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L'evoluzione del
pianeta Terra
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Geologia:
Inizi nellantica Grecia quando Theophrastus (372-287 a.c.) scrisse il Peri
Lithon. I romani iniziarono a catalogare alcune differenze dei materiali e Plinio
il vecchio scrisse in dettaglio alcune descrizio di molti minerali e metalli in uso
e inoltre descrisse correttamente lorigine dellambra.
la scienza che comprende lo studio della Terra solida, le rocce
di cui composta e i processi per i quali le rocce si modificano.
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Geologia planetaria o
planetologia:
Le scienze planetarie (o planetologia) lo studio scientifico dei pianeti
(inclusa la Terra), delle lune, e dei sistemi planetari, in particolare quelli
del sistema solare e i processi che li formano.
Un campo interdisciplinario * astronomia
* scienze terrestri
astronomia planetaria,
geologia planetaria
(insieme a geochimica
e geofisica),
studi dellatmosfera,
oceanografia,
idrologia,
scienze planetarie
teoriche,
glaciologia,
pianeti extrasolari.[1]
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Che cos la vita?
NASA definition:Life is a system able to self-maintain + self-replicate, [see 2, 3 and references therein]
Vedi lezione successiva del prof. Gallori E.
Condizioni affinch se presente la vita possa mantenersi e ad
un certo punto innescarsi
Queste condizioni si potrebbero presentare su pianeti di
caratteristiche diverse
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Vedi lezione successiva del prof. Gallori E.
Condizioni affinch la vita possa, una volta innescata,
mantenersi e svilupparsi fino a forme molto evolute
Queste condizioni si potrebbero presentare su pianeti con
caratteristiche simili alla Terra
NASA definition:Life is a system able to self-maintain + self-replicate, and capable of undergoing Darwinian evolution [see 2, 3 and references therein]
Che cos la vita?
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Il pianeta con il nome sbagliato
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Il pianeta con il nome sbagliato
Molto freddo
BrrrrrrrrrrBrrrrrrrrrr
Credi by NASA
Ice-planets
Distanze tra 20
e 40 UA
Temperature
tra -150 e
-210C
troposfera
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Il pianeta con il nome sbagliatoWooooow The Giants-planets
Distanze
tra 5 e
10 UA. Dimensioni tra 9 e 11
volte il raggio
terrestre
Credi by NASA
.
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Il pianeta con il nome sbagliato
Red-Earth Hot-Earth
ohh
Terra!
Distanze tra 0.3 (Mercurio) e 1.5 (Marte) UA
densit tra 5.427 g/cm3 e 3.9335 g/cm
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Il pianeta con il nome sbagliato
Air/clouds-planet
Distanze 0.7 UA
Pressione atmosferica
9.2 Mpa e temperatura
superficiale 462 C
Che nubi!
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Il pianeta con il nome sbagliato
H2O planet
Acquaaa!!
Distanze a 1.0 UA
Distese dacqua
superficiali = 71%
Abbondanza in
atmosfera di ca. 1%
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Condizioni fondamentali:
La vita su di un pianeta
presenza dacqua
presenza di un sistema genetico
Presenza di volatili durante la formazione
dei pianeti H2Ovapore e C,
Formazione di specchi dacqua (early
oceans)
Mantenimento dellacqua nellatmosfera,
importante greenhouse gas
presenza di una fonte di energia
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La vita su di un pianeta
Planetary habitability Abitabilit planetaria la misura del potenziale di un pianeta o satellite naturale di ospitare e
sostenere la vita. [4]
La NASA la definisce come la extended regions of liquid water,
conditions
favourable for the
assembly of com-
plex organic
molecules,
and energy sour-
ces to sustain
metabolism[4].
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La vita su di un pianeta
La vita potrebbe svilupparsi su di un pianeta/satellite o arrivare da
un altro corpo (panspermia) [5,6].
La Terra il punto fermo da cui si sono estrapolati i presupposti
per studiare le condizioni dove potrebbe esserci la vita e definire
una zona di abitabilit:
legata a
Caratteristiche della stella
La composizione totale
Alle caratteristiche dellorbita
Allatmosfera
Alle interazioni chimiche potenziali
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La vita su di un pianeta
Caratteristiche di pianeti che potrebbero ospitare la vita:
Pianeti terrestri con una massa di 1 volta di quella
terrestre
Orbita e rotazione devono permettere una minima
variazione termica e una stagionalit
Geochimica: in genere assunto che la vita necessiti
delle stesse fondamenta biochimiche viste sulla Terra,
poich C, H, O, e N, sono gli elementi chimici reattivi
pi comuni nelluniverso
Micro-ambienti nella definizione di abitabilit solo
una sottile porzione del pianet necessario supporti la
vita.
La definizione di Estremofili, organismi che resistono
in condizioni molto estreme ha allargato il bacino di
condizioni di abitabilit negli ultimi anni [7]
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La vita su di un pianeta
Evoluzione del pianeta:
legata a fattori geologici
Raffreddamento della crosta
Differenziazione
Formazione di un atmosfera e dei mari
Evoluzione Termica del pianeta
Evoluzione della crosta tettonica delle placche
vulcanismo processi di weathering variazioni climatiche
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Planetesimi si aggregano
La vita di un pianeta
1) Raffreddamento della crosta
La superficie di un pianeta molto calda e
tendenzialmente fusa (plastica)
Inizia una fase di raffreddamento
importante che porta alla formazione
della crosta primaria.
Modelli di Magma Ocean [8]
Luna
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La vita di un pianeta
2) Differenziazione
Nei primissimi anni di un pianeta
terrestre si forma
anche un processo di
differenziazione
verso il suo interno
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La vita di un pianeta
3) Formazione di un atmosfera e dei mari
Nel nostro sistema solare oltre alla Terra
presentano un atmosfera: Venere, Giove e
Saturno, Urano e Nettuno,
inoltre le lune: Io, Callisto, Europa,
Ganimede (Giove); Titano ed Encelado
(Saturno) Titania (Urano) e Triton (Nettuno),
Molto deboli sono presenti su Marte e
Plutone, mentre un esosfera presente su
Mercurio.
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La vita di un pianeta
4) Evoluzione Termica del pianeta
Levoluzione Termica direttamente legata alla
differenziazione nelle prime fasi.
Dipende inoltre da come il calore accumulato pu
essere dissipato e dalla composizione, in
particolare dalla presenza di elementi radiogenici
che favoriscono un ulteriore contributo di calore.
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La vita di un pianeta
5) Evoluzione della crosta tettonica delle placche
vulcanismo weathering variazioni climatiche
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La vita di un pianeta
Erosione Weathering chimico
Weathering fisico
5) Evoluzione della crosta tettonica delle placche
vulcanismo weathering variazioni climatiche
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La vita su di un pianeta dipende dalla vita del pianeta
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Datazione:
Geologia
assoluta relativa
Geological Time Scale GTS il sistema di cronologia che relaziona la
stratigrafia al tempo International Commission on Stratigraphy [9]Eone Era Periodo Epoca Et Cronozona
Datazione radiometrica:Sfrutta la conoscenza dellabbondanza e
del costante tempo di dimezzamento di
isotopi radioattivi
Permette di ordinare gli eventi
mettendoli in relazione.La presenza di alcuni marker permette di correlare eventi analoghi in posti diversi
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Rocce:
Geologia
Magmatiche
Metamorfiche Sedimentarie
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Tettonica a placche: la scienza che studia il movimento della litosfera terrestre.
Geologia
Deriva dei continenti / Espansione degli oceani
1596 profili dei continenti opposti
sullAtlantico
1895 luso della radioattivit e del calore
messo
1915 Wegner inizi a teorizzarla (The Origin of Continents and Oceans)
Accettata da ca. 1950
Eventi sismici, vulcanismo,
paleomagnetismo tutte conferme a
questa Teoria
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Motti convettivi nel mantello:
Geologia
Margini divergenti
Margini convergenti
Margini trasformi
Un movimento lento di
trasporto del calore
terrestre allinterno del
mantello, legato a celle
convettive (primario) o
a plume (secondario)
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La vita della Terra
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James Ussher 4/01/1581 21/03/1656
La vita della Terra
23/10/4004 a.c.
Ore 9:00Nascita della Terra
Seguendo precisi calcoli effettuati
studiando attentamente la Bibbia
Seguirono altri calcoli, ma i conti di Ussher, ripotati nel
Annales Veteris Testamenti, a prima mundi origine deductisono quelli che maggiormente vengono considerati anche dai
Creazionisti
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Per studiare la storia della Terra, come si fa studiando la storia di una vita o di un
popolo, serve un orologio, ovviamente i minuti della terra sono molto lunghi
La vita della Terra
L infanzia della Terra, il periodo di
cui abbiamo meno informazioni dirette,
fondamentale per la vita.
LHaden, dalla formazione a circa 3.9-
3.8 *109 e lArcheano da 3.9-3.8 *109 a
2.5 *109.
A fine Precambriano 500 *106 la Terra
era gi adolescente con oceani e
continenti, la crosta primaria gi
modificata e la crosta secondaria e
terziaria gi presenti.
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Fin dai greci, nella nostra cultura, si iniziato a parlare del nostro
pianeta in termini geologici, ma non prima di un secolo dopo i
calcoli di Ussher si inizi a trovare un metodo per approfondire lo
studio dellet della Terra, e solo negli anni 50 del secolo scorso si
dat let simile a quella che oggi largamente riconosciuta.
La vita della Terra
Ad oggi datiamo la Terra:4.54 * 109 [10,11]
Il minerale pi antico dato:Zircone da Jack Hills in Western Australia 4.404 * 10
9[12,13]
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Haden (Pre-Archeano):
Circa i primi 600-700 milioni di et
La vita della Terra
Hades with Cerberus (Heraklion
Archaeological Museum) - King of the
underworld - God of the Dead and
Riches
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La vita della Terra
Haden (Pre-Archeano):
In questo eone importanti eventi hanno interessato la Terra ma solo
poche informazioni sono rimaste registrate sulla superficie
Le et della Luna per suddividere lAdeano:
Pre-Nectarian, dalla formazione della Luna a 3.92*10 9
Nectarian fino a circa 3.85*10 9 quando il Late Heavy Bombardment,
era in forte diminuzione.
Recentemente stata fatta una
nuova proposta [14]:
dove si sono considerati singoli
ritrovamenti per definire queste
et, future scoperte sono state
lasciate per una migliore
suddivisione.
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La vita della Terra
Haden (Pre-Archeano):
Poche rocce sono state datate
come pre-archeane
Western Greenland,
Northwestern Canada,
Western Australia
Dei sedimenti in Greenland, datati
3.8*109 includono dei Banded Iron
Bed (orizzonti ferriferi a bande -
BIF), che contengono del carbone
organico, che fa supporre che una
vita fotosintetica poteva gi essere
presente [15]
I pi vecchi minerali datati sono
precedenti a 4.0*109 anni
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Studi recenti su alcuni zirconi
hanno evidenziato che acqua
liquida poteva gi essere
presente a 4.4 * 109 [16]
La vita della Terra
Haden (Pre-Archeano):
Nel 2008 un altro studio su
zirconi Australiani dimostr che
rocce dell Hadean contengono
minerali che potrebber aver
subito deformazioni legate
allesistenza della tettonica a
placche gi 4.0 * 109.[17,18]
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La vita della Terra
Haden (Pre-Archeano): Atmosfera
Una certa quantit di acqua doveva
essere presente nel materiale che
form la Terra [19]
Un atmosfera ricca di rocce vaporizzate
si form e condens in poche migliaia di
anni con la formazione di una calda
(230C) (con CO2, H, H2Ovapore).
Durante il raffreddamento la CO2 si
disciolse negli oceani, sottratta
allatmosfera[20] Ciclo del Carbonio
Evoluzione simile potrebbe aver
caratterizzato anche Venere.
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La vita della Terra
Haden (Pre-Archeano): Atmosfera
Poich il Sole era pi debole di oggi [21],
la giovane Terra poteva anche essere
interessata da grandi glaciazioni.
Condizioni favorevoli allintrappolamento
dellH2O nonostante i forti e frequenti
impatti che avvenivano in quel periodo.
Venere pi vicina al Sole avrebbe
probabilmente avuto in quel periodo
condizioni pi miti, pi favorevoli, ma
questo potrebbe aver favorito
maggiormente la perdita del vapore
acqueo a seguito degli impatti[22].
Alternanza di Tempi glaciali e Tempi
infernali
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La vita della Terra
Haden (Pre-Archeano): Atmosfera
La presenza di un altro tipo di atmosfera stato teorizzato, considerando
ammonia e metano come greenhouse gasses [22].
Venere poteva avere oceani liquidi e presenza di una CO2 greenhouse, ma
disperdendo pi H nello spazio, mentre su Marte una atmosfera a CO2
CH4/NH3 poteva essere presente [22]
Ma atmosfere prebiotiche
cos riducenti sembrano
improbabili in un ambiente
di lave e materiale
mantellico, eiettato dagli
impatti, fortemente
ossidato [22].
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Archeano
La vita della Terra
4.0 *109 E la data ufficialmente riconosciuta come lInizio,
lOrigine, dal greco antico (Arkh)
E suddiviso in 4 Ere:
Eo-archeano
Paleo-archeano
Meso-archeano
Neo-archeano
Queste ere sono datate cronologicamente, nessuna
stratigraficamente.
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Eo
La vita della Terra
Archeano
Late Heavy Bombardment [23]
Formazione della prima crosta
differenziata
Inizialmente potevano ancora
esistere grandi campi lavici non
completamente solidificati
Quasi certamente erano
presenti anche i primi oceani
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La vita della Terra
Archeano
Eo
Prove:
3.80*109 Issua Belt SW Greenland
4.03*109 Acasta Gneiss, Canadian Shield
4.28*109 Nuvvuagittuq greenstone Belt N Qubec, in
Canada [24], recentemente scoperta e ancora
sotto attente investigazioni.[25]
Ipotesi Formulata:
Esistenza di un supercontinente gi in questa Era:
Vaalbara [26]
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La presenza di arricchimenti in 13C nei
carbonati inorganici presenti nelle rocce,
potrebbe essere relazionato al 12C
estratto dalla biosfera
La vita della Terra
Archeano
Eo
In rocce del SW Greenland, light carbon
stato ritrovato in inclusioni carbonacee in
apatiti [27].
Rocce sedimentarie di Isua, SW Greenland,
contengono minuti globuli di grafite con un
19 di 13C [28].
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Prove di questo periodo si trovano nei pochi cratoni molto
antichi:
La vita della Terra
Archeano
Paleo/Meso
A circa 3.0*109 viene ricostruito
la presenza del primo super
continente certo, lUr [29].
Le rocce eruttate hanno una
composizione ultrabasica e pi
magnesiaca delle attuali, infatti in
questa era sono datate molte delle
komatiiti, rocce che caratterizzano
lave molto fluide [30].
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Le poche evidenze legate a questa fase inducono
due diverse ipotesi:
La vita della Terra
Paleo/Meso
Archeano
1) una tettonica pi vigorosa e
quindi un pi veloce riciclo della
crosta, poich la Terra era pi
calda [31].
2) litosfera oceanica doveva
essere ancora galleggiante per la
subduzione e quindi i processi
erosivi furono i primi [31].
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Rocce di circa 3.5*109 evidenziano strutture
(fossili?) associabili anche con origine
biologica [32,32a,33].
Carbonati a 3.5*109 sono isotopicamente
simili a quelli attuali, tale caratteristica pu
essere spiegata solo con lattivit biologica
(ad es. la produzione di ossigeno da
fotosintesi) [34,35].
Altre evidenze si trovano in rocce da 3.3-2.5
*109 in S.Africa e in W.Australia [36,37,38].
Rocce con microstrutture carbonacee che
possono essere di origine biologica, inoltre
micro-fossili sono noti in depositi
volcanogenici a solfuri nel W.Australia,
indice di vita nei ridges medio oceanici nel
MesoArcheano [39,40].
La vita della Terra
Paleo/Meso
Archeano
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In questo periodo si ha la formazione
del supercontinente Kenorland [41]
La vita della Terra
Neo
Archeano
Circa 2.78 * 109 un intenso magmatismo
sottomarino (komatiiti) port alla
formazione di questo continente[41,42].
Lattivit idrotermale produsse elevate
quantit di mineralizzazioni a solfuri e le
Banded iron formation, in un bacino
darco anossico, seguito da eventi
orogenici con la messa in posto di
granitoidi (2.68*109).
Seguirono collisioni con altre terre
emerse come il cratone di Kaapvaal, e lo
Zimbabwe.
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Un ultimo importante evento da
segnalare in questa era linizio
della oxygen catastophe [44]
La vita della Terra
Neo
Archeano
La nuova attivit dei cianobatteri
porta a produrre per la prima volta
ossigeno e porta alla catastrofe di
molte delle forme di vita esistenti
che erano di tipo anossico
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Le Terre emerse alla fine di questo eone erano principalmente il
supercontinente Kenorland
La vita della Terra
Archeano
Le rocce sono vulcaniche, principalmente effusive, a composizione
komatiitica, molto fluide, basso contenuto di Si e alto contenuto di
Mg, sono stati rinvenuti depositi sedimentati che indicano la
presenza di continenti, processi di orogenesi potevano gi essersi
formati come indicato da alcune rocce granitiche
La presenza di questi depositi ci indicano che molti dei processi
geologi secondari come lerosione e la deposizione
funzionavano gi in modo analogo ai giorni nostri
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La vita della Terra
Archeano
La presenza dei processi di weathering simili ad oggi fondamentale,
la loro presenza legata alla formazione dei Clay minerals
minerali delle argille fillosilicati
The Mineral Honeycomb [45]
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Il vulcanismo, spesso submarino, presenta molti depositi di
solfuri massivi e o formazioni ferrose, indicandoci che si
trovavano condizioni molto anossiche [46]
La vita della Terra
Archeano
Fossili, soprattutto le
stromatoliti [47], ci indicano la
presenza della vita.
La tettonica a placche che
certamente dominer la storia del
nostro pianeta nel suo futuro (dal
proterozoico ai giorni nostri) inizi
sicuramente in questo eone [48]
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Proterozoico:
La vita della Terra
Deriva dal greco e significa la vita degli inizi o il primo vivente
E leone che va da 2.5*109 a 0.542 *109
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inizia con la formazione di catene
legate a collisioni continente-continente
La vita della Terra
Proterozoico:
2.1-2.0 Ga (Ga = billion year)
Transamazonian and Eburnean Orogens in
South America and West Africa;
~2.0 Ga Limpopo Belt in southern Africa;
1.91.8 Ga Trans-Hudson, Penokean,
TaltsonThelon, Wopmay, Ungava and
Torngat orogens in North America,
Nagssugtoqidain Orogen in Greenland;
KolaKarelia, Svecofennian, Volhyn-
Central Russian, and Pachelma Orogens in
Baltica (Eastern Europe); Akitkan Orogen
in Siberia; Khondalite Belt and Trans-
North China Orogen in North China
Che porta alla formazione nel Paleo-Mesoproterozoico
del supercontinente "Columbia" o "Nuna [49,50]
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In questa era si forma il supercontinente Rodinia [51],
con la formazione della catena montuosa legata al
Greenville Orogeny, di cui ancora oggi abbiamo
molte evidenze (Scozia e NW America)
Da questera lo sviluppo di placche continentali e
della tettonica a placche certa [52], e alla sua
fine le placche continentali erano quelle che
conosciamo ai giorni nostri [53]
La vita su di un pianeta
Proterozoico:
Dal Mesoproterozoico iniziamo ad avere
parecchie tracce ancora intatte (rocce)
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La posizione di questi
continenti stata invocata
come una possibile causa del
principale evento geologico
che si ripetuto in questo
periodo: le glaciazioni [54].
SnowBall Earth in
Cryogenian [55].
La vita su di un pianeta
Proterozoico:
Rodinia si trova a cavallo dellequatore, e a circa 1.0 *109 inizia un
intensa attivit.
Fratture (rift) si aprono e iniziano a spezzare il continente in diverse
lande.
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Evidenze
paleontologiche legate
alla rotazione terrestre
suggeriscono che
1.8*109 un anno era di
circa 450 giorni, con
giorni che dovevano
essere di 20 ore [56].
La vita della Terra
Proterozoico:
Dallinizio di questera si hanno
evidenze della presenza dei primi
eucarioti (crown eukariotes)
evoluti dai procarioti [57].
A circa 1*109 lultimo precursore
comune si divide tra ciliati e
flagellati
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Un altro importante aspetto
laccumulo dellossigeno [58].
La vita della Terra
Proterozoico:
Non appena S e Fe furono ossidati, lossigeno inizi ad arricchirsi in
atmosfera.
A circa 1.9*109 cess la
formazione delle BIF
Red beds sono uno dei marker
che ci indicano lincremento
sensibile dellossigeno [59].
2FeOOH (goethite) Fe2O3 (hematite) +H2O; Fe2SiO4 (fayalite) + O2 Fe2O3 (hematite) + SiO2 (quartz); 3O2 + 4FeS2 Fe2O3 (hematite) + 8S ; O2 + 4FeCO3 2Fe2O3 (hematite) + 4CO2
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Fanerozoico:
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La vita della Terra
Fanerozoico:
540*106
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La vita della Terra
Fanerozoico:
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La vita su di un pianeta
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La vita su di un pianeta
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Link youtube:
La vita su di un pianeta
http://www.youtube.com/watch?v=KCzXOxeY-60&feature=player_detailpage
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