Il Clima nella storia geologica della Terra

Presentazione sul tema: "Il Clima nella storia geologica della Terra"— Transcript della presentazione:

1 Il Clima nella storia geologica della Terra
presentazione di Prof. Filippo Russo Dipartimento di Scienze e Tecnologie Università degli Studi del Sannio

2 Il Pianeta azzurro Vista dallo spazio, la nostra Terra appare così

3 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.

4 Solo i primi 10 km mediamente offrono condizioni vitali
L’Atmosfera terrestre è spessa, con limiti indefinibili, circa 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!

5 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.

6 DOMANDE Come si è formato il nostro Pianeta? 2) Come si è originata
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?

7 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.

8 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.

9 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.

10 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.

11 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;

12 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.

13 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.

14 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.

15 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.

16 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.

17 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.

18 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.

19 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.

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21 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:

22 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.

23 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.

24 E) Il Clima nell’Era dell’Ossigeno
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.

25 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.

26 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.

27 Fasi glaciali ed interglaciali sono scandite ritmicamente ad intervalli di tempo regolari di , di e di anni.

28 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 anni fa ed ha avuto il suo acme circa anni fa.

29 a) eruzioni vulcaniche
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

30 b)    sollevamenti o sprofondamenti tettonici

31 c) impatto di meteoriti

32 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.

33 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.

34 Una miriade di sostanze inquinanti, invece, caratterizza l’aria dell’epoca moderna.

35 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.

36 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.

37 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.

38 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;

39 concorrono tutte ad aumentare i fattori di inquinamento, il cui costo è ancora troppo basso e l’atmosfera è ancora considerata una discarica libera.

40 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.

41 CONCLUSIONI ? 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.