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Stage2011 saraceno-pianeta-abitabile

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La Terra: un pianeta abitabile Paolo Saraceno IFSI INAF Roma Corso Astronomia 9 febbraio 2011
Big Bang Un processo di crescente complessificazione che comincia con il Big Bang continua nelle stelle dove si formano tutti gli altri atomi; nello spazio interstellare gli atomi si uniscono per formre le molecole Le molecole diventano sempre pi湛 grandi e complesse finch竪 sulla Terra acquistano la capacit di riprodursi: nasce la vita La vita si evolve sino alla nostra specie e alle societ complesse di oggi. 3.6 miliardi danni
Big Bang miliardi Alla forte crescita della popolazione 9 7 e ai danni per lambiente 6 5 ? 4 3 2 A.D. 0 1000 2050 1 Popolazione Mondiale 3.6 miliardi danni
Latmosfera ! - mantiene stabile la temperatura del pianeta - ci fornisce lossigeno con cui respiriamo Senza atmosfera la temperatura media della terra sarebbe di -18属C Mentre per miliardi di anni la temperatura media della terra 竪 restata tra 5-40属C batterio escherichia coli. Essenziale per la sopravvivenza della maggior parte delle specie animali.
Latmosfera ! - mantiene stabile la temperatura del pianeta - ci fornisce lossigeno con cui respiriamo - ci difende dai raggi UV (e da piccoli meteoriti, raggi X e 粒) Prodotto dalle foreste e dal plancton degli oceani senza di loro scomparirebbe
Nel 1990 dopo un viaggio di 13 anni e aver esplorato i pianeti esterni del sistema solare (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) la sonda Voyager 2, era arrivata a 6 miliardi di km dalla terra raggiungendo il primato di essere loggetto costruito dalluomo pi湛 lontano dalla Terra. A quel punto i tecnici della NASA decisero di fotografare la Terra, prima che la sonda si allontanasse per sempre il sistema solare Il golden record
La nostra convinzione di avere un ruolo nellUniverso, di occuparne una posizione privilegiata 竪 E quel granello di polvere 竪 difeso da unUniverso ostile dall atmosferabuio terribilmente ridimensionato da quel puntino di luce pallida, da quel solitario granello nel delloceano cosmico. Una vastit, che nulla sa della nostra esistenza e da cui nessun aiuto potr mai arrivare per salvarci dagli errori che facciamo. La Terra 竪 il solo mondo che conosciamo. Non c竪 altro luogo, dove, nella nostra epoca, la nostra specie pu嘆 emigrare. Che ci piaccia o no, questo 竪 il solo luogo in cui noi possiamo vivere. Carl Sagan 1990 La terra da 6 miliardi di Km (15 ore luce)
Ma come si 竪 costruito questa atmosfera ? Come si 竪 costruito un pianeta abitabile ?
La Terra 竪 il solo pianeta abitato da vita animale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Essa 竪 il risultato: - del suo posto nellUniverso - del suo posto nel sistema solare - della sua straordinaria geologia - della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e latmosfera
Nostra Galassia 28.000 dal centro D 90.000 a.l. La vita non 竪 possibile nella parte E poco probabile nelle regioni centrale; alta densit di stelle: supernovae, esterne: gli elemnti chimici con cui buchi neri, passaggi ravvicinati di stelle NGC2977 costruirla potrebbero non essere sufficienti
La vita nella nelle galassie sembra quindi possibile solo in una zona intermedia, non troppo vicina al centro per non essere distrutta, non troppo loontana dal centro per avere gli elementi con cui costruirla
C竪 una cosa senza di cui un pianeta Non 竪 abitabile !!! H2O
La zona abitabile: con acqua liquida T = 0 100 属C H2O liquida 0 -100 oC Luminosity
Indicatori di un pianeta abitabile 480 属C Atmosfera CO2 Pu嘆 esserci vita? H2O 0-100属C 15 属C Esiste la vita? O-O3 -50 属C
Marte Diametro 6790 km Dsole 1.6 AU T 15 -100 属C M 0.1 Mt
Mex Stereo camera Purpose of the camera (II) Ice and dust at Martian north pole
Acqua su marte !
Mex Stereo camera Letto di un fiume? Fields of volcanic cones at Martian north pole
altra acqua ! Ma non c竪 vita evoluta An impact crater in the Vastitas Borealis: 70.5属 N, 103属 E. The ground resolution is about 15 metres per
Venere ! Per la sua distanza dal sole La sua temperatura poteva essere di 27属 C Ma per effetto serra e di 480 属 C
Perch辿 la vita animale esiste solo sulla Terra ?? E non su Marte dove c竪 acqua ? A cosa assomiglia Marte ??
La Terra 竪 il solo pianeta abitato da vita animale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Essa 竪 il risultato: - del suo posto nellUniverso - del suo posto nel sistema solare - della sua straordinaria geologia - della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e latmosfera
La Terra: un pianeta vivo Lmportanza dei vulcani e dei terremoti
10000 altitudine 8000 6000 4000 2000 Altitudine media delle terre emerse 0 Superficie del mare -2000 profondit Profondit media del mare - 4000 - 6000 - 8000 -10000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % della superficie terrestre La terra allorigine era coperta dacqua solo qualche vulcano emergeva.
Lerosione Ogni anno i fiumi portano in mare 60 km3 di Terra Le terre emerse scomparirebbero in poche decine di milioni danni e la terra ha 3600 milioni danni Se si estrapola al passato lerosione attuale, sul fondo del mare ci dovrebbe essere uno strato di sedimenti alto 100 km (3 volte lo spessore della crosta terrestre!),
Ogni anno i fiumi portano in 10000 mare 60 km3 di Terra 8000 altitudine 6000 4000 2000 Altitudine media delle terre emerse 0 Superficie del mare -2000 profondit Profondit media del mare - 4000 - 6000 - 8000 -10000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % della superficie terrestre Milioni di tonnellate per anno
Ovunque sulla terra si vedono tracce derosione Un esempio Ponza: Sorta dal mare 2 miloni di anni fa Oggi quasi interamente distrutta dallerosione Qunado Ponza nacque la nostra antenata Lucy era gi scomparsa di 1.5 milioni danni... e stava nascendo lHomo erectus La terra solo pianeta del sistema solare con unerosione cos狸 forte, perch辿 nessun altro pianeta ha unatmosfera simile
La deriva dei continenti 竪 il meccanismo che ci restituisce le terre erose Co Co i nt nt nt ine iin n en en nt Co t tii Nucleo
Oggi i movimenti delle placche continentali si misurano direttamente
Stage2011 saraceno-pianeta-abitabile
ISLANDA Attraversata dalla dorsale oceanica
Per effetto della deriva dei continenti si stima che le terre emerse crescono oggi di 600 km3/anno 10 volte quanto perso per erosione
Un secondo effetto dellerosione Molecole importanti per la vita biologica del pianeta come: CO2, H2O, CH4 e CO Finiscono, con i sedimenti, nei fondi oceanici Da queste molecole dipende. effetto serra (Tluna -18 属C) Ciclo biologico
I vulcani rimettono rapidamente in circolo molecole importanti per la vita biologica del pianeta come: CO2, H2O, CH4 e CO Da cui dipende. effetto serra (Tluna -18 属C) vita biologica Il CO2, 竪 anche uno dei principali termostati dellatmosfera. - si fissa nelle rocce con reazioni molto sensibili a T - nei vegetali e nel plancton con reazioni proporzionali alla sua abbondaza
La subduziione DORSALE VULCANO OCEANICA LITOSFER A MAGMA
La sorgente denergia 2 Totale 10 -11 W kg -1 1 40K 238U 232Th 235U 0 1 2 3 4 MILIARDI DI ANNI Oggi Nascita della Terra Energia prodotta al centro della terra dal decadimento dei materiali radioattivi: 44.000 miliardi di W ! (4.4 1013 W) 2.5 voltelenergia consumata nel mondo (1.7 1013W) 20 volte la potenza elettrica consumata nel mondo
Se lesistenza della vita sulla terra Dipende dall atmosfera ! l atmosfera ! Dipende dallesistenza della vita sulla terra
La Terra 竪 il solo pianeta abitato da vita animale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Essa 竪 il risultato: - del suo posto nellUniverso - del suo posto nel sistema solare - della sua straordinaria geologia - della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e latmosfera
3.8 miliardi di anni fa finisce il bombardamento dei meteoriti 4.6 miliardi di anni fa Nasce la terra
La terra primordiale Stromatoliti: rocce di carbonato di calcio (CaCO3) Derivano dalla fossilizzazione di grandi colonie di cianobatteri che inducono la trasformazione del bicarbonato di calcio Ca(HCO3)2 , disciolto nellacqua, in carbonato di calcio (CaCO3) che precipita catturando al suo interno i cianobatteri.
La vita nasce appena possibile La terra primordiale
Dopo 1500 milioni di anni CH4 NH3 H 2O CO2
la Fotosintesi Mantiene alto il livello dossigeno nellatmosfera. Ossigeno consumato : - da tutte le specie animali => CO2 - dagli elementi che sono ossidati. Senza fotosintesi , O scomparirebbe in pochissimo tempo dall atmosfera
Sulla fotosintesi 竪 basata la catena alimentare di tutte le forme di vita che esistono sulla terra - la clorofilla delle foglie usa la luce del sole per rompere H2O - O e H + CO2 => glucosio con cui la pianta si nutre - O in eccesso liberato nellatmosfera e bruciato da tutti gli animali => CO2 Lenergia del sole trasformata in vita !
Lorigine delle specie Dopo 3000 milioni di anni
Dopo il Cambriano esplode levoluzione - 510 (0) milioni danni fine del Cambriano - 370 (+ 140) i primi anfibi 300 (+150) i rettili colonizzano la terra. 250 (+260) i Dinosauri : i pi湛 grandi animali che siano mai esistiti sulla terra La natura che aveva sonnecchiato per 3000 milioni danni esplode !!
A -250 milioni danni (a 260 milioni danni dal Cambriano) compaiono i Dinosauri Che si estinguono a - 65 milioni danni
Con la scomparsa dei dinosauri i mammiferi diventano le specie predominanti allinizio deponevano uova poi si adattarono ai nuovi ambienti e progressivamente comparvero cavalli, elefanti, rinoceronti, lupi e scimmie. Il resto 竪 storia recente: - 3.5 milioni danni let di Lucy - 2 lHomo abilis - 1 lHomo erctus - 500.000 la scoperta del fuoco - 30.000 scompare il neandertal e si afferma il sapiens cio竪 noi
Conclusione
Latmosfera ha garantito la vita sulla terra per miliardi danni Limpatto delle attivit umane su di essa potrebbe avere cause gravissime per il nostro futuro
E ci sono sintomi preoccupanti
AATSR Fire Atlas - year 2003 Ogni anno scompaiono 10 e i 13 milioni di ettari di foreste e con esse si riduce la capacit della natura di sottrarre anidride carbonica allatmosfera e di produrre ossigeno.
La produzione di gas serra ha lo stesso andamento della crescita della popolazione e della domanda di prodotti agricoli Va cercato un nuovo equilibrio per un mondo abitato 10 miliardi di abitanti In 12 anni le riserve mondiali di cereali si sono dimezzate malgrado una crescita della produzione del 20% -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 Oggi Miglia danni
La maggior parte delle specie del passato si 竪 estinto. A noi la saggezza di evitare la fine dei dinosauri FINE

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  • 10. Nostra Galassia 28.000 dal centro D 90.000 a.l. La vita non 竪 possibile nella parte E poco probabile nelle regioni centrale; alta densit di stelle: supernovae, esterne: gli elemnti chimici con cui buchi neri, passaggi ravvicinati di stelle NGC2977 costruirla potrebbero non essere sufficienti
  • 11. La vita nella nelle galassie sembra quindi possibile solo in una zona intermedia, non troppo vicina al centro per non essere distrutta, non troppo loontana dal centro per avere gli elementi con cui costruirla
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  • 13. La zona abitabile: con acqua liquida T = 0 100 属C H2O liquida 0 -100 oC Luminosity
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  • 16. Mex Stereo camera Purpose of the camera (II) Ice and dust at Martian north pole
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  • 19. altra acqua ! Ma non c竪 vita evoluta An impact crater in the Vastitas Borealis: 70.5属 N, 103属 E. The ground resolution is about 15 metres per
  • 20. Venere ! Per la sua distanza dal sole La sua temperatura poteva essere di 27属 C Ma per effetto serra e di 480 属 C
  • 21. Perch辿 la vita animale esiste solo sulla Terra ?? E non su Marte dove c竪 acqua ? A cosa assomiglia Marte ??
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  • 24. 10000 altitudine 8000 6000 4000 2000 Altitudine media delle terre emerse 0 Superficie del mare -2000 profondit Profondit media del mare - 4000 - 6000 - 8000 -10000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % della superficie terrestre La terra allorigine era coperta dacqua solo qualche vulcano emergeva.
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  • 26. Ogni anno i fiumi portano in 10000 mare 60 km3 di Terra 8000 altitudine 6000 4000 2000 Altitudine media delle terre emerse 0 Superficie del mare -2000 profondit Profondit media del mare - 4000 - 6000 - 8000 -10000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % della superficie terrestre Milioni di tonnellate per anno
  • 27. Ovunque sulla terra si vedono tracce derosione Un esempio Ponza: Sorta dal mare 2 miloni di anni fa Oggi quasi interamente distrutta dallerosione Qunado Ponza nacque la nostra antenata Lucy era gi scomparsa di 1.5 milioni danni... e stava nascendo lHomo erectus La terra solo pianeta del sistema solare con unerosione cos狸 forte, perch辿 nessun altro pianeta ha unatmosfera simile
  • 28. La deriva dei continenti 竪 il meccanismo che ci restituisce le terre erose Co Co i nt nt nt ine iin n en en nt Co t tii Nucleo
  • 29. Oggi i movimenti delle placche continentali si misurano direttamente
  • 32. Per effetto della deriva dei continenti si stima che le terre emerse crescono oggi di 600 km3/anno 10 volte quanto perso per erosione
  • 33. Un secondo effetto dellerosione Molecole importanti per la vita biologica del pianeta come: CO2, H2O, CH4 e CO Finiscono, con i sedimenti, nei fondi oceanici Da queste molecole dipende. effetto serra (Tluna -18 属C) Ciclo biologico
  • 34. I vulcani rimettono rapidamente in circolo molecole importanti per la vita biologica del pianeta come: CO2, H2O, CH4 e CO Da cui dipende. effetto serra (Tluna -18 属C) vita biologica Il CO2, 竪 anche uno dei principali termostati dellatmosfera. - si fissa nelle rocce con reazioni molto sensibili a T - nei vegetali e nel plancton con reazioni proporzionali alla sua abbondaza
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  • 36. La sorgente denergia 2 Totale 10 -11 W kg -1 1 40K 238U 232Th 235U 0 1 2 3 4 MILIARDI DI ANNI Oggi Nascita della Terra Energia prodotta al centro della terra dal decadimento dei materiali radioattivi: 44.000 miliardi di W ! (4.4 1013 W) 2.5 voltelenergia consumata nel mondo (1.7 1013W) 20 volte la potenza elettrica consumata nel mondo
  • 37. Se lesistenza della vita sulla terra Dipende dall atmosfera ! l atmosfera ! Dipende dallesistenza della vita sulla terra
  • 38. La Terra 竪 il solo pianeta abitato da vita animale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Essa 竪 il risultato: - del suo posto nellUniverso - del suo posto nel sistema solare - della sua straordinaria geologia - della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e latmosfera
  • 39. 3.8 miliardi di anni fa finisce il bombardamento dei meteoriti 4.6 miliardi di anni fa Nasce la terra
  • 40. La terra primordiale Stromatoliti: rocce di carbonato di calcio (CaCO3) Derivano dalla fossilizzazione di grandi colonie di cianobatteri che inducono la trasformazione del bicarbonato di calcio Ca(HCO3)2 , disciolto nellacqua, in carbonato di calcio (CaCO3) che precipita catturando al suo interno i cianobatteri.
  • 41. La vita nasce appena possibile La terra primordiale
  • 42. Dopo 1500 milioni di anni CH4 NH3 H 2O CO2
  • 43. la Fotosintesi Mantiene alto il livello dossigeno nellatmosfera. Ossigeno consumato : - da tutte le specie animali => CO2 - dagli elementi che sono ossidati. Senza fotosintesi , O scomparirebbe in pochissimo tempo dall atmosfera
  • 44. Sulla fotosintesi 竪 basata la catena alimentare di tutte le forme di vita che esistono sulla terra - la clorofilla delle foglie usa la luce del sole per rompere H2O - O e H + CO2 => glucosio con cui la pianta si nutre - O in eccesso liberato nellatmosfera e bruciato da tutti gli animali => CO2 Lenergia del sole trasformata in vita !
  • 45. Lorigine delle specie Dopo 3000 milioni di anni
  • 46. Dopo il Cambriano esplode levoluzione - 510 (0) milioni danni fine del Cambriano - 370 (+ 140) i primi anfibi 300 (+150) i rettili colonizzano la terra. 250 (+260) i Dinosauri : i pi湛 grandi animali che siano mai esistiti sulla terra La natura che aveva sonnecchiato per 3000 milioni danni esplode !!
  • 47. A -250 milioni danni (a 260 milioni danni dal Cambriano) compaiono i Dinosauri Che si estinguono a - 65 milioni danni
  • 48. Con la scomparsa dei dinosauri i mammiferi diventano le specie predominanti allinizio deponevano uova poi si adattarono ai nuovi ambienti e progressivamente comparvero cavalli, elefanti, rinoceronti, lupi e scimmie. Il resto 竪 storia recente: - 3.5 milioni danni let di Lucy - 2 lHomo abilis - 1 lHomo erctus - 500.000 la scoperta del fuoco - 30.000 scompare il neandertal e si afferma il sapiens cio竪 noi
  • 50. Latmosfera ha garantito la vita sulla terra per miliardi danni Limpatto delle attivit umane su di essa potrebbe avere cause gravissime per il nostro futuro
  • 51. E ci sono sintomi preoccupanti
  • 52. AATSR Fire Atlas - year 2003 Ogni anno scompaiono 10 e i 13 milioni di ettari di foreste e con esse si riduce la capacit della natura di sottrarre anidride carbonica allatmosfera e di produrre ossigeno.
  • 53. La produzione di gas serra ha lo stesso andamento della crescita della popolazione e della domanda di prodotti agricoli Va cercato un nuovo equilibrio per un mondo abitato 10 miliardi di abitanti In 12 anni le riserve mondiali di cereali si sono dimezzate malgrado una crescita della produzione del 20% -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 Oggi Miglia danni
  • 54. La maggior parte delle specie del passato si 竪 estinto. A noi la saggezza di evitare la fine dei dinosauri FINE