Storia della Terra – Parte I

By articolidiastronomia on 18/01/2021 • ( Lascia un commento )

Le stime più recenti sull’età del nostro pianeta portano un valore di 4,567 miliardi di anni: da quando è nato ha subito mutamenti radicali dal punto di vista geologico e climatico e, per altrettanti miliardi di anni, continuerà a fare altrettanto. In questo articolo vogliamo descrivere brevemente la storia del pianeta roccioso che da circa 2,5 milioni di anni (dalla comparsa del genere Homo habilis) ci ospita e costituisce la nostra Casa. Prima di iniziare dobbiamo definire alcune condizioni entro le quali muoverci con facilità, formulare alcune ipotesi di base e formulare un punto di partenza, ovvero un istante di tempo dal quale iniziare la nostra storia. Anzitutto dobbiamo definire cosa è un pianeta roccioso:

Pianeta roccioso
è un particolare tipo di pianeta così come definito dalla UAI nel 2006 con delle caratteristiche ulteriori relative alla sua composizione chimica e materiale,
in particolare la presenza dei seguenti sei elementi (o composizioni di essi):
Ossigeno, Silicio, Alluminio, Ferro, Calcio e Magnesio.

Questo significa che un pianeta roccioso possiede rocce, gemme e minerali di qualsivoglia struttura cristallina la cui composizione chimica contiene i sei elementi sopra elencati. Una definizione più estesa e lasca di pianeta roccioso, include nella lista anche altri tre elementi: sodio (Na), Potassio (K) e Nichel (Ni). Dobbiamo ora definire un punto di inizio della nostra storia, un istante t₀ a partire dal quale misurare l’età della Terra: per evitare di dilungarsi troppo nella descrizione, ci baseremo sul fatto che il Sistema Solare si è da poco formato ed il Sole è appena entrato in sequenza principale.

I geologi suddividono la storia della Terra in 4 eoni, ovvero “la più estesa unità cronologica in cui è stata divisa l’età della Terra”:

Adeano
Archeano
Proterozoico
Fanerozoico

Ogni eone è suddiviso in periodi ed epoche. Analizziamo in dettaglio gli eventi più significativi di ogni periodo, eventualmente aggiungendo un’ulteriore suddivisione: infine le date che accompagnano il periodo rappresentano gli anni trascorsi dalla formazione del Sistema Solare.

Principali eventi sulla Terra avvenuti nell’eone Adeano. Fonte https://earthhow.com/hadean-eon/

Rappresentazione artistica dell’impatto fra Terra e Theia

Adeano (età della Terra: 50 milioni) In principio la Terra è una massa informe di lava incandescente, un vero e proprio inferno. Si tratta di un periodo più remoto della storia della Terra: i geologi lo hanno chiamato Adeano. La temperatura della Terra è di circa 3000° C e ruota velocemente su sé stessa: un giorno dura cinque ore. A causa della sua rotazione la forma della Terra è ovalizzata, ovvero schiacciata ai poli e condivide la sua fascia orbitale intorno al Sole con un altro pianeta dalle dimensioni di Marte chiamato Theia. Come un valzer gravitazionale, entrambi i pianeti stanno cercando un punto di stabilità orbitale all’interno del Sistema Solare, e si scontrano.

Non possiamo sapere con che modalità sia avvenuto: se l’impatto sia stato frontale o laterale, ma di sicuro lo scontro fu violento e i nuclei di entrambi i pianeti si compenetrano. I frammenti restanti si accumulano per accrescimento sul disco di rotazione terrestre e si forma la Luna. Il nostro satellite orbita vorticosamente intorno alla Terra: una rotazione impiega 8 ore e causa maree consistenti sulla lava fusa che si trova sulla fascia equatoriale terrestre. La Terra inizia a disperdere calore.

Adeano (età della Terra: 100 milioni) La Terra continua il suo processo di raffreddamento, la temperatura diminuisce, la massa di lava fusa inizia lentamente il suo processo di solidificazione. Probabilmente il processo di solidificazione inizia dai poli, dove minore è la forza mareale. Iniziano a formarsi una prima superficie solida che galleggia sul magma infuocato, La lava è composta da minerali e rocce vulcaniche la cui composizione è basata sui sei elementi descritti in precedenza, quindi il processo di solidificazione non avviene ad un’unica temperatura. Composti diversi hanno temperature di fusione diversi, quindi il processo di solidificazione comincia a partire dai minerali che hanno il punto di solidificazione più alto. Si formano quindi minerali come l’olivina ( Mg₂SiO₄), anortite, anortosite, pirosseni, feldspati e l’enstatite (MgSiO₃) ed altri composti piroclastici. In funzione del loro peso specifico questi minerali precipitano sul fondo della sfera terrestre fino a trovare l’equilibrio idrostatico che li “fissa” ad una certa profondità dalla superficie terrestre: i più densi troveranno posizione più vicini al nucleo terrestre, gli altri nel mantello ed altri ancora vicino alla superficie. La solidificazione prosegue fino a formare una prima superficie nera dove il basalto (SiO₂ – Al₂O₃), una roccia nera effusiva, ne costituisce il composto principale che galleggia sul magma infuocato sottostante. Con il passare del tempo la Terra diventa una sfera di basalto e dalle crepe infernali escono quantità enormi di anidride carbonica (CO₂), azoto (N₂), metano (CH₄) e (poca) acqua: l’atmosfera è totalmente irrespirabile: non c’è traccia di ossigeno (O₂), sebbene la Terra ne sia piena. Dove si trova, quindi? L’ossigeno si trova tutto sotto i piedi: nei composti, minerali e rocce; sulla superficie l’elettricità statica crea lampi, fulmini, tempeste e forti venti. La vita non può ancora esistere.

Adeano (età della Terra: 200 milioni) La Terra continua il suo processo di raffreddamento e si formano altri composti: la temperatura scende fino a permettere la solidificazione del granito. Il granito ha un peso specifico inferiore al basalto, quindi cerca di farsi largo nelle crepe ancora lasciate aperte sulla superficie, spunta e si erge sopra il basalto dando origine ai prime piccole montagne. Ormai la Terra è uno sferoide solido la cui superficie ha assunto il colore grigio dovuto al granito: è diventato un pianeta roccioso.

Adeano (età della Terra: 300 milioni) La Terra non è l’unico pianeta del Sistema Solare: contemporaneamente ad essa si sono formati anche i giganti gassosi che non si trovano nella posizione che conosciamo oggi, ma molto più vicini. Secondo l’ipotesi della Grande Virata, Giove e gli altri gassosi in quel periodo si trovano molto vicino alla Terra, e anch’essi, come la Terra, stanno cercando la sua valle di stabilità all’interno del Sistema Solare. Giove e Saturno, i due principali pianeti gassosi, entrano così in risonanza tra loro, le loro orbite si allargano e si spostano verso l’esterno, oltre la linea della neve¹ del Sistema Solare (circa 5 u.a. all’epoca). Su queste orbite esterne si trova il materiale che non è riuscito ad aggregarsi per formare un nuovo pianeta del Sistema Solare sotto forma di asteroidi, nuclei cometari ed altri corpi rocciosi. Questi oggetti possiedono al loro interno e sulla superficie enormi quantità di molecole complesse basate sul carbonio (amminoacidi) insieme ad ammoniaca (NH₃), anidride carbonica (CO₂), metano (CH₄) in forma solida e tantissimo ghiaccio d’acqua.

Adeano (età della Terra: 300 milioni) Questa Grande Migrazione dei giganti gassosi (molto massivi) provoca un’altrettanta migrazione dei corpi rocciosi minori verso l’interno del Sistema Solare, i quali si abbattono sui pianeti interni, tra cui Mercurio, Marte, Luna e, ovviamente la Terra. La Terra è sede di un continuo e incessante di bombardamenti meteorici per circa centinaia di milioni di anni: gli asteroidi cadono sulla Terra e portano con sé le prime molecole che costituiscono la vita e una grande quantità d’acqua. Inizialmente l’acqua evapora o sublima perché le condizioni (P, T) ancora lo consentono, ma poco a poco le condizioni di temperatura favoriscono la condensazione e le gocce si accumulano in terra e in atmosfera e col tempo si si forma un unico immenso oceano. Lo sappiamo per certo dall’analisi isotopica dell’ossigeno (si presenta in natura sotto forma di tre isotopi: O ¹⁶ O ¹⁷ e^O ¹⁸) intrappolato all’interno dello rocce contenente zirconio, un minerale durissimo e uno dei più antichi presenti sulla Terra. Dato che la Terra era in grado di trattenere acqua allo stato liquido in superficie, significa che si trovava già nella zona abitabile del Sistema Solare (CHZ). Il Sole all’epoca era circa il 30% meno luminoso di oggi, quindi si ipotizza che la Terra dovesse avere un’atmosfera molto densa e ricca di CH₄ e CO₂ con una condizione (P, T) in grado di sostenere l’acqua allo stato liquido (paradosso del Sole debole). La Terra ha cambiato nuovamente colore, l’immenso oceano le dona un colore azzurro.

Adeano (età della Terra: 500 milioni) La Terra è azzurra, e la terraferma è concentrata in un unico grande continente (probabilmente al polo sud) chiamato Rodinia. È a partire da questo periodo che si fa partire l’origine della vita: il dibattito è ancora aperto e ci sono diverse ipotesi. I primi microorganismi sono stati batteri monocellulari localizzati nelle profondità del mare, ancora non esposti alla luce del Sole, che traevano energia dalle rocce, presso i camini vulcanici utilizzando fotosintesi anossigenica (senza ossigeno) e sfruttando il calore generato dal camino e le quantità di acido solfidrico emesso dal camino, grazie alla seguente reazione.

6 CO₂ + 12 H₂S –> (C₆H₁₂O₆) + 6 H₂O + 12 S

Questi organismi chiamati procarioti, non avevano organi interni e potrebbe essere che sfruttassero per il proprio sostentamento anche i processi di organizzazione e di mineralizzazione delle rocce. Ancora non è noto il processo per cui molecole complesse basate sul carbonio siano intervenute nel processo della nascita e formazione della vita e probabilmente si trattava di un mondo a RNA, ovvero basato solo sull’acido ribonucleico, la molecola responsabile del processo di ereditarietà generica dell’organismo.

(continua)

1. linea della neve (frost line): distanza immaginaria dalla stella oltre la quale la temperatura e’ bassa da permettere la formazione di metano, ammoniaca, acqua e anidride carbonica allo stato solido (ghiaccio)

Bibliografia