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

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% della superficie terrestre

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Altitudine media delle terre emerse

Superficie del mare

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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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Altitudine media delle terre emerse

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Altitudine media delle terre emerse

Superficie del mare

Profondità media del mare

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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

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Totale

40K 238U

232Th235U

10 -1

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MILIARDI DI ANNINascita della Terra

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40K 238U

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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.