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Tutti i movimenti della Terra

27 Giu

Proprio ieri, una nostra cara lettrice ci ha fatto una domanda molto interessante nella sezione:

Hai domande o dubbi?

Come potete leggere, si chiede se esiste una correlazione tra i moti della Terra e l’insorgere di ere di glaciazione sul nostro pianeta. Rispondendo a questa domanda, mi sono reso conto come, molto spesso, e non è certamente il caso della nostra lettrice, le persone conoscano solo i moti principali di rotazione e rivoluzione. A questo punto, credo sia interessante capire meglio tutti i movimenti che il nostro pianeta compie nel tempo anche per avere un quadro più completo del moto dei pianeti nel Sistema Solare. Questa risposta, ovviamente, ci permetterà di rispondere, anche in questa sede, alla domanda iniziale che è stata posta.

Dunque, andiamo con ordine, come è noto la Terra si muove intorno al Sole su un’orbita ellittica in cui il Sole occupa uno dei due fuochi. Questo non sono io a dirlo, bensì questa frase rappresenta quella che è nota come I legge di Keplero. Non starò qui ad annoiarvi con tutte le leggi, ma ci basta sapere che Keplero fu il primo a descrivere cinematicamente il moto dei pianeti intorno ad un corpo più massivo. Cosa significa “cinematicamente”? Semplice, si tratta di una descrizione completa del moto senza prendere in considerazione il perché il moto avviene. Come sapete, l’orbita è ellittica perché è la legge di Gravitazione Universale a spiegare la tipologia e l’intensità delle forze che avvengono. Bene, detto molto semplicemente, Keplero ci spiega l’orbita e come il moto si evolverà nel tempo, Newton attraverso la sua legge di gravitazione ci dice il perché il fenomeno avviene in questo modo (spiegazione dinamica).

Detto questo, se nel nostro Sistema Solare ci fossero soltanto il Sole e la Terra, quest’ultima si limiterebbe a percorrere la sua orbita ellittica intorno al Sole, moto di rivoluzione, mentre gira contemporaneamente intorno al suo asse, moto di rotazione. Come sappiamo bene, il primo moto è responsabile dell’alternanza delle stagioni, mentre la rotazione è responsabile del ciclo giorno-notte.

Purtroppo, ed è un eufemismo, la Terra non è l’unico pianeta a ruotare intorno al Sole ma ce ne sono altri, vicini, lontani e più o meno massivi, oltre ovviamente alla Luna, che per quanto piccola è molto vicina alla Terra, che “disturbano” questo moto molto ordinato.

Perche questo? Semplice, come anticipato, e come noto, due masse poste ad una certa distanza, esercitano mutamente una forza di attrazione, detta appunto gravitazionale, direttamente proporzionale al prodotto delle masse dei corpi e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. In altri termini, più i corpi sono massivi, maggiore è la loro attrazione. Più i corpi sono distanti, minore sarà la forza che tende ad avvicinarli. Ora, questo è vero ovviamente per il sistema Terra-Sole ma è altresì vero per ogni coppia di corpi nel nostro Sistema Solare. Se Terra e Sole si attraggono, lo stesso fanno la Terra con la Luna, Marte con Giove, Giove con il Sole, e via dicendo. Come è facile capire, la componente principale delle forze è quella offerta dal Sole sul pianeta, ma tutte queste altre “spintarelle” danno dei contributi minori che influenzano “in qualche modo” il moto di qualsiasi corpo. Bene, questo “in qualche modo” è proprio l’argomento che stiamo affrontando ora, cioè i moti minori, ad esempio, della Terra nel tempo.

Dunque, abbiamo già parlato dei notissimi moti di rotazione e di rivoluzione. Uno dei moti che invece è divenuto famoso grazie, o forse purtroppo, al 2012 è quello di precessione degli equinozi, di cui abbiamo già parlato in questo articolo:

Nexus 2012: bomba a orologeria

Come sapete, l’asse della Terra, cioè la linea immaginaria che congiunge i poli geografici ed intorno al quale avviene il moto di rotazione, è inclinato rispetto al piano dell’orbita. Nel tempo, questo asse non rimane fisso, ma descrive un doppio cono come mostrato in questa figura:

Moto di precessione degli equinozi e di nutazione

Moto di precessione degli equinozi e di nutazione

Il moto dell’asse è appunto detto di “precessione degli equinozi”. Si tratta di un moto a più lungo periodo dal momento che per compiere un intero giro occorrono circa 25800 anni. A cosa è dovuto il moto di precessione? In realtà, si tratta del risultato di un duplice effetto: l’attrazione gravitazionale da parte della Luna e il fatto che il nostro pianeta non è perfettamente sferico. Perché si chiama moto di precessione degli equinozi? Se prendiamo la linea degli equinozi, cioè quella linea immaginaria che congiunge i punti dell’orbita in cui avvengono i due equinozi, a causa di questo moto questa linea si sposterà in senso orario appunto facendo “precedere” anno dopo anno gli equinozi. Sempre a causa di questo moto, cambia la costellazione visibile il giorno degli equinozi e questo effetto ha portato alla speculazione delle “ere new age” e al famoso “inizio dell’era dell’acquario” di cui, sempre in ambito 2012, abbiamo già sentito parlare.

Sempre prendendo come riferimento la figura precedente, notiamo che c’è un altro moto visibile. Percorrendo il cono infatti, l’asse della Terra oscilla su e giù come in un moto sinusoidale. Questo è noto come moto di “nutazione”. Perché avviene questo moto? Oltre all’interazione della Luna, molto vicina alla Terra, anche il Sole gioca un ruolo importante in questo moto che proprio grazie alla variazione di posizione relativa del sistema Terra-Luna-Sole determina un moto di precessione non regolare nel tempo. In questo caso, il periodo della nutazione, cioè il tempo impiegato per per compiere un periodo di sinusoide, è di circa 18,6 anni.

Andando avanti, come accennato in precedenza, la presenza degli altri pianeti nel Sistema Solare apporta dei disturbi alla Terra, così come per gli altri pianeti, durante la sua orbita. Un altro moto da prendere in considerazione è la cosiddetta “precessione anomalistica”. Di cosa si tratta? Abbiamo detto che la Terra compie un’orbita ellittica intorno al Sole che occupa uno dei fuochi. In astronomia, si chiama “apside” il punto di massima o minima distanza del corpo che ruota da quello intorno al quale sta ruotando, nel nostro caso il Sole. Se ora immaginiamo di metterci nello spazio e di osservare nel tempo il moto della Terra, vedremo che la linea che congiunge gli apsidi non rimane ferma nel tempo ma a sua volta ruota. La figura seguente ci può aiutare meglio a visualizzare questo effetto:

Moto di precessione anomalistica

Moto di precessione anomalistica

Nel caso specifico di pianeti che ruotano intorno al Sole, questo moto è anche chiamato di “precessione del perielio”. Poiché il perielio rappresenta il punto di massimo avvicinamento di un corpo dal Sole, il perché di questo nome è evidente. A cosa è dovuta la precessioni anomalistica? Come anticipato, questo moto è proprio causato dalle interazioni gravitazionali, sempre presenti anche se con minore intensità rispetto a quelle del Sole, dovute agli altri pianeti. Nel caso della Terra, ed in particolare del nostro Sistema Solare, la componente principale che da luogo alla precessione degli apsidi è l’attrazione gravitazionale provocata da Giove.

Detto questo, per affrontare il prossimo moto millenario, torniamo a parlare di asse terrestre. Come visto studiando la precessione e la nutazione, l’asse terrestre descrive un cono nel tempo (precessione) oscillando (nutazione). A questo livello però, rispetto al piano dell’orbita, l’inclinazione dell’asse rimane costante nel tempo. Secondo voi, con tutte queste interazioni e questi effetti, l’inclinazione dell’asse potrebbe rimanere costante? Assolutamente no. Sempre a causa dell’interazione gravitazionale, Sole e Luna principalmente nel nostro caso, l’asse della Terra presenta una sorta di oscillazione variando da un massimo di 24.5 gradi ad un minimo di 22.1 gradi. Anche questo movimento avviene molto lentamente e ha un periodo di circa 41000 anni. Cosa comporta questo moto? Se ci pensiamo, proprio a causa dell’inclinazione dell’asse, durante il suo moto, uno degli emisferi della Terra sarà più vicino al Sole in un punto e più lontano nel punto opposto dell’orbita. Questo contribuisce notevolmente alle stagioni. L’emisfero più vicino avrà più ore di luce e meno di buio oltre ad avere un’inclinazione diversa per i raggi solari che lo colpiscono. Come è evidente, insieme alla distanza relativa della Terra dal Sole, la variazione dell’asse contribuisce in modo determinante all’alternanza estate-inverno. La variazione dell’angolo di inclinazione dell’asse può dunque, con periodi lunghi, influire sull’intensità delle stagioni.

Finito qui? Non ancora. Come detto e ridetto, la Terra si muove su un orbita ellittica intorno al Sole. Uno dei parametri matematici che si usa per descrivere un’ellisse è l’eccentricità, cioè una stima, detto molto semplicemente, dello schiacciamento dell’ellisse rispetto alla circonferenza. Che significa? Senza richiamare formule, e per non appesantire il discorso, immaginate di avere una circonferenza. Se adesso “stirate” la circonferenza prendendo due punti simmetrici ottenete un’ellisse. Bene, l’eccentricità rappresenta proprio una stima di quanto avete tirato la circonferenza. Ovviamente, eccentricità zero significa avere una circonferenza. Più è alta l’eccentricità, maggiore sarà l’allungamento dell’ellisse.

Tornando alla Terra, poiché l’orbita è un’ellisse, possiamo descrivere la sua forma utilizzando l’eccentricità. Questo valore però non è costante nel tempo, ma oscilla tra un massimo e un minimo che, per essere precisi, valgono 0,0018 e 0,06. Semplificando molto il discorso, nel tempo l’orbita della Terra oscilla tra qualcosa più o meno simile ad una circonferenza. Anche in questo caso, si tratta di moti millenari a lungo periodo ed infatti il moto di variazione dell’eccentricità (massimo-minimo-massimo) avviene in circa 92000 anni. Cosa comporta questo? Beh, se teniamo conto che il Sole occupa uno dei fuochi e questi coincidono nella circonferenza con il centro, ci rendiamo subito conto che a causa di questa variazione, la distanza Terra-Sole, e dunque l’irraggiamento, varia nel tempo seguendo questo movimento.

A questo punto, abbiamo analizzato tutti i movimenti principali che la Terra compie nel tempo. Per affrontare questo discorso, siamo partiti dalla domanda iniziale che riguardava l’ipotetica connessione tra periodi di glaciazione sulla Terra e i moti a lungo periodo. Come sappiamo, nel corso delle ere geologiche si sono susseguiti diversi periodi di glaciazione sul nostro pianeta, che hanno portato allo scioglimento dei ghiacci perenni e all’innalzamento del livello dei mari. Studiando i reperti e la quantità di CO2 negli strati di ghiaccio, si può notare una certa regolarità dei periodi di glaciazione, indicati anche nella pagina specifica di wikipedia:

Wiki, cronologia delle glaciazioni

Come è facile pensare, molto probabilmente ci sarà una correlazione tra i diversi movimenti della Terra e l’arrivo di periodi di glaciazione più o meno intensi, effetto noto come “Cicli di Milanković”. Perché dico “probabilmente”? Come visto nell’articolo, i movimenti in questione sono diversi e con periodi più o meno lunghi. In questo contesto, è difficile identificare con precisione il singolo contributo ma quello che si osserva è una sovrapposizione degli effetti che producono eventi più o meno intensi.

Se confrontiamo i moti appena studiati con l’alternanza delle glaciazioni, otteniamo un grafico di questo tipo:

Relazione tra i periodi dei movimenti della Terra e le glaciazioni conosciute

Relazione tra i periodi dei movimenti della Terra e le glaciazioni conosciute

Come si vede, è possibile identificare una certa regolarità negli eventi ma, quando sovrapponiamo effetti con periodi molto lunghi e diversi, otteniamo sistematicamente qualcosa con periodo ancora più lungo. Effetto dovuto proprio alle diverse configurazioni temporali che si possono ottenere. Ora, cercare di trovare un modello matematico che prenda nell’insieme tutti i moti e li correli con le variazioni climatiche non è cosa banale e, anche se sembra strano da pensare, gli eventi che abbiamo non rappresentano un campione significativo sul quale ragionare statisticamente. Detto questo, e per rispondere alla domanda iniziale, c’è una relazione tra i movimenti della Terra e le variazioni climatiche ma un modello preciso che tenga conto di ogni causa e la pesi in modo adeguato in relazione alle altre, non è ancora stato definito. Questo ovviamente non esclude in futuro di poter avere una teoria formalizzata basata anche su future osservazioni e sull’incremento della precisione di quello che già conosciamo.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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Nuovo geyser a Fiumicino

30 Set

Qualche settimana fa, avevamo parlato di un geyser apparso a Fiumicino, vicino Roma:

Geyser di 5 metri a Fiumicino

Come visto nell’articolo, in questo caso la speculazione e l’esagerazione giornalistica avevano parlato di un emissione di gas addirittura di 5 metri. Come visto nelle immagini riportate al tempo, si trattava in realta’ di un fenomeno ben piu’ limitato e, tra l’altro, assolutamente normale nella zona. Come visto, l’intera area e’ considerata sensibile per le emissioni di gas a causa dell’origine vulcanica. Questo rende il terreno ricco di gas, soprattutto CO2, pronta ad arrivare in superficie a causa di fenomeni, naturali o indotti dall’uomo, capaci di aprire una strada fino alla superficie. Nel caso specifico del geyser della rotanda, l’innesco sarebbe stato dato da alcuni lavori fatti da una compagnia del gas, che stava eseguendo degli scavi per la riparazione di alcune condotte. Come descritto sempre nell’articolo precedente, gia’ in passato si erano avuti fenomeni del genere e il comune aveva gia’ provveduto ad emanare direttive restrittive per locali semiinterrati o piscine svuotate.

Perche’ torniamo sull’accaduto?

Proprio in questi giorni, e’ stata data la notizia di un nuovo fenomeno di questo tipo, sempre nel comune di Fiumicino, ma questa volta in mare. Per essere precisi, nei giorni precedenti, anche un altro lieve fenomeno di fuoriuscita di gas si era registrato nello stesso comune, in prossimita’ della famosa rotanda. In questo caso pero’, l’emissione era talmente ridotta da non innescare particolare curiosita’.

Nel caso dell’emissione in mare di questi giorni invece, l’attenzione della rete si e’ di nuovo rivolta verso il comune in provincia di Roma. Prima di inizare a discutere del fenomeno, vi riporto un video della zona in questione:

L’emissione e’ avvenuta a circa 100 metri dalla costa, ad una profondita’ di 8 metri dalla superficie. Come vedete, l’area in questione non e’ troppo estesa e, in seguito all’avvenimento, e’ stata subito messa sotto controllo dall’ingv e dalla capitaneria di porto di Fiumicino.

Come potete facilmente immaginare, questo genere di fenomeni, cosi’ ravvicinati nel tempo e nel luogo, hanno creato una serie di voci che si rincorrono sulla rete. Senza giri di parole, c’e’ chi parla di prossimo devastante terremoto nel Lazio, chi parla di una nuova caldera sotto l’area romana pronta ad esplodere in tempi brevi. Insomma, come ormai siamo abituati, tante voci, ma niente di scientifico o di oggettivo per supportarle.

Veniamo invece al nostro ragionamento. Da cosa puo’ dipendere questa nuova emissione?

Analogamente a quanto avvenuto nella rotonda di Coccia di Morto, l’emissione del gas proviene dal terreno, ricco di depositi di gas. Anche se ad oggi e’ stato impossibile analizzare un campione del gas emesso in mare, con buona probabilita’ si dovrebbe trattare in maggioranza di CO2, cosi’ come nel primo caso riportato. Come mostrato dagli esperti, la conformazione e l’origine del terreno della zona, creano ampi depositi sotterranei che non appena trovano una via di fuga raggiungono la superficie.

Appunto, quale sarebbe la causa della fuoriuscita in mare?

Come riportato da tantissime fonti locali, proprio nei giorni scorsi erano in corso carotaggi sottomarini per l’analisi del terreno. Questi studi sono propedeutici per la realizzazione del nuovo porto commerciale per la citta’. Come potete facilmente immaginare, si tratta di carotaggi per monitorare la struttura del terreno, e per valutare la sua resistenza.

Come dovrebbe essere evidente, anche se la conferma ancora manca, i carotaggi avrebbero creato instabilita’ nel terreno causando l’amissione di gas, ripeto, gia’ contenuta nel sottosuolo.

Come potete facilmente capire, si tratta di un fenomeno del tutto comprensibile soprattutto pensando alla struttura del terreno e agli avvenimenti gia’ accaduti in passato. Detto questo, non c’e’ assolutamente nulla da temere nelle emissioni nell’area di Fiumicino dal momento che si tratta solo di fughe di gas gia’ contenute nel terreno, assolutamente niente che provenga da strati profondi. Questa spiegazione, razionale e supportata ai fatti, esclude dunque tutte le voci pronte a scommettere su un qualcosa di pericoloso in atto nella zona.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Scoperto il piu’ grande vulcano sommerso …. ma spento

7 Set

Diverse volte ci siamo soffermati a parlare di vulcani, sopratutto analizzando la situazione di quelli italiani:

Cosa succede in Campania?

Due parole sull’Etna e sullo Stromboli

ma soprattutto, in molti post, abbiamo parlato del grande vulcano sommerso italiano, il Marsili:

Marsili e terremoto siciliano

– Il vulcano Marsili

– Immagine ricostruita del Marsili

– Il risveglio del Marsili

Marsili: una fonte di energia enorme!

Perche’ i vulcani interessano tanto? La risposta e’ molto semplice, un vulcano e’ una fonte di energia immensa. Le eruzioni sono fenomeni naturali di una potenza tale da spaventare chiunque. Questi eventi ci mostrano quanto vivo sia il nostro pianeta e quanto sia irrequieta la situazione che ribolle sotto i nostri piedi.

Posizione del Massiccio Tamu

Posizione del Massiccio Tamu

Perche’ faccio questa introduzione?

Come avete letto dal titolo, proprio in questi giorni e’ stato individuato il piu’ grande vulcano sottomarino del mondo. La scoperta e’ stata fatta da un team di geologi dell’universita’ di Houston a circa 1500 Km dalle coste del Giappone. L’enorme vulcano in questione ha una superficie di ben 310000 Km^2 ma con un’altezza minuscola in confronto all’estensione, appena 4000 metri. Praticamente, se ipotizzassimo di essere in piedi sulla cima del vulcano, non riusciremmo ad apparezzare la pendenza delle sue pareti. L’estensione e’ paragonabile a quella dell’intera Italia.

Come si chiama questo vulcano?

Leggendo in rete trovate scritto, testuali parole, “al vulcano e’ stato dato il nome di Massiccio Tamu”. Perche’ sottolineo questo aspetto? Semplice, secondo voi, con tutti i mezzi a disposizione oggi, nessuno si era mai accorto di questo gigante la cui cima e’ appena 2000 metri sotto il livello dell’oceano? Ovviamente la risposta e’ no. Data la sua forma molto strana, bassa e molto larga, si pensava che il massiccio fosse stato formato da diversi vulcani in successione oppure che si trattasse di un altopiano sottomarino come ce ne sono tantissimi sotto i fondali oceanici.

Il nome Tamu significa infatti “Texas A&M University” proprio a ricordare l’universita’ di appartenenza dei ricercatori che circa 20 anni fa individuarono per la prima volta il massiccio. Grazie invece agli studi recenti, si e’ visto come la struttura del Tamu sia coperta da una singola eruzione vulcanica in cui si evidenzia un punto centrale con colate a 360 gradi. Questo proprio a dimostrare l’esistenza di un singolo cratere al centro.

Planimetria del Vulcano

Planimetria del Vulcano

Secondo i geologi, il Massiccio Tamu si e’ formato circa 150 milioni di anni fa, probabilmente in un punto in cui la crosta terrestre e’ piu’ sottile. Poco dopo la sua formazione, circa 145 milioni di anni fa, c’e’ stata la grande eruzione che ha lasciato la struttura come la vediamo oggi, con lava proveniente in grande quantita’ dal mantello. Detto questo, capite subito che il vulcano e’ praticamente spento da ben 145 milioni di anni. E’ sempre meglio specificare questo punto per evitare che inizi la speculazione anche su questo vulcano.

Il Massiccio Tamu, grazie alla sua estensione totale, si posiziona di diritto al primo posto della classifica dei vulcani piu’ grandi della Terra. Il precedente primato apparteneva al Mauna Loa nelle Hawaii con appena 5200 Km^2 di estensione, cioe’ appena il 2% del Massiccio Tamu. Ovviamente, cosi’ come avvenuto per questa scoperta, la classifica e’ sempre aperta. Si conoscono diverse catene montuose sui fondali oceanici e per molte di queste si pensa che siano presenti piu’ vulcani affiancati. Magari, approfondendo gli studi, si potrebbe capire che alcune di queste sono singoli vulcani con una forma simile a quella del Tamu.

Il Massiccio Tamu oltre ad essere il piu’ grande della Terra, ha un’estensione paragonabile a quella dei grandi vulcani del Sistema Solare. Come forse sapete, il piu’ grande vulcano, questa volta attivo, del sistema solare si trova su Marte ed e’ noto come Monte Olimpo. L’altezza di questo vulcano e’ di ben 25 Km e la sua forma e’ facilmente visibile anche con un piccolo telescopio domestico. Anche se le altezze sono profondamente diverse, il Tamu ha un’estensione solo il 25% minore del Monte Olimpo.

Il Monte Olimpo su Marte ripreso dalla Viking 1

Il Monte Olimpo su Marte ripreso dalla Viking 1

Per farvi capire l’enorme altezza del vulcano marziano, fino a poco tempo fa si pensava addirittura che la cima del vulcano fosse all’esterno dell’atmosfera del pianeta rosso. Studi molto recenti hanno invece dimostrato che la pressione atmosferica sulla cima sia appena del 2%, ma non nulla, rispetto a quella a terra. Di contro, per fare un esempio, la pressione sulla cima dell’Everest e’ il 25% di quella che si registra a livello del mare.

Ovviamente, oltre che per l’imponenza dei numeri, il massiccio Tamu rappresenta un ottimo laboratorio per i geologi. Come potete facilmente capire, uno studio attento del vulcano puo’ permetterci di capire meglio l’origine dei grandi vulcani terrestri e del sistema solare, comprendere la struttura interna del nostro pianeta e quanto magma e’ contenuto all’interno, oltre ad avere campioni di roccia con una datazione precisa.

Concludendo, proprio in questi giorni si e’ capito che il Massiccio Tamu, conosciuto da circa 20 anni, e’ in realta’ un singolo grande vulcano con un’estensione di ben 310000 Km^2. Questo valore rende il Tamu il piu’ grande vulcano del pianeta e uno dei maggiori del sistema Solare. Fortunatamente, il vulcano si e’ spento poco dopo la sua formazione con una grande eruzione sottomarina che ha formato la struttura di cui abbiamo parlato, profondamene diversa da quella che immaginiamo per i coni vulcanici. La scoperta del vulcano offre innumerevoli opportunita’ di studio per i geologi e per capire l’origine e la struttura del nostro stesso pianeta.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.