Presentazione di PowerPoint

Il Clima nella storia geologica della Terra
presentazione di
Prof. Filippo Russo
Dipartimento di Scienze e Tecnologie
Università degli Studi del Sannio
Il Pianeta azzurro
Vista dallo spazio, la nostra Terra appare così
continenti ed oceani, che ospitano forme di vita a noi familiari,
ci appaiono più o meno velati da una bianca copertura di nubi:
tutto sembra
immutabile,
ma è solo un’illusione prodotta dall’umana percezione del tempo che passa.
L’Atmosfera terrestre è spessa, con limiti indefinibili, circa 10.000
Km, ma il 97% del gas atmosferico è concentrato nei primi 30 km.
Solo i primi 10 km mediamente offrono
condizioni vitali
Il raggio medio della Terra è circa 6370 Km!
Ma il volto della Terra e la sua atmosfera sono in continua
trasformazione - sebbene in tempi più lunghi di quelli
umani - ad opera di forze tettoniche che, attraverso processi
che non siamo ancora totalmente in grado di comprendere,
alterano perfino il Clima.
Un tale, costante, cambiamento caratterizza la Terra
fin dalla sua origine, avvenuta circa 4.5 Miliardi di
anni fa.
DOMANDE
1) Come si è formato
il nostro Pianeta?
2) Come si è originata
l’Atmosfera?
e ancora:
3) come si è evoluto il Clima
terrestre nel corso del Tempo
geologico?
Domande di fondamentale importanza che ci si pone per:
• rivelare il passato
• comprendere il presente
• prevedere il futuro
ed a cui tentano di dare risposte gli scienziati di tutto il mondo.
Il Pianeta azzurro finora rappresenta un
caso unico e, forse, irripetibile.
Proviamo, adesso, a percorrere un possibile itinerario di conoscenze
per avere qualche risposta concreta.
RISPOSTE
Calore e forza di gravità hanno guidato fin
dall’inizio l’evoluzione del Pianeta azzurro.
A queste due cause si sono aggiunti gradualmente effetti
globali dovuti alla comparsa delle varie forme di vita.
A) Un possibile modello per l’origine della Terra
Varie teorie sono state sviluppate per comprendere l’origine della Terra.
Il modello teorico più semplice vuole il nostro Pianeta come il risultato
di un primordiale, lento e graduale accrescimento avvenuto per stadi
successivi, cioè:
E’ stato stimato che occorrono almeno 100 milioni di anni affinché in
questo modo si formi un pianeta delle dimensioni della Terra.
Questo processo di accrescimento comporta, per motivi fisici, un
aumento della temperatura planetaria, tanto che si può pensare alla Terra
primordiale come ad una “palla” di materia fluida, viscosa,
incandescente.
Tra 4.4 e 4.2 Miliardi di anni
fa, cessato o scemato il
processo di accrescimento, la
Terra, raggiunte le attuali
dimensioni, subisce un lento e
progressivo raffreddamento
che procede,
semplicisticamente,
dall’esterno verso l’interno.
Si formò dapprima una
crosta superficiale, fredda e
rigida, e via via
cominciarono a segregarsi
gli involucri più interni,
chimicamente differenti, il
Mantello ed il Nucleo.
Con l’avvento
della Tettonica a
zolle i primi
continenti, molto
diversi da quelli
attuali, si
formarono tra 4.3
e 4.1 Miliardi di
anni fa;
forse nello stesso tempo, si formarono anche i primi
oceani, per condensazione e precipitazione
dell’acqua e di altre sostanze, probabilmente acide,
contenute nell’atmosfera primordiale.
B) Quando è cominciata la Vita sulla Terra?
Le prime tracce di vita sulla Terra risalgono a 3.5 Miliardi di anni fa
(si tratta di alghe azzurre ritrovate in Australia) ma vi sono fondati
sospetti che la vita sia cominciata, proprio negli oceani, ben prima,
forse 4.2 miliardi di anni fa.
Le condizioni ambientali in questi momenti iniziali non erano
affatto favorevoli allo sviluppo della Vita sulla Terra.
C) Un possibile modello per l’origine e l’evoluzione dell’Atmosfera
Uno degli aspetti più importanti
dell’evoluzione della Terra è la
formazione dell’Atmosfera, dal
momento che è la sua combinazione
di gas ad aver consentito alle
primitive forme di Vita di emergere
dagli oceani e di svilupparsi.
I
dati geochimici dicono che
l’atmosfera primordiale, tra 4.4 e 4.2
miliardi di anni fa, era composta
principalmente
dai
gas
che
fuoriuscivano dall’interno del pianeta
in via di raffreddamento ed in secondo
luogo
da
quelli
prodotti
dal
vulcanismo. Questi formavano un
sottile e pesante involucro gassoso
esterno alla Terra solida.
La composizione di questa atmosfera primordiale era quasi
certamente dominata dall’Anidride carbonica, con l’Azoto
secondo in ordine di importanza.
Erano presenti, in piccole
percentuali, anche Metano,
Ammoniaca, Biossido di
Zolfo e Acido cloridrico.
L’Ossigeno era assente
Il Vapore d’acqua, invece, era abbondante.
Se si esclude l’Acqua, l’Atmosfera primordiale della Terra
non era molto diversa da quella attuale di Venere o di Marte.
Anidride carbonica,
metano ed ammoniaca
essendo “Gas serra”
erano in grado di
tenere surriscaldato il
Pianeta:
una condizione estremamente sfavorevole allo sviluppo della Vita ma
non della sua origine e formazione, almeno come forme primitive.
La combinazione di Acqua, Anidride carbonica, Metano ed
Ammoniaca costituisce la base della formazione di materia
organica.
L’Anidride carbonica terrestre è oggi incorporata nelle rocce
calcaree: ma non è chiaro quando è cominciato questo
processo di intrappolamento, perché oggi il Carbonato di
calcio è generato soprattutto dall’attività biologica.
E’ probabile quindi che il Carbonio atmosferico dei primordi
sia stato rimosso da reazioni inorganiche, dato che in quel
tempo l’attività biologica doveva essere molto insignificante e
primitiva.
Sebbene il Sole fosse più <<freddo>> di quello
attuale, tuttavia il Pianeta era riscaldato
dall’<<Effetto Serra>> causato soprattutto dalla
grande quantità di Anidride carbonica presente
nell’atmosfera primordiale.
Con l’intensificarsi del ciclo idrologico sempre più Anidride
carbonica, mescolata all’acqua di precipitazione, veniva rimossa
dall’Atmosfera e interagendo con le rocce vulcaniche dei continenti
defluiva in mare accumulandosi nelle rocce carbonatiche.
Il progressivo impoverimento nell’atmosfera del principale <<gas serra>>
contribuì a ridurre di molto il surriscaldamento globale compensato per contro
da un progressivo aumento dell’energia emessa dal Sole.
Meno accreditata è la teoria che vede nell’attività
biologica primordiale, batteri e fitoplancton, la
principale causa di sottrazione di anidride carbonica
dall’atmosfera, per fissarla nei sedimenti rocciosi.
Azoto – circa 78%
Ossigeno – circa 21%
Argon – circa 1%
Anidride carbonica
– circa 0.033%
Altri gas – 0.01%
Tutti i dati concordano che
solo a partire da circa 1.5
miliardi di anni fa
l’atmosfera ha raggiunto la
composizione attuale:
D) Il ruolo dell’attività biologica nella formazione dell’Atmosfera
Quasi tutti i ricercatori sono d’accordo nell’interpretare il ruolo della
Vita come un meccanismo di stabilizzazione del clima, troppo debole
per quasi tutto il tempo geologico.
Solo a partire dall’Archeano, circa 2.5 miliardi di anni fa, si può imputare all’attività
biologica la fissazione del Carbonio atmosferico nelle rocce.
Un ruolo importante la Vita, soprattutto le alghe ed il
fitoplancton, l’ha comunque svolto: contribuendo con
l’attività fotosintetica al progressivo arricchimento di
Ossigeno nell’Atmosfera.
Prima di questo tempo, definito “anaerobico”, appare improbabile che
forme di vita più complesse potessero svilupparsi proprio per la mancanza
di Ossigeno e poi la stessa radiazione ultravioletta, allora dominante per
l’inesistenza dell’Ozono atmosferico, le avrebbe uccise se fossero uscite
fuori dall’acqua degli oceani.
L’arricchimento progressivo di Ossigeno nell’atmosfera
diviene sensibile solo a partire da circa 2.5 miliardi di anni fa e
ciò ha coinciso anche con un netto miglioramento delle
condizioni ambientali sempre più simili a quelle attuali e
quindi favorevoli all’evoluzione della Vita.
Per lo sviluppo della Vita sulla Terra l’Ossigeno ebbe un effetto benefico:
era in grado di filtrare la radiazione ultravioletta.
Questa radiazione infatti spezza molte molecole: dal DNA, all’Ossigeno
molecolare (Ozono) ed ai Clorofluorocarburi.
Finchè non vi fu abbastanza Ossigeno nell’atmosfera la vita non poté attecchire
al di fuori dell’ambiente acquatico.
E non è un caso che la rapida evoluzione della Vita, dai Procarioti,
agli Eucarioti ed infine ai Metazoi abbia avuto luogo proprio in
quest’ultimo 1.5 miliardi di anni: l’<<Era dell’Ossigeno>
E) Il Clima nell’Era dell’Ossigeno
Il Clima in quest’Era è stato tutt’altro che uniforme:
più o meno lunghe fasi di riscaldamento si alternarono
a più o meno lunghe fasi di raffreddamento.
Durante le fasi fredde o glaciali si è visto che, i grandi ghiacciai continentali e le stesse
calotte glaciali artiche, si sono espanse occupando molta estensione del territorio,
mentre il livello marino si abbassava anche di qualche centinaio di metri
Con le fasi di riscaldamento o interglaciali il livello marino a luoghi ha superato
quello attuale e si è assistito al ritiro o all’estinzione dei ghiacci in molte aree che
ne erano prima coperte.
Anche gli ambienti e gli ecosistemi hanno modificato il loro assetto in risposta ai
cambiamenti climatici. Zone aride sono divenute umide e viceversa esplicando sugli
organismi viventi, piante ed animali, profonde modificazioni comportamentali o
addirittura estinzioni.
Fasi glaciali ed interglaciali sono scandite
ritmicamente ad intervalli di tempo regolari di
21.000, di 40.000 e di 90.000 anni.
F) L’importanza dei moti astronomici nella variabilità climatica
Non è un caso che questi intervalli temporali coincidono proprio con quelli determinati
dalle variazioni di posizione della Terra nello spazio causate da:
precessione luni-solare o degli equinozi
variazioni di inclinazione dell’asse terrestre
variazioni di eccentricità dell’orbita
terrestre
L’ultima grande glaciazione è terminata
circa 10.000 anni fa ed ha avuto il suo
acme circa 20.000 anni fa.
G) Altre cause della variabilità climatica
Altre cause di mutamenti climatici si sono succedute nella storia geologica della Terra,
ma si tratta di episodi di limitata importanza:
a)
eruzioni vulcaniche
b)
sollevamenti o sprofondamenti tettonici
c)
impatto di meteoriti
H) Fattori in grado di modificare il Clima del futuro
Dallo studio delle “carote” di ghiaccio
prelevate dall’Antartide e dalla Groenlandia
si è potuto analizzare sia la composizione
chimica del ghiaccio che quella dell’aria in
esso intrappolata.
Un altro dato emerso dallo studio
delle “carote” di ghiaccio è che la
variazione termica globale naturale
è “tipicamente” di un grado per
millennio: di per se sufficiente a
modificare gli ecosistemi ed a
causare le estinzioni nel passato.
I dati, che ricoprono un tempo lungo 200.000 anni, sono sorprendenti
Eccetto gli ultimi 200 anni, l’aria non ha mutato la sua composizione chimica.
Una miriade di sostanze inquinanti, invece, caratterizza l’aria dell’epoca moderna.
L’industrializzazione, la deforestazione, l’agricoltura intensiva e la produzione di
energia hanno fatto aumentare del 25% la quantità di Anidride carbonica e
raddoppiare la quantità di Metano nell’aria: due dei principali “gas serra” capaci di
innescare il riscaldamento globale modificare il clima a scala planetaria.
La smisurata crescita recente della quantità di Cfc è posta direttamente in correlazione con
l’assottigliamento dello strato di Ozono atmosferico
Tra gli altri, è aumentato anche il tenore di pulviscolo, di Vapore acqueo e di Anidride
solforosa.
Negli ultimi secoli, invece, la variazione termica globale è valutabile tra 1 e 5 gradi: un
rapido aumento di un fattore pari a 10 o 50 volte superiore alla norma.
Studiando la transizione dall’atmosfera archeana, ricca di anidride carbonica e povera
di ossigeno, a quella dell’era del grande processo evolutivo, avvenuto circa 0.5
miliardi di anni fa, diventa chiaro come la Vita possa essere stata un fattore di
stabilizzazione del Clima.
Nella nostra epoca, invece, sembra esista una coevoluzione tra sviluppo della Vita e Clima.
CONSIDERAZIONI
Se si considera l’umanità come parte
di “questa” Vita e, quindi, parte del
Sistema naturale, allora il suo impatto
sulla Terra ha un ruolo significativo
di coevoluzione sul futuro del
Pianeta.
Le attuali tendenze di:
a) crescita demografica e dei consumi;
b) miglioramento generale della qualità della Vita;
c) uso e sfruttamento intensivo delle risorse umane e tecnologico;
concorrono tutte ad aumentare i fattori di inquinamento, il cui costo è ancora
troppo basso e l’atmosfera è ancora considerata una discarica libera.
RIFLESSIONI
Se i livelli di anidride carbonica raddoppieranno verso la metà del prossimo secolo,
per “Effetto serra”, la Terra subirà un riscaldamento compreso tra 1 e 5 gradi,
comportando cambiamenti radicali in tutti gli ecosistemi.
Cambiamenti di questa entità costringerebbero quasi certamente molte specie a
tentare di oltrepassare i propri confini geografici o ad estinguersi.
La stessa sopravvivenza delle specie sarebbe in serio pericolo, perchè:
a) non sono preparate per rispondere ad un cambiamento climatico da 10 a 50 volte
più rapido rispetto alle passate epoche;
b) non sono libere ed indisturbate le vie di possibile migrazione.
Per queste ragioni è essenziale comprendere se un raddoppiamento dei livelli di
Anidride carbonica sia destinato a riscaldare la terra di un grado oppure di cinque.
Per effettuare le proiezioni del futuro cambiamento climatico e immaginarne i possibili
scenari sul destino degli ecosistemi terrestri, dobbiamo raccogliere molti più dati
geologici, paleoclimatici e paleoecologici.
Si potranno così calibrare gli strumenti che ci permetteranno di scrutare in un futuro
ambientale quanto mai incerto, un futuro che sempre più dipende dai nostri
comportamenti attuali.