Visto dallo spazio, la Terra è blu. La Terra è blu da oltre 4 miliardi di anni a causa dell'acqua liquida sulla sua superficie. In che modo la Terra è riuscita a sostenere l'acqua liquida sulla sua superficie per così tanto tempo?

C'è solo un pianeta conosciuto con corpi permanenti di acqua liquida sulla sua superficie:il nostro. Le scienze della terra ci permettono di spiegare perché la Terra è quasi sempre stata blu:non è né troppo calda né troppo fredda. Se la Terra fosse prima rossa e nera, è blu da più di 4 miliardi di anni, con rare eccezioni quando faceva troppo freddo e si trasformava in una bianca palla di neve.

Questa incredibile caratteristica è dovuta alle interazioni del ciclo dell'acqua con la tettonica a zolle e l'effetto serra, così come la configurazione del sistema solare. Oggi, La temperatura media della superficie terrestre è di circa 15°C, più freddo di Venere (465 °C) e più caldo di Marte (-60 °C in media). Sulla terra, a livello del mare, l'acqua gela al di sotto di 0°C e bolle a 100°C. La superficie terrestre è quindi mantenuta entro un intervallo di temperatura che potrebbe sembrarci ampio, ma in realtà è abbastanza stretto se confrontato con altri pianeti, ed è rimasto così per miliardi di anni.

I gas serra fanno la loro parte

La temperatura media sulla superficie di un pianeta dipende dall'interazione di tre parametri che possono variare ampiamente da un pianeta all'altro:

• L'energia che arriva dal sole.
• L'albedo della superficie, significa quanto riflette la radiazione solare lontano.
• gas serra, che intrappolano la radiazione solare all'interno dell'atmosfera terrestre. Senza gas serra, La superficie terrestre si troverebbe ad una temperatura intorno ai -15°C e probabilmente priva di acqua liquida.

Interazioni tra luce solare, albedo, e i gas serra hanno mantenuto un bilancio energetico abbastanza costante da quando sono comparsi i primi oceani sulla Terra.

All'inizio della storia della Terra, il giovane sole era meno luminoso e il nostro pianeta ne riceveva meno energia. Però, livelli di gas serra come la CO ₂ e il metano erano molto più alti di oggi, che manteneva le temperature superficiali abbastanza alte da rendere l'acqua liquida.

L'effetto serra è diminuito nel tempo perché la CO ₂ può essere rimosso dall'atmosfera mediante due processi. Primo, l'effetto acidificante della CO ₂ disciolto nelle acque superficiali provoca la dissoluzione delle rocce, che rilascia calcio. Il calcio si combina con la CO . disciolta ₂ per formare rocce carbonatiche come il calcare, uno dei principali serbatoi di carbonio.

Il secondo pozzo è il carbonio organico immagazzinato nelle rocce sedimentarie. Gli organismi sulla terra e nell'oceano usano CO ₂ per costruire materia organica durante la fotosintesi, una parte del quale si deposita sul fondo dell'oceano quando gli organismi muoiono. Là, la materia organica è incorporata nelle rocce sedimentarie, dove può essere conservato per milioni di anni.

Senza tettonica, niente oceani; senza oceani, niente tettonica

Sebbene i pozzi di carbonio immagazzinano CO ₂ lontano dall'atmosfera, vulcani e dorsali oceaniche forniscono CO ₂ rientrare nell'atmosfera. Questa consegna è sostenuta attraverso la tettonica delle placche. In tempi lunghi, la tettonica a zolle aiuta a mantenere la temperatura superficiale della Terra nell'intervallo che consente alle acque superficiali di essere liquide. La presenza di acqua liquida e la tettonica a zolle sono quindi intimamente legate. Come succede?

Il fondo dell'oceano è composto da placche oceaniche. Si allontanano dalle dorsali oceaniche, la catena di vulcani sottomarini che attraversa il pianeta, e poi giù verso le profondità della Terra per subduzione. Durante le centinaia di milioni di anni che attraversano gli oceani, le placche oceaniche si idratano:i loro minerali inglobano acqua, che ne modifica le proprietà meccaniche. Poiché sono subdotti, le placche oceaniche eventualmente si disidratano; l'acqua rilasciata alla fine produce magmi che formano graniti, il fondamento dei continenti. Senza acqua liquida, non ci sarebbe tettonica e quindi, niente continenti!

A causa di questo riciclaggio di vecchie placche oceaniche nel mantello, nuove placche si formano costantemente dal materiale eruttato dalle dorsali oceaniche. Mentre questo materiale sale attraverso il mantello e fino al fondo dell'oceano, raffredda e rilascia CO ₂ , contribuendo a sostenere le concentrazioni di gas serra. L'acqua rimane liquida e la Terra rimane blu, come è stato per diversi miliardi di anni.

Dal nero e rosso al blu

È stato a lungo ipotizzato che i corpi celesti ricchi d'acqua del sistema solare esterno portassero acqua alla Terra di recente formazione. Uno del nostro team ha recentemente pubblicato uno studio che mette in dubbio questa ipotesi e suggerisce che l'acqua, cioè, idrogeno e ossigeno, potrebbero essere stati portati invece dalle rocce che hanno formato la Terra.

Quando la Terra si formò per la prima volta 4,5 miliardi di anni fa, probabilmente era troppo caldo perché l'acqua fosse liquida in superficie. In ogni caso, se ci fossero stati oceani, si sarebbero certamente vaporizzati al gigantesco impatto tra la giovane Terra e un corpo planetario (probabilmente grande quanto Marte), che ha fuso la superficie del nostro pianeta e ha formato la Luna 4,4 miliardi di anni fa.

Mentre la superficie terrestre si raffreddava e si solidificava lentamente dopo l'impatto, era probabilmente ricoperto di rocce basaltiche scure, senza vita né acqua. I magmi di raffreddamento rilasciano elementi come idrogeno, ossigeno, e carbonio come molecole contenenti gas come l'acqua, diossido di carbonio, e/o metano. I primi oceani potrebbero quindi essersi formati in tempi relativamente brevi dopo l'impatto. I primi minerali conosciuti sulla Terra portano la firma chimica delle interazioni con l'acqua liquida. Così, La Terra potrebbe essere stata blu per quasi 4,4 miliardi di anni.

La prima prova indiscutibile degli oceani sulla superficie terrestre ha 3,8 miliardi di anni, compresi i più antichi sedimenti marini, trovato in Isua e Akilia (Groenlandia) e Nuvvuagittuq (Canada), e le più antiche lave a cuscino, rocce dalla forma unica che si formano quando la lava si raffredda sott'acqua.

Che abbiano 3,8 o 4,4 miliardi di anni, la storia degli oceani è legata a quella della Terra e della vita. Oggi, le attività umane stanno facendo sì che gli oceani diventino più acidi e più caldi. Gli oceani non scompariranno, ma la vita interiore è in pericolo. Il nostro CO ₂ le emissioni superano le emissioni vulcaniche globali di un fattore 70, mettendo in pericolo l'equilibrio esistente tra i processi che operano sulla superficie terrestre e quelli in profondità al suo interno. Le nostre società si basano su entrambi.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.