Terra

Terra La Terra è il terzo pianeta del Sistema Solare in ordine di distanza dal Sole, il quinto per grandezza e il primo per densità. La Terra costituisce con Mercurio, Venere e Marte il gruppo dei pianeti terrestri o rocciosi detti così per le somiglianze nella struttura interna terrestre; di questo gruppo il nostro pianeta è il più grande e il più denso. La temperatura, la pressione, la distanza dal Sole, la composizione dell’atmosfera, la varietà geologica, la presenza di acqua e la presenza di vita della Terra sono uniche in tutto il Sistema Solare. Il nostro pianeta è un ellissoide di rotazione che presenta un leggero rigonfiamento all’equatore e un corrispondente schiacciamento ai poli a causa della forza centrifuga generata dal moto di rotazione. Ma in realtà la Terra ha una forma irregolare, costellata di protuberanze e depressioni, che non è uguale ad alcun solido geometrico; questa particolare forma è stata definita dagli studiosi geoide. Il nome del nostro pianeta deriva dalla mitologia romana: per i romani la dea della Terra era Tellus, adorata talvolta sotto il nome di Terra Mater (Madre Terra), e invece per i Greci era Gaia. Il suo simbolo astronomico è la rappresentazione stilizzata della Terra con una croce in mezzo che sta a indicare l’equatore e il meridiano di Greenwich:

Fu dopo Copernico che si capì che la Terra è un pianeta come gli altri. Solo nel ventesimo secolo abbiamo potuto avere mappe dettagliate dell’intero pianeta attraverso le sonde.

Dati geofisici

Massa..................................................................................5,9737 x 1024 Kg Diametro medio....................................................................12.745 Km Diametro equatoriale.............................................................12.756 Km Diametro polare....................................................................12.714 Km Densità media.......................................................................5.515 g/cm³ Volume................................................................................1,0832 x 1012 km³ Distanza media dal Sole.........................................................149.597.890 di Km Distanza all’afelio dal Sole.....................................................152.100.000 di Km

Distanza al perielio dal Sole...................................................147.100.000 di Km Periodo di rotazione..............................................................23h 56m 4,091s Periodo di rivoluzione...........................................................365g 6h 9m 9s Velocità di fuga....................................................................11,180 m/s Schiacciamento polare..........................................................0,0033 Inclinazione dell’orbita..........................................................0,00005° sull’eclittica Inclinazione asse di rotazione................................................23,27° Eccentricità dell’orbita..........................................................0,01671022 Velocità orbitale media.........................................................29,785 Km/s Velocità di rotazione all’equatore..........................................465,11 m/s Satelliti...............................................................................1 Anelli.................................................................................no

Temperatura media.............................................................15° Albedo...............................................................................0,37 L’orbita della Terra determina nello spazio un piano detto eclittica. Esso attraversa la sfera celeste in una circonferenza, lungo la quale compaiono 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.

Primi studiosi I primi a studiare in modo scientifico il nostro pianeta furono i filosofi greci nel periodo ellenistico. Ad essi si devono tante delle brillanti intuizioni, poi dimostrate con gli attuali attrezzi scientifici, sulla natura del nostro pianeta. In particolare va ricordato che fu il filosofo greco Pitagora, il quale forse aveva soltanto riportato e codificato conoscenze o intuizioni risalenti all’antico Egitto e forse all’antica Mesopotamia, a diffondere nei circoli culturali l’idea che la Terra fosse tonda anziché piatta. Poi un altro filosofo pitagorico, Filolao, già verso il 400 a.C. supponeva l’esistenza di un "Fuoco centrale" intorno alla quale la Terra ruota, nascosto però alla nostra vista da una "antiterra". Un altro passo importantissimo verso la comprensione del mondo in cui viviamo fu compiuto da Niccolò Copernico nel 16° secolo. Copernico, nel tentativo di rendere migliori i metodi di previsione del moto della Luna e degli altri astri, giunse alla notevole intuizione che la Terra è un pianeta come gli altri cinque, noti sin dall’antichità cioè Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno. Egli supponendo che la Terra ruotasse su se stessa ed anche attorno al Sole potè giustificare in maniera semplice e convincente le traiettorie disegnate dai pianeti sulla volta celeste. Potè inoltre spiegare perchè Mercurio e Venere non si discostano mai più di tanto dal Sole.

L'Atmosfera La composizione atmosferica della Terra è composta da: • Azoto (77%); • Ossigeno (21%); • Argon (1%); • Anidride carbonica, elio, metano, acqua (1%).

Anche se la nostra atmosfera è composta solo dal 21% d’ossigeno, questo è il gas più importante perché è esso che favorisce la vita. Esso è prodotto e conservato da processi biologici. Un altro gas atmosferico molto importante è l’anidride carbonica perché essa produce l’effetto serra. Questo fenomeno trattiene le radiazioni infrarosse che aumentano la temperatura terrestre; infatti, se non ci fosse l’effetto serra, la temperatura media sarebbe di -21° anziché di 14° e quindi l’acqua sarebbe congelata e non esisterebbe la vita. L’atmosfera terrestre si può suddividere in cinque strati principali la cui densità diminuisce gradualmente all’aumentare dell’altezza sul livello del mare:

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La troposfera: essa si estende dal suolo fino a circa 12 Km di altezza. È lo strato nel quale avvengono i fenomeni meteorologici per via della presenza del vapore acqueo.

La stratosfera: essa si estende da circa 12 a 50 Km di altezza. Essa contiene, tra i 20 e i 30 Km di altezza, la fascia di ozono, che assorbe la maggior parte dei raggi ultravioletti provenienti dal Sole. Essi sono estremamente dannosi per gli esseri viventi, perché distruggono i tessuti degli organismi e rendono impossibile la vita, e l’ozono costituisce quindi uno schermo indispensabile per il mantenimento della vita. La fascia ha una temperatura che va circa da -60° fino a 0°. • La mesosfera: essa si estende da circa 50 a 80 Km di altezza. La temperatura di questa fascia si aggira tra gli -80°. • La termosfera: essa si estende da circa 80 a 500 Km di altezza. Della termosfera fanno parte tre regioni, dette strati D, E e F, che contengono particelle cariche, cioè ioni ed elettroni. Esse costituiscono, nel loro insieme, la ionosfera. Essa ha la proprietà di riflettere le onde radio su alcune frequenze e permette così le comunicazioni a grande distanza. È in questa fascia che avvengono gli spettacolari giochi di luce chiamati aurore polari, che si verificano ai poli, e le stelle cadenti, corpi che si disintegrano a contatto con l’atmosfera terrestre. La temperatura in questa fascia cresce notevolmente e arriva a toccare i 900°. • L’esosfera: essa si estende da circa 500 a 1000 Km. È lo stato più esterno dell’atmosfera. La temperatura in questa fascia cresce ancora e si stabilisce intorno ai 2000°. •

La Terra possiede un campo magnetico prodotto da correnti elettriche all’interno del nucleo la quale interagisce con il vento solare e crea, ai poli, aurore polari. Il campo magnetico terrestre 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 che si estende fino a 60 raggi terrestri di distanza. Le irregolarità in questi fattori fanno sì che i poli magnetici si muovano rispetto alla superficie; attualmente il polo nord magnetico si trova nel Canada settentrionale. La sua intensità è di 0,4-0,5 gauss e attualmente sta decrescendo; con questo ritmo il campo sparirà totalmente verso il 3200. Questo comporterà probabilmente l’inizio di un’inversione di polarità, cioè la riapparizione del polo sud magnetico in corrispondenza del polo nord geografico.

L’atmosfera primordiale probabilmente aveva una composizione fondamentalmente diversa da quella attuale. Si può ipotizzare che inizialmente l’involucro di gas che circondava la Terra fosse costituito da residui della nube protosolare, quella da cui si è formato il sistema solare. In ordine di abbondanza l’atmosfera

doveva essere composta da: Idrogeno, Elio, Metano, Vapore acqueo, Ammoniaca, Azoto e gas nobili. Due possono essere i fenomeni che contribuirono alla depurazione dell’atmosfera primordiale: in primo luogo le molecole più leggere e dotate di maggiore energia termica hanno vinto la forza di gravità del pianeta; in secondo luogo il Sole durante le prime fasi della sua evoluzione doveva essere particolarmente attivo, per cui un intenso vento solare ha ripulito le regioni interne del sistema solare dagli elementi più volatili. In seguito l’atmosfera terrestre si è arricchita con gas fuoriuscito dalle rocce dall’interno del pianeta. In questa fase un lungo periodo caratterizzato da intense eruzioni vulcaniche ha arricchito di anidride carbonica e vapore acqueo l’atmosfera. Tale vapore, contrariamente da quanto avvenuto su Venere e Marte, trovò condizioni favorevoli per una sua quasi completa trasformazione allo stato liquido. Ma allora l’ossigeno presente nell’atmosfera da dove viene? Si ritiene oggi che la maggior parte sia di origine organica, cioè sia il sottoprodotto di processi biologici quali la fotosintesi prodotta dalle piante. In fine la modesta quantità di metano libero presente oggi nell’atmosfera è stato prodotto da alcuni tipi di batteri.

L'Idrosfera

La Terra è l’unico pianeta del sistema solare che ospita, nella sua superficie, acqua allo stato liquido, anche se c’è metano liquido sulla superficie di Titano e acqua liquida sotto la superficie di Europa. Il 71% della superficie terrestre è ricoperta da acqua che è un elemento fondamentale per la vita. L’acqua nel nostro pianeta si è formata miliardi di anni fa in seguito alla condensazione e alla successiva precipitazione, sotto forma di pioggia, del vapore acqueo sprigionatosi nell’aria a causa del raffreddamento del magma. Il 97% dell’acqua è salata e si trova nei mari e negli oceani; la salinità è maggiore nei mari sottoposti ad un’intensa evaporazione. Il rimanente 3% dell’acqua è dolce: di questo 3% il 79% è intrappolata nelle calotte glaciali e nei ghiacciali, il 20% si trova nel sottosuolo e il restante 1% si trova in superficie ed è facilmente accessibile all’uomo. Nella Terra i grandi oceani sono: • Oceano Atlantico: è l’oceano che separa l’Europa e l’Africa dall’America; • Oceano Pacifico: è l’oceano che separa l’America dall’Asia occidentale; • Oceano Indiano: è l’oceano a sud dell’India; • Oceano Artico: è l’oceano che circonda il polo Nord • Oceano Antartico: è l’oceano che circonda il polo Sud. Gli oceani hanno anche la capacità molto importante di mantenere la temperatura della Terra abbastanza stabile. Inoltre l’acqua liquida è responsabile di gran parte dell’erosione dei continenti, un fenomeno unico nel nostro sistema solare. La temperatura della superficie marina dipende dalla latitudine, in base alla quale varia l’intensità del calore solare. Le acque nei pressi dell’equatore saranno più calde, invece le acque nei pressi dei poli saranno più fredde. Nel corso di un anno, nello stesso luogo, la temperatura varia di poco: dai 2° all’equatore, fino a un massimo di 9° nelle

zone temperate. Nelle regioni costiere vi è una limitata escursione termica perché il mare mitiga queste

zone, impedendo che la temperatura sia troppo fredda o troppo calda.

La Geosfera È detta geosfera la parte solida del nostro pianeta, costituita da strati di rocce sovrapposti l’uno all’altro, differenti per caratteristiche e composizione. Tutti gli strati sono stati studiati attraverso le onde sismiche. I principali strati sono: • Nucleo Il nucleo contiene il 16 % del volume del pianeta, un terzo della sua massa, ha un raggio di circa 3.470 Km e va da circa 2.900 a 5.150 Km di profondità. La densità del nucleo va da 12 a 13 e la sua temperatura può raggiungere i 7.500° nel centro. Quest’area si divide in nucleo interno e nucleo esterno: il nucleo interno è composto per lo più da ferro e nichel, dello spessore di 1.230 Km circa ed è solido; invece il nucleo esterno è composto da ossidi e solfuri, dello spessore di 2.250 Km e questa parte di nucleo è liquida. Il nucleo esterno e il nucleo interno sono divisi dalla discontinuità di Lehman. Esso è sottoposto ad una pressione immensa da parte degli strati superiori: pensate che in questa zona la pressione equivale a 3,6 milioni di atmosfere terrestri; per questo motivo, oltre che per l’alta temperatura, il nucleo interno si trova allo stato liquido. • Mantello

Il mantello costituisce l’83 % del volume e il 68 % della massa della Terra ed è la parte dominante del pianeta. La sua densità è compresa tra 4 e 5. Il Mantello è diviso dal nucleo dalla discontinuità di Gutenberg. Esso, come il nucleo, si divide in due strati principali, 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. Il mantello inferiore è formato per lo più da silicato di magnesio e silicato di alluminio; quello superiore invece da silicati di ferro e magnesio. La fascia del mantello più esterno, compresa fra i 250 e i 70 Km di profondità, è caratterizzata da un comportamento meno rigido e questo particolare strato si chiama astenosfera. I materiali che la compongono sono parzialmente fusi, a causa delle sue basse temperature. Quando avvengono le eruzioni vulcaniche, il vulcano emette parte dell’astenosfera sotto forma di lava; grazie a questi eventi si è potuto risalire alla composizione chimica del mantello. Il mantello probabilmente deve le sue particolari caratteristiche alla parziale fusione del materiale presente, mentre le altre discontinuità riscontrate sono dovute alla formazione di strutture cristalline più compatte generate delle enormi pressioni a cui è sottoposta la materia in tali regioni interne. • Crosta La crosta è la parte più esterna della geosfera ed è circondata dall’atmosfera; il suo spessore si aggira tra i 40 Km, ma varia da 5 Km al di sotto delle fosse oceaniche e fino ai 50 Km in corrispondenza delle catene montuose. La crosta è divisa dal mantello dalla discontinuità di Mohorovicic. La densità media della crosta è pari a 2,8 ed essa rappresenta l’1 % della massa terrestre. La crosta terrestre è per lo più composta da quarzo, da diossido, da silicio e da altri silicati come il feldspato. La crosta terrestre e la porzione più superficiale del mantello superiore comprendono la litosfera, un involucro solido dallo spessore da 40 a 100 Km formato da rocce a basso peso specifico, prevalentemente di origine eruttiva, ricche di silicati di alluminio.

Le placche e i margini A differenza degli altri pianeti terrestri, la crosta terrestre è suddivisa in varie e distinte placche solide, che si muovono liberamente sulla superficie del mantello superiore. La teoria che descrive questo fenomeno è conosciuta come tettonica a placche. Questa teoria è in grado di spiegare i fenomeni che riguardano la crosta terrestre cioè l’attività sismica, l’orogenesi, la disposizione areale dei vulcani, le variazioni di chimismo delle rocce magmatiche, la formazione di strutture come le fosse oceaniche e gli archi insulari, la distribuzione geografica delle faune e flore fossili durante le ere geologiche e la formazione della struttura attuale dei continenti. L’idea delle placche fu originalmente suggerita nel 1912 dallo scienziato tedesco Alfred Wegener, anche se fu quasi del tutto ignorata sino agli anni sessanta del XX secolo, quando le nuove tecnologie permisero di misurare direttamente il movimento delle placche. La crosta terrestre è in lento e continuo movimento. Le masse continentali e oceaniche sono suddivise in otto principali grandi placche o zolle in movimento uno rispetto all’altro: • Placca nordamericana: comprende l’America del Nord, l’Atlantico nordoccidentale e la Groenlandia; • Placca sudamericana: comprende l’America del Sud e l’Atlantico sud-occidentale; • Placca antartica: comprende l’Antartide e l’Oceano meridionale; • Placca eurasiatica: comprende l’Atlantico nord-orientale, l’Europa e l’Asia tranne l’India; • Placca africana: comprende l’Africa, l’Atlantico sud-orientale e l’Oceano Indiano occidentale; • Placca indo-australiana: comprende l’India, l’Australia, la Nuova Zelanda e la maggior parte dell’Oceano Indiano; • Placca di Nazca: comprende l’Oceano Pacifico orientale vicino all’America del Sud;

• Placca del Pacifico: comprende la maggior parte dell’Oceano Pacifico e le coste meridionali della California. Oltre alle otto placche principali, ve ne sono altre venti minori tra cui la placca ellenica, turca, arabica, caraibica, iraniana, delle Cocos, di Nazca, delle Filippine, delle Salomone, delle Figi, eccetera. Le placche sono tutte a contatto tra di loro e presentano margini di vario tipo, corrispondenti a diversi tipi di relazione tra loro. Si differenziano tre tipi di margini:

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Margini divergenti: le placche si allontanano l’una dall’altra e lo spazio realizzatosi viene occupato dalla nuova litosfera oceanica generata dalla continua emissione di circa 25 Km cubici all’anno di magmi basaltici che vanno a formare la crosta oceanica. Questo fenomeno viene detto fenomeno di espansione. Si ha in seguito la realizzazione di una catena montuosa detta dorsale oceanica estesa decine di migliaia di chilometri e che percorre tutti gli oceani del globo quasi regolare. Un esempio è dato dalla dorsale medio-atlantica che si estende al centro dell’oceano Atlantico e che separa le placche americane a ovest da quella euroasiatica e africana a est. Un margine divergente può essere presente anche sulla litosfera continentale facendo nascere quello che viene definito un rift in cui il movimento divergente non è compensato dalla formazione di una nuova litosfera ma da assottigliamento e fratturazione di quella gia esistente. Il più importante margine divergente presente sulla litosfera continentale è dato della "Rift Valley" in Africa orientale (foto in alto).

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Margini a scorrimento laterale: le placche scorrono lateralmente l’una rispetto all’altra lungo i quali la crosta non viene mai né creata né distrutta ed essi sono rappresentati soprattutto dalle faglie

trasformi. Non presentano attività vulcanica e sono caratterizzate da terremoti non profondi. Un esempio di tale tipo di comportamento è la faglia di St. Andreas in California. • Margini convergenti: le placche si avvicinano l’una all’altra e, in questa zona, accadono manifestazioni diverse a seconda del tipo di placche che entrano in collisione. Quando una placca continentale si scontra con una oceanica, la placca oceanica scorre sotto la placca continentale attraverso il fenomeno di subduzione e la litosfera oceanica viene trascinata in profondità nel mantello. In queste aree troviamo le fosse abissali e di solito sono presenti fenomeni di vulcanesimo di natura andesitica, ossia di composizione chimica intermedia i cui prodotti, evolvendo durante le fasi di accumulo e risalita, tendono a diventare sempre più ricchi di silice. Si viene così a creare in superficie un arco vulcanico sul continente. Un esempio di tale margine è il margine orientale della placca di Nazca che scorre sotto quello occidentale della zolla sud-americana, dando origine alla lunghissima catena montuosa e vulcanica delle Ande. Una volta che è stato consumato tutto l’oceano si ha la collisione continentale con il successivo innalzamento di una montagna. Se a scontrarsi sono invece due placche oceaniche, una delle due scorre sotto all’altra generando questa volta un arco vulcanico insulare. I terremoti sono molto più frequenti sui confini delle placche e, grazie a queste manifestazioni, si è potuto permette la localizzazione dei confini delle placche.

L’orogenesi

Non sempre una placca oceanica si scontra con una continentale e una oceanica con un’altra oceanica, ma avvengono anche scontri tra due placche continentali. In questi casi questo scontro porta alla formazione di una catena montuosa e quindi al fenomeno dell’orogenesi. Anche le cordigliere vulcaniche che sorgono ai margini delle fosse, dette sistemi arco-fossa, sono un esempi di orogenesi. Il caso più evidente è quando una placca in subduzione porta con sé un’area continentale; in questo caso non ci sono differenze sufficienti di densità fra le due placche e i due continenti si scontrano causando l’innalzamento di catene montuose nella zona di sutura. In questo processo l’oceano frapposto fra le due masse continentali scompare ed il suo fondo viene in gran parte riassimilato nel mantello mentre una parte di esso viene sollevata in coincidenza della zona di suturazione. Un esempio tipico di questo caso è la catena dell’Himalaya, formatasi per collisione dell’India con l’Asia durante il Cenozoico.

Deriva dei continenti

La deriva dei continenti è una teoria geologica secondo la quale i continenti si muoverebbero l’uno rispetto all’altro. Fu ipotizzata nel 1912 da Alfred Lothar Wegener, che fu il primo a presentare in una formulazione convincente le prove del fenomeno e una spiegazione convincente delle sue cause. Wegener sostenne che nel Paleozoico e per buona parte del Triassico, le terre emerse

formavano un unico supercontinente, che battezzò Pangea, contrapposto a un unico superoceano: la Panthalassa. Circa 200 milioni di anni fa la Pangea cominciò a dividersi fino ad arrivare alla formazione che conosciamo oggi. Secondo la sua teoria, la prima spaccatura aveva contrapposto Laurasia (Europa, Asia e Nordamerica) e Gondwana (Sudamerica, Africa e Oceania). Ulteriori frammentazioni portarono la suddivisione dei due supercontinenti, che gradualmente andò suddividendosi fino alla conformazione attuale. Traendo spunto dalle più recenti scoperte della geologia, Wegener spiegava la deriva dei continenti descrivendo le terre emerse come enormi Placche di Sial che galleggiavano su una superficie anch’essa solida ma molto più plasmabile, il Sima, situato fra la discontinuità di Mohorovicic, circa 40 Km di profondità, e la discontinuità di Gutenberg, circa 2900 Km di profondità.