SCHEDE DI GEOPEDOLOGIA Formazione del sistema solare

1. SCHEDE DI GEOPEDOLOGIA Formazione del sistema solare ITG A. POZZO TERZA LICEO TECNOLOGICO Prof. Romano Oss

2. Ipotesi di formazione del sistema solare derivata dal modello nebulare di Kant e Laplace Il Sole si è formato a partire da un'immensa nube di gas e polveri. Proiezione: Terra pianeta speciale Per alcune ragioni ancora poco note, forse in seguito alla perturbazione creata dall'esplosione di una grande stella molto vicina questa nube ha iniziato ad affondare sotto il proprio peso e a collassare su se stessa.

3. Gradualmente ha preso la forma di un disco, in rotazione su se stesso, più denso e più caldo al centro più freddo verso l’esterno. In seguito, al centro del disco, la materia è divenuta sufficientemente densa e calda perché il Sole cominciasse a brillare: tutto questo avvenne 4,6 miliardi di anni fa!

4. In questa immensa nube di gas e polveri alcune particelle solide si sono agglomerate progressivamente, in meno di 100 milioni di anni, sino a formare i Pianeti. Vicino al Sole, dove il calore è più intenso, i Pianeti si sono formati dall'incontro di blocchi rocciosi (Mercurio, Venere, Terra e Marte). Nelle regioni più esterne e più fredde rocce e ghiacci mescolati insieme hanno formato il cuore di grossi Pianeti, che a loro volta hanno attirato delle grandi quantità di gas provenienti dalla nube originaria: è il caso di Giove, Saturno, Urano e Nettuno.

5. Il Sistema solare è destinato a scomparire. In effetti, da quando il Sole ha iniziato a brillare, la sua energia proviene dalle reazioni nucleari che trasformano l'idrogeno in un gas più pesante, l'elio. Tuttavia, l'idrogeno contenuto nel nucleo solare è destinato a terminare in meno di cinque miliardi di anni. Si svilupperanno, allora, dei nuovi fenomeni: il Sole si ingrosserà e si trasformerà in una stella gigante rossa. La Terra diventerà una vera fornace: la temperatura della sua superficie balzerà sino a raggiungere i 2.000 °C circa e le rocce si trasformeranno in lava bruciante. Molto prima che tutto questo accada, però, gli oceani si saranno prosciugati e qualunque forma di vita sarà scomparsa. Dopo gli ultimi sussulti il sole cesserà di ingrossarsi: la sua materia si contrarrà per originare una piccola stella della grandezza della Terra: una nana bianca che si spegnerà dolcemente, lasciando il Sistema Solare nel freddo e nell'oscurità ...

6. È stato ampiamente dimostrato che in dischi di questo genere si possono formare innumerevoli vortici come i gorghi che si possono osservare sulla superficie dei fiumi in piena. Ogni vortice attirò verso il suo centro tutta la materia circostante e in questo modo si formarono i primi aggregati di materia, quelli che sono stati chiamati planetesimi (cioè piccoli pianeti); in seguito, a partire da collisioni e fenomeni di cannibalismo fra i planetesimi (quelli più grossi inglobarono i più piccoli), si formarono i pianeti come noi li conosciamo. Anche il nostro pianeta ebbe origine in questo modo in quella lontanissima epoca.

7. La giovanissima Terra subì in seguito un processo di differenziazione chimica grazie al quale i materiali più pesanti precipitarono verso il suo centro mentre quelli più leggeri migrarono verso la sua superficie. L’atmosfera primordiale terrestre era probabilmente costituita da un sottile strato di idrogeno ed elio, i componenti fondamentali della nube che diede origine al sistema solare; questa atmosfera si disperse molto presto nello spazio poiché la gravità terrestre era troppo debole per poterla trattenere.

8. Le prime fasi di vita del sistema solare coincisero con il grande bombardamento iniziale, un periodo molto tormentato durante il quale tutti i pianeti e i satelliti del giovane sistema solare furono sottoposti ad un intenso bombardamento da parte di un’infinità di piccoli e medi corpi celesti che altro non erano che i rimasugli della formazione dei pianeti. Il grande bombardamento iniziale si esaurì circa 3 miliardi e ottocento milioni di anni fa.

9. Inizialmente la massa della neo Terra era un agglomerato di roccia, metalli, gas e elementi radioattivi in uno stato di fusione. Cominciarono a separarsi i materiali più pesanti che migrarono verso il centro, e quando l‘acqua si accumulò raffreddò la parte esterna del futuro pianeta formando così una crosta. L'attività vulcanica produsse l'atmosfera primordiale; il vapore acqueo condensato ed incrementato dal ghiaccio trasportato dalle comete formò gli oceani. Si crede che 4 miliardi di anni fa la prima molecola si duplicò gettando le basi necessarie alla nascita del primo antenato comune a tutta la vita. Proiezione filmato: il ruolo dell’ossigeno La fotosintesi ha permesso che le forme di vita accumulassero direttamente l'energia dal Sole; l‘ossigeno che ne derivò creò lo strato di ozono, che è una forma di ossigeno molecolare O3 e si posizionò nell'alta atmosfera. L'incorporazione di piccole cellule da parte di quelle più grandi provocò lo sviluppo di cellule complesse dette eucarioti; così la vita aiutata dall'ozono che assorbiva i nocivi raggi ultravioletti cominciò a colonizzare il pianeta.

10. La superficie si è rimodellata in continuazione; da 1,3 miliardi fino a 180 milioni di anni fa per ben tre volte i continenti affiorarono formando un supercontinente che a sua volta si ruppe e si ricostituì ancora, si ebbero così le epoche del Rodinia, del Pannotia e del Pangea. Proiezione il ruolo del Carbonio Dopo il Cambriano (490 milioni d'anni fa) ci furono cinque estinzioni di massa, l'ultima accadde quando scomparvero i dinosauri sembra a causa dello scontro di un meteorite, che però ha contribuito all'affermazione dei mammiferi.

11. Arriva l’acqua: dalle nuvole o dallo spazio ? Le teorie classiche assumono un’origine interna, cioè endogena, dell’acqua sul nostro pianeta. Secondo queste ipotesi il raffreddamento del nostro pianeta causò la condensazione dell’acqua atmosferica che precipitò al suolo assieme all’anidride carbonica. Qui la prima diede origine agli oceani mentre la seconda contribuì alla formazione di rocce carbonate (come calcare e marmo) impedendo la creazione di un effetto serra incontrollato in atmosfera. Secondo teorie molto più recenti, una percentuale più o meno elevata dell’acqua presente negli oceani potrebbe avere un’origine esogena, cioè potrebbe essere arrivata dallo spazio. Da dove precisamente? Dai granuli di polveri interstellare (molto ricchi di acqua) e, soprattutto, dalle comete. Oggi noi sappiamo che i nuclei delle comete sono ricchissimi di acqua; per avere un’idea del fenomeno basti pensare che una cometa come la famosissima Hale-Bopp (che raggiunse il massimo splendore durante la primavera del 1997) può contenere migliaia di miliardi di tonnellate d’acqua. Sarebbero quindi sufficienti 14.000 impatti con altrettante comete come la Hale-Bopp per portare sulla Terra metà dell’acqua presente negli oceani.

12. Non tutti concordano con queste teorie poiché è stato osservato che la composizione dell’acqua presente nel nucleo della Hale-Bopp è diversa da quella dell’acqua presente negli oceani terrestri. Al contrario, a sostegno dell’ipotesi dell’origine esogena di una percentuale di acqua terrestre vi è una scoperta del satellite artificiale Polar (1996 - 2008). Il Polar ha scoperto che piccoli corpi ghiacciati, con masse comprese fra 20 e 40 tonnellate, attraversano continuamente l’atmosfera terrestre dove si disintegrano ad altezze comprese fra 26.000 e 8.000 chilometri riversando in atmosfera enormi nubi di vapor d’acqua che cadrebbero sulla Terra sotto forma di pioggia. Gli impatti di questo tipo sono milioni ogni anno e, secondo alcuni geologi, quest’acqua che proviene continuamente dallo spazio potrebbe compensare quella che affonda nel mantello terrestre e che non riesce a ritornare in superficie attraverso i vulcani.

13. L’effetto serra Proiezione filmato: Ruolo dell’atmosfera Abbiamo visto che la seconda atmosfera primordiale terrestre era composta quasi totalmente da anidride carbonica; oggi la percentuale in atmosfera di questo gas è di molto inferiore all’uno per cento. Che fine ha fatto tutta quell’anidride carbonica? Grazie alla presenza di acqua allo stato liquido parte dell’anidride carbonica è stata immagazzinata nelle rocce carbonatiche, parte è stata intrappolata negli oceani e una buona percentuale è stata sintetizzata dagli esseri viventi grazie alla fotosintesi clorofilliana. Questi tre processi concorrono ancora oggi allo stoccaggio dell’anidride carbonica liberata in atmosfera da fenomeni naturali come i vulcani e dalle attività umane. Scopriamo allora un altro grande merito dell’acqua: la presenza di acqua allo stato liquido ha impedito l’accumulo di anidride carbonica in atmosfera e l’instaurarsi di un effetto serra incontrollato.

14. Ma che cosa è l’effetto serra? L’atmosfera terrestre non è completamente trasparente alla radiazione che proviene dal Sole; questo è un bene poiché oltre alla consueta luce visibile il Sole emette anche raggi ultravioletti, X e gamma che sono molto pericolosi per gli esseri viventi. Parte dell’energia solare che riesce ad arrivare al suolo (radiazione luminosa) viene assorbita dal terreno che, successivamente, la rimette sotto forma di radiazione infrarossa.Il calore associato alla radiazione infrarossa anziché sfuggire verso lo spazio esterno viene intrappolato da alcuni gas presenti in atmosfera in prossimità del suolo i quali ne ritardano la dissipazione.

15. Di conseguenza la temperatura al suolo risulta più alta di quanto non sarebbe senza la presenza di questi gas. Questo è esattamente ciò che accade all’interno di una serra: le pareti di vetro lasciano passare la luce del Sole ma trattengono il calore. Per questo motivo il fenomeno è stato chiamato effetto serra e i gas responsabili dell’intrappolamento del calore si chiamano gas serra. Senza questo effetto serra di origine naturale la temperatura media terrestre sarebbe di circa diciotto gradi sotto lo zero cioè trenta gradi in meno del valore attuale. I gas serra più comuni sono, in ordine decrescente di importanza, il vapor d’acqua, il metano e l’anidride carbonica.

16. È chiaro che se la quantità di anidride carbonica in atmosfera aumentasse continuamente fino a raggiungere quelle antiche percentuali la temperatura media terrestre sarebbe molto più alta con tutte le conseguenze del caso. Ed ecco allora che interviene l’acqua: la sua presenza allo stato liquido permette di limitare l’accumulo in atmosfera di anidride carbonica e di mantenere entro un limite ragionevole (e direi anche gradevole) l’effetto serra. Su Venere, al contrario, la mancanza di acqua allo stato liquido e la conseguente assenza di esseri viventi hanno permesso l’accumulo in atmosfera dell’anidride carbonica emessa dai vulcani fino a livelli altissimi e ciò ha contribuito a trasformare questo pianeta in una specie di inferno dantesco: temperature al suolo superiori ai quattrocento gradi centigradi, pressioni che si aggirano intorno alle cento atmosfere e un’atmosfera superdensa con nuvole di acido solforico.