Stage astrofisica 2010- 9. Pianeta e Clima Terrestre - P.Saraceno
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Stage di astrofisica IASF/IFSI, 3° Edizione

Stage di astrofisica IASF/IFSI, 3° Edizione
Giorno 3- Lezione 9: Pianeta e Clima terrestre

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Stage astrofisica 2010- 9. Pianeta e Clima Terrestre - P.Saraceno Stage astrofisica 2010- 9. Pianeta e Clima Terrestre - P.Saraceno Presentation Transcript

  • Pianeta e Clima terreste Febbraio 2010 Paolo Saraceno IFSI INAF Roma
  • Pianeta e Clima terreste Febbraio 2010 Schema
    • Introduzione
    3) il clima oggi .. 2) L’origine dell’atmosfera
  • 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 l’oggetto costruito dall’uomo più lontano dalla Terra. Il golden record A quel punto i tecnici della NASA decisero di fotografare la Terra, prima che la sonda si allontanasse per sempre il sistema solare
  • La nostra convinzione di avere un ruolo nell’Universo, di occuparne una posizione privilegiata è terribilmente ridimensionato da quel puntino di luce pallida, da quel solitario granello nel buio dell’oceano cosmico. Una vastità, che nulla sa della nostra esistenza e da cui nessun aiuto potrà mai arrivare per salvarci dagli errori che facciamo. La Terra è il solo mondo che conosciamo. Non c’è altro luogo, dove, nella nostra epoca, la nostra specie può emigrare. Che ci piaccia o no, questo è il solo luogo in cui noi possiamo vivere . Carl Sagan 1990 E quel granello di polvere è difeso da un’Universo ostile dall’ atmosfera La terra fotografata da Voyager nel 1990 da una distanza di 6 miliardi di Km (la foto ha impiegato 15 ore ad arrivare)
  • “ Quel puntino è la nostra casa. Li ha trascorso la sua vita ogni persona di cui abbiamo sentito parlare. In quel puntino ci sono le nostre gioie le nostre sofferenze, le religioni, le ideologie, le dottrine in cui abbiamo creduto. Li sono vissuti tutti gli eroi e tutti i codardi della nostra storia; tutti i creatori e i distrutori, i re e i contadini, le madri e i padri, i santi e i peccatori. Li ci sono tutte le speranze dei fanciulli, degli innamorati, degli inventori, degli esploratori, degli insegnanti, dei politici, delle superstar e dei governanti della Terra. Tutta la storia della nostra specie si è svota su quel piccolo granello sospeso su di un raggio di sole. Generali e imperatori hanno sparso fiumi di sangue per possederne una piccola frazione. La nostra convinzione di avere un ruolo nell’Universo, di occuparne una posizione privilegiata è terribilmente ridimensionato da quel puntino di luce pallida, da quel solitario granello nel buio dell’oceano cosmico. Una vastità, che nulla sa della nostra esistenza e da cui nessun aiuto potrà mai arrivare per salvarci dagli errori che facciamo. La Terra è il solo mondo che conosciamo. Non c’è altro luogo, dove, nella nostra epoca, la nostra specie può emigrare. Che ci piaccia o no, questo è il solo luogo in cui noi possiamo vivere.
  • L’atmosfera è il sottile strato che ci difende da un universo ostile Regola il Clima della Terra e permette alla vita di esistere
  • La temperatura della Terra dipende dall’equilibrio tra l’energia che entra ed esce Se l’energia incidente non cambia il clima è controllato dall’atmosfera Se cambia la temperatura cambia il clima - P in = P out Œ T terra 4
  • L’atmosfera - mantiene stabile la temperatura del pianeta
  • L’atmosfera ! - mantiene stabile la temperatura del pianeta Senza atmosfera la temperatura media della terra sarebbe di -18°C Mentre per miliardi di anni la temperatura media della terra è restata tra 5-40°C Essenziale per la sopravvivenza della maggior parte delle specie animali. - ci fornisce l’ossigeno con cui respiriamo batterio escherichia coli.
  • L’atmosfera ! - mantiene stabile la temperatura del pianeta - ci fornisce l’ossigeno con cui respiriamo - ci difende dai raggi UV (e da piccoli meteoriti, raggi X e γ ) Prodotto dalle foreste e dal plancton degli oceani senza di cui l’ossigeno scomparirebbe
  • L’atmosfera ! - mantiene stabile la temperatura del pianeta - ci fornisce l’ossigeno con cui respiriamo - ci difende dai raggi UV (e da piccoli meteoriti, raggi X e γ ) Lo studio del passato mostra che ogni volta che si è modificata la composizione dell’atmosfera è cambiato il clima e sono avvenute estinzioni di massa.
  • Anche l’estinzione dei dinosauri fu causata da cambiamenti climatici causati dall’impatto di un meteorite Che distrusse tutti gli animali di grande taglia (i dinosauri di piccola taglia sopravvissero e divennero gli uccelli)
  • Per anni, si pensò che la causa della loro estinzione fossero sconvolgimenti climatici provocati da un eruzione vulcanica Poi si trovò il cratere di Chicxulub nello Yucatan
  • Dal diametro del cratere si valutò l’energia sprigionata dall’impatto pari ad 1 miliardo di bombe d’Hiroshima 180 km
  • Le ossa di Dinosauro si trovano solo sotto lo strato KT Strato KT
  • Gubbio (Italia) Ramonal (Messico) Carvaca (Spagna) più largo perchè più vicino al punto d’impatto Le dimensioni del cratere e il materiale contenuto nello strato K-T hanno permesso di ricostruire l’evento
  •  
  • esplosione di un miliardo di bombe di Hiroshima !
  • Il 10% del materiale è sfuggito all’attrazione terrestre il resto è ricaduta sulla terra con milioni di leteoriti infuocati che hanno appicca incendi in tutti i punti della Terra
  •  
  • Lo studio dei pollini, mostra che le specie vegetali si ridussero in modo drammatico, ma non scomparvero del tutto, quando il sole ricomparve i semi ripresero a germinare ed è ricominciata la vita.
    • Gli studi fatti sui sedimenti mostrano che ci sono voluti:
    • 130.000 anni perche plancton e piante riportassero il ciclo del carbonio ai valori precedenti all’impatto;
    • 3 milioni d’anni perché il flusso di materia organica negli oceani tornasse ai suoi livelli normali.
    Il clima può essere deteriorato rapidamente, ma ci vpgliono millenni per ripristinare le condizioni iniziali
  • Ma come si è costruita questa atmosfera ? Come si è costruito un pianeta “abitabile” ?
  • Pianeta e Clima terreste Febbraio 2010 Schema
    • Introduzione
    3) il clima oggi .. 2) L’origine dell’atmosfera
  • La Terra è il solo pianeta conosciuto con forme di vita animale evoluta. Il solo che possiamo studiare. Essa è il risultato: - della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e l’atmosfera - della sua straordinaria geologia - del suo posto nell’Universo - del suo posto nel sistema solare
  • NGC2977 Nostra Galassia D 90.000 a.l. La vita non è possibile nella parte centrale ; alta densità di stelle: supernovae, buchi neri, passaggi ravvicinati di stelle E’ poco probabile nelle regioni esterne: gli elemnti chimici con cui costruirla potrebbero non essere sufficienti 28.000 a.l. dal centro
  • LE ZONE ABITABILI DELLA GALASSIA La vita nelle galassie sembra quindi possibile solo in una zona intermedia, non troppo vicina al centro per non essere distrutta, non troppo lontana dal centro per avere gli elementi con cui costruirla
  • La Terra è il solo pianeta abitato da vita animale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Essa è il risultato: - della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e l’atmosfera - della sua straordinaria geologia - del suo posto nell’Universo - del suo posto nel sistema solare
  • C’è una cosa senza di cui la vita non esiste.
  • Questo è una pianeta abitabile !!! H 2 O
  • La zona abitabile: con acqua liquida T = 0 – 100 °C Luminosity H2O liquida 0 -100 o C
  • un pianeta abitabile Esiste la vita? O-O 3 Può esserci vita? H 2 O 0-100°C Atmosfera CO 2 Indicatori di 480 °C -50 °C 15 °C
  • Marte Diametro 6790 km Dsole 1.6 AU T 15 -100 °C M 0.1 Mt
  • Purpose of the camera (II) Ice and dust at Martian north pole Mex – Stereo camera
  • Acqua su Marte !
  • Mex – Stereo camera Fields of volcanic cones at Martian north pole Letto di un fiume?
  • An impact crater in the Vastitas Borealis: 70.5° N, 103° E. The ground resolution is about 15 metres per pixel. The crater is 35 kilometres wide and about 2 km depth. The white material in the centre is water ice. The colours are close to natural, but the vertical relief is exaggerated three times. The view is looking east. altra acqua ! Ma non c’è vita evoluta
  • Venere ! Per la sua distanza dal Sole La sua temperatura poteva essere di 27° C Ma per effetto serra e’ di 480 ° C
  • Perché la vita animale esiste solo sulla Terra ?? E non su Marte dove c’è acqua ? A cosa assomiglia Marte ??
  • La Terra è il solo pianeta abitato da vita animale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Essa è il risultato: - della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e l’atmosfera - della sua straordinaria geologia - del suo posto nell’Universo - del suo posto nel sistema solare
  • La Terra: un pianeta vivo L’mportanza dei vulcani e dei terremoti
  • La Terra all’origine era coperta d’acqua, solo qualche vulcano emergeva.
  • L’erosione
    • Ogni anno i fiumi portano in mare 60 km 3 di Terra
    • Le terre emerse scomparirebbero in poche decine di milioni d’anni
    • e la Terra ha 3600 milioni d’anni
    • Se si estrapola al passato l’erosione 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 mare 60 km 3 di Terra
    Milioni di tonnellate per anno
  • Qunado Ponza nacque la nostra antenata Lucy era già scomparsa da 1.5 milioni d’anni... e stava nascendo l’Homo erectus Ovunque sulla Terra si vedono tracce d’erosione La Terra solo pianeta del sistema solare con un’erosione così forte, perché nessun altro pianeta ha un’atmosfera simile Un esempio Ponza: Sorta dal mare 2 miloni di anni fa Oggi quasi interamente distrutta dall’erosione
  • La deriva dei continenti è il meccanismo che ci restituisce le terre erose
  • Oggi i movimenti delle placche continentali si misurano direttamente
  •  
  • ISLANDA Attraversata dalla dorsale oceanica
  • Per effetto della deriva dei continenti si stima che le terre emerse crescano oggi di 600 km 3 /anno 10 volte quanto perso per erosione
    • Molecole importanti per la vita biologica del pianeta come:
    • CO 2 , H 2 O, CH 4 e CO
    • Finiscono, con i sedimenti, nei fondi oceanici
    • Da queste molecole dipende.
    • Ciclo biologico
    • effetto serra ( T luna -18 °C)
    Un secondo effetto dell’erosione La variazione della loro abbondanza nella atmosfera ha effetti drammatici sul Clima
    • I vulcani rimettono rapidamente in
    • circolo molecole importanti per la vita biologica del pianeta come:
    • CO 2 , H 2 O, CH 4 e CO
    • Da cui dipende.
    • effetto serra e quindi il clima
    • ( Tluna -18 °C)
    • vita biologica
    Il CO 2 , è uno dei principali regolatori del Clima - si fissa nelle rocce con reazioni molto sensibili a T - nei vegetali e nel plancton con reazioni proporzionali alla sua abbondanza
    • I vulcani rimettono rapidamente in
    • circolo molecole importanti per la vita biologica del pianeta come:
    • CO 2 , H 2 O, CH 4 e CO
    • Da cui dipende.
    • effetto serra e quindi il clima
    • ( Tluna -18 °C)
    • vita biologica
    Tutte le grandi eruzioni vulcaniche del passato sono correlate con estinzioni di massa (lo si può dire anche per quella dei dinosauri )
  • Subduzione: un processo drammatico e vitale per la Terra: - ad esso sono legati i peggiori terremoti e le eruzioni vulcaniche - senza questo processo, la vita non esisterebbe sulla Terra.
  • La subduziione
  • La mancanza di vulcanismo associato a fenomeni tettonici potrebbe essere la ragione per cui non c’è vita animale evoluta su Marte
  • Dipende dall’ atmosfera ! Se l’esistenza della vita sulla Terra
  • l’atmosfera ! Dipende dall’esistenza della vita sulla Terra
  • La Terra è il solo pianeta abitato da vita animale evoluta che conosciamo. Il solo che possiamo studiare. Esso è il risultato: - della sua biologia che ha radicalmente cambiato la sua superfice e l’atmosfera - della sua straordinaria geologia - del suo posto nell’Universo - del suo posto nel sistema solare
  • - 4 miliardi Nascita Terra Quando la Terra è nata la sua atmosfera era prevalentemente composta dagli elementi leggeri più abbondanti che erano: H, O, C , N Che si sono combinati formare : H 2 O acqua CO 2 anidride carbonica NH 3 ammoniaca CH 4 metano Con cui si è costruita la prima atmosfera della Terra Una miscela mortale per tutte le specie animali che oggi abitano la Terra. NON C ’ ERA OSSIGENO 73% 24,7%
  • - 4 miliardi -3.5 miliardi Oggi Nascita Vita Nascita Terra In queste condizioni è nata la vita quando la Terra era ancora calda
  • - 4 miliardi Oggi -2 miliardi Fotosintesi Nascita Terra Quelle cellule hanno cominciato la loro evoluzione e dopo 1.5 miliardi anni scoprirono la fotosintesi Che cambiò l’atmosfera della Terra permettendo ad organismi più complessi di esistere -3.5 miliardi Nascita Vita
  • permettendo alla vita di nascere ed evolversi L’atmosfera ha stabilizzato la temperatura attorno ai 15 gradi batterio escherichia coli.
  • Pianeta e Clima terreste Febbraio 2010 Schema
    • Introduzione
    3) il clima oggi .. 2) L’origine dell’atmosfera
  • L’impatto delle attività umane sull’atmosfera sta modificando il clima con gravi rischi per il nostro futuro
  • AATSR Fire Atlas - year 2003 Ogni anno scompaiono tra i 10 e i 13 milioni di ettari di foreste e con esse si riduce la capacità della natura di sottrarre anidride carbonica all’atmosfera e di produrre ossigeno.
  • C C C C C Con la scomparsa delle foreste si riduce la capacità delle piante di fissare nel suolo la C dell’atmosfera In un terreno incolto si accumulano 130 tonnellate di C per ettaro che vengono in gran parte segregati (70 t in quelli coltivati) CO 2 atmosferica
  • Il risultato è l’aumento della CO 2 nell’atmosfera + 12 %
  • L’aumento del livello dei mari 3 Settembre 2008 CORSO DI QUARRATA 20 cm
  • della terra e del mare 1° La crescita della temperatura
  • al polo 1979 NASA Goddard Space Flight Center 2000 Riduzione dei ghiacci Sulle Alpi 1920 2000
  • Il problema Groenlandia 2005 2007 Giorni di ghiaccio sciolto rispetto alla media dal 1988 Numero di km 2 x Numero di giorni in cui il ghiaccio è sciolto Lo scioglimento dei ghiacci: - alzerebbe il livello dei mari di 7 metri - potrebbe fermare la corrente del golfo e iniziare una nuova glaciazione
  • provocando la scomparsa di specie locali e l’apparizione di specie aliene non sempre gradite Cambiamenti che influenzano la biosfera Si costruiscono corridoi sud-nord per facilitare lo spostamento degli animali, perchè le variazioni sono troppo veloci per permettere alle specie di adattarsi Noi non ce ne rendiamo conto perchè viviamo in ambienti artificiali, ma le specie che vivono all’esterno lo sentono moltissimo
  • Petit et al. Nature 3 giugno 1999 Milutin Milankovitch (1879-1958) Oggi 380 Oggi 1780
  • Petit et al. Nature 3 giugno 1999 Milutin Milankovitch (1879-1958) Oggi 380 Oggi 1780 Sapiens
    • La discussione è tra chi è convinto che:
      • i gas serra serra emessi dall’uomo sono responsabili dei cambiamenti climatici
      • il riscaldamento è una causa esterna e la crescita dei gas serra una conseguenza
    Petit et al. Nature 3 giugno 1999 L’ ERA GLACIALE DI WURM -15.000 -70.000
  • Petit et al. Nature 3 giugno 1999 Milutin Milankovitch (1879-1958) Oggi 380 Oggi 1780
  • Causa del problema: - la crescita della popolazione mondiale - e del suo benessere E di conseguenza: - l’aumento dei consumi energetici - la distruzione del territorio Fenomeni destinati ad aggravarsi se non si cambia modello di società
  • Con la popolazione cresce - la domanda d’energia - l’occupazione dell’uomo delle terre emerse - l’inquinamento
    • Anno popolazione
    • 1500 0.5 mil.
    • 300 anni
    • 1 “
    • 125 “
    • 1925 2 “
    • 50 “
    • 1975 4 “
  • La crescita della popolazione avviene soprattutto nei paesi poveri
    • Uganda:
    • 1962 7 Ml
    • 2006 30 “ ( 50% matrimoni < 15 anni )
    • 2050 130 “
    • Nigeria;
    • 1950 33 Ml
    • 120 “
    • 300 “
    • Africa :
    • 1950 280 ML
    • 480 “ 8% pop. Mondo
    • 2000 “ 25 %
    • Africa < 1 ton/abit/anno di CO2
    • I 8.2
    • USA 19,8
  • La domanda d’energia cresceraà soprattutto per lo sviluppo dei paesi poveri a cui non si può parlare di risparmio energetico.... il risparmio energetico non risolve il problema...
  • I paesi “poveri” sono dal 2000 i maggiori emettitori di gas serra Emissioni CO 2 [Miliardi di tonnellate] Poichè non si può impedire loro di svilupparsi, la soluzione ai gas serra può essere solo trovata in un modo diverso di produrre energia. Il sorpasso nel 2000
  • Una situazione drammatica che potrebbe presto portare a cambiamenti irreversibili perchè E spesso si leggono sui giornali (ma non sulle riviste scientifiche) articoli che negano il problema Non tutti sono però convinti della drammaticità della situazione Il clima può richiedere migliaia di anni per tornare alle condizioni “normali” Dopo l’estinzione dei dinosauri il ciclo del Carbomio è tornato ai valori precedenti in più di 100.00 anni
  • Nei sistemi complessi le valuta zioni sono date in modo probabilistico ed è quello che l’IPCC (International Panel on Climate Change) fa dal 1990* Nel 2° rapporto (1995) stabilisce al 66% la responsabilita dell’ uomo nei cambiamenti climatici Nel 3° rapporto (2001) stabilisce al 95% la responsabilita dell’ uomo nei cambiamenti climatici e nell’innalzamento osservato degli oceani Nel 4° rapporto (2007) dichiara che: l’aumento della temperatura, del livello degli oceani, lo scioglimento dei ghiacci sono inequivocabilmente dovuti ad attività umane (probabilità > 99%). La ragione è che non esistono modelli che spiegano in modo semplice il modo con cui l’atmosfera regola il clima Un fatto che crea molta confusione e permette di minimizzare il problema
  • Conclusioni Anche se non ci sono modelli “soddisfacenti” per i cambaimenti climatici l’uomo è il responsabile più probabile. - un nuovo tipo di società che massimizzi l’efficienza e, se possibile, minimizzi i consumi - un nuovo modo per produrre energia che elimini le emissioni di gas serra (superando il tabù del nucleare) - nuove forme di agricoltura che producano meno gas serra e non degradino il territorio I rischi sono enormi per cui il principio di prudenza spinge a considerare il problema seriamente ed a cercare soluzioni che dovranno passare per: - investimenti importanti in ricerca perchè molte soluzioni mancano Anche se non ci fosse un’emergenza climatica, dobbiamo ricordare che i combustibili fossili finiranno, e queste soluzioni andranno comunque adottate
  • A noi la saggezza di evitare la fine dei dinosauri FINE La maggior parte delle specie del passato si è estinto.
  • Qualche lettura.. L’uomo ha cambiato il clima e la Terra entra in una nuova era