Evoluzione della Terra: Atmosfera, Tettonica a Placche e Origine della Vita

La Terra e la sua Atmosfera

L'atmosfera cambia: alcuni gas minori sono quelli che controllano il clima e la vita. Ad esempio, il vapore acqueo, l'anidride carbonica e il metano sono gas a effetto serra, trasparenti alla radiazione visibile del Sole, ma opachi a quella infrarossa. Questi gas intrappolano il calore emesso dalla Terra, facendo innalzare la temperatura della superficie terrestre di oltre 30 °C. Senza di essi, la temperatura media dell'atmosfera sarebbe di circa -18 °C.

Principali componenti dell'atmosfera

• Azoto: 78,1%
• Ossigeno: 20,9%
• Argon: 1%

Perché sulla Terra c'è acqua liquida in superficie?

1. Distanza dal Sole: la Terra si trova in una posizione ottimale rispetto, ad esempio, ai satelliti di Giove.
2. Massa della Terra: la maggiore massa terrestre genera una pressione atmosferica che limita l'evaporazione dell'acqua.
3. Effetto serra: la presenza nell'atmosfera di gas ad effetto serra mantiene temperature idonee.

La Struttura Interna della Terra

L'interno della Terra: il nucleo terrestre consiste per l'80-90% di ferro e per il 10% di nichel.

Il calore del nucleo interno (che in passato è stato completamente liquido) deriva dalla collisione degli oggetti che hanno formato il pianeta. I planetesimi, a causa di violenti scontri, alla fine si sono fusi, accumulando gran parte del calore nel profondo del cuore della Terra durante questo processo.

Le onde sismiche

Le onde sismiche causate dai terremoti attraversano l'interno del pianeta e, in modo analogo al suono, cambiano direzione e velocità quando cambia il mezzo in cui si propagano. Le onde S (che non si propagano nei fluidi) smettono di trasmettersi a 2900 km di profondità, il che indica la presenza di uno strato fluido che chiamiamo nucleo esterno.

La Deriva Continentale e la Tettonica a Placche

Evidenze della deriva continentale

• Prove geografiche: Alfred Wegener ipotizzò che i continenti potessero essere stati uniti in passato osservando una notevole corrispondenza tra le forme delle coste dei continenti. Se un tempo questi continenti erano uniti in un unico supercontinente (Pangea), ne consegue che le linee costiere combacino perfettamente.
• Prove paleontologiche: relative ai fossili. Gli studi paleontologici indicano che gli organismi preistorici non sarebbero stati in grado di attraversare gli oceani che oggi separano i continenti. Questa prova indica che i continenti erano riuniti in un'epoca passata.
• Prove geologiche e tettoniche: si può notare che i tipi di rocce, la loro età e le principali catene montuose presentano una continuità fisica tra i diversi continenti.
• Prove paleoclimatiche: ci sono state zone sulla Terra i cui climi attuali sono molto diversi da quelli del passato. Zone attualmente calde erano coperte di ghiaccio, mentre a quel tempo il Nord America e l'Europa ospitavano foreste calde.

Litosfera frammentata

L'energia si manifesta all'interno della Terra sotto forma di calore e terremoti. Se si osservano le sorgenti sismiche e i vulcani su una mappa, si nota che la maggior parte di essi non è distribuita casualmente, ma è allineata. Ciò suggerisce l'idea di una litosfera frammentata in grandi placche litosferiche.

Come si formano le placche: le rocce vulcaniche costituiscono il fondale marino. Se si osserva l'età delle rocce, si nota una curiosa simmetria. Presso la dorsale medio-oceanica le rocce vulcaniche sono più giovani e la loro età aumenta in modo simmetrico su entrambi i lati della dorsale.

Conclusione: dalle dorsali emergono materiali vulcanici dall'interno della Terra, che si aggiungono alla litosfera e ampliano gli oceani.

La teoria della tettonica a placche

Questa teoria spiega la storia e i processi geologici della Terra. Propone che la riserva termica situata nel nucleo riscaldi il mantello a tal punto da innescare moti convettivi: i materiali caldi risalgono e si raffreddano. Questo moto termico sposta la litosfera, rompendola in placche.

Litosfera in movimento: l'Oceano Atlantico è oggi più largo di circa 30 metri rispetto a quando lo attraversò Colombo. Altrove, le placche si scontrano e generano orogeni (catene montuose) di margine continentale, come le Ande, o intracontinentali, come l'Himalaya. In queste zone la litosfera oceanica viene distrutta quando si introduce nel mantello, un processo chiamato subduzione.

Creazione e distruzione del rilievo

A causa della bassa densità della crosta continentale ispessita, l'orogene subisce un effetto di galleggiamento (isostasia) che solleva la catena montuosa mentre questa viene erosa. L'erosione dei materiali montuosi porta a un nuovo sollevamento della crosta fino a quando lo spessore di questa non torna normale. Una volta esaurita la spinta al galleggiamento, l'orogene smette di salire e l'erosione lo appiattisce: i continenti si formano a partire da questi antichi orogeni spianati, chiamati cratoni, che contengono le rocce più antiche della Terra.

La distruzione del rilievo consiste nella progressiva erosione della crosta. L'orogene smette di salire e l'erosione lo appiattisce, rendendo i continenti geologicamente antichi. Nonostante questa continua erosione, la dinamica interna del pianeta genera costantemente nuovi rilievi. Finché ci sarà energia interna, la convezione continuerà a generare nuovi rilievi.

La Ricetta della Vita ed Evoluzione Biologica

La composizione della materia vivente (C, H, O, N)

La materia vivente è composta principalmente da elementi quali idrogeno, ossigeno e carbonio. Il 98% del nostro corpo è composto da acqua e carbonio; il restante 2% è costituito da percentuali minori di ferro (per la produzione di emoglobina), selenio (senza il quale il fegato smetterebbe di funzionare), potassio, zolfo (componente di capelli e unghie) e sodio (senza il quale gli impulsi nervosi cesserebbero).

Composizione di una mela:

• Acqua: 85%
• Carboidrati (composti del carbonio): 14%
• Sali e altri elementi: 1%

Energia e origine della vita

L'energia per la vita viene prodotta attraverso la fotosintesi da piante, alghe e alcuni batteri. A seconda di come si ottiene la materia organica, gli organismi possono essere autotrofi (come le piante) o eterotrofi (come gli esseri umani).

L'origine della vita e il carbonio: da dove proviene? Si è accumulato all'interno della Terra durante la formazione del nostro pianeta.

Da dove viene l'acqua? L'ipotesi più accreditata è che provenga da asteroidi le cui orbite si trovavano oltre quella di Marte.

Cronologia dell'evoluzione della vita sulla Terra

1. Organismi marini fotosintetici
2. Invertebrati marini
3. Animali marini con guscio
4. Pesci polmonati (lungfish)
5. Invasione della terraferma da parte degli animali
6. Primi rettili
7. Evoluzione dei rettili e comparsa delle conifere
8. Primi dinosauri
9. Primi uccelli
10. Estinzione dei dinosauri
11. Piante con fiori (angiosperme)
12. Dominio dei mammiferi (e primi primati)
13. Homo sapiens

Meccanismi evolutivi

La deriva genetica: una forza evolutiva che agisce in collaborazione con la selezione naturale, modificando le caratteristiche delle specie nel corso del tempo.

Radiazione evolutiva: se i continenti fossero rimasti uniti, le specie avrebbero teso a eliminarsi a vicenda a causa della competizione, impoverendo la biodiversità. Al contrario, con la frammentazione della Pangea (e la comparsa di più continenti), si sono creati nuovi ambienti (ad esempio, più coste) e il numero di specie è aumentato.

Domande e risposte scientifiche

Domanda vero/falso: analizzando i vari strati di pirite si deduce che in passato non c'era ossigeno libero nell'atmosfera. Questo è vero (la presenza di pirite detritica non ossidata indica l'assenza di ossigeno atmosferico libero nelle prime fasi della Terra).

Qual è l'origine dell'Homo sapiens? Discende dall'Homo heidelbergensis.