Gravità quantistica.

L’ultima frontiera della fisica.

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Vengo subito al cuore del problema.
La gravità che conosciamo è l’attrazione che si manifesta tra due masse. Quella per esempio che esercita il Sole sui pianeti nel sistema solare e non li fa scappare via. Anche la mela che cade a terra.
La domanda è se le particelle subnucleari con massa praticamente nulla e a distanza quantistica sono soggette alla legge gravitazionale.

Scopriamolo insieme.

Interazioni fondamentali

In fisica le interazioni fondamentali o forze fondamentali sono le interazioni o forze della natura che permettono di descrivere i fenomeni fisici a tutte le scale di distanza e di energia e che non sono quindi riconducibili ad altre forze.

Sono state individuate quattro forze o interazioni fondamentali: l’interazione gravitazionale, l’interazione elettromagnetica, l’interazione debole e l’interazione forte.

mediatoridiforzeGli artefici di queste forze sono delle particelle chiamate mediatori.
Gluone per la interazione forte. Il fotone per l’interazione elettromagnetica. I bosoni W e Z per l’interazione debole. Non ancora scoperto l’ipotetico gravitone per la interazione gravitazionale.

forzadelleinterazioni1Diamo uno sguardo alla tabella a lato. Dunque la gravità, nel mondo “ordinario” è la più debole tra le forze. Sembra che sia la più forte solo perchè le forze nucleari agiscono a corto raggio e la forza elettromagnetica è quasi zero perchè le cariche negative compensano quelle positive.

Nella fisica moderna l’attuale teoria più completa, la relatività generale, interpreta l’interazione gravitazionale come una conseguenza della curvatura dello spazio-tempo creata dalla presenza di corpi dotati di massa o energia. Infatti in Relatività Generale la distanza tra due punti dati è una quantità che può variare a seconda della distribuzione di masse circostanti.

Secondo la Meccanica Quantistica, invece, il tensore metrico, quindi la distanza tra due punti molto vicini, dovrebbe variare in maniera casuale, secondo una ben determinata distribuzione statistica.

Dunque Relatività Generale e Meccanica Quantistica sono mutualmente incompatibili.

In quanto la Meccanica Quantistica si applica quando si considerano eventi che avvengono su scale di distanza subatomiche. La Relatività Generale si applica su scala macroscopica e per concentrazioni di massa tali che un corpo che risentisse della loro azione si muoverebbe a velocità dell’ordine di quella della luce.

Di solito le due condizioni sono mutualmente esclusive, nel senso che su scala macroscopica si applica la Relatività Generale (o la Gravità Newtoniana, ottima approssimazione per velocità molto minori di c) e non la Meccanica Quantistica ma su scala subatomica si applica la Meccanica Quantistica e non la Relatività Generale, essendo trascurabile la concentrazione di massa.

Bene! Fin qua ci siete?
Fatta questa premessa doverosa, mentre a livello cosmico domina la interazione gravitazionale, quella che tiene assieme le galassie, i pianeti attorno al Sole, a livello sub atomico dove risiedono le altre 3 particella che conferiscono energia di legame, non c’è traccia della interazione gravitazione.

Nel 1962 Richard Feynman partecipò alla conferenza di Varsavia sulla teoria della gravitazione e quello che presentò diede virtualmente inizio a una delle maggiori sfide (o uno dei peggiori incubi) della fisica teorica contemporanea: la gravità quantistica.

Nel suo approccio pragmatico, capire il comportamento a piccole distanze della forza di gravità significava studiare i processi d’urto della particella associata al campo gravitazionale, l’elusivo quanto di spin 2 detto “gravitone”, in perfetta analogia con lo studio dei fotoni in elettrodinamica.

Una strada assolutamente innovativa all’epoca, nella quale gli eleganti aspetti geometrici della relatività generale non venivano assunti ma emergevano, eventualmente, come risultato delle interazioni.

Feynman capì che il problema chiave della descrizione quantistica della gravità era che “la gravità gravita”: la gravitazione è una forza universalmente attrattiva che si accoppia alla massa-energia e, poiché il campo gravitazionale stesso possiede energia, la teoria quantistica genera un numero infinito di interazioni.

schiumaspaziotempo

Schiuma Spazio -Temporale

Nella prima metà del secolo scorso iniziarono i tentativi di costruire una teoria della Gravità Quantistica. Pioniere fu il grande fisico statunitense John Archibald Wheeler. E’ sua l’espressione “schiuma spazio-temporale” che descrive lo spazio-tempo secondo la Gravità Quantistica. Infatti il telo elastico cui si paragona lo spazio-tempo in Relatività Generale diventa una sorta di schiuma, in cui la distanza tra due punti molto vicini fluttua statisticamente.

E’ intuitivo che trattare matematicamente una schiuma spazio-temporale sia impresa
niente affatto facile.
Alla scala di Planck la gravità divenga la forza predominante. Ma, soprattutto, il problema sta nel comportamento dei diagrammi di Feynman che descrivono interazioni in cui compaiano i gravitoni (mediatori della forza di gravità, analoghi ai fotoni).

Perchè è Cosi Complicato?

forzagravitazionaleLa forza di gravità ha una dipendenza inversa dal quadrato della distanza (se diminuisco la distanza di 1/10, la forza si moltiplica per 100 e così via) e in un diagramma di Feynman le particelle coinvolte arrivano a distanza zero l’una dall’altra, quindi la forza diviene infinita (r=0).

A causa della forza infinita, la probabilità che una certa reazione (descritta dal corrispondente diagramma di Feynman) avvenga diventa pari ad infinito, il che è
(ovviamente) un risultato fisicamente assurdo.

Gravitone.

gravitone

Il gravitone è un’ipotetica particella elementare responsabile della trasmissione della forza di gravità in diversi modelli teorici che mirano a unificare i fenomeni gravitazionali con quelli quantistici, in quella che viene definita gravità quantistica. 

Nelle varie teorie i gravitoni devono esercitare sempre una forza attrattiva e agire a qualsiasi distanza in accordo con le caratteristiche della gravità.

Sono stati fatti molti tentativi di introdurre il gravitone, anche se la formalizzazione matematica non è priva di ostacoli. Una teoria di questo tipo richiederebbe al gravitone di operare in maniera simile al fotone, ma contrariamente all’elettrodinamica, dove i fotoni agiscono direttamente solo sulle particelle cariche, i gravitoni dovrebbero interagire anche fra di loro oltre che con tutte le altre particelle. Ma c’è chi non ammette necessariamente la presenza del gravitone.

Definizione: gravità quantistica.

Ok azzardiamo una definizione della gravida quantistica.

Nella fisica classica newtoniana la gravità è interpretata come una forza conservativa di attrazione a distanza agente fra corpi dotati di massa.

La gravità quantistica è il campo della fisica teorica che tenta di fornire una descrizione della gravità, che modella l’universo su scala macroscopica, coerente con i principi della meccanica quantistica, che descrive i fenomeni tipici della scala atomica e subatomica. (Wikipedia)

Qualunque teoria che descriva le proprietà quantistiche, cioè gli aspetti microscopici, granulari e probabilistici, del campo gravitazionale si può definire, in senso stretto, teoria quantistica della gravità o gravità quantistica. 

Oggi, tuttavia, non esiste una teoria della gravità quantistica la cui validità fisica sia stata accertata. Esistono diverse linee di studio che hanno portato ad alcune teorie ipotetiche, sulle quali è concentrato l’interesse della ricerca. Fra queste, le più studiate sono la teoria delle stringhe e la teoria dei loop.

La gravità quantistica gioca un ruolo importante nella struttura stessa dello spazio fisico a piccolissima scala, le fasi finali dell’evaporazione di un buco nero, o le fasi iniziali della dinamica dell’Universo vicino al Big Bang. Una teoria della gravità quantistica dovrebbe aprire la porta allo studio di tali fenomeni.

Per illustrare il senso di questo problema, è necessario inquadrarlo nel contesto dell’evoluzione recente della fisica fondamentale.

Fisica fondamentale.

La conoscenza scientifica del mondo fisico ha registrato nel 20 sec. una rapida crescita, alla cui radice si situano due grandi rivoluzioni concettuali che hanno rifondato la fisica teorica durante i primi anni del Novecento, modificando in profondità la nostra comprensione del mondo: “la meccanica quantistica” e “la teoria della relatività generale” di Albert Einstein.

La prima ha sostituito la meccanica classica e ha modificato in maniera radicale la nostra comprensione della materia e dell’energia. La scoperta alla base della meccanica quantistica è che i campi fisici hanno una struttura granulare a piccola scala e una dinamica che non è deterministica, bensì probabilistica.

La seconda ha sostituito la teoria della gravità di Isaac Newton e ha modificato in maniera altrettanto radicale la nostra comprensione della natura dello spazio e del tempo.

Queste due teorie sono oggi ampiamente confermate dall’esperienza. La prima è alla base di un accrescimento della conoscenza che comprende la fisica atomica, nucleare, delle particelle, dello stato solido e la biologia molecolare; la seconda è il fondamento di tutti gli studi che involvono fenomeni gravitazionali – dall’astrofisica relativistica, alla cosmologia, alla ricerca delle onde gravitazionali – ed è quindi alla base dei grandi e recenti progressi nella nostra conoscenza del Cosmo.

Meccanica quantistica e relatività generale sono teorie incomplete e a prima vista incompatibili: ciascuna delle due è usualmente formulata sulla base di assunzioni contraddette esplicitamente dall’altra.

Ciò ha anche lasciato in eredità una grande confusione concettuale sulla natura del mondo fisico, e un ancora più grande problema scientifico da risolvere: la ricerca di una sintesi capace di offrire una visione coerente del mondo, compatibile con il sapere raggiunto, all’interno della quale la meccanica quantistica e la relatività generale possano essere comprese in modo non contraddittorio.

In altre parole, la comunità scientifica attende una sintesi in grado di portarla a compimento e di porsi come nuovo quadro generale per pensare il mondo fisico.

L’ipotetica teoria capace di combinare i passi avanti concettuali rappresentati da meccanica quantistica e relatività generale e, in particolare, di descrivere gli aspetti quantistici dei fenomeni gravitazionali è la gravità quantistica.

Einstein stesso, introducendo la relatività generale, ne aveva subito rilevato l’incompletezza e aveva sottolineato la necessità di combinarla con la meccanica quantistica.

Conclusione

Ebbene nessuno sa dire di cosa è formata la forza gravitazionale. Sappiamo che è legata alla materia ed è tanto più forte quanto grande è la sua massa. Sappiamo che agisce esercitando una attrazione sugli altri corpi fino a deformare lo spazio, perfino il tempo. Possiamo dire che la gravità non è altro che la geometria dello spazio, o meglio dello spazio-tempo, stesso.

Ma esiste una geometria dello spazio all’interno degli atomi?

Per renderci conto di cosa stiamo parlando mettiamo a confronto il mondo macroscopico con quello atomico la cui lunghezza estrema è la lunghezza di Planck.

Se s’ingrandisse un solo atomo fino a renderlo uguale all’intero Sistema solare e proporzionalmente s’ingrandisse la lunghezza di Planck, questa resterebbe comunque ancora 10.000 volte più piccola dell’atomo di partenza.

reticoloquantistico

E’ dunque possibile che lo spazio-tempo non sia continuo ma consista in un reticolo di punti, posti ad una distanza reciproca pari alla lunghezza di Planck.

Descrivere i fenomeni a tali scale non sono ancora accessibili alla nostra tecnologia e si realizzano solo in condizioni estreme.

Non essendoci dati sperimentali diretti che ne guidino la costruzione, la teoria della gravità quantistica viene oggi cercata sulla base dell’input empirico rappresentato dalle teorie della relatività generale e della meccanica quantistica.

La situazione attuale è che ci troviamo con due teorie di grande successo empirico ma in apparente contraddizione fra loro.

La garanzia dell’efficacia di una teoria scientifica, comunque, non può che venire in ultima analisi dalla verifica sperimentale diretta. Quindi una teoria della gravità quantistica diventerà credibile soltanto nel momento in cui avremo conferme sperimentali di sue previsioni specifiche.

Al momento attuale, nessuna delle teorie studiate può vantare tali conferme, si rende quindi necessario considerarle tutte come ipotetiche. 

Teorie.

Stringhe

Strings

Una parte considerevole della ricerca in fisica teorica fondamentale è in relazione alla teoria delle stringhe (o teoria delle corde). Essa non è soltanto una teoria della gravità quantistica in senso stretto, in quanto si propone un obiettivo più ambizioso: costruire una teoria unitaria in cui tutti i fenomeni noti appaiano come manifestazione di un’unica entità fisica. L’ipotesi di partenza dalla quale la teoria è nata è che tale entità possa essere vista come una stringa. A differenza delle particelle, che caratterizzano l’attuale fisica fondamentale, le stringhe sono oggetti microscopici estesi in una dimensione, come appunto piccole cordicelle, sicché tutti gli ingredienti fondamentali del mondo fisico, cioè elettroni, quark, forze elettromagnetiche, gravitazionali ecc., non sarebbero che manifestazioni del moto nello spazio di tali stringhe.

la Teoria delle Stringhe può essere una teoria unificata di tutte le forze e particelle (compresa la gravità, quindi tale teoria è, fra le altre cose, una teoria quantistica della gravità).

Risultato centrale della teoria delle stringhe, infatti, è che essa porta in maniera necessaria alla stessa fenomenologia della relatività generale. Oggi tale teoria ha una posizione di forte dominanza, al punto che sono state avanzate alcune critiche per mettere in guardia dal pericolo che tutta la ricerca si concentri su una sola teoria nonostante questa sia ancora soltanto ipotetica.

Nella sua formulazione attuale, la teoria delle stringhe richiede diverse ipotesi fisiche forti. Una di esse è l’esistenza di dimensioni supplementari dello spazio fisico, al di là delle tre dimensioni che ci sono familiari. Le dimensioni supplementari potrebbero essere molto piccole e arrotolate su loro stesse a formare uno spazio compatto microscopico.

Un’altra ipotesi richiesta dalla teoria è l’esistenza di particelle supersimmetriche, legate da particolari simmetrie alle particelle note.

La teoria delle stringhe resta la più studiata al fine di ottenere una teoria quantistica della gravità. La sua ricchezza matematica e il suo successo nel dedurre un numero cospicuo di aspetti del mondo reale a partire da una semplice ipotesi ne fanno un importante campo di indagine nella fisica teorica fondamentale.

Loop.

Nella Gravità Quantistica a Loop, teoria elaborata nel corso dei tre ultimi decenni con il fondamentale contributo del veronese Carlo Rovelli (ora professore a Marsiglia), si assume invece che lo spazio-tempo abbia una struttura discreta.

loopquantistico

La gravità quantistica a loop, o teoria dei loop (nota anche come gravità quantistica ad anelli) non si propone di comprendere la natura come manifestazione di una sola entità, bensì soltanto di sviluppare un quadro concettuale all’interno del quale i vari aspetti della natura acquisiti fino a oggi, e in particolare la meccanica quantistica e la relatività generale, siano comprensibili in maniera coerente. La teoria dei loop riguarda quindi solamente lo spazio, il tempo e la forza gravitazionale, e non la totalità degli oggetti fisici.

I loop che danno il nome alla teoria sono le linee di Faraday del campo gravitazionale o, più precisamente, le eccitazioni quantistiche di tali linee. Poiché il campo gravitazionale è identificato nella teoria di Einstein con lo spazio, ne consegue che i loop rappresentano le eccitazioni quantistiche dello spazio-tempo. 

Più precisamente, tali loop formano reti, chiamate spin network (o reti di spin), i cui nodi corrispondono ai quanti elementari dello spazio, gli ‘atomi di spazio’, e le cui linee determinano la connettività di tali atomi elementari, e quindi la struttura generale dello spazio.

Le principali difficoltà della teoria dei loop riguardano la connessione con la fisica nota: la teoria è ben definita alla scala di Planck, ma i tentativi di usarla per calcolare quantità macroscopiche sono ancora a uno stadio preliminare. 

Fenomenologia

Fino a pochi anni fa, la prospettiva di poter compiere osservazioni dirette riguardanti fenomeni di gravità quantistica, cioè fenomeni alla scala di Planck, appariva estremamente remota.

Un argomento tipico usato per illustrare questa difficoltà era l’osservazione che l’energia raggiunta anche dagli acceleratori di particelle più potenti, come l’LHC, non è che mille milioni di milioni di volte più piccola di quella caratteristica dei fenomeni quanto-gravitazionali. La possibilità di misurazioni dirette di fenomeni quanto-gravitazionali non è dunque esclusa.


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La nascita della vita sulla Terra.

Un drammatico scontro tra la Terra e un asteroide può aver dato il via alla vita.

C’è uno scenario che suggerisce che circa 4,47 miliardi di anni fa – solo 60 milioni di anni dopo la formazione della Terra, e 30-40 milioni di anni dopo la formazione della Luna da un precedente scontro planetario – un altro oggetto di dimensioni lunari impattò con la Terra ed esplose in una nuvola di ferro fuso e altri detriti.

La grandinata di materiale metallico che ne derivò probabilmente durò decenni, se non secoli, e questo causava la disgregazione della molecola di acqua in ossigeno e idrogeno molecolari. L’ossigeno libero si legava al ferro, creando enormi depositi color ruggine di ossido di ferro sulla superficie del nostro pianeta. L’idrogeno, invece, andò a formare una densa atmosfera che si dissipò molto lentamente nello Spazio, nell’arco di 200 milioni di anni.

Ne seguì un progressivo, lento raffreddamento della Terra, ed è in questo intervallo di tempo che semplici molecole organiche cominciarono a formarsi sotto la coltre di idrogeno. Quelle molecole, secondo alcuni scienziati, si unirono a formare l’RNA, l’acido ribonucleico, elemento molecolare che molti considerano protagonista dell’alba della vita.

Il bisogno di confrontarsi su nuove ipotesi nasce però dal fatto che questo intrigante scenario, capace di rispondere a “uno stuolo di misteri”, lascia aperte altrettante questioni. Tra queste ultime, una riguarda la strada chimica che ha infine dato origine all’RNA, e un’altra, determinate, riguarda i meccanismi che hanno coinvolto quell’RNA fino a farlo combinare con proteine e grassi e formare le prime cellule.

IL MONDO DELL’RNA. 

La vita così come la conosciamo è probabilmente emersa da un “mondo RNA“, e su questo molti studiosi sono ormai concordi. Nelle cellule, il DNA, l’RNA e le proteine svolgono ruoli vitali: il DNA immagazzina informazioni ereditabili; l’RNA le traghetta all’interno delle cellule; le proteine fungono da lavoratrici chimiche. La produzione di ciascuna di queste biomolecole richiede le altre due. Tuttavia, l’idea che tutte e tre le molecole complesse apparvero simultaneamente non sembra plausibile. Dagli anni ’60 una scuola di pensiero mai finora messa in discussione vuole che l’RNA sia sorto prima degli altri due elementi (DNA e proteine), e questo perché l’RNA può essere sia un codice genetico, sia un catalizzatore per le reazioni chimiche.

Negli ultimi anni i chimici si sono avvicinati molto a reazioni che potrebbero aver prodotto gli elementi costitutivi essenziali per l’RNA. Nel 2011, ad esempio, alcuni scienziati hanno dimostrato come i minerali contenenti boro possono avere aiutato sostanze chimiche come la formaldeide e la glicolaldeide (lo “zucchero” più elementare: vedi anche Fosforo e ossigeno tra stelle in formazione), probabilmente presenti sulla Terra primordiale, a produrre ribosio (D-ribosio e deossiribosio, due monosaccaridi che possono concorrere alla formazione di acidi nucleici), componente essenziale dell’RNA, che è per l’appunto acido ribonucleico. Al convegno dello scorso ottobre alcuni ricercatori hanno mostrato come il ribosio possa aver reagito con altri composti per dare origine a singole parti di RNA.

Altri ricercatori sostengono che è più probabile che furono le proteine semplici ad essere “i fondamentali della vita”, perché i loro blocchi di amminoacidi sono più semplici dei nucleotidi nell’RNA, e altri ancora che affermano che gli elementi base che avrebbero portato alla formazione del ribosio (formaldeide, glicolaldeide, gliceraldeide) non potevano sopravvivere, perché sono fortemente reattive.

Non vado oltre, perchè c’è ancora tanta discussione.

Cosa dire ancora? Nei periodi piovosi il tutto sarebbe finito amalgamato in grandi pozzanghere e laghi, dove avrebbe potuto reagire per formare altre piccole molecole organiche essenziali per la costruzione di RNA.

Non mancano altre ipotesi. Come l’intensa attività elettrica – i lampi – e la luce ultravioletta che agivano sui composti dell’atmosfera che potrebbero averne creati in abbondanza.

In conclusione: il principale problema del mondo dell’RNA è che dovrebbe essere stato in grado di copiare fedelmente altri RNA. Al momento, la biologia moderna non ha prove che una cosa del genere sia possibile.

(Focus)

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Quando è nata la Terra? Le date della Terra nei secoli ad oggi.

  • 1º settembre 5509 a.C. secondo la tradizione bizantina;
  • 5.199 a.C. secondo Eusebio di Cesarea;
  • 23 ottobre 4004 a.C. a mezzogiorno in punto, secondo James Ussher;
  • 29 marzo o 22 settembre 3760 a.C. secondo l’ebraismo rabbinico (il calendario ebraico inizia però dal 6 ottobre del 3761 a.C., data considerata capodanno dell’anno 1, anche se nulla ancora esisteva).
  • Per Keplero, secondo le Sacre Scritture la creazione biblica era avvenuta nel 3992 a.C.
  • Per Sir Isaac Newton l’evento della Creazione avvenne intorno al 4.000 a.C.
  • I Maya collocano l’inizio dell’attuale era del mondo al 13 agosto del 3114 a.C.

Per millenni gli esseri umani hanno pensato che l’età della Terra corrispondesse a quella della nostra specie. Per millenni l’età della Terra era influenzata dalla teoria religiosa della creazione divina come riportato nella Bibbia, e non da processi naturali come l’evoluzione.

In epoca romana c’era chi teorizzava che la nascita del nostro pianeta risalisse più o meno alla guerra di Troia, il primo evento storico di cui si aveva testimonianza.

Eppure, dalle evidenze delle diverse scoperte scientifiche e geologiche la terra doveva apparire molto, ma molto più vecchia di quanto fino ad allora si fosse creduto. 

Con il tempo è emerso chiaramente che la nascita del nostro pianeta precede l’origine del genere umano. Oggi gli scienziati sanno che in realtà la Terra ha 4,54 miliardi di anni, un’età ricostruita grazie a diverse serie di prove ottenute da dati geologici.

I tentativi moderni di determinare l’età della Terra iniziarono con Niccolò Stenone, un anatomista e geologo danese che fu tra i primi a capire che i fossili sono resti di creature viventi. Steno disse che i geologi potevano ottenere informazioni sulla storia della Terra analizzando gli strati rocciosi che si erano depositati nel corso dei millenni e, che secondo lui erano in grado di fornire una cronologia a ritroso del nostro pianeta.

Un secolo dopo William Smith capì che alcuni strati rocciosi in posti molto distanti tra loro risalivano allo stesso periodo. Smtith realizzò un catalogo delle stratificazioni sostenendo che ognuna di loro rappresentasse un’epoca distinta nella storia della Terra, un principio conosciuto come successione faunistica.

L’accumulo di prove puntava in direzione di una nuova e straordinaria idea, e cioè che la storia della Terra precedesse di moltissimo tempo la memoria umana.

Nel 1788 il geologo scozzese James Hutton pubblicò Teoria della Terra, che introdusse il concetto di “tempo profondo”.

Le ripercussioni del libro furono rivoluzionare: Hutton non solo sosteneva che la Terra non fosse di formazione recente, ma anche che non era statica. Le stesse forze geologiche che agiscono oggi – come il deposito, l’erosione e il sollevamento – modellano la Terra da diverse ere, «senza traccia di inizio o prospettiva della fine»

La scienza ha poi fornito un nuovo modo di pensare alla storia della Terra, facendoci capire che è possibile conoscere la sua storia. Invece di dare per scontato che la Terra fosse il risultato di catastrofi passate – come per esempio un’immensa inondazione globale – gli scienziati riuscirono a spiegare gli antichi dati ottenuti dalle rocce con fenomeni esistenti.

La grande innovazione è arrivata però con l’invenzione della datazione radiometrica. Poco dopo la scoperta della radioattività, nel 1896, gli scienziati capirono di poter determinare l’età di una roccia misurando la quantità di uranio che si era trasformata in piombo al suo interno.

Il processo funziona in questo modo: i nuclei degli elementi radioattivi decadono – cioè si scompongono spontaneamente – a velocità prevedibili.

Quando una roccia si forma nelle profondità del nostro pianeta, gli atomi dell’uranio rimangono intrappolati al suo interno. Con l’invecchiamento della roccia questi atomi “decadono”. Analizzando gli isotopi radioattivi all’interno di questa roccia gli scienziati sono in grado di determinare da quanto tempo esiste.

I geologi moderni usano anche dei minerali chiamati zirconi, piccoli cristalli che si formano nelle eruzioni vulcaniche e che sono abbastanza resistenti da sopravvivere per miliardi di anni

Gli asteroidi.

meteorite Gli asteroidi da cui provengono i meteoriti sono tra gli oggetti più primitivi nel nostro sistema solare. La loro formazione risale più o meno a quella del nostro pianeta e di qualsiasi altro corpo nel nostro sistema solare. Ma dal momento che non sono stati modificati dai processi tettonici che plasmano la Terra i meteoriti sono come capsule del tempo.

La prima stima davvero affidabile sull’età del nostro pianeta è stata ottenuta grazie all’analisi radiometrica di Canyon Diablo, un enorme meteorite di ferro che attraversò l’atmosfera terrestre dallo spazio 50mila anni fa e fu trovato da alcuni scienziati americani nel 1891.

I ricercatori usarono le tecniche dell’uranio-piombo per stimare l’età del meteorite in 4,54 miliardi di anni, con un margine di errore di circa 70 milioni di anni.

E buona notte a tutti quelli che tutt’ora credono nella creazione divina.

Inizio della vita.

iniziodellavitaInizialmente la Terra era totalmente inadatta per la respirazione umana. E la vita sarebbe impossibile senza la comparsa di acqua allo stato liquido. Si presume che l’acqua sul nostro pianeta sia stata portata da miliardi di meteoriti dalla periferia del sistema solare.

A quanto pare, qualche tempo dopo la Terra si è formata, c’era un bombardamento potente, la cui causa potrebbe essere l’influenza gravitazionale di Giove. L’acqua era racchiusa all’interno di minerali e vulcani trasformato in vapore, e cade sulla superficie della Terra, formando gli oceani. Poi l’ossigeno è apparso. Secondo molti scienziati, ciò era dovuto all’attività vita degli organismi antichi, che potrebbero apparire in quelle condizioni difficili. Ma questa è un’altra storia. E l’umanità ogni anno è sempre più vicino ad ottenere una risposta alla domanda, come ha fatto il pianeta Terra.

 

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Come si è formato il sistema solare, la Terra. Le origini.

Circa 4,5 miliardi di anni fa, da queste parti dello spazio c’era una nebulosa primordiale fatta di polvere, idrogeno e elementi leggeri.

Se ne stava lì buona, si fa per dire, da circa 9,2 miliardi di anni dopo il Big Bang.

Poi qualcosa è avvento. E tutto è cominciato.

Una perturbazione gravitazionale, probabilmente un’onda d’urto derivante da un’esplosione di supernova, ha creato un disequilibrio nella particolare regione della Via Lattea dove oggi troviamo il nostro sistema solare, allora occupata da una nube di gas diffuso e polveri in equilibrio termico e gravitazionale.

A causa di questa perturbazione, si è creata una concentrazione di materia, attorno alla quale, per attrazione gravitazionale, si è aggregato il resto della nube, che ha cominciato quindi a scaldarsi e a ruotare sempre più rapidamente, trasformandosi in un disco rotante con maggiore massa e temperatura più elevata nella parte centrale: il “disco proto-planetario

Sempre per via della gravitazione, le particelle nel disco con le particelle più pesanti si sono aggregate tra loro in piccoli agglomerati detti “planetesimi”.

Le alte temperature in prossimità del centro del disco hanno impedito la condensazione di molecole volatili quali l’acqua o il metano, consentendo la formazione unicamente di planetesimi di massa ridotta e composti da silicati e metalli. L’accrescimento gravitazionale attorno a questi planetesimi rocciosi ha portato alla formazione dei pianeti interni del sistema solare inclusa la Terra.

Al contrario nelle zone più esterne e fredde la permanenza dei gas ha favorito la formazione di pianeti giganti gassosi come Giove e Saturno e di pianeti gassosi freddi come Urano e Nettuno aggregati attorno a nuclei di ghiaccio.

I pianeti quindi vicini al Sole sono quindi densi e costituiti da materiali complessi. I pianeti lontani dal Sole sono ricchi di elementi leggeri ed hanno una composizione simile a quella del Sole.

Nelle fasi finali l’emissione di un forte vento solare avrebbe spazzato via gli elementi leggeri allontanandoli verso la periferia del sistema solare.

Mentre il processo di formazione dei pianeti nel disco proto-planetario aveva luogo, al centro si andava accumulando sempre più massa della nube originale, aumentando contestualmente la temperatura e formando così la “protostella”. Raggiunta la temperatura necessaria, nel nucleo della protostella che sarebbe di lì a poco diventata il nostro sole, si è innescata la reazione di fusione nucleare dell’idrogeno.

Il Sole è una stella di massa relativamente piccola che ha bruciato idrogeno in maniera stabile per diversi miliardi di anni e continuerà a farlo per altri miliardi di anni prima di intraprendere il suo viale del tramonto trascinando con sé il sistema planetario che con essa si è formato.

Il fatto che i pianeti massicci siano esterni rende la zona dove alberga il nostro pianeta abbastanza al riparo da grandi perturbazioni gravitazionali.

Infine, il Sole non ha una compagna, ovvero non è in un sistema binario o multiplo. La Terra ha quindi vita più
semplice di Proxima B, il pianeta potenzialmente abitabile più vicino che conosciamo, che orbita intorno a Proxima (alpha C) Centauri a 4,3 anni luce da noi.

Forse proprio per la stazionarietà del Sole nell’erogare energia e la stabilità orbitale della Terra in tempi lunghi si sono create le condizioni per la formazione ed evoluzione
della vita sulla Terra.

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La genesi degli elementi chimici: Parte quarta.

I maggiori produttori di metalli sono le supernovae, potentissime esplosioni di stelle che immettono i prodotti dei bruciamenti nucleari nel gas interstellare da cui si formeranno nuove stelle.

Le supernovae rappresentano la morte delle stelle con massa superiore a 10 masse solari, che esplodono quando si trovano con un nucleo di ferro che non può più accendersi e può solo contrarsi fino a raggiungere l’equilibrio o come stella di neutroni (materia densa come una goccia di pioggia che contenga tutta la popolazione del mondo) o come buco nero. Durante l’esplosione la supernova espelle tutti gli elementi formatisi nei bruciamenti precedenti, in particolare gli elementi alfa (carbonio, ossigeno, neon, magnesio, silicio, calcio),

Altre supernovae derivano da nane bianche in sistemi binari che esplodono catastroficamente per accrescimento di gas dalla stella compagna, il quale accende il carbonio e l’ossigeno della nana bianca ad altissime temperature innescando le reazioni che portano fino al ferro.

La loro peculiarità è che non lasciano nulla dietro di sé poiché la nana bianca viene completamente distrutta nell’esplosione. Va detto che riguardo alla produzione degli elementi-r (oro, platino, europio) si pensa che la fusione di due stelle di neutroni o di una stella di neutroni e un buco nero in sistemi binari possa essere il canale preferenziale, come osservato nell’evento di onde gravitazionali avvenuto il 17 agosto 2017.

In conclusione, se nei primi tre minuti dal Big Bang si sono formati gli elementi leggeri e più diffusi in natura, come l’idrogeno e l’elio, tutti gli elementi pesanti sono stati formati dalle reazioni di fusione nucleare nelle stelle.

In quegli elementi c’è la vita, ci siamo noi, i figli delle stelle.

Fine

 
Biografia:
Francesca Matteucci è professore ordinario presso l’Università di Trieste e ha lavoratonel campo della formazione degli elementi chimici nelle stelle e dell’evoluzione chimica delle galassie. È socio nazionale dell’Accademia dei Lincei e socio corrispondente dell’Istituto Veneto di Scienze Lettere ed Arti.

 

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La genesi degli elementi chimici: Parte terza.

Le nane bianche sono oggetti molto densi: con una massa come il Sole concentrata nelle dimensioni della Terra, la loro densità è pari a quella di una zolletta di zucchero che pesa come un camion.

Le stelle più piccole del Sole muoiono anch’esse come nane bianche di carbonio e ossigeno, ma solo se hanno massa superiore a 0,5 masse solari.

Per le stelle maggiori di 10 masse solari, invece, il destino è diverso: dopo aver superato le fasi di fusione dell’idrogeno e dell’elio, esse bruciano il carbonio per formare neon e nuclei più pesanti, fino al silicio che ha numero di massa pari a 28.

Anche il silicio si accende a temperature dell’ordine dei miliardi di kelvin e si formano gli altri elementi alfa fino al ferro. Il ferro, infatti, è il nucleo che possiede la massima energia di legame per nucleone.

Con la formazione del ferro le reazioni di fusione nucleare si bloccano, poiché oltre il ferro non è più possibile fondere nuclei leggeri in nuclei più pesanti.

Ma allora chi ha formato gli elementi molto più pesanti dal ferro? Chi ha fatto l’oro dei nostri anelli? E l’uranio?

Questi elementi vengono sempre formati dentro le stelle ma non attraverso la serie di reazioni di fusione descritte sopra, bensì per cattura di neutroni su nuclei di ferro.

Questi elementi si chiamano “elementi-s” ed “elementi-r” a seconda della rapidità di cattura neutronica.

In questo modo si sono formati tutti gli elementi chimici che conosciamo e la concentrazione degli elementi pesanti è cresciuta dal Big Bang ad oggi attraverso un processo che chiamiamo evoluzione chimica: le stelle nascono, vivono e muoiono restituendo al mezzo interstellare gli elementi pesanti sintetizzati nel loro interno, e così ogni nuova generazione di stelle nasce con un contenuto di elementi pesanti (detti “metalli” dagli astronomi) sempre maggiore.

(INFN)

…. continua ……

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Ere geologiche

Ai miei tempi si studiava: Paleozoico, Mesozoico, Cenozoico. Poi è arrivato l’Archeozoico e il Quaternario.
Una volta si diceva Precambriano, dove probabilmente si e’ formata la vita.
Poi girando sul web sembra quasi che ognuno si è fatta una tabella personale delle ere.
E così mi sono fatto una ricerca per conto mio.

LE ERE GEOLOGICHE

ArcheozoicoAdeano – Archeano – Algonciano.
PaleozoicoCambriano – Ordovichiano – Siluriano – Devoniano – Carbonifero – Permiano.
MesozoicoTriassico – Giurassico – Cretaceo.
Cenozoico o TerziarioPaleocene – Eocene – Oligocene – Miocene – Pliocene.
Neozoico e quaternarioPleistocene – Olocene.

ARCHEOZOICO

PERIODOAdeano
DURATA4,6 – 4,0 miliardi
FORME DI VITA ANIMALEFORMAZIONE DELLA TERRA
Condizioni chimico-fisiche inadatte all’esistenza di ogni forma vivente.
Inizialmente sulla Terra la temperatura in superficie era altissima: quasi 900 °C. Successivamente cominciò a calare, fino a scendere sotto i 100 °C e l’acqua – che fino ad allora si era presentata solo come vapore – passò allo stato liquido, sotto forma di piogge ancora calde.
Il cielo era del tutto oscurato da torbide nubi di metano e altri gas venefici. Il vento soffiava infuocato.
FORME DI VITA VEGETALEAssente
EVENTI GEOLOGICIL’età della Terra dovrebbe aggirarsi intorno ai 4 miliardi e 600 milioni di anni. La Terra – secondo la maggior parte scienziati – è più “giovane” rispetto all’Universo, che si sarebbe formato circa 12 miliardi e mezzo di anni fa, all’epoca del Big Bang.
Naturalmente non si può conoscere con precisione l’età della Terra: il problema è dovuto anche al fatto che non si può calcolare in quale momento sia diventata un vero e proprio pianeta. Infatti alcuni scienziati parlano della Terra in formazione come di un protopianeta.
 
A questo periodo si fa risalire la nascita della Terra, al momento della formazione dei primi frammenti di una crosta più o meno solida, e tale processo iniziò appunto circa 4,6 miliardi di anni fa. 
PERIODOArcheano
DURATA3,5 miliardi
FORME DI VITA ANIMALECELLULE PROCARIOTE
Cellule prive di un nucleo ben definito e delimitato dalla membrana nucleare. Le loro dimensioni sono dell’ordine di pochi micron.
FORME DI VITA VEGETALENessuna
EVENTI GEOLOGICIFormazione degli oceani e delle rocce sedimentarie. Prima orogenesi. Prima grande glaciazione (2,7 e 2,3 miliardi di anni fa)
PERIODOAlgonchiano
DURATA1,5 miliardi – 640 milioni
FORME DI VITA ANIMALECELLULE EUCARIOTE
Comparsa di composti organici complessi come aminoacidi e proteine. Aggregazione in complessi prebiotici (RNA, DNA, coacervati). Comparsa dei più primitivi tra gli esseri unicellulari (formazioni di Fig Tree, nello Swaziland)
FORME DI VITA VEGETALEALGHE
Primi batteri e protozoi simili a quelli odierni. Primi complessi pluricellulari. Primi invertebrati (spugne, celenterati, preanellidi) e primi funghi.
EVENTI GEOLOGICIEsistenza di un grande complesso continentale (Rodinia). Al termine se ne forma un altro (Pannotia).

PALEOZOICO

PERIODOCambriano
DURATA540 – 480 milioni
FORME DI VITA ANIMALEMOLLUSCHI – TRILOBITI
Sviluppo degli invertebrati. Appaiono i graptoliti, antenati dei coralli, i molluschi ed i primi crostacei (Trilobiti)
FORME DI VITA VEGETALEÈ comunemente accettato che non ci fossero piante sulla terra.
Sviluppo delle alghe e dei funghi pluricellulari.
EVENTI GEOLOGICIRegresso generale delle terre emerse.
Cambria era il nome latino del Galles, dove fu ritrovata la prima roccia risalente a questo periodo.
 
Le più antiche rocce presenti in Italia risalgono al Cambriano e affiorano principalmente in poche regioni della Sardegna meridionale (Iglesiente, Sulcis, Sarrabus). Queste rocce si sono depositate in bacini marini poco profondi, i cui fossili includono animali primitivi.
I continenti presenti nel Cambriano sono stati originati dalla frammentazione del supercontinente Rodinia formatosi nella precedente era neoproterozoica. Gli oceani nel periodo Cambriano sembrano essere diffusi, ma poco profondi. Si crede che il clima durante il Cambriano fosse notevolmente più caldo che nei periodi immediatamente precedenti.
PERIODOOrdoviano
DURATA488 – 444 milioni
FORME DI VITA ANIMALEPESCI – CORDATI
Nei mari la calcite a basso tenore di magnesio era la forma predominante nei precipitati di carbonato di calcio marino, permettendo lo sviluppo di fauna invertebrata dotata di scheletri calcitici.
Comparsa dei pesci senza mandibole. Sviluppo di celenterati, artropodi e cefalopodi.
Prime estinzioni.
FORME DI VITA VEGETALEContinua il predominio delle alghe.
EVENTI GEOLOGICIDurante l’Ordoviciano il livello marino fu elevato. All’ inizio dell’Ordoviciano superiore, tra 460 e 450 milioni di anni fa, i vulcani lungo la costa dell’oceano Giapeto eruttarono nell’atmosfera enormi quantità di anidride carbonica, trasformando il pianeta in una serra caldissima.
 
Quando le isole di questo arco vulcanico entrarono in collisione con il Nord America, diedero luogo alla catena dei Monti Appalachi. Alla fine dell’Ordoviciano superiore le emissioni vulcaniche si fermarono. Nel frattempo il Gondwana (super continente meridionale del Pangea) si era spostato verso il Polo sud e si era ricoperto di ghiaccio dando luogo alla glaciazione.
 
L’Ordoviciano si concluse con una serie di estinzioni che, prese collettivamente, compongono la seconda tra le cinque/sei maggiori della storia della Terra in termini di percentuale di specie estinte.
La teoria più accettata è che a causa di imponenti glaciazioni il livello marino si abbassò drasticamente causando l’estinzione dle 65% delle specie marine.
Secondo una recente ipotesi avanzata da Prof. A. Melott della Kansas University, questa estinzione di massa sarebbe stata causata da lampi di raggi gamma dovuti all’esplosione di una supernova.
 
PERIODOSiluriano
DURATA440 – 416 milioni
FORME DI VITA ANIMALEPESCI OSSEI
Dopo le estinzioni di massa della fine dell’Ordoviciano, il clima caldo e umido favorì lo sviluppo della vita marina. I pesci conobbero una grande espansione e differenziazione; comparvero i primi pesci ossei.
Si assisté alla grande espansione dei brachiopodi, gasteropodi, bivalve, briozoi, crinoidi, acritarchi e graptoliti.
 
Da segnalare la conquista delle terre emerse da parte di miriapodi e scorpioni.
FORME DI VITA VEGETALEPIANTE VASCOLARI TERRESTRI
Il Siluriano fu il primo periodo di cui abbiamo macrofossili di grandi piante terrestri, che formarono distese di muschi sul bordo di laghi e corsi d’acqua.
Successivamente comparvero le prime piante, ma ancora senza differenziazione nelle radici, nello stelo o nelle foglie.
EVENTI GEOLOGICIDurante il Siluriano, il Gondwana continuò il suo lento spostamento verso sud, anche se le calotte di ghiaccio furono meno estese che durante l’ultima glaciazione Ordoviciana, tanto che la fusione delle calotte ghiacciate contribuì all’innalzamento del livello dei mari, come è testimoniato dal fatto che i sedimenti del Siluriano si sono sovrapposti a quelli erosi dell’Ordoviciano.
I continenti del Gondwana rimasero uniti tra loro, mentre altri si spostarono verso l’equatore iniziando la formazione del supercontinente chiamato Euramerica o Laurasia.
PERIODODevoniano
DURATA416- 359 milioni
FORME DI VITA ANIMALEPESCI – ANFIBI – INSETTI
In questo periodo detto anche “Età dei pesci”, tra gli artropodi, compaiono gli insetti (prime forme documentate di vita animale terrestre) , mentre iniziano a declinare i trilobiti
Primi anfibi (Ittiostega)
FORME DI VITA VEGETALEFELCI
Primi equiseti, licopodi e felci. Sviluppo di muschi e funghi terrestri.
EVENTI GEOLOGICILa paleogeografia del Devoniano è dominato dal super continente Gondwana nell’emisfero meridionale, dal continente Siberia al nord e dalla formazione del piccolo super continente Euramerica al centro. Fu un periodo di grande attività tettonica in Laurasia, risultato dell’unione tra Euramerica, Siberia e Gondwana.
 
Il Devoniano fu un periodo relativamente caldo e probabilmente privo di ghiacciai.
PERIODOCarbonifero
DURATA359 – 299 milioni
FORME DI VITA ANIMALERETTILI
Predominio assoluto degli anfibi. Compaiono i rettili. Si estinguono i trilobiti e i graptoliti.
Compaiono i primi pesci ossei.
Grande sviluppo degli insetti che scoprono il volo.
FORME DI VITA VEGETALEFORESTI DI FELCI
Grandi foreste di felci arboree, di equiseti e di licopodi. Scompaiono tutte le piante primitive.
 
Le foreste continuano la loro espansione. Appaiono le prime gimnosperme.
EVENTI GEOLOGICISi ha una generale regressione dei mari, mentre ovunque si instaurano condizioni climatiche che implicano uno sviluppo rigoglioso della flora. Si formano gli Urali e l’Australian Range.
 
Si assiste ad una avanzata dei mari che ricoprono le paludi ed i depositi organici che diventeranno carbon fossile.
PERIODOPermiano
DURATA299 – 251 milioni
FORME DI VITA ANIMALERiduzione degli anfibi. Sviluppo dei rettili e dei rettili mammiferi. Si estinguono i Trilobiti.
 
LA GRANDE ESTINZIONE
In questa epoca (245 milioni di anni fa) si verificò la più grande estinzione di massa della storia della terra per cause principalmente climatiche e geomorfologiche.
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FORME DI VITA VEGETALERiduzione delle felci arboree. Le primitive gimnosperme (gingko) tendono a sostituirle.
EVENTI GEOLOGICIQuando inizia il Permiano, la Terra era nella morsa di un’era glaciale, cosicché le regioni polari erano coperte da spessi strati di ghiaccio. Glaciazioni continuarono a coprire gran parte del territorio della Gondwana, come già successo nel precedente periodo del Carbonifero. Allo stesso tempo i tropici erano coperti da paludose foreste.
Verso la metà del periodo il clima divenne più caldo e mite, i ghiacciai si ritirarono, e l’interno dei continenti divenne più secco. Gran parte dell’interno della Pangea era probabilmente arido, con grandi fluttuazioni stagionali (stagioni da umide a secche), a causa della perdita degli effetti di moderazione delle zone vicine all’acqua. Questa tendenza a diventare più secco continuò fino alla fine del Permiano, con l’alternarsi di periodi più caldi e più freddi.

MESOZOICO

PERIODOTriassico
DURATA251 – 204 milioni
FORME DI VITA ANIMALELA COMPARSA DEI DINOSAURI
Meno del 5% degli organismi marini sopravvisse all’ estinzione del Permiano e passarono quasi 30 milioni di anni prima che si ristabilisse una forma articolata di nuovi organismi.
Soltanto alla fine del Triassico Superiore comparvero i primi ordini di dinosauri: saurischi e ornitischi. Nei mari compaiono i primi rettili marini quali gli ittiosauri.
FORME DI VITA VEGETALELa flora è ancora di tipo primitivo.
Nei mari continuò la diffusione delle Alghe calcaree (litotamni e diplopore), mentre sulla terraferma si affermarono gli Equiseti, le Felci, le Gimnosperme con Cicadine, Ginkgoine e Conifere (Voltzia).
EVENTI GEOLOGICILa Terra era ancora riunita in un unico grande supercontinente, detto Pangea circondato da un oceano chiamato Pantalassa.
 Approssimativamente la Pangea aveva una forma a “C”, con a nord le grandi masse continentali dell’Eurasia e di quella che sarebbe diventata l’America settentrionale, mentre a sud l’Africa e il Sudamerica erano ancora unite all’ India ed Australia. 
Praticamente non c’erano nè mari nè oceani, fra le terre emerse, per cui tutti gli animali potevano spostarsi in ogni parte della Pangea camminando sempre sulla terraferma.
Il clima era uniforme su tutte le terre emerse, più caldo dell’attuale e prevalentemente secco: non esisteva un vero e proprio alternarsi di stagioni e i poli non erano ricoperti dai ghiacci.
PERIODOGiurassico
DURATA204 – 146 milioni
FORME DI VITA ANIMALEUCCELLI
Tra i Vertebrati, oltre alla diffusione dei Pesci, in cielo, come in terra, durante tutto il Giurassico, il pianeta è dominato dai rettili.
Quelli di gran lunga più diffusi, erano i dinosauri.
Grandi Pterosauri cominciavano a diffondersi nei cieli, mentre sotto di loro, nell’acqua, dilagano grandi carnivori: i rettili marini.
FORME DI VITA VEGETALELa flora del periodo Girassico, da un punto di vista filogenetico, è poco rilevante.
Fiori e piante latifoglie non avevano ancora trovato le condizioni per evolversi per cui le foreste dovevano apparire completamente verdi, popolate da Equiseti, Cicadacee, Conifere e dalle diffusissime Felci che rappresentavano la principale fonte di alimentazione per gli animali.
EVENTI GEOLOGICIDurante il Giurassico non si verificarono importanti fenomeni orogenetici, ma le terre continuarono a dividersi: dal continente Gondwana si staccò l’Africa, l’Australia e l’India.
PERIODOCretaceo
DURATA146 – 65 milioni
FORME DI VITA ANIMALEPRIMATI
Un altro periodo di rapide estinzioni, risalente a circa 65 milioni di anni fa, è ricordato soprattutto per la scomparsa dei dinosauri, anche se oltre a essi si estinse anche un terzo di tutte le specie di animali e di piante del pianeta.
FORME DI VITA VEGETALEPIANTE CON FIORI
EVENTI GEOLOGICICaratteristica del Cretaceo è la trasgressione marina, che avvenne e che interessò tutti i continenti suddividendo le terre emerse in masse meridionali e masse settentrionali.
Anche dopo la formazione dei continenti, simili a quelli di oggi, gran parte delle terre rimasero tra loro collegate per cui ancora per molto tempo fu possibile agli animali compiere grandi migrazioni attraverso istimi o bassi fondali.

CENOZOICO O TERZIARIO

PERIODOPaleogene: (Paleocene – Eocene – Oligocene)
DURATA65-54-37 milioni
PERIODONeogene : (Miocene – Pliocene)
DURATA26-5,2 milioni
FORME DI VITA ANIMALEMAMMIFERI – ERBIVORI – CARNIVORI
Cominciarono ad evolversi tutte le forme che popolano oggi il nostro Pianeta. Fra queste i Primati che, già presenti durante l’Eocene, subirono quei processi di specializzazione che li avrebbero portati a evolversi sia in scimmie sia in uomini.
Nell’Epoca Pliocene iniziò quel processo di umanizzazione.
I nostri antenati, dagli australopitechi alle vere e proprie forme di Homo, cominciarono infatti un lungo cammino di conquiste tecnologiche e poi culturali: l’attività della ricerca del cibo e della caccia poté avvalersi di armi, a partire dalle pietre rozzamente scheggiate; venne sfruttato il fuoco per scaldarsi, cucinare e tenere lontani i pericoli; dalla ricerca di ripari naturali.
FORME DI VITA VEGETALEPIANTE CON FIORI
EVENTI GEOLOGICIDurante il Pleistocene, caratterizzato da intervalli glaciali freddi e interglaciali più caldi, tutti gli altri animali moderni erano ormai presenti sulla Terra. Alcuni grandi mammiferi, come il Mammut lanoso, l’orso delle caverne e la tigre dai denti a sciabola si estinsero prima dell’inizio dell’Olocene (da 11 mila anni fa a oggi).

NEOZOICO O QUATERNARIO

PERIODOPleistocene
DURATA1.6 milioni
PERIODOOlocene
DURATA10.700 anni – Oggi
FORME DI VITA ANIMALEESSERI UMANI
La civiltà umana moderna viene datata interamente dentro l’Olocene.
FORME DI VITA VEGETALELa vita animale e vegetale non si è evoluta molto durante il relativamente breve Olocene
EVENTI GEOLOGICILa deriva dei continenti negli ultimi 10 000 anni è stata inferiore a un chilometro, che in termini geologici è uno spostamento pressoché irrilevante.
Il clima è stato abbastanza stabile dopo l’inizio dell’Olocene.

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La genesi degli elementi chimici: Parte seconda

È interessante dunque studiare come si sono formati e distribuiti questi elementi nel cosmo.

In particolare, essi sono maggiormente concentrati nelle galassie dove si trova la maggioranza delle stelle che sono le fucine nucleari per la produzione degli elementi. La maggior parte delle stelle ha una massa simile al nostro Sole ma esistono anche stelle molto più massicce del Sole, da 10 a 100 volte di più. Sono proprio queste stelle massicce che producono la maggior parte degli elementi pesanti a partire dal carbonio. Ma per capirci di più dobbiamo sapere come vivono e muoiono le stelle di varie masse.

Stelle come il nostro Sole trasformano idrogeno in elio al loro centro attraverso una catena di reazioni nota col nome di “catena protone-protone”. All’inizio della catena due protoni si fondono per dare origine a un nucleo di deuterio, poi il deuterio cattura a sua volta un protone per formare elio con numero di massa 3. Dopo di che, due nuclei di elio 3 si fondono per dare origine all’elio 4 che è l’isotopo più abbondante. Questa catena avviene con produzione di energia e di neutrini.

Il risultato finale della catena p-p diventa:

Dove γ sono i “gamma ray”. ν sono i neutrini, MeV l’energia liberata.

Questa è nota come “bruciamento dell’idrogeno”.

L’energia del Sole deriva proprio da questa catena di reazioni.

Una stella come il Sole, quando ha esaurito l’idrogeno al centro, inizia a contrarre il proprio nucleo che si scalda fino ad accendere la reazione che produce il carbonio a partire da tre nuclei di elio. All’esaurimento dell’elio rimane un nucleo stellare di carbonio e ossigeno che non sarà mai più in grado di accendere le successive reazioni di fusione, poiché il nucleo della stella è troppo piccolo per riuscire, contraendosi, a raggiungere le temperature necessarie alla fusione del carbonio.

Pertanto, queste stelle muoiono come nane bianche di carbonio e ossigeno, dopo aver espulso il mantello esterno ricco di idrogeno ed elio in un evento noto con il nome di “nebulosa planetaria”.

(INFN)

…. continua …

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La genesi degli elementi chimici: Parte prima.

All’inizio ci fu il Big Bang, l’evento che ha dato origine al nostro universo, e nei primi tre minuti a partire dal Big Bang si formarono gli elementi primordiali, ovvero l’idrogeno, l’elio, il deuterio e il litio.

Gli elementi chimici sono caratterizzati da due numeri: il numero atomico, ovvero il numero di protoni nel nucleo, che identifica un particolare elemento, e il numero di massa che rappresenta la somma di neutroni e protoni nel nucleo. Uno stesso elemento può avere vari isotopi che hanno lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni e quindi diverso numero di massa. Da qui in poi useremo solo il numero di massa. L’idrogeno ha numero di massa 1, il deuterio 2 e l’elio 4. Il litio che si formò nel Big Bang ha numero di massa uguale a 7.

In particolare, tutti gli elementi dal carbonio, che ha numero di massa 12, fin all’uranio e ai transuranici sono stati creati dalle reazioni nucleari che avvengono nelle stelle.

Durante il Big Bang le temperature erano altissime e i nuclei degli elementi leggeri si sono iniziati a formare nell’intervallo di temperatura tra un miliardo e cento milioni di kelvin. La temperatura infatti iniziò a diminuire a partire dal Big Bang poiché l’universo si stava espandendo.

Il carbonio e gli altri elementi pesanti non si formarono a quell’epoca, perché dopo la formazione degli atomi di elio, che sono i mattoni per costruire il carbonio, le condizioni di temperatura e densità nell’universo non erano sufficienti per la fusione dell’elio, che avvenne in seguito nelle stelle. Solo dopo la formazione delle prime stelle iniziò la formazione di tutti gli elementi chimici che conosciamo e che formano la tavola periodica di Mendeleev.

(INFN)

….. continua ……

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La nube di Oort.

Mi ero dimenticato di lei.


Ai confini del sistema solare c’è un ammasso di oggetti celesti rocciosi ricoperti di strati di ghiaccio che, al passaggio vicino al Sole, sublimano producendo la famosa chioma, spesso visibile a occhio nudo dalla Terra.

Fu solo nel 1950 che l’astronomo olandese Jan Oort teorizzò l’esistenza di una gigantesca nube di detriti cosmici, oltre i confini dell’eliosfera e solo debolmente legata al Sole, che potesse spiegare il continuo passaggio di nuove comete nei pressi del Sole.

La nube di Oort, così si chiama da allora la culla delle comete, dovrebbe essere una regione di spazio sferica che definisce il confine cosmografico del Sistema Solare, estendendosi fino a 3,2 anni luce dal Sole. In termini astronomici si estende a partire da circa 100 UA (unità astronomiche) fino a circa 200.000 UA.

Gli astronomi ritengono che potrebbe contenere i residui rocciosi risalenti addirittura alla nube proto-planetaria da cui si sono formati i pianeti del Sistema Solare, ben 4,5 miliardi di anni fa, Abbastanza lontani da non risentire quasi più della presenza del Sole, ma abbastanza vicini da non essere “rubati” da altre stelle, questi detriti possono rimanere nella nube di Oort anche per diverse centinaia di migliaia di anni, nel freddo più assoluto che congela persino i rarefatti gas, attirati dalla flebile attrazione di questi corpi.

Si ritiene, però, che l’interazione con le altre stelle del cluster a cui appartiene il Sole, in uno dei bracci esterni della Galassia, possa di tanto in tanto “scalzare” una di queste rocce dal loro sonno eterno e farle ricadere inesorabilmente, sotto l’azione gravitazionale del Sole, verso il centro del Sistema Solare.
Questi ripetuti passaggi, però, spogliano progressivamente le comete della loro coltre ghiacciata fino a che essa non è completamente evaporata.

A quel punto, la cometa muore, e di essa rimane solo un sasso, alla deriva nell’Universo.

(Media Inaf)

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Entropia in due parole.

Il concetto di entropia è un concetto complicato e molti si fermano al suo significato scolastico che si identifica con il caos o il disordine.

In realtà l’entropia sta ad identificare il raggiungimento dell’equilibrio di un sistema. E d è la conseguenza del secondo principio della termodinamica che afferma che l’energia termica (il calore) fluisce sempre da un corpo più caldo a uno meno caldo e mai in direzione contraria.

In termodinamica è una funzione di stato di un sistema la cui variazione, in una trasformazione che porti il sistema da uno stato iniziale A ad uno finale B.

Dove Q è la quantità di calore ceduto o assorbito dal sistema a temperatura T.

Allora perché si parla di disordine, di caos?
Le figure chiariscono bene il concetto.

  • Sistema ordinato
  • Sistema parzialmente ordinato
  • Sistema disordinato

Due gas separati in uno stato ordinato, una volta uniti si diffondono l’uno nell’altro in uno stato disordinato.

L’energia, cioè, si ridistribuisce finché il sistema costituito dai due corpi raggiunge un equilibrio completo, entrambi hanno la stessa temperatura e non è più possibile il passaggio di calore dall’uno all’altro. L’entropia può essere definita, pertanto, come la misura del grado di equilibrio raggiunto da un sistema in un dato momento.

Il classico esempio è quello di due gas che una volta messi a contatto tendono a mescolarsi l’uno dentro l’altro. Tecnicamente si dice che è aumentato il disordine, in realtà si è realizzato l’equilibrio del sistema tra i due gas.

In teoria, si può considerare un sistema anche l’intero universo dove l’energia tende a distribuirsi dai corpi più caldi a quelli meno caldi. La temperatura assoluta (al denominatore) diminuisce con un aumento dell’entropia, ma in realtà è il raggiungimento dell’equilibrio quando il cosmo completamente freddo (T=0 e entropia infinita)

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Origini della materia: parte 4

origini3

Ci siamo.

Con l’inflazione cosmica l’universo passa in un istante da un mondo di dimensioni microscopiche ad un mondo di dimensioni cosmiche.
La rapidissima inflazione cosmica elimina così, di fatto, le tracce di qualsiasi proprietà che l’universo aveva prima di essa.
In questo senso, l’inflazione rende i concetti di origine dell’universo e del Big Bang superflui. Semplicemente non potremo mai verificare che cosa sia avvenuto prima dell’inflazione.
Ad esempio, qualsiasi informazione su quali particelle popolassero l’universo dopo il Big Bang ma prima dell’inflazione viene necessariamente persa perché la loro densità viene ridotta a valori infinitesimi dall’espansione esponenziale.

Poiché l’inflazione opera durante i primissimi istanti dell’evoluzione dell’universo, quando le energie sono elevatissime rispetto a quelle misurate nella vita quotidiana, le leggi della fisica che ne governano la dinamica riguardano l’infinitamente piccolo e quindi la fisica quantistica.
Nel vuoto quantistico, coppie di particelle vengono create e distrutte in continuazione.

Questo ci rende praticamente impossibile conosce gli stati
primordiali della materia.

Altre transizioni fondamentali, per esempio quella che ha separato la gravità da tutto il resto o la forza forte da quella elettrodebole, devono essere avvenute ancora più indietro nel tempo, ma su questi fenomeni, per ora, possiamo fare solo ipotesi.

Questo ci aiuterebbe anche a gettare luce sulle teorie oltre il modello standard delle interazioni fondamentali che descrivono i fenomeni fisici a grandissima energia, ad esempio la teoria delle stringhe, la teoria più attraente al giorno d’oggi per unificare la forza di gravità alle altre forze note in natura.

Fine.

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Origini della materia: parte 3

radiazionecosmica1

Alla fine degli anni ’70 il cosiddetto modello cosmologico standard dominava la scena. Basato sul fatto che l’universo avesse avuto un’origine, il Big Bang, esso era in grado di spiegare l’espansione dell’universo a partire da una fase primordiale popolata da un gas ad altissima densità e temperatura, ma anche la nucleosintesi primordiale (ovvero la formazione degli elementi chimici leggeri) avvenuta dieci secondi dopo il Big Bang.

In modo del tutto casuale nel 1965 fu registrata la radiazione cosmica di fondo. Una radiazione elettromagnetica che può essere semplificata come una fotografia del calore dell’universo primordiale.

In qualsiasi direzione del cielo la si guardi la sua temperatura è la stessa a meno di piccole disomogeneità dell’ordine di una parte su centomila.
Ovvero l’universo avrebbe raggiunto la sua omogeneità in tempi prossimi al Big Bang. Ma nessuno e nessuna teoria plausibile poteva spiegare come ciò sia stato reso possibile.

Soltanto nel 1979 fu capita e data una spiegazione. A darla fu il fisico Alan Guth.

Una intuizione spettacolare, che ha segnato la nascita di una teoria elegante, densa di conseguenze osservative, che ha rivoluzionato il nostro modo di concepire l’origine dell’universo: la teoria dell’inflazione cosmica.
Guth ipotizzò un evento sbalorditivo e di durata brevissima. Un evento durante il quale l’universo si espanse in maniera rapidissima e accelerata, aumentando in un battito di ciglia cosmico le sue dimensioni di un fattore almeno 1030 (dieci elevato alla trentesima potenza).

Da scale microscopicamente piccole l’universo era passato a scale cosmologicamente gigantesche.
Con enormi ripercussioni sulla conoscenza dell’origine della materia.

Che vi racconterò nel prossimo post.

……  continua  …….

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Origini della materia: parte 2

gluoni 1

Con la nascita della relatività e della meccanica quantistica in quell’istante è crollato di colpo il pregiudizio millenario che la massa fosse una proprietà intrinseca della materia.
La massa è diventata una realtà dinamica.

Essa è il risultato dell’interazione di ciascuna particella elementare con un campo, chiamato campo di Higgs.
Interagendo con questo campo così speciale, le particelle elementari si differenziano fra loro. Più intensa è l’interazione con il campo di Higgs tanto maggiore è la massa che acquistano.

Ma il fatto importante è che con la scoperta del bosone di Higgs (artefice del campo) possiamo non solo comprendere l’origine della massa, ma anche risalire indietro nel tempo fino a un istante molto vicino a quello dell’origine di ogni cosa: la transizione di fase che ha dato massa alle particelle.

Tutto questo è avvenuto 10-11 secondi (dieci elevato alla meno 11, cioè un centomiliardesimo di secondo) dopo il Big Bang. Altre transizioni fondamentali, per esempio quella che ha separato la gravità da tutto il resto o la forza forte da quella elettrodebole, devono essere avvenute ancora più indietro nel tempo, ma su questi fenomeni, per ora, possiamo fare solo ipotesi.

La storia si fa intrigante. Volete sapere come va a finire questa storia della materia? Basta leggere il seguito.

…… continua…….

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Origini della materia: parte 1

quark1

Prendiamo una molecola di zucchero C12H22O11

Se la spezziamo otteniamo ancora zucchero. Se la spezziamo ancora otteniamo sempre zucchero.
Continuando, arriviamo ad un punto che la molecola di zucchero perderà le sue proprietà e quella che una vota era la nostra massa (zucchero), ci ritroveremo in mano un mucchietto di atomi di carbonio, idrogeno ed ossigeno.

Per andare oltre sono serviti gli acceleratori, che spezzano gli atomi per vedere se ci sono elementi più piccoli della materia.

Senza dilungarmi, sappiamo che ci sono i quark ed altri elementi che misteriosamente li tengono uniti.
C’è dell’altro oltre i quark? Ci sono altri elementi fondamentali della materia?
Allo stato attuale non lo sappiamo.
Molto probabilmente non lo sapremo mai.

Perché?

…… segue a breve  …….

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