
6
5
4
3
2
1Popolazione Mondiale?
Alla forte crescita della popolazione
e ai danni per l’ambiente
L’atmosfera !
batterio escherichia coli.
- mantiene stabile la temperatura del pianeta
Senza atmosfera la temperatura media della terra sarebbe di -18°C
Mentre per miliardi di anni la temperatura media della terra è restata tra 5-40°C
Essenziale per la sopravvivenza della maggior parte delle specie animali.
- ci fornisce l’ossigeno con cui respiriamo
L’atmosfera !
- mantiene stabile la temperatura del pianeta- ci fornisce l’ossigeno con cui respiriamo- ci difende dai raggi UV
(e da piccoli meteoriti, raggi X e γ)Prodotto dalle foreste e dal plancton degli oceani senza di loro scomparirebbe
Nel 1990 dopo un viaggio di13 anni e aver esplorato ipianeti esterni del sistemasolare (Giove, Saturno,Urano e Nettuno) la sondaVoyager 2, era arrivata a 6miliardi di km dalla terraraggiungendo il primato diessere l’oggetto costruitodall’uomo più lontano dallaTerra.
Il golden record
A quel punto i tecnici dellaNASA decisero difotografare la Terra, primache la sonda si allontanasseper sempre il sistema solare
La terra da 6 miliardi di Km (15 ore luce)
La nostra convinzione di avere un ruolo nell’Universo, di occuparne una posizione privilegiataè terribilmente ridimensionato da quel puntino di luce pallida, da quel solitario granello nel buiodell’oceano cosmico. Una vastità, che nulla sa della nostra esistenza e da cui nessun aiuto potràmai arrivare per salvarci dagli errori che facciamo. La Terra è il solo mondo che conosciamo.Non c’è altro luogo, dove, nella nostra epoca, la nostra specie può emigrare. Che ci piaccia o no,questo è il solo luogo in cui noi possiamo vivere.
Carl Sagan 1990
E quel granello di polvere è difeso da un’Universo ostile dall’ atmosfera
Ma come si è costruito questa atmosfera ?Come si è costruito un pianeta “abitabile” ?
La Terra è il solo pianeta abitato da vitaanimale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Essa è il risultato:
- della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e l’atmosfera
- della sua straordinaria geologia
- del suo posto nell’Universo
- del suo posto nel sistema solare
NGC2977
Nostra Galassia
D 90.000 a.l.
La vita non è possibile nella partecentrale; alta densità di stelle: supernovae,buchi neri, passaggi ravvicinati di stelle
E’ poco probabile nelle regioniesterne: gli elemnti chimici con cuicostruirla potrebbero non esseresufficienti
28.000 dal centro
La vita nella nelle galassie sembra quindi possibile solo in una zona intermedia, non troppo vicina al centro per non essere distrutta, non troppo loontana dal centro per avere gli elementi con cui costruirla
Cè una cosa senza di cui un pianeta Non è abitabile !!!
H2O
La zona abitabile: con acqua liquidaT = 0 – 100 °C
H2O liquida0 -100 oC
Luminos
ity
un pianeta abitabile
Esiste la vita? O-O3
Può esserci vita? H2O 0-100°C
Atmosfera CO2
Indicatoridi
480 °C
-50 °C
15 °C
Marte
Diametro 6790 kmDsole 1.6 AU
T 15 -100 °CM 0.1 Mt
Purpose of the camera (II)
Ice and dust at Martian north pole
Mex – Stereo camera
Acqua su marte !
Mex – Stereo camera
Fields of volcanic cones at Martian north pole
Letto di un fiume?
An impact crater in the Vastitas Borealis: 70.5° N, 103° E. The ground resolution is about 15 metres per
altra acqua !Ma non c’è vita evoluta
Venere !
Per la sua distanza dal soleLa sua temperatura poteva essere di 27° C
Ma per effetto serra e’ di 480 ° C
E non su Marte dove c’è acqua ?
Perché la vita animaleesiste solo sulla Terra ??
A cosa assomiglia Marte ??
La Terra è il solo pianeta abitato da vitaanimale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Essa è il risultato:
- della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e l’atmosfera
- della sua straordinaria geologia
- del suo posto nell’Universo
- del suo posto nel sistema solare
La Terra: un pianeta vivo
L’mportanza dei vulcani edei terremoti
10000
8000
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0
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-100000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% della superficie terrestre
prof
ondi
tà
Altitudine media delle terre emerse
Superficie del mare
Profondità media del mare
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e
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% della superficie terrestre
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Altitudine media delle terre emerse
Superficie del mare
Profondità media del mare
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La terra all’origine era coperta d’acqua solo qualche vulcano emergeva.
L’erosione• Ogni anno i fiumi portano in mare 60 km3 di Terra
• Le terre emerse scomparirebbero in poche decine di milioni d’annie la terra ha 3600 milioni d’anni
• Se si estrapola al passato l’erosione attuale, sul fondo del mare ci dovrebbe essere uno strato di sedimenti alto 100 km(3 volte lo spessore della crosta
terrestre!),
• Ogni anno i fiumi portano in mare 60 km3 di Terra
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Milioni di tonnellate per anno
Qunado Ponza nacque la nostra antenata Lucy era già scomparsa di 1.5 milioni d’anni... e stava nascendo l’Homo erectus
Ovunque sulla terra si vedono tracce d’erosione
La terra solo pianeta delsistema solare con un’erosionecosì forte, perché nessun altropianeta ha un’atmosfera simile
Un esempio Ponza: Sorta dal mare 2 miloni di anni faOggi quasi interamente distrutta dall’erosione
Contin
enti
Continenti
Nucleo
Contin
enti
Continenti
Nucleo
La deriva dei continenti è il meccanismo che ci restituisce le terre erose
Oggi i movimenti delle placche continentali si misurano direttamente
ISLANDAAttraversata dalla dorsale oceanica
Per effetto della deriva dei continenti si stima che le terre emersecrescono oggi di 600 km3/anno 10 volte quanto perso per erosione
Molecole importanti per la vitabiologica del pianeta come:
CO2, H2O, CH4 e CO
Finiscono, con i sedimenti, neifondi oceanici
Da queste molecole dipende.• effetto serra (Tluna -18 °C)•Ciclo biologico
Un secondo effetto dell’erosione
I vulcani rimettono rapidamente in circolo molecole importanti per la vita biologica del pianeta come:
CO2, H2O, CH4 e CO
Da cui dipende.
• effetto serra (Tluna -18 °C)
• vita biologica
Il CO2, è anche uno dei principali termostati dell’atmosfera.
- si fissa nelle rocce con reazioni molto sensibili a T- nei vegetali e nel plancton con reazioni proporzionali alla sua abbondaza
La subduziione
LITOSFERA
DORSALE
OCEANICAVULCANO
MAGMA
LITOSFERA
DORSALE
OCEANICAVULCANO
MAGMA
La sorgente d’energia
Oggi
1 2 3 4
1
2
Totale
40K 238U
232Th235U
10 -1
1W
kg
-1
MILIARDI DI ANNINascita della Terra
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MILIARDI DI ANNINascita della Terra
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Energia prodotta al centro della terra dal decadimento dei materiali radioattivi: 44.000 miliardi di W ! (4.4 1013 W)
2.5 voltel’energia consumata nel mondo (1.7 1013W)20 volte la potenza elettrica consumata nel mondo
Dipende dall’ atmosfera !
Se l’esistenza della vita sulla terra
l’ atmosfera !
Dipende dall’esistenza della vita sulla terra
La Terra è il solo pianeta abitato da vitaanimale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Essa è il risultato:
- della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e l’atmosfera
- della sua straordinaria geologia
- del suo posto nell’Universo
- del suo posto nel sistema solare
3.8 miliardi di anni fa finisce il bombardamento dei meteoriti
4.6 miliardi di anni faNasce la terra
La terra primordiale
Stromatoliti: rocce di carbonato di calcio (CaCO3) Derivano dalla fossilizzazione di grandi colonie di cianobatteri che inducono la trasformazione del bicarbonato di calcio Ca(HCO3)2 , disciolto nell’acqua, in carbonato di calcio (CaCO3)
che precipita catturando al suo interno i cianobatteri.
La terra primordialeLa vita nasce appena possibile
Dopo 1500 milioni di anni
CH4NH3H2OCO2
la FotosintesiMantiene alto il livello d’ossigeno
nell’atmosfera.
Ossigeno consumato :
- da tutte le specie animali => CO2
- dagli elementi che sono “ossidati”.
Senza fotosintesi , O scomparirebbe in pochissimo tempo dall’ atmosfera
Sulla fotosintesi è basata la catena alimentare di tutte le forme divita che esistono sulla terra
- la clorofilla delle foglie usa la luce del sole per rompere H2O
- O e H + CO2 => glucosio con cui la pianta si nutre
- O in eccesso liberato nell’atmosfera ebruciato da tutti gli animali => CO2
L’energia del sole trasformata in vita !
L’origine delle specieDopo 3000 milioni di anni
Dopo il Cambriano esplode l’evoluzione
- 510 (0) milioni d’anni fine del Cambriano
- 370 (+ 140) “ “ i primi anfibi
– 300 (+150) “ “ i rettili colonizzano la terra.
– 250 (+260) “ “i Dinosauri : i più grandi animali che siano mai esistiti sulla terra
La natura che aveva sonnecchiato per 3000 milioni d’anni esplode !!
A -250 milioni d’anni (a 260 milioni d’anni dal Cambriano)compaiono i Dinosauri
Che si estinguono a - 65 milioni d’anni
Con la scomparsa dei dinosauri i mammiferi diventano le specie predominanti all’inizio deponevano uova …
poi si adattarono ai nuovi ambienti e progressivamente comparvero cavalli, elefanti, rinoceronti, lupi e scimmie.
Il resto è storia recente:
- 3.5 milioni d’anni l’età di Lucy
- 2 “ “ l’Homo abilis
- 1 “ “ l’Homo erctus
- 500.000 la scoperta del fuoco
- 30.000 scompare il neandertal e si afferma il sapiens cioè noi
Conclusione
L’impatto delle attività umane su di essapotrebbe avere cause gravissimeper il nostro futuro
L’atmosfera ha garantito la vitasulla terra per miliardi d’anni
E ci sono sintomi preoccupanti
AATSR Fire Atlas - year 2003
Ogni anno scompaiono 10 e i 13 milionidi ettari di foreste e con esse si riduce la capacità della natura di sottrarre anidride carbonica all’atmosfera e di produrre ossigeno.
Oggi
Miglia d’anni
-100-200-300-400 -350 -250 -50-150-400-450
La produzione di gas serra ha lo stesso andamento della crescitadella popolazione e della domanda di prodotti agricoli
In 12 anni le riserve mondiali di cereali si sono dimezzate malgrado una crescita della produzione del 20%
Va cercato un nuovo equilibrio per un mondoabitato 10 miliardi di abitanti
A noi la saggezza di evitare la fine deidinosauri FINE
La maggior parte delle specie del passatosi è estinto.
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