Il modello dell Impatto Gigante

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1 Il modello dell Impatto Gigante 1

2 L Impatto Gigante Che Se il cosa corpo ha che lasciato ha colpito in eredità la prototerra al nostro era pianeta delle? dimensioni e della composizione di Ganimede 2

3 La zona di abitabilità 3

4 L evoluzione della atmosfera terrestre 4

5 La vita emerge e crea le condizioni per prosperare 4 miliardi di anni fa - L'attività vulcanica, decisamente maggiore dell'odierna, produsse l'atmosfera primordiale, molto ricca di biossido di carbonio. Il vapore acqueo condensandosi produsse gli oceani. 3,5 miliardi di anni fa-nacque la prima forma di vita Le prime forme di vita abitano gli oceani Lo sviluppo della fotosintesi permise ad alcune forme di vita,che vivevano negli bassi fondali, di assorbire l'energia solare L ossigeno, prodotto di scarto della fotosintesi, si accumulò nell'atmosfera e creò uno strato di ozono (una forma di ossigeno molecolare [O 3 ]) nell'atmosfera superiore. Protette dallo strato di ozono che impediva ai raggi ultravioletti, dannosi per la vita, di attraversare l'atmosfera le varie forme di vita colonizzarono la superficie della Terra. 5

6 Proprietà fisiche dell atmosfera terrestre Alpi e pianura padana L atmosfera è costituita dallo strato di gas che circonda un pianeta L atmosfera della Terra è sottile (~1,5% del raggio) La pressione è data dalle collisioni delle molecole dei gas La pressione diminuisce con l altezza, quindi il gas è più compresso verso il basso Il gas è in equilibrio idrostatico 6

7 Il riscaldamento della Terra Riscaldamento (senza atmosfera) dipende dalla distanza dal Sole dall albedo, A = energia riflessa/energia incidente Albedo A = 0 nessuna riflessione, tutta l energia viene assorbita; A=0,1-0,25 rocce A=0,7 nubi A=0,8 ghiaccio A = 1 tutta l energia viene riflessa A Terra = 0,38 Bilancio energetico Energia emessa ed energia ricevuta devono eguagliarsi 7

8 L assorbimento dell atmosfera terrestre Aurore Esosfera [Ionosfera] Riscaldamento da fotoni X ed UV, ionizzazione, fuga di gas. Il gas è costituito da ioni ed elettroni Fotoni X UV Visibili Forte riscaldamento per alto assorbimento di UV Riscaldamento per effetto serra, correnti convettive 8

9 Effetto serra (greenhouse) H 2 O CO 2 CH 4 N 2 O 9

10 La composizione dell atmosfera terrestre Azoto 78,08% Ossigeno 20,95% Argon 0,93% Vapore acqueo 0,33% (gas serra) Anidride carbonica 0,032 % (320 ppm) (gas serra) Neon 0,00181% (18 ppm) Elio 0,0005 % (5 ppm) Metano 0,0002 % (2 ppm) (gas serra) Idrogeno 0,00005 % (0,5 ppm) Kripton 0, % (0,11 ppm) Xeno 0, % (0,08 ppm) Ozono 0, % (0,04 ppm) Biossido di azoto Tracce (gas serra) 10

11 Clima 11

12 Il tempo -meteorologia e clima Meteorologia: studia l andamento del tempo su breve intervalli temporali (giorni), e dipende da vari parametri (venti, nuvole, pressione e temperatura) Clima: studia l andamento del tempo su lunghi intervalli temporali (anni,decine di miglia, milioni di anni) 12

13 I protagonisti della scena climatica Radiazione solare Atmosfera Attività interna 13

14 E determinata dai cicli naturali del clima dovuti alle variazioni dell orbita della terra attorno al Sole ed alle variazione dell emissione solare. Piccole e grandi Ere Glaciali La variabilità climatica 14

15 I cambiamenti climatici Sono invece causati dalla immissione in atmosfera di gas serra dovuti all attività umana, (fase pre-industriale e post-industriale) le emissioni di CO 2 sono prodotte dall utilizzo dei combustibili fossili (ultimi 100 anni) le emissioni di metano CH 4 sono causate dallo sviluppo dell agricoltura (ultimi 5000 anni) 15

16 Il budget energetico Due sono le fonti di energia che, interagendo con l atmosfera terrestre, hanno effetto sul clima terrestre: L Energia Solare (Variazioni Climatiche) L Energia Interna della Terra (Variazioni Climatiche) A queste recentemente si è aggiunta la produzione di energia ottenuta dai combustibili fossili (Cambiamento Climatico) 16

17 Energia interna L Energia interna si manifesta con: Movimenti della crosta terrestre (tettonica a zolle) effetti su lunghi periodi di tempo (milioni di anni) Eruzioni di vulcani e super-vulcani variazioni improvvise, non prevedibili che hanno profonde conseguenze sul clima globale 17

18 Energia solare Ogni secondo l energia che dal Sole raggiunge la Terra è pari a L =3, erg/sec=3, Watt Per unità di superficie fuori dell'orbita terrestre 1367 watt/m² (costante solare). La quantità di energia, mediata sulle 24 ore e sulle 4 stagioni è, al suolo, alle latitudini europee di circa 200 watt/m². 18

19 Variabilità dell insolazione solare Oltre alla variabilità diurna ed annua la insolazione cambia in due modi 1. Su lunghi intervalli di tempo da a anni Variazioni millenarie dei parametri orbitali eccentricità dell orbita ed a variazione dell inclinazione dell asse di rotazione terrestre 2. Su intervalli di tempo da pochi anni a migliaia di anni Attività solare 19

20 Variabilità climatica dovuta all attività solare Attività solare (brevi intervalli di tempo da 2000 a 600, a 22 anni) Sicuramente è stata importante negli ultimi 2000 anni Può influire sul clima terrestre anche oggi 20

21 Variazioni orbitali e clima terrestre I cicli glaciali sono innescati da variazioni astronomiche?? L accendino climatico I dati paleoclimatici suggeriscono variazioni delle quantità osservate modulate su diversi periodi tra cui quelli di: 19000, 26000, e anni 21

22 Variabilità Climatica -i cicli di Milankovitch Le variazioni orbitali non sono sufficienti per rendere conto dei cicli glaciali in quanto non modulano gli stessi periodi! M. Milankovitch nel 1920 propose allora che, ben più importante delle variazioni dell eccentricità fossero le variazioni dell inclinazione dell asse di rotazione terrestre e della sua precessione 22

23 I cicli di Milankovitch variazione dell inclinazione dell asse terrestre Variazione dell inclinazione dell asse terrestre da a con un periodo di anni (dovuto alla risonanza tra il moto dei nodi e la precessione lunisolare) 23

24 I cicli di Milankovitch precessione dell asse terrestre Precessione dell asse terrestre con un periodo di anni 24

25 Marte e la Terra Terra Marte Anno 365 g 686 g Gravità 9,81 m/s 2 3,72 m/s 2 Lumino sità 1 0,44 Le variazioni dell obliquità terrestre sono contenute in soli 2 gradi Le variazioni dell obliquità di Marte sono caotiche e maggiori di 2 gradi Cos è che stabilizza il clima terrestre?? 25

26 I principali fattori delle variazioni climatiche L atmosfera terrestre è in continua interazione con: La radiazione solare Gli oceani I ghiacci polari e continentale I deserti I vulcani La tundra polare Le foreste temperate tropicali equatoriali Le zone umide 26

27 L avanzamento dei ghiacci-retroazione Inverno in America Settentrionale (animazione) 27

28 Paleoclimatologia le carote di ghiaccio The Greenland Ice Core Project (GRIP) The Greenland Ice Sheet Project 2 (GISP2) Artide-Groenlandia fino a anni fa Vostock station-antartide fino a anni fa Epica Project-Antartide fino a anni fa 28

29 Dati Paleoclimatici della Groenlandia Intervallo caldo medievale Piccola era glaciale Dryas Recente 29

30 Le misure in Antartide La calotta glaciale, che ricopre l'antartide nella sua quasi totalità ( km² senza ghiaccio, km² di ghiaccio), supera a volte i 4500 m di spessore, e costituisce il 90% della riserva di acqua dolce del globo. È stato calcolato che alcuni iceberg possono raggiungere e superare le dimensioni della Corsica. Le misure in Antartide permettono di ricostruire il clima dell emisfero sud per sei cicli glaciali 30

31 NB oggi! Dati Paleoclimatici dell Antartide (Vostok) Il respiro climatico 31

32 Dati Paleoclimatici confronto a diverse latitudini NB anni fa! 32

33 Circolazione oceanica Il Grande Nastro Trasportatore 33

34 I vulcani ed il clima 34

35 Test nucleari in atmosfera nel Chernobyl e test nucleari Esplosione della centrale nucleare di Chernobyl Aprile-Maggio 1986 La radioattività di Chernobyl raggiunge il Polo Sud nel gennaio del

36 I cambiamenti climatici Gli ultimi 150 anni Ricostruzione del clima del passato dati strumentali Andamento della anomalia di temperatura dell'aria nell'emisfero nord negli ultimi 150 anni (i dati sono espressi come deviazione della media di riferimento ) 36

37 Cambiamenti climatici il ritiro dei ghiacciai Sopra Ande peruviane il ghiacciaio Qori-Kalis sotto Costal Range South Cascade Glacier

38 Cambiamenti climatici Il riscaldamento osservato al polo nord 38

39 Cambiamenti climatici La variazione prevista al polo nord dello spessore dei ghiacci 39

40 Cambiamenti climatici I gas serra 40

41 Immissioni in atmosfera di CO 2 e ciclo del carbonio 41

42 CO 2 Le Scienze dicembre CO2, una crescita inarrestabile Nel corso del 2005 ne sono state emesse in atmosfera circa 7,9 miliardi di tonnellate Commonweath Scientific and Research Organization (CSIRO) Nel corso del 2005 sono state emesse in atmosfera circa 7,9 miliardi di tonnellate di biossido di carbonio. E quel che più importa è che invece di diminuire, le emissioni sembrano aumentare Dal 2000 al 2005 ha spiegato Mike Raupach, che ha partecipato al Global Carbon Project il tasso di crescita delle emissioni di biossido di carbonio era superiore al 2,5 per cento per anno, mentre negli anni novanta era meno dell uno per cento all anno. 42

43 CO 2 Mauna Loa 43

44 Scenari di Clima Globale 44

45 Ogni giorno l azione antropica 60 milioni di tonnellate di CO ettari di foresta distrutti tonnellate di pescato 100 specie estinte ettari di terra convertiti ad arabile 45

46 Risorse energetiche B.P. (British Petroleum) 46

47 Pianeti 47

48 Le orbite dei pianeti Le orbite dei pianeti sono prossime al piano dell eclittica cioè al piano orbitale terrestre ed il Sole è il loro centro (con inclinazione media ~ 1,75 º ) Sono praticamente circolari (con eccentricità media ~ 0,04) Anomalie di Mercurio (e ~ 0,2) e Plutone (non un pianeta) I pianeti ruotano tutti nello stesso senso (diretto) attorno al Sole 48

49 La rotazione dei pianeti attorno al proprio asse I pianeti ruotano attorno al proprio asse in senso diretto (da Ovest ad Est) esclusi Venere, Urano e Plutone 49

50 La rotazione dei pianeti attorno al proprio asse Il caso di Urano Urano a differenza di tutti gli altri pianeti non ruota attorno al Sole ma rotola (telescopio spaziale HST)! 50

51 La composizione dei pianeti terrestri I pianeti terrestri più vicini al Sole (quelli "Terrestri") presentano una struttura "rocciosa. Mercurio, Venere, Terra e Marte sono costituiti infatti da un nucleo metallico circondato da uno strato di silicati. Hanno avuto attività geologica? Oggi solo la Terra è tettonicamente attiva anche se i gas prodotti dai vulcani formarono le atmosfere di Venere e di Marte. 51

52 La composizione dei pianeti gassosi I quattro pianeti giganti (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) contengono il 99 % del materiale del Sistema solare escluso il Sole. Sono degli sferoidi di gas di idrogeno ed elio con miscugli di metano, ammoniaca, ed acqua. Il gas di idrogeno nell'interno di Giove e Saturno condensò in idrogeno liquido alle maggiori profondità. Tutti e quattro hanno, probabilmente, un nucleo costituito da metalli, silicati ed acqua. Tre dei pianeti giganti irradiano più calore di quanto ne ricevano dal Sole. Curiosamente solo Urano non presenta questo eccesso di calore 52

53 Il problema dei tempi E`essenziale riuscire a stabilire quando si è formato il Sistema solare quanto è durato il processo di formazione. 53

54 L età del Sistema Solare Le misure fatte con questi elementi radioattivi su campioni di meteoriti mostrano che l'età del Sistema solare è approssimativamente 4,55 miliardi di anni. 54

55 La sequenza di formazione del Sistema solare 55

56 Andamento di densità nel disco e linea del ghiaccio Densità materiale nel disco Roccia Pianeti terrestri gas Roccia e ghiaccio Pianeti giganti 3 U.A. (Linea del ghiaccio) Distanza dal proto-sole 56

57 Pianeti terrestri e pianeti gassosi ---- D (AU) R/R t ρ (g/cm 3 ) Sole ,41 Mercurio 0,39 0,38 5,43 Venere 0,72 0,95 5,25 Terra 1,0 1,00 5,52 Marte 1,5 0,53 3,95 Giove 5,2 11 1,33 Saturno 9,5 9 0,69 Urano 19,2 4 1,29 Nettuno 30,1 4 1,64 Plutone 39,5 0,18 2,03 Densità dell acqua= 1 gr/cm 3 57

58 I Pianeti Terrestri 1. Vicini al Sole (grande influenza dell irraggiamento solare) 2. Piccoli, il più grande è la Terra. 3. Con elevate densità (tra 3 e 6 gr/cm 3 ) 4. Superfici solide 5. Atmosfere che sovrastano le superfici 6. Hanno nuclei solidi 7. Pochi satelliti 58

59 Le atmosfere dei pianeti terrestri Mercurio Venere Terra Marte (non in scala) I Pianeti Terrestri non hanno, data la loro piccola massa, la possibiltà di trattenere gli elementi più leggeri. Predomineranno quindi nei Pianeti Terrestri gli elementi pesanti nei loro composti più semplici: N 2 (azoto molecolare) CO 2 (anidride carbonica) Le loro atmosfere, basate su Carbonio, Azoto ed Ossigeno sono atmosfere secondarie che si sono prodotte in seguito all azione chimica (evoluzione geologica) e biologica (la presenza della vita organica per la Terra). 59

60 Le atmosfere dei pianeti interni Marte Terra Venere 60

61 Mercurio Mercurio è difficilmente visibile da Terra, ad occhio nudo, somiglia molto alla Luna ed è stato esplorato una sola volta nel 1973 dalla sonda Mariner

62 Mercurio Sonda Messenger 62

63 Venere L emisfero di Venere è stato ricostruito utilizzando le immagini radar della sonda Magellano 63

64 L atmosfera di Venere L atmosfera di Venere è spessa (grande opacità) e densa 64

65 Venere Sonda Venus Express 65

66 I canali di Marte Giovanni Virginio Schiaparelli Il telescopio rifrattore dell Osservatorio di Brera (Milano) 66

67 Le prime immagini di Marte riprese dal Mariner 4 Le prime immagini di Marte riprese da una sonda spaziale nel lontano 1965 esclusero l esistenza dei canali di Marte. 67

68 Nubi su Marte nell altopiano Tharsis Attenzione sono vulcani spenti 68

69 C è vita su Marte? Le missioni Viking I e II nel 1974 hanno posato sul suolo marziano dei moduli con dei laboratori per l analisi biologica del suolo di Marte. Queste analisi hanno dato esito negativo. 69

70 Ci sono tracce lasciate dall acqua? Sì! 70

71 Acqua su Marte? Forse nel sottosuolo 71

72 Cratere di ghiaccio secco nella Vastitas Borealis 72

73 Mars Reconnaissance Orbiter Valanghe sulla superficie di Marte 73

74 Il lander Phoenix mostra la prova di presenza di acqua nei pressi del Polo Nord di Marte Mars Phoenix Lander 74

75 Callisto Io Ganimede Europa Giove ed i pianeti medicei visti dalla sonda Galileo 75

76 Europa un satellite di ghiaccio Europa mostra dettagli della sua superficie, confermati dalla missione Galileo, che suggeriscono l esistenza di uno strato di ghiacchio sotto il quale si trovi un altro strato di acqua liquida profondo decine di km 76

77 La superficie di Europa satellite di Giove sonda Galileo 77

78 Saturno 78

79 Titano visto dal Voyager 79

80 Titano satellite di Saturno visto dalla sonda Cassini nell autunno

81 Un panorama dalla superficie di Titano 81

82 Iperione satellite di Saturno 82

83 Encelado satellite di Saturno La sonda Cassini ha osservato su Encelado dei Geyser di materiale (acqua) espulso dalla sottosuolo di questo satellite ghiacciato 83

84 Urano Sonda Voyager 84

85 Nettuno Sonda Voyager 85

86 Tritone Plutone e Titano Tritone Plutone N.B. le immagini non sono in scala Titano 86

87 Il Sistema solare i transnettuniani (disegno) 87

88 La presentazione è terminata 88