SCHEDE DI GEOPEDOLOGIA
Formazione del sistema solare
ITG A. POZZO
TERZA LICEO TECNOLOGICO
Prof. Romano Oss
Ipotesi di formazione del sistema solare derivata dal
modello nebulare di Kant e Laplace
Proiezione:
Terra pianeta speciale
Il Sole si è formato a
partire da un'immensa
nube di gas e polveri.
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.
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!
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.
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 ...
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.
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.
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.
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.
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.
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 HaleBopp (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 HaleBopp per portare sulla Terra metà dell’acqua presente negli oceani.
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.
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.
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.
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.
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.
