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Le origini dell’atmosfera terrestre: ai primordi era composta solo da Idrogeno ed Elio

Una storia lunga e affascinante quella attraverso la quale si è giunti all’attuale composizione di Azoto, Ossigeno e vapore acqueo. In redazione Mario Giuliacci

La terra è comparsa sulla scena dell’universo circa 4,6 miliardi di anni fa. Se, come sembra, anche il nostro pianeta è nato dalla compressione gravitazionale di una nuvola cosmica di gas e di polveri, allora la primitiva atmosfera doveva contenere gli stessi gas con i quali era stata inizialmente impastata, ovvero elio, idrogeno e altri componenti minori come metano e ammoniaca.

Ma l’elio e l’idrogeno sono composti molto leggeri cosicché in tempi più o meno lunghi sono riusciti a sfuggire alla forza di attrazione terrestre, disperdendosi nel cosmo. È analoga fine fecero gli altri gas minori, in parte proiettati nello spazio dal calore enorme calore liberato nell’urto, allora assai frequente, con asteroidi o comete e in parte invece dissociati dalla energia solare, allora molto intensa.

Ma come si è giunti allora all’attuale composizione chimica dell’atmosfera? Ebbene, miliardi di anni fa i gas intrappolati nelle viscere della terra iniziarono a essere espulsi dalle numerose, enormi bocche (diametro di 10.100 km) vulcaniche comparse sulla crosta superficiale, un processo noto come outgassing.

Questa seconda atmosfera fu probabilmente composta dagli stessi gas emessi ancora oggigiorno dai vulcani, ovvero vapore acqueo (85 %), anidride carbonica (10 %) e azoto (appena qualche frazione percentuale). Come si vede siamo ancora lontani dalla composizione attuale.

Ma nel corso di qualche centinaia di milioni di anni un lento raffreddamento dell’atmosfera condensò il vapore acqueo in uno spesso strato di nuvole le quali poi inondarono incessantemente di pioggia la superficie terrestre per milioni di anni. Fu allora che sulla terra comparvero i fiumi, i laghi e gli oceani.

Nel frattempo il vapore acqueo così sottratto all’atmosfera seguitava ad essere reintegrato dall’outgassing vulcanico. E anche la concentrazione atmosferica di anidride carbonica subì una drastica riduzione perché assorbita in larga misura dalle acque degli oceani, un processo che ha un’importanza vitale per la Biosfera ancor oggi. Una parte dell’anidride carbonica fu invece rimossa attraverso le reazioni chimiche che portarono alla formazione dei carbonati nella sedimentazione delle rocce. Ma nell’atmosfera rimase abbastanza CO2 (circa 300 volte più di adesso) da favorire un effetto serra così intenso da impedire che gli oceani congelassero. La conseguenza fu che la terra risultasse molto più calda di adesso e che le calotte polari non comparissero prima di 2.5 miliardi di anni fa.

Nel frattempo, l’azoto, per la sua scarsa reattività chimica, aveva conservato la iniziale, seppure modesta, concentrazione ma, a seguito della drastica riduzione del vapore acqueo e dell’anidride carbonica, divenne il principale componente dell’atmosfera (78%), una posizione che conserva tuttora.

Come spiegare però la presenza nell’atmosfera attuale anche dell’ossigeno che, anzi, è l’elemento più abbondante, dopo l’azoto? Ebbene il sole, così come avviene in tutte le stelle giovani, 3-4 miliardi di anni fa emetteva molta più energia di adesso, specie per nella banda degli ultravioletti, tanto da dissociare le molecole d’acqua in molecole di idrogeno e, appunto, ossigeno. Ma mentre l’idrogeno per la sua leggerezza riuscì comunque a disperdersi negli spazi interplanetari, l’ossigeno rimase nell’atmosfera.

Gli atomi di ossigeno, combinandosi tra di loro, diedero origine a uno strato di ozono intorno 30 km di altezza perché è a questa quota che la quantità prodotta di O3 eguaglia quella dissociata dai raggi UV. Ma l’ozono, “l’ombrello della vita”, iniziò ad assorbire gran parte dei raggi UV, notoriamente nocivi per la vita. Tanto che solo dopo la formazione dell’ozonosfera comparvero sulla terra le prime forme di vita vegetale sotto forma di alghe verdi. Ma, come noto, le piante, nel processo di fotosintesi clorofilliana, consumano anidride carbonica ed emettono ossigeno, cosicché nel corso di milioni di anni la concentrazione di ossigeno nell’atmosfera è stata in costante aumento fino a raggiungere i livelli attuali (21 %) già 600 milioni di anni fa circa.

fig.1 composizione chimica

Fig.1 – Composizione chimica attuale dell’atmosfera terrestre

 

 

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