E’ giusta la teoria secondo la quale la Terra, quando è nata, aveva una dimensione ed una massa più piccola di quella di oggi ? L’attività vulcanica, tettonica ed i meteoriti caduti, hanno aumentato le dimensioni e la massa del nostro pianeta ? L’attività vulcanica ha origini nel nucleo della Terra o nella crosta terrestre ? Saluti.



Figura 1. La Terra vista dal satellite Apollo 17.
Raggio equatoriale 6.378,14 km
Raggio polare 6.356,78 km

Circonf. equatoriale =40.075,0354 km
Circonf. polare =39.940,8267 Km

Volume 1,0832 x1012 km3
Massa 5,9737 x 1024 kg
Densità 5,515 g/cm3

Area della superficie 510.065.700 km2
Gravità all’equatore 9,766 m/s2 (=1 g)
Velocità di fuga 11.180 m/s

Periodo di rotazione siderale 23,934 ore
Inclinazione assiale 23,5°

 


Figura 2. La Terra quale doveva essere nelle sue prime centinaia di milioni di anni.


Figura 3. Una lontana nebulosa nella quale si stanno probabilmente formando pianeti.


La teoria di Laplace sulla formazione planetaria

Un primo tentativo per dare una risposta al problema della formazione planetaria fu tentato da Laplace (1749-1827). L’idea base consisteva nell’ipotesi che i pianeti si erano formati utilizzando lo stesso “materiale” che aveva formato il Sole.
Si possono fare evidenti obiezioni a questo modello che è stato detto “Teoria Catastrofica” di formazione del Sistema Solare.

Oggi la teoria di Laplace è stata abbandonata e la teoria dominante è quella della “nebulosa molecolare primitiva“.

Si possono ricapitolare alcuni dei dati osservativi più importanti di cui deve tener conto ogni teoria di formazione del Sistema Solare.

1. Il Sistema Solare è isolato e composto principalmente di “spazio vuoto” con il 99% della massa concentrata nel Sole.
2. Le orbite dei pianeti attorno al Sole sono complanari e circolari ed il verso di rivoluzione è uguale per tutti i pianeti ed avviene in senso diretto (orario).
3. Le inclinazioni delle orbite sono piccole rispetto all’eclittica.
4. I pianeti ruotano su sé stessi in senso diretto esclusi Venere, Urano e Plutone agli estremi opposto del Sistema solare.
5. I pianeti interni sono densi e composti da rocce e ferro mentre i pianeti esterni hanno basse densità e sono composti soprattutto da idrogeno, elio ed idruri.
6. Esiste un fascia di asteroidi che separa i pianeti interni dai pianeti esterni indicando una transizione netta tra i due gruppi planetari.
7. I corpi solidi del Sistema Solare, siano essi i pianeti interni o satelliti dei pianeti esterni, mostrano una intensa craterizzazione dovuta all’impatto di meteoriti.
8. I materiali più antichi del Sistema Solare hanno un’età di oltre 4.5 miliardi di anni.

Il Sistema Solare: la nebulosa protoplanetaria.
La nube protoplanetaria.
L’idea di una nube primigenia per l’origine del Sistema Solare risale a Cartesio e fu ripresa da Kant e Laplace alla fine del settecento. Oggi si ritiene che il Sistema Solare si sia formato circa 4,7 miliardi di anni fa e che vi fosse, nella zona della Via Lattea corrispondente all’attuale Sistema Solare, una fredda nube molecolare in rotazione su se stessa. La sua composizione doveva essere prevalentemente di idrogeno, elio ed in percentuali minori, qualche percento, di elementi più pesanti. La formazione di un nucleo di condensazione ha determinato una concentrazione di materia che, sotto l’effetto della propria autogravità, è collassata producendo una o più sottostrutture.

Che cosa ha innescato la instabilità gravitazionale?
Secondo una delle ipotesi più ricorrenti, fu una causa esterna; ad esempio l’esplosione di una supernova vicina alla nube primordiale, ha compresso la nube stessa determinando la massa minima (massa di Jeans) necessaria affinché le forze gravitazionali possano causarne la contrazione senza più alcun contributo esterno.

Le prime fasi della contrazione gravitazionale.
L’astronomia infrarossa ha permesso di ottenere prove relative alla formazione di stelle nelle nubi molecolari, come ad esempio nella nebulosa di Orione. Queste osservazioni mostrano la esistenza di corpi luminosi che si possono considerare delle vere e proprie protostelle. Si tratta delle stelle T-Tauri che sono circondate da un mezzo tenue di gas e polveri in moto turbolento. Se l’ipotesi di “perdita di massa” è vera ecco che si potrebbe avere una fase di “vento stellare” in cui la protostella perde parte della sua massa originaria.

Il proto-sole.
Non è certo che anche il Sole, nella sua fase protostellare, sia stata una stella di tipo T-Tauri in quanto queste stelle hanno almeno 3 volte la massa del Sole, è però ragionevole supporre che il Sole possa avere avuto una fase di vento stellare tale da produrre una perdita fino al 50 % della sua massa originaria.

Il Sistema Solare: la formazione dei planetesimi.
Ai primordi, il sistema solare era formato da una stella centrale, il Sole, circondata da una disco di detriti rocciosi e gas in rotazione attorno ad essa. La Terra, al pari degli altri pianeti rocciosi, si è formata attraverso un processo di accrescimento, ovvero tramite un progressivo accumulo di questi detriti, i cosidetti planetesimi.
Un planetesimo è un oggetto roccioso primordiale alla base della formazione dei pianeti ed asteroidi del sistema solare.

I planetesimi, quindi, si sono formati a partire dalle polveri della nube protosolare che, grazie alle forze magnetiche ed elettrostatiche, cominciarono ad aggregarsi fino a formare granuli di circa 1 metro. Al raggiungimento di queste dimensioni, la forza gravitazionale divenne preponderante e causò la mutua attrazione di questi granuli generando i planetesimi delle dimensioni di qualche km.
All’interno della nebulosa originaria inizia la fase di contrazione. L’azione combinata della rotazione della nebulosa con la contrazione porta alla formazione di un sottile disco circolare piuttosto appiattito. Il momento angolare è ancora tutto concentrato nel proto-sole.

La nebulosa proto-sole e il disco sono composti da idrogeno, elio ed altri gas ma anche da polvere, grani di silicati, ferro e ghiaccio. I granuli sono essenziali poiché la loro interazione con le molecole di gas in moto turbolento ne ha determinato la loro continua aggregazione. Si sono così prodotti, tramite le loro reciproche collisioni, una serie di aggregati sempre più consistenti per dimensioni e forma.

Con il tempo l’aggregazione si è fatta sempre più significativa sino a produrre, nel vortice primordiale, della vera e propria materia solida. Ciò ha portato alla formazione dei planetesimi, oggetti già sufficientemente massicci e con dimensioni sino a qualche km. Il fenomeno di aggregazione continuò anche per i planetesimi i quali orbitavano a migliaia quasi sullo stesso piano dell’orbita e strutturati in anelli analoghi a quelli oggi osservati attorno a Saturno.

Nella regione degli attuali pianeti esterni.
Oltre le 4 U.A. (Unità Astronomica, vedi figura 4) le collisioni favorirono la aggregazione in corpi più grandi, ma poiché le temperature erano molto più basse delle regioni interne, furono favorite le condensazioni di acqua ammoniaca ed altre specie volatili.

Nella regione degli attuali pianeti interni.
Entro un raggio di 4 U.A. i corpi di dimensioni dell’ordine del km si accumularono sino a formare oggetti grandi quanto l’attuale Luna mentre il gas interplanetario veniva spazzato via.

Figura 4. U.A = Unità Astronomica: unità di misura standard per le distanze nel sistema solare. Una UA corrisponde alla distanza media che separa la Terra dal Sole ed equivale a circa 149.597.870 chilometri.

La zona centrale della nebulosa.
Nel frattempo la zona centrale della nebulosa era diventata così calda e densa da produrre l’innesco delle reazioni termonucleari.

Il Sistema Solare: la formazione dei pianeti.
Prima di entrare nella fase attuale di bruciamento dell’Idrogeno in Elio, il Sole, come già si è accennato, ha probabilmente sviluppato un potente vento solare che ha spazzato via le polveri rimaste nel Sistema Solare ed anche le atmosfere primitive del pianeti interni.

Formazione dei pianeti giganti esterni.
Nella regione esterna i residui di gas, prelevati dalle regioni interne della nebulosa protoplanetaria, andarono accumulandosi attorno alle strutture di roccia e ghiaccio dei planetesimi. In questo modo si originarono i grandi pianeti gassosi Giove, Saturno, Urano e Nettuno.

Formazione dei pianeti terrestri interni.
Nelle vicinanze del Sole, invece, rimasero oggetti con materiale prevalentemente roccioso quali Mercurio, Venere, la Terra e Marte.

 

    1. Mercurio
    2. Venere
    3. Terra
    4. Marte
    5. Giove
    6. Saturno
    7. Urano
    8. Nettuno
    9. Plutone

Le caratteristiche che oggi differenziano la Terra da tutti gli altri pianeti fino a oggi conosciuti sono: la presenza di un’atmosfera stabile in cui è presente una percentuale definita di ossigeno e l’acqua allo stato liquido sulla superficie.

Quattro miliardi di anni fa la terra doveva assomigliare moltissimo all’attuale pianeta Venere, con una temperatura superficiale elevatissima. Da allora la temperatura è andata via via diminuendo con la conseguente formazione dell’acqua sotto forma di vapore.

Il vapore ha dato origine alle prime nubi da cui hanno avuto luogo le prime precipitazioni d’acqua in forma liquida.

Se si considera che la terra si è formata quasi 5 miliardi di anni fa, e l’acqua sarebbe comparsa alla fine del primo miliardo di anni d’età del nostro pianeta, in quattro miliardi di anni essa è diventata una quantità tale da pesare 1400 miliardi di miliardi di chilogrammi.

L’ossigeno era assente dall’atmosfera primitiva, e ha iniziato a formarsi “solamente” 400 milioni di anni fa, nel profondo degli oceani, generato dalla materia vivente nata tre miliardi di anni prima. I primi organismi svilupparono il processo di fotosintesi e incominciarono a produrre anidride carbonica liberando ossigeno puro che andò a immettersi nell’atmosfera.

 
Figura 5. Nove pianeti del sistema solare.

Teoria dell’accrescimento
Nello spazio ci sono corpi celesti vaganti (comete, meteore, asteroidi, ecc); essi si muovono nell’universo, sottoposti all’attrazione gravitazionale dei pianeti e di altri corpi più grandi. Molti di questi corpi celesti vengono catturati dall’attrazione gravitazionale di un pianeta e finiscono per cadere sulla loro superficie. Nel primo miliardo di anni della Terra, ma anche in tempi geologicamente più recenti, sono caduti sul nostro pianeta numerosissimi corpi di varie dimensioni, qualcuno, forse e ai primordi, anche pari alla luna o, addirittura, a Marte.

Per quanto riguarda la Terra oggi, questo fenomeno è piuttosto raro, ma nel passato era decisamente più consistente, tanto che esiste una ben precisa teoria secondo la quale la forma e la dimensione della Terra e degli altri satelliti sia dovuta all’apporto di materiale proveniente dal cosmo sotto forma di meteoriti.

Questa ipotesi è chiamata teoria dell’accrescimento: la proto-terra, una volta raggiunta una certa dimensione, ebbe sufficiente forza gravitazionale per attrarre i corpi vaganti (più o meno grandi, che fossero capitati tanto vicini da farsi “catturare”), aumentando così, via via le sue dimensioni.
Ancor oggi sulla Terra, ogni anno, cadono circa 40 mila tonnellate di materiale cosmico sotto forma di meteoriti (figura 6). (Vedi anche http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=2499).

Figura 6. Mappa degli impatti sulla terraferma (crosta terrestre) nell’anno 2000. Molti altri impatti, nello stesso anno, sono sicuramente avvenuti negli oceani dove è impossibile rilevarne traccia.

Quando la Terra era ancora un proto-pianeta, non essendoci atmosfera e circolando nello spazio prossimo ad esso numerosissimi corpi di varie dimensioni, il fenomeno di ricezione di materiale cosmico da parte della Terra era molto maggiore sia in frequenza che nelle dimensioni dei corpi. Ciò ha certamente contribuito in una certa misura ad aumentare le dimensioni e la massa della Terra primitiva.

Qui a destra la figura 7. Immagine che illustra verosimilmente uno dei molti impatti di un asteroide avvenuti dalla nascita della terra ed in tempi ormai remotissimi.


Figura 8. Un buon esempio reale di quello che accade quando un piccolo asteroide colpisce la Terra è il Barringer Crater (alias Meteor Crater) vicino Winslow, Arizona. Si è formato circa 50.000 anni fa, in seguito all’impatto di una meteorite ferrosa di circa 60 metri di diametro. Il cratere ha un diametro di circa 1.200 metri ed è profondo 200 metri. Fino ad oggi, sulla Terra sono stati identificati 120 crateri da impatto, ma chissà quante migliaia d’impatti sono avvenuti  nel corso delle ere geologiche?!

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In merito alla prima parte del secondo interrogativo, che chiede se l’attività vulcanica terrestre e la tettonica hanno aumentato dimensioni e massa della Terra, va risposto con un sicuro “no”.
Pensare che i due fenomeni appena citati possono in qualche modo aumentare, o aver aumentato, le dimensioni e la massa del nostro pianeta, sarebbe come accettare che mescolando un piatto di minestrone con sopra dei crostini, si possa ottenere un aumento di massa e di dimensioni del minestrone: assurdo!!

Dal terzo interrogativo posto dal lettore, appare evidente che egli non ha la minima idea sul vulcanesimo.
La rubrica di “Chiedi all’esperto” (CE) ha pubblicato numerose risposte sull’argomento; alla lettura di tali risposte si rimanda la curiosità elementare di chi ha posto una simile domanda.
Qui sotto solo alcuni collegamenti (link) a tali risposte, ma se ne possono trovare molte altre con una semplice ricerca nel database di CE e innumerevoli altre su tutta la rete internet.

In Chiedi all’esperto:
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=1808
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=1946
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6950
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7055
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7785
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=9676

In internet:
http://www.geologia.com/area_raga/vulcani/vulcani.html
http://www.cosediscienza.it/geo/08_vulcani.htm
http://it.wikipedia.org/wiki/Vulcano_(geologia)
http://www.pordenone-edu.it/laterra/terremoti.htm
http://www.sapere.it/tca/MainApp?srvc=vr&url=/5/1570_1
http://it.wikipedia.org/wiki/Vulcanesimo
http://www.liceoclassicomolfetta.it/TERRA/IL%20VULCANISMO.htm

Cercando su internet con parole chiave tipo “vulcano” – “vulcani” – “vulcanismo” – “vulcanesimo” – “cintura di fuoco” – “eruzioni” e simili, si trovano centinaia di siti che parlano del vulcanesimo.
Buona lettura!!