Approfondimenti - "E. Fermi"

LA TERRA
La Terra, terzo pianeta del Sistema Solare, e' il solo
ad ospitare forme di vita. Essa si puo' infatti
sviluppare solo in determinate condizioni, come
quelle terrestri.
La temperatura e la pressione sulla Terra, la sua
distanza dal Sole, la composizione dell'atmosfera e la
presenza di acqua, sono uniche in tutto il Sistema
Solare. La Terra e' anche il pianeta che presenta la
maggior varieta' geologica.
La Terra vista dalla navicella Galileo
nel 1990. Si puo' vedere il Sudamerica
circondato dagli oceani. (NASA/JPL)
L'orbita della Terra individua nello spazio un piano
detto eclittica. Esso interseca la sfera celeste in una
circonferenza, lungo la quale appaiono le
costellazioni dello Zodiaco.
A causa della rivoluzione della Terra attorno al Sole, per un osservatore terrestre questo sembra
compiere nel corso di un anno un giro completo lungo questa circonferenza, muovendosi attraverso
le costellazioni zodiacali.
La Terra si muove nello spazio lungo la sua orbita con una velocita' media di 30 Km/s.
L'orbita terrestre attorno al Sole ha un'eccentricita' piuttosto piccola (0,0167). Il raggio medio
dell'orbita, detto Unita' Astronomica, e' pari a 149.598.000 Km, la distanza dal Sole al perielio e'
147,10 milioni di Km, mentre all'afelio e' 152,10 milioni di Km.
La Terra e la Luna in un'immagine
presa dalla navicella Galileo
nel 1990. (NASA/JPL)
L'asse di rotazione terrestre e' inclinato di 23o27' sul piano dell'eclittica. A causa di questa
inclinazione, i due emisferi terrestri sono esposti alternativamente a periodi di massima e di minima
insolazione, dando luogo al fenomeno delle stagioni. Questo avviene su tutti i pianeti il cui asse di
rotazione sia sensibilmente inclinato sul piano orbitale.
La massa della Terra e' pari a circa 6 miliardi di miliardi di tonnellate (5,976 1027 g), la sua densita'
media e' 5,517. E' il pianeta piu' denso del Sistema Solare.
La Terra possiede un satellite, la Luna. La sua interazione mareale con
la Luna e l'attrito degli oceani sulla sua superficie hanno provocato nel
corso dei millenni un lievissimo rallentamento del moto di rotazione
terrestre (di circa 25 secondi ogni milione di anni) e un progressivo,
anche se lentissimo, allontanamento della Luna: qualche decimetro
all'anno.
La Luna (NASA/JPL)
Il nostro pianeta ha la forma approssimativa di un ellissoide. Il suo schiacciamento e' molto lieve: il
raggio equatoriale terrestre e' pari a 6.378 Km e quello polare a 6.357 Km.
In realta' la Terra ha una forma irregolare, costellata di protuberanze e depressioni, detta geoide.
Questa figura richiama la forma di una pera, con una prominenza al polo Nord e un leggero
schiacciamento al polo Sud.
L'esatta forma della Terra si e' potuta conoscere grazie ai rilevamenti dei satelliti geodetici, che
sono in grado di determinare le irregolarita' della superficie terrestre con un errore inferiore al
metro.
Mappa della superficie terrestre ottenuta dai dati
dell'Advanced Very High Resolution Radiometer
del satellite meteorologico NOAA.
(ESA/NASA/USGS/NOAA/CSIRO)
Mosaico di immagini degli Stati Uniti
d'America, prese dal satellite
meteorologico NOAA. La vegetazione
appare nei vari toni del rosso, i deserti in
bianco e le aree urbane in verde-azzurro.
(USGS)
La Terra e' suddivisa in diversi strati, ciascuno dei quali con proprieta' chimiche e fisiche diverse.
Dall'interno alla superficie, distinguiamo: il nucleo, il mantello e la crosta.
Dal punto di vista della sua composizione chimica, il pianeta e' dominato dal ferro (34,6 %) e
dall'ossigeno (29,5 %), seguiti dal silicio (15,2 %), dal magnesio (12,7 %) e dal nichel (2,4 %). Tutti
gli altri elementi non superano il 5 %.
Nucleo
Il nucleo comprende il 16 % del volume del pianeta e un terzo della sua massa. La sua struttura, pur
non essendo visibile, e' stata determinata a grandi linee grazie allo studio delle onde sismiche e della
loro propagazione all'interno della Terra.
Questa regione si divide a sua volta in un nucleo interno fluido, dello spessore di 1230 Km circa, e
un nucleo esterno solido dello spessore di 2250 Km.
Il nucleo e' composto per lo piu' di ferro e nichel, con tracce di altri elementi piu' leggeri. La sua
densita' e' compresa tra 10 e 11 e la sua temperatura puo' raggiungere i 7.500 oC nel centro.
Esso e' sottoposto ad una pressione enorme da parte degli strati superiori: 3,6 milioni di atmosfere;
per questo motivo, oltre che per l'alta temperatura, il nucleo interno si trova allo stato liquido.
Mantello
Il mantello costituisce la parte predominante del pianeta: 83 % del suo volume e 68 % della sua
massa. La sua densita' e' compresa tra 4 e 5. Esso si divide, come il nucleo, in due strati, entrambi
solidi: un mantello inferiore, dello spessore di 2.250 Km, ed un mantello superiore di circa 390 Km,
separati da una zona di transizione dello spessore di 250 Km circa.
Anche questi vengono studiati attraverso le onde sismiche; inoltre le eruzioni vulcaniche portano in
superficie parte del materiale del mantello, sotto forma di lava, e permettono di determinarne la
composizione chimica.
Immagine radar ripresa dallo
spazio del vulcano giapponese
Unzen. (NASA/JPL).
Il mantello inferiore e' composto per lo piu' da silicato di magnesio e silicato di alluminio, quello
superiore invece da silicati di ferro e magnesio.
Crosta
La crosta terrestre e' per lo piu' composta da quarzo (diossido di silicio) e altri silicati come il
feldspato. Il suo spessore medio e' di 40 Km, ma varia da 5 Km al di sotto delle fosse oceaniche
fino ai 50 Km in corrispondenza delle catene montuose. La densita' media della crosta e' pari a 2,8,
ed essa rappresenta l'1 % della massa terrestre.
A differenza di quella degli altri pianeti, la crosta terrestre e' suddivisa in grandi lamine o zolle che
fluttuano sulla superficie del mantello. La teoria che descrive il loro moto prende il nome di
"tettonica a zolle". Essa ha spiegato la formazione della struttura attuale dei continenti; nel quadro
di questa teoria, inoltre, si possono spiegare fenomeni come i terremoti e il vulcanismo terrestre.
La prima immagine dell'intero
continente antartico, ripresa
dalla sonda Galileo nel 1990,
da un'altezza di 200mila KM.
(Calvin J. Hamilton)
Il suolo terrestre e' relativamente giovane: negli ultimi 500 milioni di anni, i fenomeni tettonici e
l'erosione da parte dell'atmosfera ne hanno ridisegnato l'aspetto primitivo. Le tracce della storia
geologica passata del pianeta, come per esempio i crateri formati per impatto di meteoriti, sono state
qusi completamente cancellate, anche se i maggiori sono tuttora visibili.
Il cratere di Wolfe Creek,
in Australia. Ha un diametro
di 875 metri ed e' profondo
50. (V. L. Sharpton, LPI)
L'eta' della Terra e' stata stimata in 4,5-4,6 miliardi di anni, ma non ci sono tracce fossili ne' rocce di
eta' superiore ai 4 miliardi di anni.
Il 71 % della superficie della Terra e' ricoperto di acqua: la Terra e' il solo pianeta sul quale essa
puo' esistere allo stato liquido in superficie. L'acqua e' molto importante per lo sviluppo della vita,
inoltre la capacita' degli oceani di trattenere il calore del Sole rende la temperatura terrestre
relativamente stabile.
Immagine dell'Africa ripresa
dalla navicella Apollo 17 nel
1972. (NASA/JPL)
La Terra e' circondata da un'atmosfera, la cui densita'
decresce gradualmente fino a fondersi con lo spazio
interplanetario a circa 5.000 Km di altitudine dal suolo.
L'atmosfera e' composta per il 78 % circa di azoto, per il
21 % di ossigeno e per l'1 % di argon. Vi si trovano anche
altri gas, per un totale dello 0,04 %. La sua pressione al
livello del mare e' pari a 1'013 millibar, cioe' 1.013
Kg/cm2.
L'ossigeno e' importantissimo per lo sviluppo e il mantenimento della vita; esso e' prodotto e
regolato dai processi biologici.
Un altro gas atmosferico molto importante, anche se non abbondante come l'ossigeno, e' l'anidride
carbonica. Essa produce il cosiddetto "effetto serra", cioe' trattiene la radiazione infrarossa
aumentando la temperatura terrestre. Se non ci fosse l'effetto serra, la temperatura media sarebbe di
-21 oC anziche' di + 14 oC, l'acqua sarebbe congelata e non esisterebbe la vita.
L'atmosfera si puo' suddividere in cinque strati
principali, attraverso i quali la temperatura varia
notevolmente, crescendo o decrescendo con l'altezza:
1) la troposfera, che si estende dal suolo fino a 12
Km di altezza: e' lo strato nel quale avvengono i
fenomeni meteorologici.
Immagine dell'atmosfera terrestre in
falsi colori ripresa dalla sonda
Clementine. La macchia bianca e'
un'area urbana, la striscia blu in
superficie e' la luminescenza
atmosferica. (Naval Research
Laboratory).
2) la stratosfera, da 12 a 50 Km di altezza, con
temperature crescenti da -60 oC fino a 0 circa; essa
contiene, tra 20 e 30 Km di altezza, la fascia
dell'ozono, che assorbe la maggior parte dei raggi
ultravioletti provenienti dal Sole. Esse sono molto
dannose per gli esseri viventi, e l'ozono costituisce
quindi uno schermo indispensabile per il
mantenimento della vita.
3) la mesosfera, da 50 a 85 Km di altezza, nella quale la temperatura decresce di nuovo.
4) la termosfera, tra 85 e 400 Km, nella quale la temperatura cresce rapidamente fino a 900 oC.
Della termosfera fanno parte tre regioni, dette strati D, E e F, che contengono particelle cariche
(ioni ed elettroni). Esse cosituiscono nel loro insieme la ionosfera. Essa ha la proprieta' di riflettere
le onde radio su alcune frequenze e permette cosi' le comunicazioni a grande distanza.
5) l'esosfera, che e' lo strato piu' esterno
La Terra possiede un modesto campo magnetico, prodotto per effetto dinamo dalla rotazione
relativa del mantello e del nucleo. La sua intensita' e' di 0,4-0,5 gauss e attualmente sta decrescendo;
con questo ritmo il campo scomparira' completamente verso l'anno 3200. Cio' sara' probabilmente
l'inizio di un'inversione di polarita', cioe' la riapparizione del polo sud magnetico in corrispondenza
del polo nord geografico. Lo studio del magnetismo fossile delle rocce terrestri ha rivelato
numerose inversioni di questo tipo nel corso delle ere geologiche.
La Terra e' circondata da una magnetosfera, la quale interagisce con il vento solare dando luogo al
fenomeno delle aurore polari.
La magnetosfera ha una forma molto asimmetrica, infatti il vento solare comprime le sue linee di
forza rendendola schiacciata dalla parte del Sole, mentre dalla parte opposta essa forma una lunga
coda magnetica, fino a 60 raggi terrestri di distanza.
ANIMAZIONI
Rotazione del globo terrestre, MPEG, 2.2 Mb (Calvin J. Hamilton)
Animazione delle nuvole terrestri, AVI, 7 Mb (NASA/JPL)
Aurora, AVI, 1.3 Mb (NASA/JPL)