Terra

La Terra vista dalla navicella Galileo nel 1990. Si puo' vedere il Sudamerica circondato dagli oceani. (NASA/JPL)

La Terra, terzo pianeta del Sistema Solare, e' il solo ad ospitare forme di vita. Essa si puo' infatti sviluppare solo in determinate condizioni, come quelle terrestri. La temperatura e la pressione sulla Terra, la sua distanza dal Sole, la composizione dell'atmosfera e la presenza di acqua, sono uniche in tutto il Sistema Solare. La Terra e' anche il pianeta che presenta la maggior varieta' geologica. L'orbita della Terra individua nello spazio un piano detto eclittica. Esso interseca la sfera celeste in una circonferenza, lungo la quale appaiono le costellazioni dello Zodiaco.

A causa della rivoluzione della Terra attorno al Sole, per un osservatore terrestre questo sembra compiere nel corso di un anno un giro completo lungo questa circonferenza, muovendosi attraverso le costellazioni zodiacali.
La Terra si muove nello spazio lungo la sua orbita con una velocita' media di 30 Km/s.
L'orbita terrestre attorno al Sole ha un'eccentricita' piuttosto piccola (0,0167). Il raggio medio dell'orbita, detto Unita' Astronomica, e' pari a 149.598.000 Km, la distanza dal Sole al perielio e' 147,10 milioni di Km, mentre all'afelio e' 152,10 milioni di Km.

 La Terra è il terzo pianeta in ordine di distanza dal Sole e il quinto per grandezza:

orbita:   149.600.000 km (1,00 UA) dal Sole
        diametro: 12.756,3 km
        massa:    5,9736e24 kg

   La Terra è l'unico pianeta il cui nome inglese non deriva dalla mitologia greco-romana, ma dall'antico inglese e dal germanico. Ci sono, ovviamente, centinaia di altri nomi con cui le altre lingue designano il nostro pianeta. Nella mitologia romana, la dea della Terra era Tellus - il suolo fertile (per i Greci: Gaia, terra mater - la Madre Terra).    Fu non prima del tempo di Copernico (sedicesimo secolo) che si comprese che la Terra è un pianeta come gli altri.
   La Terra, naturalmente, può essere studiata anche senza l'aiuto delle sonde. Ma solo nel ventesimo secolo abbiamo potuto avere mappe dell'intero pianeta. Le immagini della Terra prese dallo spazio sono di notevole importanza; per esempio, ci sono di enorme aiuto nelle previsioni del tempo e specialmente per prevedere le traiettorie degli uragani. E inoltre esse sono straordinariamente belle.
   La Terra è suddivisa in vari strati che hanno diverse proprietà chimiche e sismiche (profondità in km):

0-  40  Crosta
     40- 400  Mantello superiore
    400- 650  Regione di transizione
    650-2700  Mantello inferiore
   2700-2890  Strato D''
   2890-5150  Nucleo esterno
   5150-6378  Nucleo interno

La crosta varia notevolmente in spessore: è più sottile sotto gli oceani e più spessa sotto i continenti. Il nucleo interno e la crosta sono allo stato solido; il nucleo esterno e gli strati del mantello sono plastici o semifluidi. I vari strati sono separati da discontinuità che sono evidenti nei dati sismici; la meglio conosciuta di esse è la discontinuità di Mohorovicic, tra la crosta e il mantello superiore. La maggior parte della massa della Terra si trova nel mantello, il resto per lo più nel nucleo; la parte che noi abitiamo è una modestissima frazione del tutto (i seguenti valori sono x10^24 chilogrammi):

atmosfera       = 0.0000051
      oceani          = 0.0014
      crosta          = 0.026
      mantello        = 4.043
      nucleo esterno  = 1.835
      nucleo interno  = 0.09675

   Probabilmente il nucleo è costituito per la maggior parte da ferro (o nichel e ferro), sebbene sia possibile che ci siano anche alcuni elementi più leggeri. La temperatura al centro del nucleo potrebbe essere pari a 7.500 K, più calda della superficie del Sole. Il mantello inferiore è per lo più di silicio, magnesio e ossigeno, con un po' di ferro, calcio e alluminio. Il mantello superiore è per lo più di olivina e pirosseno (silicati di ferro e magnesio), calcio e alluminio. Sappiamo tutto questo grazie in particolare alla tecnica sismica; alcuni campioni del mantello superiore arrivano in superficie sotto forma di lava vulcanica, ma la maggior parte della Terra è assolutamente inaccessibile. La crosta è principalmente di quarzo (diossido di silicio) e di altri silicati come il feldspato. Considerata tutta insieme, la composizione chimica della Terra (per massa) è:

34,6%  Ferro
    29,5%  Ossigeno
    15,2%  Silicio
    12,7%  Magnesio
     2,4%  Nichel
     1,9%  Zolfo
     0,05% Titanio

   La Terra è il più denso tra i corpi maggiori del sistema solare.
   Gli altri pianeti terrestri hanno probabilmente strutture e composizioni simili, ma con alcune differenze: la Luna ha un nucleo piccolo; Mercurio ha un nucleo molto grande (relativamente al suo diametro); i mantelli di Marte e della Luna sono molto più spessi: anzi, questi due corpi potrebbero non avere croste chimicamente distinte; la Terra potrebbe essere l'unica ad avere la distinzione fra nucleo interno ed esterno. Occorre notare, tuttavia, che la nostra conoscenza delle parti interne dei pianeti è per lo più teorica, perfino per quanto riguarda la Terra.
   A differenza degli altri pianeti terrestri, la crosta della Terra è suddivisa in varie e distinte placche solide, che si muovono indipendentemente sulla calda superficie del mantello sottostante. La teoria che descrive questo fenomeno è conosciuta come tettonica a zolle. Essa è caratterizzata da due grandi processi: l'espansione e la subduzione. L'espansione si verifica quando due placche si allontanano l'una dall'altra e si crea nuova crosta grazie al magma che sale dal mantello. La subduzione si verifica quando due placche collidono e il bordo di una di esse si immerge sotto quello dell'altra, finendo per essere distrutto nel mantello. Sui confini di talune placche ci sono anche movimenti trasversali (per esempio la Faglia di Sant'Andrea in California) e collisioni tra placche continentali (per esempio l'India e l'Eurasia). Ci sono (attualmente) otto grandi placche:

• Placca nordamericana - America del Nord, Atlantico nord-occidentale e Groenlandia
• Placca sudamericana - America del Sud e Atlantico sud-occidentale
• Placca antartica - Antartide e "Oceano meridionale"
• Placca eurasiatica - Atlantico nord-orientale, Europa e Asia tranne l'India
• Placca africana - Africa, Atlantico sud-orientale e Oceano Indiano occidentale
• Placca indo-australiana - India, Australia, Nuova Zelanda e la maggior parte dell'Oceano Indiano
• Placca di Nazca - Ocenano Pacifico orientale vicino all'America del Sud
• Placca del Pacifico - la maggior parte dell'Oceano Pacifico (e le coste meridionali della California!)

Ci sono altre venti o più piccole placche, come ad esempio la placca araba e la placca delle Filippine. I terremoti sono molto più frequenti sui confini delle placche: il rilevamento della loro localizzazione permette di vedere i confini delle placche (a destra).    La superficie della Terra è molto giovane. Nel periodo di 500 milioni di anni, relativamente breve secondo gli standard astronomici, l'erosione e i processi tettonici distruggono e ricreano la maggior parte della superficie terrestre e quindi eliminano quasi tutte le tracce dell'antica storia geologica (come ad esempio crateri da impatto). Perciò la storia della Terra primordiale è stata cancellata quasi del tutto. La Terra ha 4,5 o 4,6 miliardi di anni, ma le più antiche rocce che si conoscano hanno 4 miliardi di anni e le rocce più vecchie di 3 miliardi di anni sono assai rare. I più antichi fossili di organismi viventi risalgono a circa 3,9 miliardi di anni fa. Non c'è nessuna testimonianza del periodo cruciale che ha visto comparire la vita.
   Il 71% della superficie terrestre è coperto da acqua. La Terra è l'unico pianeta sulla superficie del quale l'acqua può esistere allo stato liquido (benché ci possa essere etano o metano liquido sulla superficie di Titano e acqua liquida sotto la superficie di Europa). L'acqua allo stato liquido è, naturalmente, essenziale per la vita quale noi la conosciamo. Anche la capacità termica degli oceani è molto importante per mantenere la temperatura della Terra relativamente stabile. Inoltre l'acqua liquida è responsabile di gran parte dell'erosione dei continenti, un fenomeno unico nell'odierno sistema solare (forse, in passato, si è verificato su Marte).
   L'atmosfera terrestre è composta per il 77% da azoto, per il 21% da ossigeno e contiene tracce di argo, anidride carbonica e acqua. Quando la Terra era appena formata, c'era probabilmente una maggiore quantità di anidride carbonica nell'atmosfera, ma da allora è stata per lo più incorporata nelle rocce carbonate e, in misura minore, dissolta negli oceani e consumata dalle piante. La tettonica a zolle e i processi biologici mantengono un costante flusso di anidride carbonica dall'atmosfera verso questi "scarichi" e viceversa. La modesta quantità di anidride carbonica presente nell'atmosfera è di estrema importanza per il mantenimento della temperatura attraverso l'effetto serra. L'effetto serra aumenta la temperatura media alla superficie di circa 35 gradi rispetto alla temperatura che ci sarebbe altrimenti (da un gelido -21 C ad un confortevole +14 C); se esso mancasse, gli oceani gelerebbero e la vita quale noi la conosciamo sarebbe impossibile.
   La presenza di ossigeno libero è alquanto notevole da un punto di vista chimico. L'ossigeno è un gas molto reattivo e in condizioni "normali" si combina rapidamente con altri elementi. L'ossigeno dell'atmosfera terrestre è prodotto e conservato da processi biologici. Senza la vita non ci sarebbe ossigeno libero.
   L'interazione della Terra con la Luna fa rallentare la rotazione terrestre di circa 2 millisecondi al secolo. Attuali ricerche indicano che circa 900 milioni di anni fa c'erano 481 giorni di 18 ore in un anno.
   La Terra ha un modesto campo magnetico prodotto da correnti elettriche all'interno del nucleo. L'interazione del vento solare con il campo magnetico terrestre e con gli strati superiori dell'atmosfera produce le aurore boreali (cfr. lo spazio interplanetario). Le irregolarità in questi fattori fanno sì che i poli magnetici si muovano rispetto alla superficie; attualmente il polo nord magnetico si trova nel Canada settentrionale.

I satelliti della Terra

La Terra ha un solo satellite naturale, la Luna. Ma

• centinaia di piccoli satelliti artificiali sono stati messi in orbita intorno alla Terra.
• l'asteroide 3753 (1986 TO) ha una complessa relazione orbitale con la Terra; non è propriamente una luna, si preferisce usare il termine "compagno". In un certo senso è simile alla situazione delle lune di Saturno Giano ed Epimeteo.
• Lilith non esiste, ma è solo una storia interessante.

Distanza  Raggio    Massa
Satellite  (000 km)   (km)     (kg)
---------  --------  ------  -------
Luna       384         1738  7,35e22