L’antica storia della Terra

Ho già affrontato l’enigma dell’età della Terra, adesso tocca alla sua origine, o meglio, alla sua straordinaria atmosfera.

Per la maggior parte della sua storia l’uomo ha creduto che la Terra fosse immutabile ed eterna, salvo quando accadevano i terremoti, alluvioni o le eruzioni vulcaniche che ne rimodellavano repentinamente l’aspetto. In questi casi la causa era quasi sempre attribuita alla scelleratezza umana, punita a questo modo dalle diverse divinità del pantheon di riferimento.
Per questo all’aria, invisibile e intangibile, ma sede dei più comuni e violenti fenomeni naturali come inondazioni, tempeste e anche siccità, era generalmente attribuito il regno delle divinità più potenti: Zeus, ad esempio, oltre ad essere continuamente alla ricerca di nuove amanti, era sempre arrabbiato per qualcosa, e scagliava fulmini e saette come punizione divina.
Adesso sappiamo che non è così, non crediamo più a certe superstizioni, anche se talvolta il genere umano meriterebbe qualche scappellotto per la sua immorale condotta ambientale. Non crediamo più alla teoria geocentrica e alla Terra piatta, anche se ci sono ancora sacche di resistenza di questo mito ancora oggi, come la Flat Earth Society che si propone di dimostrare la piattezza della terra con un filo a piombo e uno specchio d’acqua.
Ma esiste un’altra credenza dura a morire: l’immutabilità dell’atmosfera, o meglio della sua composizione principale: 78% di azoto e il 20% di ossigeno, più altri gas che sommati fanno il rimanente 2%. Non è sempre stato così: nell’arco dei 4,5 miliardi di anni  di vita del nostro pianeta l’atmosfera planetaria è cambiata più volte sostituendosi completamente alla precedente.

La nascita della Terra

Aria e acqua: i componenti indispensabili alla vita sulla Terra: distruggerli dovrebbe essere considerato un crimine contro l’umanità

La Terra nacque per aggregazione dei resti della nebulosa che dette origine al Sole, in una zona dove i silicati e il ferro erano una parte importante della composizione del disco protoplanetario, appena 10 milioni di anni dopo al Sole.
In quel periodo si formarono non uno, ma ben due pianeti a circa 150 milioni di chilometri di distanza l’uno dall’altro in un punto lagrangiano detto L5 del pianeta più grande, la Terra;  l’altro era un po’ più piccolo, poco meno di Marte, oggi battezzato come Theia.
La Terra (e Theia) avevano raccolto anche una parte del gas residuo della nebulosa protoplanetaria, soprattutto idrogeno ed elio. La Terra allora molto piccola, era appena la metà di oggi e non aveva quindi un’importante campo gravitazionale come oggi; sotto la pressione del vento solare del Sole appena nato (fase T Tauri) e il calore del pianeta ancora molto alto, ben presto quell’atmosfera evaporò. Questa è stata la 1a atmosfera della Terra: idrogeno ed elio.

Fase T Tauri

Appena nasce una stella, l’avvio dei processi di fusione termonucleare, genera anche un fortissimo vento stellare che spazza via in pochi milioni di anni i gas residui della protostella. Questa fase prende  il nome dal prototipo di questa classe T Tauri,. Solo dopo la stella entrerà nella sequenza principale

Le rocce fuse che componevano il pianeta emettevano grandi quantità di diossido di carbonio che rapidamente sostituirono la 1a atmosfera, ed essendo più pesante il diossido di carbonio dell’idrogeno, questo resistette un po’ di più alla dispersione causata dal vento solare che, non avendo la Terra un campo magnetico molto forte, non poteva contrastare. Questa è stata la 2a atmosfera della Terra: diossido di carbonio.

La nascita della Luna

Cortesia Harvard College Observatory

Cortesia Harvard College Observatory

Vi ricordate della gemella Theia?  Fu in quel periodo che cadde sulla Terra: la colpa  come al solito, fu di Giove, non la divinità – anche se qualche antico greco potrebbe sentirsi di attribuire a lui la causa – ma il pianeta. Con i suoi passaggi orbitali causava una leggerissima spinta ai pianeti interni e, spingi oggi e spingi domani, alla fine destabilizzò l’orbita di Theia  abbastanza da farla uscire dal punto lagrangiano e farla cadere sulla Terra. L’impatto fu devastante: il nucleo terrestre che aveva iniziato a differenziarsi durante la catastrofe del ferro, si arricchì ulteriormente del nucleo probabilmente già differenziato di Theia, formando un nucleo ferroso molto più grande ed esteso degli altri pianeti interni del sistema solare. Un nucleo così grande era capace di sprigionare un intenso campo magnetico in grado di contrastare efficacemente l’azione ionizzante e dispersiva del vento solare, ma sarebbe stato anche determinante per lo sviluppo di forme di vita superiori sulla Terra.
Circa il 2% della crosta dei due pianeti fu proiettata in  orbita e finì per formare un anello di particelle incandescenti. Adesso la Terra poteva anche lei vantare il suo anello a 20.000 – 25.000 chilometri di quota, mentre la durata del giorno passò da 8 a 5 ore e anche la seconda atmosfera appena formata (qui una simulazione) andò perduta.
Lo spettacolo degli anelli non durò a lungo: nei primi 100 anni i frammenti di crosta terrestre proiettati in orbita cominciarono a coagularsi tra loro dando origine alla Luna.Il neonato satellite generava forze di marea sulla crosta ancora fusa (1.600° centigradi) 3.400 volte più forti di quelle attuali arrivando anche a deformare la struttura interna della Terra, ma stabilizzando l’asse di rotazione di questa nei pressi dei valori odierni e rallentandone notevolmente la rotazione, un po’ come un pattinatore che piroetta allarga le braccia per fermarsi.
Anche il gigantesco nucleo fece la sua parte generando a sua volta tensioni nella parte superiore del mantello abbastanza forti da impedire la formazione di un’unica crosta solida: è l’inizio della formazione delle zolle continentali.

Le comete

Una giornata al mare nell’Adeano

Il sistema solare allora era un posto piuttosto affollato: asteroidi e comete orbitavano intorno alla nuova stella e precipitavano spesso sui pianeti più grandi appena formati. Fu così che si formò la 3a atmosfera della Terra.
La composizione chimica delle comete è nota: ghiaccio d’acqua, metano, ammoniaca e altri idrocarburi: nella sua opera di spazzino la neonata Terra si arricchì di altra materia e di acqua, la quale raffreddò la superficie fino a creare definitivamente una crosta solida e i primi oceani che, sotto l’azione dell’attrazione lunare, contribuirono ulteriormente a rallentare la rotazione terrestre finendo per portare la durata del giorno a 22 ore.
Questi impatti   cometari quindi, oltre che a creare gli oceani, portarono sulla Terra gli elementi che avrebbero prodotto una nuova atmosfera, molto più ricca e densa: metano, ammoniaca e diossido di carbonio, e forse… la Vita. A  quel tempo l’ossigeno molecolare (O2) era rarissimo: le molecole di ossigeno appena erano disponibili si legavano chimicamente con i minerali della crosta e con quelli disciolti negli oceani, che a quel tempo, per la presenza di questi, avevano una bella colorazione verde; dimenticavo: a quel tempo l’aria non era blu come oggi per colpa dell’ossigeno: era rosa per colpa del metano, che con l’azoto era il gas più importante dell’atmosfera.

La rivoluzione fotosintetica

Sviluppo della concentrazione dell’ossigeno atmosferico

Fu con lo sviluppo delle prime forme di vita unicellulari, i cianobatteri, che la composizione dell’atmosfera cambiò radicalmente per la quarta volta, avvicinandosi alla composizione attuale: queste forme di vita, avevano letteralmente ricoperto gli oceani ed emettevano una grandissima quantità di ossigeno molecolare nell’atmosfera; finché ci furono minerali (come ad esempio le rocce ricche di ferro) disponibili per l’ossidazione, i livelli dell’O2 nell’atmosfera rimasero bassi, dopo incominciarono a salire rapidamente sostituendosi al metano. Questa è la 4a atmosfera della Terra. Una premessa: a quel tempo il Sole era circa il 20% più piccolo di oggi e l’energia solare da sola non bastava a mantenere l’acqua allo stato  liquido: il metano, che è un gas serra 23 volte più efficace dell’anidride carbonica, suppliva alla mancanza di energia con un poderoso effetto serra, che però venne a mancare quando fu sostituito dall’ossigeno.
Questo provocò il rapido congelamento degli oceani fino all’equatore trasformando un pianeta ricco di vita, una vita che ne aveva ristrutturato pesantemente la composizione chimica superficiale e atmosferica,  in una enorme palla di neve di quasi 13.000 chilometri di diametro.

 

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Umberto Genovese

Autodidatta in tutto - o quasi, e curioso di tutto - o quasi. L'astronomia è una delle sue più grandi passioni. Purtroppo una malattia invalidante che lo ha colpito da adulto limita i suoi propositi ma non frena il suo spirito e la sua curiosità. Ha creato il Blog Il Poliedrico nel 2010 e successivamente il Progetto Drake (un polo di aggregazione di informazioni, articoli e link sulla celebre equazione di Frank Drake e proposto al l 4° Congresso IAA (International Academy of Astronautics) “Cercando tracce di vita nell’Universo” (2012, San Marino)) e collabora saltuariamente con varie riviste di astronomia. Definisce sé stesso "Cercatore".

2 commenti:

  1. lavoro strepitoso e ricchissimo di particolari…la nostra terra?un gioiello…veramente uno spettacolo la storia del nostro pianeta…

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