Effetto serra

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Inviato da maria 25/03/2009 @ 08:09

Tags : effetto serra, climatologia, scienze della terra, scienza

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Effetto serra

L'effetto serra è un fenomeno naturale consistente nella modifica dell'equilibrio termico di un pianeta o di un satellite grazie alla presenza di un'atmosfera contenente alcuni gas che, per le proprie particolari proprietà molecolari, assorbono e riemettono la radiazione infrarossa. Il nome deriva per similitudine con quanto avviene nelle serre per la coltivazione.

I raggi solari a corta lunghezza d'onda penetrano facilmente nell'atmosfera raggiungendo in buona parte la superficie del pianeta, dove vengono in parte riflessi ed in parte assorbiti dalla superficie e convertiti in calore. Il calore viene dissipato verso lo spazio sotto forma di irraggiamento infrarosso, secondo la legge del corpo nero o legge di Stefan-Boltzmann. L'interferenza dei gas serra alla dissipazione della radiazione infrarossa comporta l'innalzamento della temperatura superficiale fino al raggiungimento di un punto di equilibrio tra radiazione solare in arrivo e infrarossa in uscita.

In assenza di gas serra la temperatura superficiale media della Terra sarebbe di circa -18 °C mentre il valore effettivo è di circa +14 °C, molto al di sopra del punto di congelamento dell'acqua, il che consente la vita come noi la conosciamo. E' importante rilevare che l'acqua, sotto forma di vapore, costituisce essa stessa il più potente gas serra atmosferico.

L'inquinamento atmosferico dovuto alla continua e crescente combustione di fonti fossili a scopo energetico, alla deforestazione tropicale, all'agricoltura industrializzata e all'estensione della zootecnia, comporta un aumento dei gas serra in atmosfera in particolare dell'anidride carbonica (CO2), del metano (CH4), del protossido di azoto o ossido di diazoto (N2O) e dell'ozono (O3). Quanto agli effetti sul vapore acqueo essi sono indiretti (aumento dell'evaporazione dalla superficie oceanica) e poco compresi.

Nel sistema solare, oltre che sulla Terra, l'effetto serra regola le condizioni termiche su Marte, Venere e Titano, mentre la nostra Luna, priva di atmosfera e quindi di effetto serra, presenta escursioni di temperatura fortissime fra il giorno e la notte e fra le zone in ombra e quelle illuminate.

In questo contesto l’effetto serra si presenta come il fenomeno che regola i rapporti tra ciclicità e variabilità climatica rendendo il sistema clima un sistema attivo autoregolante e retroattivo: infatti cambiando un parametro climatico (insolazione, umidità dell’aria,…) l’effetto serra reagisce in maniera tale da far tornare regolari e costanti le condizioni energetiche totali del sistema Terra. Più in particolare per effetto serra si intendono tutti quei fenomeni attraverso i quali la natura interviene a regolare la capacità dell’atmosfera di trattenere o meno l’energia proveniente dal sole.

Ad esempio d’estate quando è massima l’insolazione (l’energia solare che arriva sulla Terra) diminuisce il potenziale serra dell’atmosfera poiché diminuisce l’umidità dell’aria ed è minimo il contenuto di CO2 (grazie al consumo di CO2 delle piante in estate) e quindi l’atmosfera trattiene minor calore al suo interno. Al contrario d’inverno,quando l’insolazione è minima (cioè è minima l’energia che proviene dal sole), è massimo il potenziale serra dell’atmosfera: infatti è massima sia l’umidità dell’atmosfera sia il contenuto di CO2 ( le piante in inverno ne consumano molto meno) e quindi l’atmosfera riesce a trattenere maggiore energia al suo interno. Questa caratteristica è facilmente osservabile in inverno di notte: è noto che, quando osserviamo un cielo invernale pieno di stelle, ci dobbiamo aspettare una notte fredda, con possibili gelate notturne, mentre una serata con cielo nuvoloso è di sicuro più calda.

Un altro esempio comune di effetto serra è quello che interviene nei cicli giornalieri del clima ossia l’alternanza tra giorno e notte e la variazioni di temperatura associata: la ciclicità in questo caso riguarda le temperature che a causa dell’insolazione sono massime intorno alle ore 12-15 del pomeriggio e minime intorno alle 3-5 di notte; la variabilità è data dalle piogge e dagli spostamenti di masse d’aria (più o meno calde e umide) che possono investire una zona e cambiare il clima di uno o più giornate. L’effetto serra, si mostra attraverso le piogge (ossia la perdita di umidità da parte dell’atmosfera), l'evaporazione o il movimento di masse d’aria umida (ossia l’arricchimento d’umidità dell’atmosfera) e il movimento o la formazione di corpi nuvolosi (cioè il tentativo di isolare una zona e diminuire l’insolazione respingendo i raggi solari). Tutti questi sono fenomeni che possono investire una zona in un momento della giornata o persistere per più giornate. Attraverso le piogge, l'evaporazione e i movimenti d’aria e nuvole, l’effetto serra, regolando la capacità dell’atmosfera di trattenere energia, interviene giornalmente (e in modo diverso da zona a zona) in maniera tale da mantenere regolare e costante il rapporto tra l’energia che nel trascorrere dei giorni arriva sulla Terra e l’energia che la Terra perde. In pratica l’effetto serra opera attraverso l’atmosfera (regolando la concentrazione in atmosfera di vapore acque, anidride carbonica, metano,…) ed ha come obbiettivo la mitigazione del clima eliminando gli eccessi di riscaldamento o gli eccessi di raffreddamento ai quali è soggetta la Terra a causa dei sui moti.

Quindi si può dire che l’effetto serra non è un fenomeno fisso e sempre costante ma è un fenomeno che varia per regolare il clima e le sue variazioni sono sia di carattere giornaliero, sia di carattere stagionale ma varia anche per cicli climatici molto più lunghi come nel caso dell’alternarsi di periodi glaciali e interglaciali (cicli di migliaia di anni) o addirittura di era glaciale e interglaciale (cicli di milioni di anni).

Il Sole emette in tutte le direzioni dello spazio un flusso di energia di circa 64 milioni watt per metro quadrato. La Terra è investita da una frazione di tutta questa energia che al di sopra dell'atmosfera è stimata come valore medio in 1366 Watt per metro quadrato; questo valore è denominato costante solare. Di conseguenza, tenuto conto della superficie sferica del nostro pianeta, la potenza solare che viene indirizzata sulla Terra ha un valore di circa di 174 × 1015 watt, ossia di 174 milioni di gigawatt. In altri termini, l'energia luminosa arriva sulla Terra al ritmo di 174 milioni di gigajoule al secondo. Si tratta di una quantità di energia di gran lunga superiore a quella complessivamente generata dall'uomo. I 1366 watt per metro quadrato sarebbero il flusso di energia che investirebbero la Terra se questa fosse ferma, piatta e se i raggi giungessero perpendicolarmente ad essa ma tenendo conto della sfericità della Terra ( e quindi del fatto che i raggi investono perpendicolarmente solo la zona equatoriale ) e dei suoi movimenti, la quantità media di energia che arriva sopra l’atmosfera è 342 watt per metro quadrato.

La radiazione non riflessa viene assorbita dall'atmosfera (17%), dalle nubi (8%) e dalla superficie terrestre e dai mari (45%), dove si trasforma in calore.

La Terra, riscaldata come visto dai raggi solari, riemette una radiazione elettromagnetica la cui lunghezza d'onda è legata alla temperatura dalla legge di Wien (come qualunque corpo caldo). Alla temperatura della superficie terrestre, circa 287 K, l'emissione è nel campo dei raggi infrarossi cioè con lunghezza d'onda di circa 10-15 micrometri. L'atmosfera terrestre, che è trasparente alla luce visibile e all'infrarosso vicino, non lo è alla lunghezza d'onda di 10-15 micrometri, per cui solamente il 12% della radiazione riemessa (corrispondente al 9% rispetto alla radiazione solare entrante) riesce a sfuggire nel cosmo. Il resto viene assorbito dall'atmosfera stessa e la riscalda; a sua volta l'atmosfera riemette energia che in parte viene persa nello spazio. La temperatura al suolo aumenta così fino a quando la quantità di radiazione che riesce a sfuggire compensa quella ricevuta dal Sole e nel corso di milioni di anni si è stabilizzata su valori che hanno permesso la vita: la temperatura media terrestre globale è di circa 15 °C, mentre, senza tale meccanismo, sarebbe di -20 °C.

L'attività umana ha intensificato l'effetto serra a partire dalla rivoluzione neolitica, per via della diminuzione della biomassa degli ecosistemi artificiali agricoli e dei loro suoli. Una maggiore impennata nella concentrazione di gas serra si è avuta tuttavia con l'utilizzo di combustibili fossili, che ha intaccato le riserve geologiche di carbonio alterandone il ciclo, e con la maggior produzione di metano dovuta ad un'esplosione dell'allevamento e delle colture a sommersione (per esempio il riso). Anche prodotti di sintesi, quali i clorofluorocarburi ed i perfluorocarburi, contribuiscono - oltre al noto problema del buco dell'ozono - all'intensificazione dell'effetto serra .

I paesi che emettono la maggior parte dei gas serra sono i paesi industrializzati, ma anche paesi in via di sviluppo stanno svolgendo un ruolo significativo: al primo posto per quantitativi di gas serra ci sono gli Stati Uniti d'America (~30%) mentre la Cina è già al secondo posto.

Un primo tentativo di limitare l'alterazione climatica indotta dall'uomo è il Trattato delle Nazioni Unite sul clima (UNFCCC) che vede nel Protocollo di Kyōto il primo strumento operativo di attuazione. Alcuni paesi come gli Stati Uniti, pur avendo sottoscritto il Trattato hanno deciso di non aderire al Protocollo, inizialmente citando studi in cui si metteva in dubbio la responsabilità delle attività antropiche, poi, nel 2005, sostenendo che l'economia americana non sarebbe pronta ad effettuare la transizione verso un minore impatto ambientale. La sede dell'UNFCCC si trova a Bonn.

Per la parte superiore



Riscaldamento globale

Anomalia media della temperatura atmosferica a terra e della superficie dei mari negli ultimi 150 anni

Riscaldamento globale (global warming nella letteratura scientifica in inglese) è un' espressione usata per indicare le fasi, relative all'intera storia climatica della Terra, di aumento della temperatura media dell'atmosfera terrestre e degli oceani dovute a cause naturali (cicli solari, moti della Terra, variazioni atmosferiche,...).

Spesso l'espressione viene usata impropriamente come sinonimo di Surriscaldamento Climatico che al contrario indica la parte di aumento delle temperature causata dalle attività umane (uso di combustibili fossili, deforestazione, allevamento e agricoltura,...).

Secondo quanto riportato dall'Intergovernmental Panel on Climate Change delle Nazioni Unite (IPCC), la temperatura superficiale globale del pianeta sarebbe aumentata di 0,74 ± 0,18 °C durante gli ultimi 100 anni, fino al 2005. L'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ha inoltre concluso che «la maggior parte dell'incremento osservato delle temperature medie globali a partire dalla metà del XX secolo è molto probabilmente da attribuire all'incremento osservato delle concentrazioni di gas serra antropogenici» attraverso un aumento dell'effetto serra. I fenomeni naturali come le fluttuazioni solari e l'attività vulcanica hanno contribuito marginalmente al riscaldamento nell'arco di tempo che intercorre tra il periodo pre-industriale e il 1950 e hanno causato un lieve effetto di raffreddamento nel periodo dal 1950 fino ad oggi. Queste conclusioni sono state supportate da almeno 30 associazioni e accademie scientifiche, tra cui tutte le accademie nazionali della scienza dei paesi del G8. Attualmente il dibattito è comunque ancora aperto all'interno della comunità scientifica dove diversi scienziati si sono opposti a questa interpretazione dei dati climatici attualmente disponibili, sebbene la grande maggioranza di coloro che si occupano di mutamenti climatici siano in accordo con le conclusioni principali dell'IPCC. Le proiezioni del modello climatico riassunte dall'IPCC indicano che la temperatura media superficiale del pianeta si dovrebbe innalzare probabilmente di circa 1,1 °C - 6,4 °C durante il XXI secolo. Questo intervallo di valori risulta dall'impiego di vari scenari sulle emissioni future di gas serra, assieme a diversi valori di sensibilità climatica. Anche se molti studi riguardano l'andamento nel XXI secolo, il riscaldamento e l'innalzamento del livello dei mari potrebbero continuare per più di un migliaio di anni, anche se i livelli di gas serra verranno stabilizzati. Il ritardo nel raggiungimento di un equilibrio sarebbe dovuto alla grande capacità termica degli oceani.

La variazione quantitativa di uno o più di questi fattori può causare un riscaldamento globale o raffreddamento globale dell' atmosfera e superficie terrestre.

Nell'attuale fase di riscaldamento del pianeta si sta assistendo ad una variazione significativa di un importante fattore che influenza la temperatura terrestre, ovvero la concentrazione atmosferica di anidride carbonica o biossido di carbonio (CO2), uno dei gas serra. Tale incremento di circa 2 ppm all'anno (in due secoli il valore della concentrazione è passato da 280 ppm a 380 ppm, il valore più alto da 650.000 anni a questa parte) non ha eguali nella storia recente del pianeta ed è ritenuto legato all'uso di combustibili fossili che durante il periodo carbonifero (tra 345 e 280 milioni di anni fa) sono stati "fissati" nel sottosuolo ad opera della vegetazione e degli animali, passando dalla forma gassosa di CO2 a quella solida o liquida di petrolio, carbone o gas naturale. Negli ultimi 150-200 anni, a partire dalla rivoluzione industriale, la combustione dei giacimenti fossili ha invertito il processo avvenuto durante il periodo carbonifero, reimmettendo nell'atmosfera questo carbonio sepolto da milioni di anni sotto forma di enormi quantità di anidride carbonica (circa 27 miliardi di tonnellate all'anno). Inoltre, secondo le stime, il pianeta riuscirebbe oggi a riassorbire, mediante la fotosintesi clorofilliana e l'azione delle alghe degli oceani, meno della metà delle emissioni, anche a causa della deforestazione. L'attività umana ha infatti ridotto la biomassa vegetale in grado di assorbire la CO2 fin dalla rivoluzione agricola neolitica, trasformando i boschi in campi o città. Oggi la deforestazione (ad esempio in Amazzonia) è nettamente aumentata ed aggrava ulteriormente la situazione. A contribuire ulteriormente vi è la maggior produzione di metano da fermentazione dovuta ad un incremento significativo dell'allevamento intensivo e delle colture a sommersione (ad esempio il riso). La CO2 non è infatti l'unico gas serra, ma rappresenta solo lo 0,038% dei gas atmosferici e circa il 5% del totale dei gas serra, quando il vapore acqueo rappresenta lo 0,33% dei gas atmosferici e contribuisce per circa il 50% ai gas serra.

Sebbene nella storia del clima le variazioni nei livelli di CO2 osservate siano state successive alle variazioni di temperatura e non viceversa (esiste un ritardo di 800 anni tra i picchi di temperatura ed i corrispondenti picchi di CO2 nell'atmosfera), secondo il comitato di esperti delle Nazioni Unite (Intergovernmental Panel on Climate Change) l'attuale riscaldamento non può essere spiegato se non attribuendo un ruolo anche a questo aumento di concentrazione di CO2 nell'atmosfera.

Va sottolineato che l'effetto serra è un fenomeno naturale e necessario per permettere alla superficie terrestre di avere temperature adatte alla vita, in particolare quella umana; ad esempio la decomposizione di piante ed animali morti o la normale attività geotermica dei vulcani emettono enormi quantità di gas serra, ma in questi casi si tratta di emissioni costanti o in lentissima evoluzione (dell'ordine di migliaia o milioni di anni) e per questo non ritenute problematiche. Anche in concomitanza di grandi eruzioni catastrofiche si sono determinate evidenti mutazioni del clima a livello globale (di solito però abbassando le temperature a causa delle eccezionali quantità di polveri emesse in atmosfera, come nel caso delle eruzioni dei vulcani Pinatubo o Krakatoa). Tuttavia questo genere di fenomeni, in epoche storiche, sono stati riassorbiti e non hanno comportato mutamenti permanenti del clima. A parte dunque tale effetto serra naturale, il problema è l'eccesso di riscaldamento dovuto ad un più marcato effetto serra, e dunque il conseguente surriscaldamento.

L'incremento della CO2 dovuto alle fonti fossili è ulteriormente amplificato dal surriscaldamento degli oceani. Le acque marine contengono disciolta una grande quantità di CO2 ed il riscaldamento dei mari ne causa l'emissione in atmosfera. Inoltre, il riscaldamento dovuto all'aumento della temperatura produce una maggior evaporazione dei mari liberando in atmosfera ulteriori quantità di vapore acqueo, il principale gas serra, accrescendo ulteriormente la temperatura globale ed aumentando quantità e violenza di piogge ed uragani tropicalizzando il clima.

Verificando i dati di irraggiamento solare si può constatare come le variazioni dell'attività solare negli ultimi 30 anni siano state minime in rapporto invece ad un aumento della temperatura globale ben più marcato. Gli scienziati che sostengono questa teoria, pur ammettendo che la variazione dell'attività solare sia stata in passato uno dei possibili fattori che hanno influenzato le temperature, ritengono che oggi la gran parte del surriscaldamento globale sia dovuta ai gas serra.

Quando una tendenza al riscaldamento provoca effetti che inducono ulteriore riscaldamento si parla di retroazione positiva, mentre quando gli effetti producono raffreddamento si parla di retroazione negativa. La principale retroazione positiva nel sistema climatico comprende il vapore acqueo, mentre la principale retroazione negativa è costituita dall'effetto della temperature sulle emissioni di radiazione infrarossa: all'aumentare della temperatura di un corpo, la radiazione emessa aumenta in proporzione alla potenza quarta della sua temperatura assoluta (legge di Stefan-Boltzmann). Questo effetto fornisce una potente retroazione negativa che stabilizza il sistema climatico nel tempo.

Uno degli effetti a retroazione positiva invece è in relazione con l'evaporazione dell'acqua. Se l'atmosfera è riscaldata, la pressione di saturazione del vapore aumenta e con essa aumenta la quantità di vapore acqueo nell'atmosfera. Poiché esso è un gas serra, il suo aumento rende l'atmosfera ancora più calda, e di conseguenza una maggiore produzione di vapore acqueo. Questo processo continua fino a quando un altro fattore interviene per interrompere la retroazione. Il risultato è un effetto serra molto più grande di quello dovuto alla sola CO2, anche se l'umidità relativa dell'aria rimane quasi costante.

Gli effetti di retroazione dovuti alle nuvole sono attualmente un campo di ricerca. Viste dal basso, le nuvole emettono radiazione infrarossa verso la superficie, esercitando un effetto di riscaldamento; vista dall'alto, le nuvole riflettono la luce solare ed emettono radiazione verso lo spazio, con effetto opposto. La combinazione di questi effetti risultano in un raffreddamento o in un riscaldamento netto a seconda del tipo e dell'altezza delle nuvole. Queste caratteristiche sono difficili da includere nei modelli climatici, in parte a causa della piccola estensione delle stesse nei modelli simulativi.

Un effetto più sottile è costituito dai cambiamenti nel gradiente adiabatico mentre l'atmosfera si scalda. La temperatura atmosferica diminuisce col l'aumentare dell'altezza nella troposfera. Poiché l'emissione di radiazione infrarossa è legata alla quarta potenza del valore della temperatura, la radiazione emessa dall'atmosfera superiore è minore rispetto a quella emessa dall'atmosfera inferiore. La maggior parte della radiazione emessa dall'atmosfera superiore viene irradiata verso lo spazio mentre quella dell'atmosfera inferiore viene riassorbita dalla superficie o dall'atmosfera. Quindi, l'intensità dell'effetto serra dipende da quanto la temperatura decresce con l'altezza: se essa è superiore, l'effetto serra sarà più intenso, mentre se è inferiore l'effetto sarà più debole. Queste misurazioni sono molto sensibili agli errori, rendendo difficile stabilire se i modelli climatici aderiscono alle osservazioni.

Un altro importante processo a retroazione è costituito dall'albedo del ghiaccio: quando la temperatura globale aumenta, i ghiacci polari si sciolgono ad un tasso superiore. Sia la superficie emersa che le acque riflettono meno la luce solare, quindi la assorbono maggiormente. Per questo motivo aumenta il riscaldamento globale, che incrementa lo scioglimento dei ghiacci e continua il processo.

Il riscaldamento è anche un fattore scatenante per il rilascio di metano da varie sorgenti presenti sia sulla terra che sui fondali oceanici. Il disgelo del permafrost, come nelle torbiere ghiacciate in Siberia creano una retroazione positiva a causa del rilascio di anidride carbonica (CO2) e metano (CH4). Analogamente, l'aumento della temperatura degli oceani, può rilasciare metano dai depositi di idrati di metano e clatrati di metano presenti nelle profondità in base all'ipotesi dei clatrati. Questi fenomeni sono attualmente oggetto di intense ricerche.

Con il riscaldamento degli oceani si prevede una diminuzione della capacità degli ecosistemi oceanici di sequestrare il carbonio. Infatti il livello mesopelagico (situato ad una profondità compresa tra 200 m e 1000 m) subisce una riduzione delle quantità di nutrienti che limitano la crescita delle diatomee in favore dello sviluppo del fitoplancton. Quest'ultimo è una pompa biologica del carbonio meno potente rispetto alle diatomee.

Di recente è stato osservato che tutti i pianeti del sistema solare starebbero subendo un aumento della temperatura. I telescopi spaziali attraverso i sensori termici constatano un aumento della temperatura per il pianeta Giove di 10 °C come temperatura media. Su Marte l'aumento della temperatura è indicato anche dalla forte diminuzione delle calotte polari e dalla presenza di pozze d'acqua. Anche nei pianeti più lontani come Urano, Nettuno e Plutone si constatano aumenti di temperatura. Fattori estranei alla Terra sembrerebbero quindi influenzare l'aumento della temperatura nel sistema solare, ma è ancora poco chiaro se si tratti dell'influenza del Sole (che come detto ha variato poco la sua attività -vedi grafico- ed è molto lontano dai pianeti coinvolti), delle variazioni di quantità della polvere interstellare (che filtra i raggi solari) o siano dovute ad altri fattori ancora sconosciuti. Non esistono infatti ancora prove definitive per queste teorie, anche in considerazione della relativa novità degli studi. Il fattore antropico e il ruolo svolto dalla biosfera sono invece cause unicamente presenti sul nostro pianeta.

I modelli climatici elaborati dall'IPCC indicano un potenziale aumento della temperatura, durante il XXI secolo, compreso tra 1,4 e 5,8 °C.

Risulta tuttora molto difficile prevedere come realmente influirà sul sistema pianeta l'attuale riscaldamento globale, in quanto si tratterebbe di un evento senza nessun precedente in epoca storica. Inoltre, il clima globale è un sistema non lineare multifattoriale, per cui la climatologia può stabilire delle tendenze ma non eventi di dettaglio.

Alcuni effetti sull'ambiente e sulla vita umana sono, almeno in parte, già attribuiti al riscaldamento globale. Un rapporto del 2001 dell'IPCC suggerisce che il ritiro dei ghiacciai, la disgregazione delle calotte polari, l'aumento del livello dei mari, in particolare in quelle con minori tassi di evaporazione, a causa dell'espansione termica e dello scioglimento dei ghiacci continentali oltre che dei ghiacciai montani, le modifiche nella distribuzione delle piogge e l'aumento nell'intensità e frequenza di eventi meteorologici estremi sono attribuibili in parte al riscaldamento globale. È tuttavia più difficile collegare eventi specifici al riscaldamento globale. Altri effetti previsti includono siccità in alcune aree ed inondazioni in altre, mutamenti nelle nevi delle montagne e conseguenze negative sulla salute dovute alle temperature maggiori.

Alcuni effetti, come l'aumento delle morti, degli esodi in massa e le perdite economiche, potrebbero essere esacerbati dall'aumento della densità di popolazione in alcune regioni, nonostante potrebbe essere mitigato il numero di vittime per le conseguenze dei climi freddi. Il quarto e più recente rapporto dell'IPCC riferisce delle prove scientifiche osservate di un incremento nell'intensità dei cicloni tropicali nell'Oceano Atlantico settentrionale a partire dal 1970, correlato all'aumento delle temperature superficiali del mare, ma le previsioni a lungo termine sono complicate dalla qualità dei dati antecedenti l'inizio delle osservazioni satellitari. Il rapporto afferma inoltre che non esiste un andamento chiaro nel numero annuale dei cicloni tropicali nel mondo. Altri effetti anticipati comprendono l'innalzamento del livello dei mari di 180 — 590 mm nel 2090-2100 rispetto ai valori del periodo 1980-1999, ripecussioni sull'agricoltura, rallentamenti nella corrente nord-atlantica causati dalla diminuzione della salinità dell'Oceano Atlantico dovuta allo scioglimento dei ghiacci, riduzioni dello strato di ozono, aumento nell'intensità di eventi meteorologici estremi, acidificazione degli oceani e la diffusione di malattie come la malaria e la dengue. Uno studio prevede che di un campione di 1 103 specie di piante ed animali, dal 18% al 35% si estingueranno per il 2050, in base ai futuri mutamenti climatici. Tuttavia, pochi studi hanno documentato l'estinzione di specie a causa dei mutamenti climatici e uno studio suggerisce che il tasso di estinzione è ancora incerto.

Tali cambiamenti porteranno a significative modificazioni degli habitat naturali andando ad incidere profondamente anche sugli equilibri socio-economici del pianeta..

Gli effetti del riscaldamento climatico antropico potrebbero essere molto maggiori se non vi fosse stata una relativa riduzione dell'irraggiamento solare dovuta all'inquinamento atmosferico. Paradossalmente, una riduzione dell'inquinamento (in particolare degli SOx e del particolato) potrebbe portare ad un aumento delle temperature superiore a quanto ipotizzato.

Il fenomeno ha profondamente modificato l'equilibrio dei ghiacci artici, tanto da causare nel settembre 2007 l'apertura del celeberrimo Passaggio a nord-ovest a settentrione del continente nord americano, per il discioglimento dei ghiacci che lo avevano sempre reso impraticabile alla navigazione. Paradossalmente nello stesso mese (settembre 2007), i ghiacci Antartici hanno raggiunto la loro massima estensione (16,3 milioni di km², leggermente superiore alla media), da quando si effettuano registrazioni(1978) sulla calotta glaciale dell' Antartico; viceversa, nel 2008 l'estensione è stata fra le minori mai registrate..

Nel giugno 2008, la rivista scientifica National Geographic, affermò che, lo strato dei ghiacci stagionali artici, sarebbe scomparso totalmente entro l'estate dello stesso anno, cosa che non si è verificata.. Tuttavia a fine estate 2008 si è avuta la prima apertura totale sia del passaggio a nord-ovest che del passaggio a nord-est (ossia a settentrione della Russia) nel mare Artico. La spedizione DAMOCLES (Developping Arctic Modelling and Observing Capabillities for Long-term Environmental Studies) prevede la fusione totale di ghiaccio prima del 2020.

Molti problemi sono spesso citati come conseguenza del riscaldamento globale. Uno di essi è la riduzione del pH degli oceani per effetto dell'aumento della CO2 nell'atmosfera e di conseguenza l'aumento della quantità che si discioglie in acqua.. Infatti la CO2 dissolta in acqua forma acido carbonico, che aumenta l'acidità. Si stima che il valore del pH all'inizio dell'era industriale era pari a 8,25 ed è diminuito a 8,14 nel 2004, con proiezioni che prevedono un'ulteriore diminuzione del valore di una quantità variabile tra 0,14 e 0,5 per il 2100. Gli organismi e l'ecosistema sono adattabili solo ad uno stretto intervallo di valori del pH, quindi è statao ipotizzato un possibile evento di estinzione, che distruggerebbe la catena alimentare.

Alcuni economisti hanno cercato di stimare i costi economici aggregati netti dei danni causati dai mutamenti climatici. Tali stime sono lontane da presentare conclusioni definitive: su circa un centinaio di stime, i valori variano da 10 $ per tonnellata di carbonio (3 dollari per tonnellata di anidride carbonica) fino a 350 dollari (95 dollari per tonnellata di anidride carbonica), con una media di 43 dollari per tonnellata di carbonio (12 dollari per donnellata di anidride carbonica).

Lo Stern Review, un rapporto molto pubblicizzato sull'impatto economico potenziale, ha ipotizzato una riduzione del PIL globale di un punto percentuale a causa degli eventi meteorologici estremi e nello scenario peggiore la riduzione del 20% dei consumi globali pro capite.

La metodologia, e le conclusioni di questa pubblicazione sono state criticate da molti economisti, mentre altri hanno accolto favorevolmente il tentativo di quantificare il rischio economico.

Gli studi preliminari suggeriscono che i costi e i benefici della mitigazione del fenomeno di riscaldamento globale sono a grandi linee attorno alla stessa cifra.

In base al programma ambientale delle Nazioni Unite (United Nations Environment Programme - UNEP), i settori economici che dovranno affrontare con maggiore probabilità gli effetti avversi del cambiamento climatico includono le banche, l'agricoltura e i trasporti. Le nazioni in via di sviluppo che sono dipendenti dall'agricoltura saranno particolarmente colpite.

Nel corso della storia della Terra si sono succedute ciclicamente modificazioni del clima che hanno portato il pianeta ad attraversare diverse ere glaciali alternate ad epoche più calde. Le cause di queste modificazioni climatiche sono state principalmente legate all'andamento dell'attività del sole o da quella eruttiva della Terra (per emissione di CO2). Circa 200 mila anni fa, queste significative variazioni del clima hanno permesso all'uomo il passaggio dello stretto di Bering, la colonizzazione dell'Australia o della Groenlandia (il cui nome significa "terra verde"). Attualmente, il pianeta sta uscendo da un periodo freddo denominato piccola glaciazione durato dal 1550 al 1800 che ha seguito il periodo medievale, più caldo (tra il 1100 ed il 1400).

Il vasto consenso scientifico attorno al riscaldamento globale e le previsione di aumento delle temperature hanno convinto varie nazioni, aziende ed individui ad implementare delle misure per cercare di limitare questo fenomeno. Molti gruppi ambientalisti incoraggano linee di condotta per i consumatori, ed è stato suggerito l'impiego di quote sulla produzione mondiale di combustibili fossili, indicandoli come una fonte diretta di emissioni di CO2.

Il principale accordo internazionale sul contrasto del riscaldamento globale è il Protocollo di Kyōto, un emendamento al United Nations Framework Convention on Climate Change negoziato nel 1997. Il Protocollo copre più di 160 nazioni globalmente e più del 55% delle emissioni di gas serra globali. Solo gli Stati Uniti e il Kazakhstan non hanno ratificato il trattato.

Il Presidente degli Stati Uniti George W. Bush ha contestato il Protocollo di Kyoto giudicandolo ingiusto ed inefficace per la soluzione del problema del riscaldamento globale, affermando che "esclude l'80 per cento del mondo, tra i principali stati per popolazione come Cina e India e potrebbe costituire una seria minaccia per l'economia degli Stati Uniti". Il governo statunitense ha invece proposto il miglioramento delle tecnologie per l'energia, mentre alcuni stati e città statunitensi hanno iniziato a supportare localmente il Protocollo di Kyoto, attraverso la Regional Greenhouse Gas Initiative. Lo U.S. Climate Change Science Program è invece un programma di cooperazione tra più di 20 agenzie federali per indagare i cambiamenti climatici.

L'Europa ha recentemente proposto come soluzione al riscaldamento globale, oltre al supporto del Protocollo di Kyoto, il cosiddetto "Pacchetto Clima 20-20-20", che prevede l'aumento del 20% nell'efficienza energetica, la riduzione del 20% delle emissioni di gas serra e l'aumento del 20% della quota di energie rinnovabili entro il 2020.

Per analizzare in modo accurato le modificazioni del clima, le Nazioni Unite hanno costituito una Commissione Intergovernativa sul Cambiamento Climatico (IPCC) che raccoglie accademici provenienti delle nazioni del G8. L'IPCC ha rilasciato nel corso degli anni diversi documenti in cui si afferma che la temperatura globale media è aumentata di circa 0,7 °C dalla fine del XIX secolo e che «la maggior parte del riscaldamento osservato durante gli ultimi 50 anni è attribuibile alle attività umane» Le conclusioni raggiunte dall'IPCC sono basate anche da un'analisi di oltre 928 pubblicazioni scientifica dal 1993 al 2007, in cui si osserva che il 75% degli articoli accetta, esplicitamente o implicitamente, la tesi scientifica del contributo antropico al riscaldamento, mentre il restante 25% degli articoli copre unicamente metodologie o paleoclimatologia per cui non esprime opinioni in merito .

Ci sono ricercatori scettici sul ruolo antropico nell'attuale riscaldamento: essi rappresentano una minoranza nella comunità scientifica, sebbene negli ultimi anni il loro numero abbia conosciuto un certo aumento. Tra questi "scettici" vi sono tra gli altri anche il premio Nobel Kary Mullis e l'italiano Antonino Zichichi, oltre che ex membri dei vari comitati IPCC come il metereologo Hajo Smit o Philip Lloyd. Le criticità espresse da tali ricercatori sono diverse e variano dalla politicizzazione e estremizzazione dei documenti conclusivi dell'IPCC fino alle perplessità sulla possibilità di stabilire una relazione tra aumento di CO2 e riscaldamento globale. Alcuni di essi inoltre rimarcano il ruolo di altri fattori naturali sul clima tra cui il principale sarebbe la variazione dell'attività solare ma anche l'effetto dei raggi cosmici avrebbe un ruolo sul mutamento climatico. Le loro criticità trovano peraltro riscontro nella diminuzione della temperatura media globale che si è verificata approssimativamente tra il 1940 e il 1976, nonostante continuasse ad aumentare con la stessa costanza la concentrazione di CO2 nell'atmosfera nel medesimo intervallo di tempo. Inoltre, viene messa in dubbio anche la validità degli attuali modelli matematici utilizzati. Queste tesi sono state raccolte in un documentario della CBC. Il matematico e fisico teorico Freeman Dyson, che fin dagli anni 70 teorizzava la necessità di attuare il sequestro del carbonio piantando nuovi alberi in aree enormi, nel 2007 ha invece rivalutato la questione del riscaldamento globale affermando che "l'allarmismo sul riscaldamento globale è fortemente esagerato" dopo aver calcolato che "il problema dell'anidride carbonica nell'atmosfera è un problema di gestione del terreno, non un problema meteorologico". Secondo lo scienziato gli errori commessi sarebbero legati al fatto che nessun modello matematico atmosferico o oceanico è in grado di predirre il modo in cui dovrebbe essere gestita la terra; infine sottolinea che dovrebbero avere maggiore priorità altri problemi globali.

Di contro, come rilevato dallo stesso articolo di Science, la grande maggioranza degli scienziati concorda sul fatto che sia necessario trovare urgentemente fonti energetiche alternative ai combustibili fossili: tra essi, per quanto riguarda l'Italia, vi è il premio Nobel Carlo Rubbia. In quest'ottica il ricorso al solare termodinamico e all'energia nucleare garantirebbe un importante contributo nella diminuzione delle emissioni di gas serra. Molti sono gli scienziati che, pur riconoscendo il ruolo antropico, sono scettici riguardo alle misure adottate per contenere le emissioni e ritengono il protocollo di Kyōto sia troppo blando e poco incisivo in termini di risultati sul clima. Ad aumentare la perplessità vi è il fatto che i principali emettitori di anidride carbonica (USA e Cina) non lo applicheranno sulle proprie economie.

Va altresì rilevato che secondo la Union of Concerned Scientists circa 40 tra ricercatori ed organizzazioni che contestano il ruolo umano nei fenomeni di riscaldamento globale, si sono rivelati essere finanziati dalla ExxonMobil, di cui fa parte l'italiana Esso. Nel dossier della UCS si legge che la Exxon ha finanziato campagne di contestazione del riscaldamento globale a matrice antropica, elargendo dal 1998 al 2005 16 milioni di dollari a decine di organizzazioni, gruppi e ricercatori che si oppongono alla teoria. I finanziamenti della Exxon sono stati biasimati dalla Royal Society (l'accademia nazionale inglese delle scienze).

Al di là delle cause, è tutt'oggi tema di accese discussioni la reale entità e gli effetti del riscaldamento, dovute al fatto che il clima terrestre non è considerabile come un sistema statico, avendo presentato nella sua storia cambiamenti graduali ma intensi anche senza l'intervento dell'uomo. In tempi storici, si sono infatti avute oscillazioni della temperatura mai tuttavia così ampie come oggi: sia ai tempi dell'Impero Romano che nel Medioevo le temperature medie sono state leggermente più alte che in altri periodi, permettendo la colonizzazione della Groenlandia e la coltivazione estesa di viti nell'Europa del Nord. Entrambi questi periodi sono stati seguiti da periodi di raffreddamento climatico: a Londra il fiume Tamigi gelava tanto da permetterne il passaggio a cavallo e lo svolgimento di mercati natalizi sulla sua superficie ghiacciata. Paragonando questi grandi effetti alla piccolezza delle stimate variazioni (pochi decimi di grado, vedi grafico) di temperatura, si può avere un'idea di cosa potrebbe accadere con aumenti di qualche grado.

Il graduale incremento dei dati scientifici disponibili sul riscaldamento globale ha alimentato a partire dagli anni settanta un crescente dibattito politico che ha poi iniziato a considerare tra le sue priorità anche il contenimento delle emissioni dei gas serra e l'utilizzo di fonti energetiche alternative e rinnovabili.

Nel 2007 alcune organizzazioni internazionali hanno riconosciuto l'importanza della sensibilizzazione sul riscaldamento globale in atto nel nostro pianeta. Per la prima volta l'orologio dell'apocalisse è stato modificato con una motivazione non inerente esclusivamente il pericolo nucleare, ma anche sul mutamento climatico. Il premio Nobel per la pace è stato assegnato al Comitato intergovernativo sul cambiamento climatico e ad Al Gore, quest'ultimo ha organizzato il Live Earth e girato Una scomoda verità, film che ha ricevuto il premio Oscar al miglior documentario, anche se recentemente ha ricevuto molte critiche sulla sua attendibilità scientifica e sulla reale fondatezza di previsioni eccessivamente catastrofistiche.

Anche a livello europeo il riscaldamento climatico è diventata una priorità. Sono attese, per la fine del 2008, una serie di misure legislative volte a ridurre i gas a effetto serra del 20%.

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Mutamento climatico

Temperatura sulla superficie terrestre.

I mutamenti climatici sono le variazioni a livello globale del clima della Terra (cambiamento dei valori medi o delle variazioni rispetto la media). Essi si producono a diverse scale temporali su tutti i parametri meteorologici: temperature massima e minima, precipitazioni, nuvolosità, temperature degli oceani... Sono dovuti a cause naturali e, negli ultimi secoli, si ritiene anche all'azione dell'uomo le cui influenze sul clima sono causa di dibattito scientifico.

Si utilizza questo termine, in modo poco appropriato, per riferirsi anche soltanto ai cambiamenti climatici che avvengono nel presente, utilizzandolo quindi come sinonimo di riscaldamento globale. La Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (United Nations Framework Convention on Climate Change o UNFCCC) utilizza il termine mutamenti climatici solo per riferirsi ai cambiamenti climatici prodotti dall'uomo e quello di variabilità climatica per quello generato da cause naturali. In alcuni casi, per riferirsi ai mutamenti climatici di origine umana si utilizza l'espressione mutamenti climatici antropogenici.

Nello studio dei mutamenti climatici bisogna considerare questioni pertinenti ai più diversi campi scientifici: Meteorologia, Fisica, Chimica, Astronomia, Geografia, Geologia e Biologia comprendono molti aspetti correlati a questo problema, che può essere quindi considerato di ambito multidisciplinare. Le conseguenze sulla comprensione o meno dei problemi correlati ai mutamenti climatici hanno profonde influenze sulla società umana, che deve confrontarsi con essi anche dal punto di vista economico o politico.

Il clima è lo stato medio del tempo atmosferico ad una scala temporale determinata. Su di esso influiscono molti fenomeni; di conseguenza, le variazioni in questi ultimi provocano i mutamenti climatici. Variazioni nelle emissioni solari, nella composizione atmosferica, nella disposizione dei continenti, nelle correnti oceaniche o nell'orbita terrestre può modificare la distribuzione dell'energia e il bilancio radiativo terrestre, alternando così il clima planetario. Queste influenze possono classificarsi in esterne e interne alla Terra. Quelle esterne sono anche denominate forzanti in quanto normalmente effettuano un'azione sistematica sul clima, sebbene vi siano fenomeni di tipo aleatorio quali gli impatti meteoritici. L'influenza antropica sul clima in molti casi è considerata una forzante esterna in quanto la sua influenza è più sistematica che caotica, ma è anche certo che l'uomo appartiene alla biosfera terreste e si può considerare un'influenza interna secondo quale criterio venga applicato. Fra le cause interne si riscontrano un gran numero di fenomeni né sistematici né caotici. A questo gruppo appartengono anche i fattori che amplificano o diminuiscono le variazioni in corso. A causa di tutti questi fattori il clima è considerato un sistema complesso. A seconda del tipo dei fattori dominanti, la variazione del clima è sistematica o caotica. Per questo dipende in particolar modo dalla scala temporale a cui si osserva la variazione poiché possono riscontrarsi variazioni regolari di bassa frequenza nascoste in variazioni caotiche di alta frequenza o viceversa.

La temperatura media della Terra dipende, in gran misura, dal flusso di radiazione solare che essa riceve. Ciò nonostante, poiché questo apporto di energia varia lentamente nel tempo, non è considerato un contributo importante per la variabilità climatica. Questo avviene perché il Sole è una stella di tipo G in fase di sequenza principale, risultando quindi molto stabile. Il flusso radiativo, inoltre, è il motore dei fenomeni atmosferici poiché apporta all'atmosfera l'energia necessaria perché essi si producano.

Per altro, nel lungo periodo le variazioni divengono percettibili poiché il Sole aumenta la sua luminosità con una proporzione del 10% ogni 1.000 milioni di anni. Per questo, sulla Terra primitiva che permise la nascita della vita, 3.800 milioni di anni fa, la luminosità solare era del 70% rispetto a quella attuale.

Le variazioni nel campo magnetico solare e le correlate emissioni di vento solare sono importanti, poiché l'interazione dell'alta atmosfera terrestre con le particelle provenienti dal Sole può generare reazioni chimiche in un senso o nell'altro, modificando la composizione dell'aria e delle nubi così come la loro formazione.

Sebbene la luminosità solare si mantenga praticamente costante nei millenni, varia invece l'orbita terrestre. Questa oscilla periodicamente, modificando la quantità media di radiazione che riceve ogni emisfero nel tempo, e queste variazioni provocano le glaciazioni e i periodi interglaciali. Ci sono tre fattori che contribuiscono a modificare le caratteristiche orbitali facendo in modo che l'insolazione media degli emisferi vari sebbene il flusso globale di radiazione rimanga lo stesso. Si tratta della precessione degli equinozi, dell'eccentricità orbitale e dell'obliquità dell'orbita o inclinazione dell'asse terrestre.

In alcune occasioni avvengono eventi di tipo catastrofico che cambiano l'aspetto della Terra per sempre. L'ultimo di questi avvenimenti catastrofici avvenne 65 milioni di anni fa. Si tratta degli impatti meteoritici di grande dimensione. È indubbio che tali fenomeni possano provocare un effetto devastante sul clima, liberando grandi quantità di CO2, polvere e ceneri nell'atmosfera a causa di incendi in grandi regioni boschive. Si potrebbe quindi relazionare l'evento di Chichulub (nello Yucatan) con il periodo di forti eruzioni dei vulcani dell'India, in quanto questo continente si situa circa agli antipodi rispetto al cratere di impatto. A causa di un impatto sufficiente, l'atmosfera potrebbe cambiare rapidamente, analogamente all'attività geologica del pianeta e alle sue caratteristiche orbitali.

La Terra ha conosciuto molti cambiamenti a partire dalla sua origine, 4.600 milioni di anni fa. 225 milioni di anni fa tutti i continenti erano uniti a formare la Pangea, e vi era un oceano universale chiamato Panthalassa. Questa disposizione favorì l'aumento delle correnti oceaniche e generò uno scarso scarto termico tra l'Equatore e il Polo. La tettonica a zolle ha separato i continenti e li ha posti nella situazione attuale. L'Oceano Atlantico si è formato a partire da 200 milioni di anni.

La deriva dei continenti è un processo estremamente lento, per cui la posizione dei continenti fissa il comportamento del clima per milioni di anni. Ci sono due aspetti da tenere in considerazione. Da un lato, le latitudini a cui si concentra la massa continentale: se le masse continentali sono situate alle basse latitudini si avranno pochi ghiacciai continentali e, in generale, temperature medie meno estreme. Analogamente, se i continenti sono molto frammentati si avranno zone inferiori di clima continentale.

L'atmosfera primitiva, la cui composizione era simile a quella della nebulosa iniziale, perse i suoi elementi volatili H2 e He, in un processo denominato degassificazione, e li sostituì con i gas provenienti dalle eruzioni vulcaniche del pianeta, in particolar modo la CO2, originando un'atmosfera di seconda generazione. In essa sono importanti gli effetti dei gas serra emessi in modo naturale dai vulcani e dai pozzi termali. D'altra parte, l'ossido di zolfo e gli altri aerosol emessi dai vulcani contribuiscono all'effetto contrario, raffreddando la Terra. A partire dall'equilibro fra le emissioni si avrà un determinato bilancio radiativo.

Con l'apparizione della vita sulla Terra, la biosfera diventò un fattore importante per il clima. Inizialmente, il gruppo di organismi fotosintetici catturò gran parte della CO2 dell'atmosfera primitiva e emise una grande quantità di ossigeno. Questo modificò l'atmosfera, permettendo l'apparizione di nuove forme di vita aerobica, favorite dalla nuova composizione dell'aria. Aumentò così il consumo di ossigeno e diminuì il consumo netto di CO2 fino a raggiungere un equilibrio, l'atmosfera di terza generazione, che permane tuttora. Questo equilibrio fra le emissioni e gli assorbimenti si rende evidente nel ciclo del carbonio, per cui la CO2 presenta oscillazioni annuali a seconda delle stagioni di crescita delle piante.

Le correnti oceaniche, o marine, sono fattori regolativi del clima che funzionano come moderatrici. L'esempio più chiaro è la corrente termoalina che, a causa delle differenze di temperature e di salinità, scende nel nord Atlantico mitigando le temperature delle coste europee, che prende il nome anche di oscillazione nord atlantica (North Atlantic Oscillation o NAO).

L'uomo è il più recente degli agenti climatici importanti, influenzandolo da relativamente poco tempo. La sua influenza iniziò con la deforestazione dei boschi per convertirli in terre coltivabili e in pascoli, e ha portato a grandi emissioni di gas serra: CO2 dalle industrie e dai mezzi di trasporto e metano negli allevamenti intensivi e nelle risaie. Attualmente sia le emissioni di gas sia la deforestazione sono cresciute fino a un livello per cui pare difficile la loro riduzione nel breve o nel medio periodo, per le implicazioni tecniche ed economiche delle attività coinvolte. L'attività umana ha in questo modo intensificato l'effetto serra naturale, contribuendo in maniera marcata al Riscaldamento globale.

Molti dei mutamenti climatici importanti sono causati da lievi variazioni provocate dai fattori citati sopra, siano essi forzati sistematiche o accadimenti imprevisti. Questi possono originare un meccanismo che si rafforza autonomamente ("feedback positivo"), amplificando l'effetto. Analogamente, la Terra può rispondere con meccanismi moderatori ("feedback negativo") o con entrambi i fenomeni che agiscono contemporaneamente. Dal bilancio di tutti gli effetti originerà una variazione più o meno brusca, ma sempre imprevedibile sul lungo periodo in quanto il sistema climatico è un sistema caotico e complesso.

Un esempio di feedback positivo è ľeffetto albedo, un aumento della massa glaciale che incrementa la riflessione della radiazione diretta e, di conseguenza, amplifica il raffreddamento. Può inoltre verificarsi il fenomeno inverso, per cui si amplifica il riscaldamento alla riduzione delle masse glaciali. Un meccanismo analogo avviene per la fusione delle calotte polari, in quanto esse creano un ostacolo alle correnti oceaniche che non possono attraversare le regioni polari. Nel momento in cui inizia ad aprirsi il passo alle correnti, si contribuisce a omogenizzare le temperature e si favorisce la fusione completa di tutta la calotta polare, portando a un maggior riscaldamento al ridursi dell'albedo.

La Terra ha mostrato periodi caldi senza calotte polari e recentemente si è riscontrata una laguna nel Polo Nord durante l'estate boreale, per cui gli scienziati norvegesi predicono che fra 50 anni il Mare Glaciale Artico sarà navigabile in questa stagione. Un pianeta senza calotte polari permette una migliore circolazione delle correnti marine, soprattutto nell'emisfero settentrionale, e diminuisce la differenza di temperatura tra l'Equatore e il Poli.

Inoltre vi sono fattori moderatori dei mutamenti climatici. Uno di essi è l'effetto della biosfera e, più concretamente, degli organismi fotosintetici (fitoplancton, alghe e piante) sull'aumento del diossido di carbonio nell'atmosfera. Si stima che l'incremento di questo gas porterà a un aumento della crescita degli organismi che lo utilizzano, fenomeno provato sperimentalmente in laboratorio. Gli scienziati credono, comunque, che gli organismi siano capaci di assorbirne solo una parte e che l'aumento globale della CO2 proseguirà.

Ci sono quindi meccanismi di retroazione per cui è difficile chiarire in che senso attuino. Nel caso delle nubi, attualmente si è giunti alla conclusione, mediante osservazioni dallo spazio, che l'effetto totale che esse producono è di raffreddamento; questo studio si riferisce però alle nubi attuali. L'effetto netto futuro e passato è difficile da stabilire in quanto dipende dalla composizione e dalla formazione delle nubi stesse.

Gli studi climatici del passato (paleoclima) si effettuano studiando i registri fossili, accumuli di sedimenti nei fondali marini, le inclusioni di aria nei ghiacciai, i segnali erosivi nelle rocce e gli anelli di crescita degli alberi. Sulla base di questi dati si è potuto redigere una storia climatica recente relativamente precisa e una storia climatica preistorica con una precisione più scarsa. Man mano che si retrocede nel tempo i dati si riducono, per cui la climatologia ha necessità di servirsi di modelli di simulazione del clima passato e futuro.

A partire dai modelli di evoluzione stellare si può calcolare con relativa precisione la variazione della luminosità solare nel lungo periodo, per cui si sa che, nel primo periodo dell'esistenza della Terra, il Sole emetteva il 70% dell'energia attuale e la temperatura di equilibrio era di -41 °C. Ciò nonostante, si hanno prove dell'esistenza degli oceani e della vita da 3.800 milioni di anni, per cui il paradosso del Sole debole si può esplicare con un'atmosfera la cui concentrazione di CO2 fosse molto superiore rispetto a quella attuale e con un effetto serra superiore.

L'atmosfera influisce fondamentalmente sul clima: se non esistesse, la temperatura sulla Terra sarebbe di -20 °C; ma essa si comporta in modo differente in funzione della lunghezza d'onda della radiazione incidente. Il Sole, per la sua temperatura di circa 6000 K emette fondamentalmente a 5 μm e l'atmosfera lascia passare la radiazione. La Terra ha una temperatura molto inferiore e riemette parte della radiazione ma a una lunghezza d'onda molto più ampia, di circa 15 μm, per i quali l'atmosfera non è trasparente. La CO2 che è attualmente contenuta nell'atmosfera, in una concentrazione di 367 p.p.m., assorbe questa radiazione, così come il vapore acqueo. Il risultato è che l'atmosfera si riscalda e restituisce alla terra parte di questa energia per cui la temperatura superficiale media è di circa 15 °C, valore molto diverso da quello d'equilibrio senza atmosfera. Questo fenomeno è denominato effetto serra, che permette la vita sulla terra.

Lo studio di quale fosse in passato la composizione dell'atmosfera viene oggi condotto a partire dalle bolle d'aria intrappolate nei ghiacci polari e nei campioni di sedimenti marini; si è così osservato che le concentrazioni di CO2, metano ed altri gas serra sono fluttuate nel corso delle ere. Non si conoscono le cause esatte per cui si sono prodotte queste variazioni, sebbene ci siano varie ipotesi di lavoro. Il bilancio è complesso poiché, sebbene si conoscano i fenomeni di assorbimento e di emissione della CO2, la loro interazione è difficilmente calcolabile.

Durante gli ultimi decenni le misure nelle differenti stazioni meteorologiche indicano che il pianeta si sta riscaldando. Gli ultimi 10 anni sono stati i più caldi da quando si registrano i dati climatici, e gli scienziati annunciano che nel futuro la temperatura sarà in media più elevata. La maggioranza degli esperti concorda sul fatto che gli uomini esercitino un impatto diretto su questo processo, generando un aumento dell'effetto serra naturale. Gli scenari previsti postulano che, mentre il pianeta si riscalda, le calotte polari si fondono e poiché la neve ha un'elevata albedo (cioè riflette verso lo spazio la maggior parte della radiazione che riceve), la diminuzione delle calotte polari comporterà un ulteriore aumento delle temperature. Inoltre, il riscaldamento dei mari comporterà una maggiore evaporazione e poiché il vapore acqueo è anch'esso un gas serra, si produrrà un effetto amplificatore. Di contro, un aumento della nuvolosità dovuto alla maggiore evaporazione contribuirà all'aumento dell'albedo e quindi, teoricamente, ad un raffreddamento.

Naturalmente, si potrebbero avere effetti compensatori. La CO2 gioca un ruolo importante sull'effetto serra: se la temperatura è più elevata, l'assorbimento di anidride carbonica da parte degli oceani a formare carbonati è favorito. Quindi l'effetto serra diminuisce, così come la temperatura. Se la temperatura è bassa, la CO2 si accumula poiché non si favorisce il suo assorbimento da parte degli oceani.

Con l'apparizione delle piante, nella Terra iniziò la fotosintesi. Le piante assorbono CO2 e emettono O2. L'accumulo di quest'ultimo nell'atmosfera favorì l'apparizione degli animali, che lo utilizzano per respirare, emettendo CO2. I boschi sono quindi i polmoni della Terra; attualmente le foreste tropicali occupano la regione equatoriale del pianeta e tra l'Equatore e il Polo si ha una differenza termica di 50 °C. 65 milioni di anni fa la temperatura era di 8 °C superiore rispetto a quella attuale e la differenza termica tra l'Equatore e il Polo era di pochi gradi.

L'uomo apparve circa 3 milioni di anni fa. All'inizio del pleistocene, circa due milioni di anni la Terra si trovava in un periodo glaciale, in cui gran parte dei continenti dell'emisfero settentrionale, per esempio l'America del Nord e l'Europa, erano coperte dai ghiacci. In Europa sono state riconosciute quattro fasi glaciali, dalla più antica alla più recente: Donau, Gunz, Mindel, Riss e Wurm, intervallate da altrettanti fasi interglaciali. Il periodo interglaciale in cui viviamo è iniziato circa 15.000 anni fa. Il miglioramento delle condizioni termiche coincise con il passaggio dal periodo Paleolitico a quello Neolitico, circa 5.000 anni fa.

Nel 1941 il matematico e astronomo serbo Milutin Milanković propose la teoria per cui le variazioni orbitali della Terra causarono le glaciazioni del Pleistocene. Calcolò l'insolazione nelle alte latitudini dell'emisfero nord nel passare delle stagioni. La sua tesi afferma che è necessari l'esistenza di estati fresche, e non di inverni rigidi, perché inizi un periodo glaciale. La sua teoria non fu accettata fino agli inizi degli anni cinquanta, quando Cesare Emiliani, che lavorava in un laboratorio dell'Università di Chicago, presentò la prima dissertazione completa che mostrava ľavanzata e la retrocessione dei ghiacciai durante le ultime glaciazioni. Questi risultati furono ottenuti analizzando successioni sedimentarie marine, ovvero confrontando il contenuto dell'isotopo pesante dell'ossigeno (18O) con l'ossigeno-16 (16O) nei microfossili contenuti neisedimenti .

Da quando nel 1610 Galileo mise a punto il telescopio, il Sole e le sue macchie sono state osservate con assiduità. Nel 1851 l'astronomo H. Schwabe osservò che l'attività solare variava secondo un ciclo di undici anni, con massimi e minimi. L'astronomo solare E.W. Maunder si accorse che tra il 1645 e il 1715 il Sole interruppe il ciclo undecennale e ci fu un'epoca in cui quasi non ci furono macchie, denominato minimo di Maunder. Il Sole e le stelle passano un terzo della loro vita in periodi analoghi a questo, che corrispondono a minimi di emissione dell'energia e quindi a periodi freddi nel clima terrestre. Inoltre, in questi periodi le aurore boreali o australi causate dall'attività solare scompaiono o sono rare.

Ci sono stati 6 minimi solari simili a quello di Maunder dal minimo egizio dell'anno 1300 a.C. Questi eventi sono però molto irregolari, con intervalli fra i minimi che variano tra i 180 e i 1100 anni; in media i periodi di scarsa attività solare durano 115 anni circa e si ripetono approssimativamente ogni 600. Attualmente siamo nel Massimo Moderno, che iniziò nel 1780 quando riniziò il ciclo di 11 anni. Si dovrebbe avere un minimo solare al massimo entro il 2900 d.C. e un nuovo periodo glaciale, il cui ciclo è dell'ordine dei centomila anni, potrebbe apparire verso l'anno 44000 d.C., se le azioni dell'uomo non lo impediranno.

Le variazioni di Carbonio-14 e l'attività solare sono correlate. Questo permetto attraverso gli studi di dendrocronologia di ricostruire queste attività e metterle in relazione con i minimi e i massimi di attività solare.

Alla fine del XVII secolo l'uomo iniziò a utilizzare i combustibili fossili che la terra aveva accumulato nel sottosuolo durante la sua storia geologica. L'utilizzo di petrolio e di gas naturale ha causato un aumento della CO2 nell'atmosfera, ultimamente pari a 1,4 p.p.m. all'anno, e ha prodotto il conseguente aumento della temperatura. Si stima che da quando l'uomo misura la temperatura, circa 150 anni fa (già nell'epoca industriale), essa è aumentata di 0,5 °C e si prevede un aumento di 1 °C nel 2020 e di 2 °C nel 2050.

Agli inizi del XXI secolo il riscaldamento globale pare una teoria consolidata, sebbene le stazioni meteorologiche delle grandi città siano passate dal trovarsi in periferia al centro, e l'effetto dell' "isola urbana" abbia influenzato l'aumento osservato. Gli ultimi anni del XX secolo si caratterizzarono per temperature medie che furono le più alte del secolo.

Forse il meccanismo di compensazione della CO2 funzionerà; fra cento anni, magari il Sole sarà a un nuovo minimo; fra mille anni, magari ci salverà la prossima glaciazione.

Nel Cretaceo, senza l'intervento umano, la concentrazione della CO2 era più alta che ora e la Terra aveva temperature più elevate di 8 °C.

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Terra

La Terra vista dalla Luna.

La Terra è il pianeta su cui vive l'umanità, il terzo in ordine di distanza dal Sole. È il più grande dei pianeti terrestri del sistema solare, sia per quanto riguarda la massa sia per il diametro, ed è l'unico corpo planetario del sistema solare adatto a sostenere la vita, almeno tra quelli conosciuti alla scienza moderna (anche se vi sono ipotesi e in alcuni casi anche deboli indizi a sostegno della tesi per cui la vita, probabilmente in forma microscopica, sarebbe stata presente o potrebbe tuttora sussistere su alcuni corpi del sistema solare come Marte, Venere e alcuni satelliti naturali dei pianeti gassosi ).

È il primo pianeta conosciuto a possedere acqua in forma liquida sulla sua superficie ed il solo nell'Universo noto per la presenza di vita.

Possiede un campo magnetico, che, insieme ad una atmosfera composta in prevalenza da azoto ed ossigeno, la protegge dalle radiazioni nocive alla vita; l'atmosfera inoltre funziona come scudo contro le piccole meteore, causandone la distruzione per calore da attrito prima del raggiungimento della superficie.

La formazione della Terra è datata circa 4,57 miliardi di anni e possiede un solo satellite naturale, la Luna, la cui età di formazione, datata su alcuni campioni delle rocce più antiche, è risultata compresa tra 4.29 e 4,56 miliardi di anni fa. Il suo asse di rotazione è inclinato rispetto alla perpendicolare al piano dell'eclittica: questa inclinazione, combinata con la rivoluzione della Terra intorno al Sole, è causa dell'alternarsi delle stagioni.

Le condizioni atmosferiche primordiali sono state alterate in maniera preponderante dalla presenza di forme di vita, le quali hanno creato un diverso equilibrio ecologico, plasmando la superficie del pianeta. Circa il 71% della superficie è coperta da oceani ad acqua salata, mentre il restante 29% è rappresentato dai continenti e dalle isole.

La superficie esterna è suddivisa in diversi segmenti rigidi, o placche tettoniche, che si spostano lungo la superficie in periodi di diversi milioni di anni.

La parte interna, attiva dal punto di vista geologico, è composta da un sottile strato relativamente solido o plastico, denominato mantello, e da un nucleo, diviso a sua volta in nucleo esterno, dove si genera il campo magnetico, ed un nucleo interno solido, costituito principalmente da ferro e nichel.

Importanti sono le influenze esercitate sulla Terra dallo spazio esterno; infatti la Luna è all'origine del fenomeno delle maree, stabilizza lo spostamento dell'asse terrestre ed ha lentamente modificato la lunghezza del periodo di rotazione del pianeta (rallentandolo); un bombardamento di comete durante le fasi primordiali ha giocato un ruolo fondamentale nella formazione degli oceani e, in un periodo successivo, alcuni impatti di asteroidi hanno provocato significativi cambiamenti delle caratteristiche della superficie e ne hanno alterato la vita presente.

Il simbolo astronomico della Terra è un cerchio con all'interno una croce (Unicode: U+2641; esadecimale: &#x2641, ♁): la linea orizzontale rappresenta l'equatore, mentre quella verticale un meridiano (, occasionalmente anche ).

Gli scienziati sono riusciti a ricostruire la storia della Terra. La Terra e gli altri pianeti del sistema solare si formarono 4,57 miliardi di anni fa. Inizialmente liquefatto il pianeta andò a raffreddarsi, formando una crosta terrestre sempre più di tipo granitica, simile all'odierna. La Luna, si formò subito dopo, probabilmente a causa dell'impatto tra la Terra e un pianetino grande quanto Marte e avente circa il 10% della massa della Terra, conosciuto come Theia. Nell'urto tra i due corpi, un po' della massa di questo piccolo corpo celeste si unì alla Terra ed una porzione fu espulsa nello spazio, ma abbastanza materiale sopravvisse per formare un satellite orbitante.

L'attività vulcanica, decisamente maggiore dell'odierna, produsse l'atmosfera primordiale, molto ricca di biossido di carbonio. Il vapore acqueo condensandosi produsse gli oceani. Circa 3,5 miliardi di anni fa nacque la prima forma di vita.

Lo sviluppo della fotosintesi permise ad alcune forme di vita di assorbire l'energia solare; l'ossigeno, prodotto di scarto della fotosintesi, si accumulò nell'atmosfera e creò uno strato di ozono (una forma di ossigeno molecolare ) nell'atmosfera superiore. L'incorporazione di cellule più piccole in altre di dimensioni maggiori fece si che si svilupparono cellule più complesse delle cellule procarioti, chiamate eucarioti. Protette dallo strato di ozono che impediva ai raggi ultravioletti, dannosi per la vita, di attraversare l'atmosfera le varie forme di vita colonizzarono la superficie della Terra.

La primordiale struttura geologica di microplacche continentali andò verso una primaria aggregazione, formando dei continenti che occasionalmente si univano per formare un supercontinente. Circa 750 milioni di anni fa (mya), il primo supercontinente conosciuto (la Rodinia) cominciò a dividersi in continenti più piccoli. I continenti in seguito si riunirono per formare la Pannotia, 600 – 540 mya, e finalmente la Pangea, che si divise in continenti più piccoli circa 180 milioni di anni fa ponendo le basi per la situazione geografica moderna.

Dal 1960 si è ipotizzato che diverse ere glaciali tra i 750 ed i 580 milioni di anni fa, durante il Neoproterozoico, abbiano coperto di ghiaccio la maggior parte del pianeta. Questa ipotesi (non ancora accettata dall'intera comunità scientifica) è conosciuta con il nome di Terra a palla di neve, e deve il particolare interesse al fatto che precede l'esplosione del Cambriano, dove le forme di vita multicellulari cominciarono a proliferare.

Successivamente al Cambriano, circa 530 milioni di anni fa, si sono succedute cinque estinzioni di massa. L'ultima di esse, avvenuta 65 milioni di anni fa, probabilmente causata da una collisione meteoritica provocò, l'estinzione dei dinosauri e di altri animali, tra cui le ammoniti, ma risparmiò alcuni piccoli animali, come i mammiferi, che presero il sopravvento nel periodo successivo. In seguito i mammiferi si diversificarono, finché un animale africano, assomigliante ad una scimmia, guadagnò l'abilità di mantenere una posizione eretta. Questa evoluzione permise l'utilizzo di utensili, incoraggiò la comunicazione al fine di provvedere ad una migliore nutrizione e creò i presupposti per lo sviluppo di una maggiore area cerebrale. Lo sviluppo della agricoltura, e della civiltà, permise agli esseri umani di plasmare la Terra in un tempo così breve come nessuna altra forma di vita era riuscita a fare, influenzando sia la natura, sia la quantità delle altre forme di vita.

La fase recente delle ere glaciali incominciò circa 40 milioni di anni fa, intensificandosi durante il Pleistocene, circa 3 milioni di anni fa. Le regioni polari sono state sottoposte a svariati cicli di glaciazioni e disgeli, succedutisi ogni 40-100 000 anni. L'ultima di queste fasi termino 10 000 anni fa, lasciando il pianeta in una situazione morfo-climatica abbastanza stabile fino ai giorni nostri.

Modelli chimici basati sull'attuale abbondanza di isotopi radioattivi con lunghissimi tempi di decadimento e l'analisi composizionale di materiale non differenziato proveniente da meteoriti e dalla Luna datano la formazione della Terra a 4,65 miliardi di anni fa. La difficoltà principale nella determinazione dell'età della Terra è legata al fatto che nessuna roccia attualmente affiorante sul pianeta presenta questa età; ciò è dovuto alla natura fluida o plastica della totalità della crosta terreste durante il primo miliardo di anni circa. Inoltre processi di differenziazione magmatica separavano in questa prima fase i vari elementi concentrandone solo alcuni all'interno della crosta terrestre. Questo frazionamento rende difficile stabilire con esattezza il contenuto iniziale di alcuni geocronometri e pertanto non è possibile calcolare con esattezza le abbondanze iniziali.

Le rocce più antiche rinvenibili sul pianeta sono rocce continentali, si ritrovano nei cratoni e hanno un'età pari a 4,1 miliardi di anni. La maggior parte della crosta oceanica è più giovane, perché continuamente riciclata dai meccanismi legati alla tettonica delle placche: le rocce più antiche in questo tipo di crosta sono giurassiche e hanno un'età di 100 milioni di anni.

L'età della Terra fu determinata da Clair Patterson nel 1953, utilizzando metodi radiometrici legati al decadimento dell'uranio.

La Terra è il maggiore sia per dimensione che per massa dei quattro pianeti terrestri (insieme a Mercurio, Marte e Venere), composto per lo più da roccia e silicati; tale termine è contrapposto ai giganti gassosi, pianeti appartenenti al sistema solare esterno. Sempre tra i pianeti terrestri è quello con la maggiore densità, la più alta gravità e il più forte campo magnetico.

La forma della Terra viene correttamente definita come geoide, ma è decisamente simile ad uno sferoide oblato (solido di rotazione che si ottiene dalla rotazione di un'ellisse attorno al proprio asse minore), da cui si discosta per un massimo di 100 metri.

Il diametro medio dello sferoide di riferimento è circa 12 742 km, tuttavia, in maniera più approssimativa si può definire come 40 009 km/π, dato che il metro è stato originariamente definito come 1/10 000 000 della distanza tra l'equatore e il polo nord passando per Parigi, Francia.

La rotazione della Terra è la causa del rigonfiamento equatoriale, che comporta un diametro equatoriale di 43 km maggiore di quello polare. Le maggiori deviazioni locali sulla superficie sono: il Monte Everest, con 8850 m (sopra il locale livello del mare) e la Fossa delle Marianne, con 10 924 m (sotto il locale livello marino). Se si paragona la Terra ad un perfetto ellissoide, essa ha una tolleranza di circa una parte su 584, o di 0,17%, che è minore dello 0,22% di tolleranza ammesso nelle palle da biliardo. A causa della presenza del rigonfiamento, inoltre, il luogo maggiormente distante dal centro della Terra è situato attualmente sul Monte Chimborazo in Ecuador.

L'interno della Terra, detto anche geosfera, è costituito da rocce di diversa composizione e fase (solida, principalmente, ma talvolta anche liquida).

Grazie allo studio dei sismogrammi si è giunti a considerare l'interno della terra suddiviso in una serie di gusci; difatti si è notato che le onde sismiche subiscono fenomeni di rifrazione nell'attraversare il pianeta. La rifrazione consiste nella modifica della velocità e della traiettoria di un'onda quando questa si trasmette ad un mezzo con differente densità. Si sono potute così rilevare superfici in profondità in cui si verifica una brusca accelerazione e deviazione delle onde, e in base a queste sono state identificate quattro zone sferiche concentriche: la crosta, il mantello, il nucleo esterno e il nucleo interno.

L'interno della Terra, come quello degli altri pianeti terrestri, è diviso chimicamente in una crosta formata da rocce da basiche ad acide, un mantello ultrabasico e un nucleo terrestre composto principalmente da ferro. Il pianeta è abbastanza grande da avere un nucleo differenziato in un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido, che produce un debole campo magnetico a causa della convezione del suo materiale elettricamente conduttivo. Dal punto di vista delle proprietà meccaniche, la crosta e la porzione superiore del mantello formano la litosfera, rigida; mentre una porzione intermedia del mantello, che si comporta in un certo senso come un fluido enormemente viscoso, costituisce l'astenosfera.

Materiale proveniente dall'astenosfera si riversa continuamente in superficie attraverso vulcani e dorsali oceaniche non conservando però la composizione originale perché soggetto a cristallizzazione frazionata.

La massa della Terra è circa di 5,98x10^24 kg (ovvero quasi 6000 trilioni di tonnellate).

Si ritiene che il nucleo sia costituito principalmente di ferro (88,8%) con piccole quantità di nichel (5,8%) e zolfo (4,5%).

Il geochimico F. W. Clarke ha calcolato che poco più del 47% della crosta terrestre è composta da ossigeno. I costituenti più comuni sono rappresentati dagli ossidi; cloro, zolfo e fluoro sono le uniche importanti eccezioni, sebbene la loro presenza totale nelle rocce sia inferiore all'1%. Gli ossidi principali sono i silicati, gli ossidi di alluminio, di ferro, di calcio, magnesio, potassio e di sodio. I silicati sono la componente acida della crosta terrestre, andando a rappresentare e costituire tutti i principali minerali delle rocce intrusive. Analizzando 1672 campioni di tutti i tipi di rocce, Clarke ha dedotto che il 99,22% di esse erano composte da solo 11 ossidi (vedi tabella a destra), mentre i rimanenti costituenti erano presenti solo in quantità veramente ridotte.

La temperatura all'interno della Terra aumenta con un gradiente geotermico di circa 25 °C/km nella crosta, per poi diminuire a 0.7 °C-0.8 °C/km nelle altre zone; è direttamente collegata alla pressione. Raggiunge i 5270 K (circa 5000 °C) ed una pressione di 3600 kbar nella porzione di nucleo interno. Il calore interno è stato generato in parte durante la formazione del pianeta e da allora ulteriore calore è stato continuamente generato dal decadimento radioattivo di isotopi dell'uranio, del torio e del potassio. Il calore trasmesso dall'interno all'esterno del pianeta deriva dai moti convettivi del mantello, anche se, essendo le rocce cattive conduttrici termiche, rappresenta solo un ventimillesimo dell'energia che il pianeta riceve dal Sole.

La densità media della Terra è di 5,515 g/cm³, rendendolo il pianeta più denso del Sistema Solare; tuttavia non è costante, ma è direttamente proporzionale all'aumentare della profondità. Nella crosta terrestre passa da 2,2 a 2,9 g/cm³, per aumentare progressivamente nel mantello, con una densità da 3,4 a 5,6 g/cm³, e giungere nel nucleo a valori compresi tra i 9 e i 13 g/cm³.

In accordo con la teoria della tettonica a zolle, che è oramai accettata dalla quasi totalità degli esperti in Scienze della Terra, la zona più esterna della Terra è suddivisa in due parti: la litosfera, comprendente la crosta terrestre e la parte più superficiale del mantello superiore, e l'astenosfera che forma la parte più interna e profonda del mantello. L'astenosfera si comporta come un liquido sovrariscaldato che fa muovere le placce litosferiche, ed è estremamente viscoso. La litosfera sostanzialmente galleggia sulla astenosfera ed è suddivisa in quelle che comunemente sono chiamate placche tettoniche. Queste placche sono segmenti rigidi che si muovono le une rispetto alle altre secondo tre tipologie di movimento: convergente, divergente e trasforme. Un'ultima tipologia di movimento avviene quando due placche si muovono lateralmente rispetto ad un'altra, utilizzando una faglia strike-slip. Tramite gli spostamenti di queste placche il pianeta è stato plasmato, alternando momenti in cui era presente un solo super-continente, a situazioni simili alla odierna. Esistono le placche litosferiche di tipo continentale e di tipo oceanico. Inoltre la collisione tra due o più placche tettoniche è la base per la genesi delle catene montuose, sulla parte di placca litosferica di tipo continentale; mentre una loro divergenza può portare alla nascita di una dorsale oceanica, sulla parte di placca litosferica di tipo oceanica e; quindi, di nuova crosta. Pertanto i limiti tra le placche tettoniche sono zone di elevata attività geologica e di intensi sforzi, e lungo di esse si concentrano la maggior parte delle aree sismiche, con terremoto anche di forte intensità, e delle aree vulcaniche.

Numerose sono le placche minori o di più piccola dimensione, tra esse le principali sono: la Placca indiana, la Placca arabica, la Placca caraibica, la Placca di Nazca lungo la costa occidentale del Sud America e la Placca scozzese nell'Oceano Atlantico meridionale. Le placche a movimento più rapido si trovano nelle zone oceaniche, con la Placca di Cocos che si sposta con un tasso di 75 mm/anno e la Placca pacifica che si sposta con un tasso di 52-69 mm/anno. All'estremo, la placca con il movimento più lento è quella euroasiatica, in movimento con un tasso medio di circa 21 mm/anno.

La superficie terrestre può variare enormemente da luogo a luogo. Circa il 70,8% della superficie è coperta da acqua; inoltre la maggior parte della piattaforma continentale si trova al di sotto del livello marino. Nella parte sommersa del pianeta sono presenti tutte le caratteristiche tipiche di un territorio montuoso, comprendenti un sistema di dorsali medio oceaniche, dei vulcani sommersi , delle fosse oceaniche, dei canyons sottomarini, degli altipiani e delle piane abissali. Il rimanente 29,2% emerso consiste di montagne, deserti, pianure, altipiani e altre zone geomorfologiche minori. La superficie planetaria si modifica costantemente secondo tempi geologici a causa dei movimenti delle varie placche tettoniche e dell'erosione; inoltre le sue caratteristiche geografiche, create o deformate dai movimenti tettonici, sono sottoposte agli influssi meteorologici (pioggia, neve, ghiaccio, vento), a svariati cicli termici (ad es. gelo/disgelo delle zone alpine od elevata escursione termica giornaliera nel caso dei deserti) ed all'azione chimica. Infine, nel modellamento del pianeta, sono compresi anche grandi eventi come glaciazioni e impatti meteorici. Durante la migrazione di due placche tettoniche continentali, la crosta oceanica viene subdotta al di sotto dei margini di queste ultime. Nello stesso tempo, a causa della risalita di materiale mantellico, nuova crosta oceanica viene generata lungo margini divergenti nelle dorsali medio oceaniche.

Questo ciclo sostituisce continuamente il materiale di crosta oceanica in un processo che ha portato essa ad avere una età minore di 100 milioni di anni. La placca oceanica più antica, localizzata nel Pacifico Occidentale, è stata stimata con una età di circa 200 milioni di anni. Per comparazione la crosta continentale più antica, datata grazie alla presenza di fossili, ha una età di circa 3 miliardi di anni. I movimenti subduttivi delle varie placche vengono regolati da contrasti di densità; infatti le placche continentali sono formate da rocce meno dense, specialmente da rocce intrusive, come graniti ed andesiti, mentre quelle oceaniche sono formate da rocce effusive, prevalentemente basaltiche. Questa differenza costitutiva spiega il perché nel contrasto tra due placche di tipologia differente sia sempre quella oceanica ad andare in subduzione. Differente sviluppo ha il caso in cui le due placche appartengano allo stesso tipo, per cui intervengono fattori più sensibili come gli sforzi e le direzioni di movimento. Su entrambe le tipologie di crosta si possono trovare, in casi favorevoli alla loro messa in posto, le rocce sedimentarie. Esse sono formate dall'accumulo di sedimenti in maniera spesso così individuabile, quando è presente una stratificazione, da poter risalire indietro nel tempo alle condizioni presenti all'atto della formazione di ogni singolo strato ed alla evoluzione di tali condizioni verso il presente. Inoltre le rocce sedimentarie sono le le uniche in cui possono esser ritrovati fossili, fondamentali per una datazione precisa della roccia stessa e per trarre informazioni paleoambientali su clima, geografia, fauna e sulla flora presente in quella epoca Va aggiunto anche che in tali rocce vengono ricercati e sfruttati quasi tutti i principali giacimenti di idrocarburi e carboniferi. Circa il 75% di tutta la superficie dei continenti è coperta da sedimenti, sebbene essi formino solamente circa il 5% della crosta. La terza tipologia di roccia presente sul pianeta, dopo quelle vulcaniche (intrusive ed effusive) e quelle sedimentarie, è quella delle rocce metamorfiche. Esse derivano dalla trasformazione di rocce pre-esistenti di qualsiasi tipo attraverso l'influenza di alte pressioni, di alte temperature o di entrambe queste variabili. Il processo metamorfico può essere di varia intensità, provocando sia una semplice ricristallizzazione di alcune specie minerali verso altre maggiormente stabili, sia la parziale fusione e deformazione della roccia, trasformandola in una completamente differente. Attraverso i processi di fusione, si crea inoltre una circolazione di fluidi caldi all'interno della roccia. All'interno di questi fluidi vengono portati in soluzione e concentrati, laddove presenti, elementi rari altrimenti dispersi in quantità infinitesimali. Le rocce metamorfiche o i depositi derivanti dal loro smantellamento, pertanto, sono uno dei luoghi preferenziali di ricerca di giacimenti di materie prime, di pietre e metalli preziosi. I minerali maggiormente abbondanti sulla superficie terrestre sono i silicati, i quali includono principalmente: quarzo, feldspato, anfibolo, mica, pirosseno e olivina. Tra i minerali carbonatici, invece, i più comuni sono: calcite, aragonite e dolomite. La componente pedologica e la parte più esterna della Terra, nonché la più sottile, e riguarda il suolo ed i processi che portano alla sua formazione. La pedosfera si pone come contatto tra la litosfera, l'atmosfera, l'idrosfera e la biosfera. Si calcola che la parte arabile di superficie sia il 13,31% della superficie emersa, con solo il 4,71% di essa utilizzata per colture permanenti. Quasi il 40% della terra è attualmente utilizzata per agricoltura e pastorizia, con una stima di circa 1,3 × 109 ettari (3,3 × 109 acri ad uso agricolo e 3,4 × 109 ettari (8,4 × 109 acri) di pastorizia.

Il rilievo della superficie terrestre varia dal punto più basso, −418 m del Mar Morto, ad una stima del 2005 della massima altitudine di 8848 m della cima del Monte Everest; inoltre l'altezza media della terra posta al di sotto del livello marino è di 686 m.

La Terra è l'unico pianeta conosciuto ospitante la vita.

Le forme di vita del pianeta compongono la biosfera. Le teorie correnti pongono la sua nascita a qualche centinaio di milioni di anni dopo la formazione del pianeta, tra 3,5 e 4 miliardi di anni fa. La biosfera è divisa in vari biomi, abitati da una popolazione di flora e fauna all'incirca simile. Sulla terra, i biomi sono separati principalmente secondo la latitudine. I biomi a nord del circolo polare artico e a sud del circolo polare antartico sono relativamente vuoti di vita animale e vegetale, mentre quelli più popolati si trovano vicino all'equatore.

La complessa interazione fra biosfera e singole forme di vita ha portato alcuni autori all'ipotesi Gaia secondo la quale la vita sulla terra è possibile grazie al comportamento degli esseri viventi che mantengono una delicata omeostasi.

La Terra ha un'atmosfera relativamente spessa, composta per il 78% di azoto, per il 21% di ossigeno e per l'1% di argon, più tracce di altri gas tra cui il biossido di carbonio e l'acqua. L'atmosfera separa la superficie terrestre dall'ambiente inospitale dello spazio, blocca buona parte delle radiazioni solari, modera le temperature sulla superficie ed è il veicolo di trasporto del vapore acqueo e di altre sostanze gassose. I suoi vari strati, la troposfera, la stratosfera, la mesosfera, la termosfera e l'esosfera sono diversi attorno al globo e variano anche assieme alle stagioni.

È proprio dell'atmosfera il fenomeno dell'effetto serra, dove alcune molecole riescono a trattenere e riflettere al suolo l'energia termica emessa dalla superficie, mantenendo così elevate le temperature. I principali gas responsabili di questo fenomeno sono il diossido di carbonio, il vapore acqueo, il metano e l'ozono. L'effetto serra, in misura adeguata, è fondamentale per il pianeta; infatti senza questo "scudo termico", la temperatura media della superficie terrestre sarebbe di circa -18 °C, e non sarebbe possibile la vita.

Al di sopra della troposfera, l'atmosfera è solitamente suddivisa in: stratosfera, mesosfera e termosfera. Ciascuna di queste zone possiede una tipica variazione della temperatura in funzione dell'altitudine. Proseguendo in altitudine, si incontra la esosfera e successivamente la magnetosfera (dove avviene l'iterazione tra il campo magnetico terrestre e il vento solare). Una fondamentale zona per la vita presente sul pianeta è l'ozonosfera, parte della stratosfera in cui una elevata concentrazione di ozono scherma la superficie terrestre dai raggi ultravioletti. La linea di Kármán, situata a 100 km di altitudine, è comunemente usata per definire il confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio.

A causa della elevata energia termica, alcune molecole della parte esterna dell'atmosfera riescono ad accelerare fino a raggiungere una velocità tale che le permette di fuggire dalla gravità del pianeta. L'effetto è che l'atmosfera è in lentissima, ma costante perdita di materia nello spazio. Dato che l'idrogeno ha un peso molecolare basso, raggiunge la sua velocità di fuga più rapidamente e più facilmente rispetto ad altre molecole, ed abbandona l'atmosfera ad un tasso maggiore. Per questo motivo, la Terra è in un ambiente ossidante, piuttosto che riducente, con importanti conseguenze sulla natura chimica della vita. Tuttavia l'atmosfera ricca di ossigeno riesce a preservare la maggior parte dell'idrogeno rimanente legandolo sotto forma di molecole di acqua.

La magnetosfera è un fenomeno naturale, un dipolo magnetico con poli non coincidenti con quelli geografici e non statici ed avente momento dipolare (asse) inclinato di 11,3° rispetto all'asse di rotazione terrestre. Nonostante le numerose ipotesi sulla presenza di questo campo, le teorie si sono orientate verso un modello analogo a quello di una dinamo ad autoeccitazione. L'intensità del campo magnetico terrestre non è costante nel tempo, ma subisce notevoli variazioni. Esse hanno portato, nel corso delle ere geologiche, alla deriva dei poli magnetici rispetto ai continenti e a ripetuti fenomeni di inversione del campo, con scambio reciproco dei poli magnetici Nord e Sud. Il magnetismo terrestre ha una notevole importanza per la vita sulla Terra. Infatti esso si estende per svariate decine di migliaia di chilometri nello spazio, formando una zona chiamata magnetosfera, la cui presenza genera una sorta di "scudo" elettromagnetico che devia e riduce il numero di raggi cosmici che se arrivassero alla superficie del pianeta porterebbero alla sua sterilizzazione. Dall'interazione tra raggi cosmici (vento solare) e magnetosfera viene originato lo splendido fenomeno detto aurora boreale.

Il termine Idrosfera si riferirebbe ai soli oceani, tuttavia tecnicamente include tutti i mari interni, i laghi, i fiumi e l'acqua di falda fino a 2000 m di profondità.

La Terra è l'unico pianeta del Sistema Solare la cui superficie ospita acqua liquida. L'acqua copre il 71% della superficie terrestre ed è suddivisa in un 97% di acqua salata ed un 3% di acqua dolce, il cui 68% circa è sotto forma di ghiaccio).

L'acqua suddivide il pianeta in cinque oceani e sette continenti.

Il punto più profondo sotto la massa d'acqua è rappresentato dalla Fossa delle Marianne nell'oceano Pacifico con -10 911 m; mentre la profondità media degli oceani è di 3,794 m, più di cinque volte l'altezza media dei continenti.

La massa stimata dell'acqua oceanica è di circa 1,35 x 1018 tonnellate, comparabili a 1/4400 dell'intera massa terrestre; essa inoltre occupa un volume di 1,386 x 109 km³.

La media salina all'interno dell'acqua oceanica è di 35 g/l: tuttavia, essendo tale valore legato agli apporti esterni di acqua e all'evaporazione (temperatura), può aumentare considerevolmente in bacini chiusi o diminuire in zone ad acque molto fredde. Tali sali provengono dalla diretta emissione vulcanica o dallo smantellamento chimico e fisico effettuato nel tempo a discapito delle rocce magmatiche.

Le masse acquee sono, inoltre, enormi serbatoi di sostanze gassose, possiedono una importante funzione termoregolatrice e mitigatrice del clima e sono agenti attivi dal punto di vista geomorfologico. Al loro interno vive un intero ecosistema acquatico, completo dal punto di vista della piramide alimentare ed integrato con quello di superficie, nonché rivelatosi fondamentale per lo sviluppo umano passato e presente.

La presenza di acqua liquida sulla superficie terreste è una combinazione delle giuste caratteristiche orbitali, del vulcanismo, della gravità, dell'effetto serra, del campo magnetico e dell'atmosfera ricca di ossigeno. Ci sono varie ipotesi che Europa, un satellite di Giove, ospiti dell'acqua liquida sotto lo strato di ghiacci che ricopre interamente la superficie .

La Terra è in effetti oltre il bordo esterno delle orbite che permetterebbero ad un pianeta di essere abbastanza caldo per formare acqua liquida. Senza una qualche forma di effetto serra, l'acqua della Terra congelerebbe. I reperti paleontologici indicano che ad un certo punto, dopo che i batteri blu-verdi (Archea) colonizzarono gli oceani, l'effetto serra smise di funzionare, e la Terra si congelò completamente per un periodo compreso tra 10 e 100 milioni di anni.

Sugli altri pianeti, come Venere, l'acqua gassosa è dissociata dagli ultravioletti solari, e l'idrogeno è ionizzato e soffiato via dal vento solare. L'effetto è lento, ma inesorabile. Si pensa che questa sia la causa della mancanza d'acqua di Venere. Privato dell'idrogeno, l'ossigeno reagisce con la superficie e viene inglobato in minerali solidi.

Sulla Terra, uno scudo di ozono assorbe la maggior parte degli ultravioletti energetici nell'alta atmosfera, riducendo questo effetto.

Infine il vulcanismo, aiutato dagli effetti di marea della Luna, emette continuamente vapore d'acqua dall'interno. La tettonica a placche della Terra ricicla il carbonio e l'acqua mediante la subduzione di zone ricche di sedimenti, convertendoli in magma ed emessi dai vulcani come biossido di carbonio gassoso e vapore.

Le correnti oceaniche, inoltre, sono ritenute causa di una particolare oscillazione dell'asse di rotazione terrestre, detta oscillazione di Chandler.

La Terra ruota da ovest verso est una volta al giorno, inteso come giorno siderale, attorno all'asse che unisce il Polo Nord al Polo Sud in 23 ore, 56 minuti e 4,091 secondi. È per questo che il sole e tutte le stelle sorgono a est e tramontano a ovest compiendo un movimento nel cielo ad una velocità di circa 15°/h o 15'/min. Inoltre la Terra ruota attorno al Sole, ad una distanza media di 150 000 000 km in un anno siderale. La sua velocità di orbita è di circa 30 km/s (108 000 km/h), veloce abbastanza da coprire il diametro del pianeta (circa 12 600 km) in 7 minuti, e la distanza dalla Luna (384 000 km) in 4 ore.

Ha un satellite naturale, la Luna, che le gira attorno in 27,32 giorni.

Visti dal Polo Nord terrestre, tutti questi movimenti si svolgono in senso antiorario.

I piani dei movimenti non sono precisamente allineati: l'asse della Terra è inclinato di 23,5 gradi rispetto alla perpendicolare del piano Terra-Sole, e il piano Terra-Luna è inclinato di cinque gradi, cosa che impedisce il verificarsi di due eclissi (una solare ed una lunare) ogni mese, e le rende invece un evento raro. Sempre a causa dell'inclinazione dell'asse terrestre, la posizione del Sole nel cielo e l'incidenza delle sue radiazioni (vista da un osservatore posto sulla superficie) varia nel corso dell'anno. Ad esempio, un osservatore posto ad una latitudine settentrionale, quando il polo nord è inclinato verso il sole, noterà dei periodi di luce giornaliera più lunghi ed un clima più temperato, mentre disporrà di meno ore di luce e di un clima più rigido nel caso opposto. Al di sopra dei due circoli polari si raggiunge il caso estremo di alternanza di lunghi periodi di assenza di luce (chiamati notti polari), a periodi di non tramonto del Sole.

Questa relazione tra il clima e l'inclinazione dell'asse terrestre viene definita tramite le 4 stagioni. Esse, dal punto di vista astronomico, sono determinate dai solstizi (i punti di massima inclunazione verso e contro il Sole) e dagli equinozi (punti in cui l'inclinazione è perpendicolare alla direzione del Sole). Il solstizio invernale cade il 21 dicembre, quello estivo il 21 giugno; mentre i due equinozi cadono, quello primaverile il 20 marzo e quello autunnale il 23 settembre. L'alternanza delle stagione è opposta da un emisfero terrestre all'altro, data l'opposta inclinazione dell'asse, comportando ad esempio, la presenza in quello nord dell'estate ed in quello sud dell'inverno.

L'angolo di inclinazione è relativamente stabile se considerato su lunghi periodi, tuttavia esso compie un lento e irregolare moto (conosciuto come nutazione, con un periodo di 18,6 anni. L'orientazione dell'asse varia secondo una precessione intorno ad un cerchio completo in un ciclo di poco più di 25 800 anni. La presenza di una precessione è la causa dello sfasamento tra un anno siderale ed un anno tropico. Entrambe le variazioni del movimento dell'asse derivano dalla mutevole attrazione del Sole e della Luna sulla parte equatoriale del pianeta. Anche la velocità di rotazione del pianeta non è costante, ma varia nel tempo secondo un fenomeno noto come "variazione della lunghezza del giorno".

In tempi moderni il perielio cade il 3 gennaio, mentre l'afelio circa il 4 luglio (per informazioni circa altre ere, controlla precessione e cicli di Milankovitch). La differenza in termini energetici ricevuti dal Sole tra la posizione di perielio e quella di afelio e di del 6,9% a favore del primo; inoltre dal momento in cui l'emisfero meridionale è orientato verso il Sole, a quello in cui il pianeta raggiunge il punto di perielio, tale emisfero percepisce una leggera maggiore energia rispetto all'esmisfero nord durante l'intero anno. Questa differenza, seppure presente, è decisamente poco significativa rispetto all'energia totale derivante dal cambiamento di orientazione dell'asse, e, nella sua parte maggiore, viene assorbita e compensata dalla più alta presenza di masse acquee dell'emisfero meridionale.

La sfera di Hill (sfera gravitazionale di influenza) della Terra è di circa 1,5 Gm (1 496 620 km circa) di raggio. Questa è la massima distanza alla quale l'influenza gravitazionale del pianeta è più forte di quella solare e dei pianeti. Gli oggetti in orbita, devono rimanere all'interno di questo raggio per non venire influenzati e resi instabili da perturbazioni gravitazionali esterne.

Poiché la Terra è molto grande, osservando dalla superficie non è immediatamente evidente che abbia forma geoidale, leggermente appiattita ai poli e con un lieve rigonfiamento all'equatore. Per questa ragione le antiche civiltà, come quella mesopotamica, ed i primi filosofi greci, come Talete, ritennero che la Terra fosse piatta. Un primo passo verso il riconoscimento della forma reale fu compiuto da Anassimandro, che concepì la terra come un cilindro sospeso nello spazio, immaginando quindi di avere cielo non solo sopra la propria testa ma anche al di sotto dei propri piedi. La forma sferica fu infine riconosciuta sulla base di deduzioni basate su osservazioni, quali il variare delle osservazioni astronomiche con la latitudine, l'osservazione delle eclissi di luna e il confronto con la forma della luna e del sole.

I Greci, circa 2500 anni fa, cominciarono per primi a sostenere che la terra fosse una sfera. Le prime testimonianze della sfericità terrestre ci arrivano da Pitagora (VI-V secolo a.C.) e da Parmenide (V secolo a.C.); poi Aristotele (384 a.C.-322 a.C.) portò le prime dimostrazioni ed infine Eratostene (274 a.C.-196 a.C.) fece le prime misurazioni.

Ancora oggi non mancano tuttavia i sostenitori della forma piatta della Terra, molti dei quali aderiscono alla Flat Earth Society (Società della Terra Piatta).

L'errata supposizione della piattezza della Terra nelle civiltà più antiche, era dovuta alla mancata conoscenza della natura centrale della forza di gravità, che permette di avere il cielo sempre come alto e il centro della Terra sempre come basso e quindi superare l'apparente paradosso che si dovesse camminare con la testa rivolta verso il "basso" dall'altra parte della Terra (paradosso che però già Anassimandro aveva saputo superare).

Si ritenne molto più a lungo che la Terra fosse al centro dell'universo perché si ha l'impressione che siano tutti gli altri corpi celesti a girare intorno ad essa; inoltre osservando il cielo di notte si ha l'impressione che sia una volta incurvata sulla Terra, illusione dovuta all'immensità dello spazio. Anche se la teoria eliocentrica fu proposta per primo da Aristarco di Samo nel III secolo a.C., la teoria geocentrica, anche a causa della precisione di misurazione astronomica necessaria a confutarla, fu quella dominante fino alla fine del Medioevo.

La Luna è un satellite relativamente grande, simile ad un pianeta terrestre, con un diametro pari ad un quarto di quello terrestre e una massa pari ad 1/81. L'attrazione gravitazionale della Luna causa la maggior parte delle maree terrestri. La stessa azione porta ad un lento rallentamento della rotazione della Terra su sé stessa, dell'ordine di un'ora ogni parecchie centinaia di milioni di anni (più precisamente, la lunghezza del giorno terrestre aumenta di 0,0016 secondi ogni secolo). La Terra ha avuto lo stesso effetto sulla Luna, ma il processo è stato molto più veloce a causa della piccola massa della Luna, e quest'ultima ha adesso un giorno perfettamente uguale al periodo di rotazione attorno alla Terra, presentando sempre lo stesso lato verso il pianeta. A causa dell'iterazione tra i due campi gravitazionali, inoltre, la Luna si allontana di circa 38 mm ogni anno. L'insieme di queste piccole modifiche, rapportate su tempi geologici di milioni di anni, sono causa di importanti cambiamenti; infatti basta pensare che durante il Devoniano (circa 410 milioni di anni fa), per esempio, vi erano 400 giorni in un anno terrestre, ed essi duravano circa 21,8 ore l'uno.

La Luna potrebbe essere stata fondamentale per la comparsa della vita sulla Terra, causando un clima più moderato di quanto altrimenti sarebbe avvenuto. Alcune evidenze paleontologiche e simulazioni computerizzate mostrano che l'inclinazione assiale della Terra è stabilizzata dalle interazioni mareali con la Luna. Senza questa stabilizzazione, l'asse di rotazione potrebbe essere caoticamente instabile, come accade per una sfera. Se l'asse di rotazione terrestre si avvicinasse al piano dell'eclittica, ne risulterebbe un clima molto severo, dove un polo sarebbe continuamente riscaldato e l'altro congelato, causando grandi trasferimenti di energia tra un polo e l'altro che si manifesterebbero in bruschi fenomeni atmosferici. Alcuni paleontologi che hanno studiato l'effetto sostengono che potrebbe uccidere tutti gli animali e piante superiori. Questo effetto rimane tuttavia controverso, e gli studi su Marte (che ha circa lo stesso giorno ed inclinazione assiale della Terra, ma non un grande satellite o un nucleo liquido) potrebbero dare altre informazioni.

L'origine della Luna è sconosciuta, ma la teoria più quotata è che si sia formata dalla collisione di un protopianeta, chiamato Theia, della grandezza di Marte, con la Terra primitiva. Questa teoria spiega, oltre ad altre cose, la relativa scarsità di ferro e di elementi volatili sulla Luna, e la sua somiglianza, nella composizione chimica lunare con quella della crosta terrestre.

Un'altra teoria molto quotata è quella secondo cui la Luna si è formata da polveri che erano intorno alla terra, che sono collassate in un unico punto, formando il nostro satellite.

La Terra ha anche almeno due asteroide co-orbitali conosciuti, 3753 Cruithne e 2002 AA29..

Le masse acquee posson esser suddivise in Oceani (Oceano Atlantico, Oceano Indiano, Oceano Pacifico), Mari, Laghi e Fiumi.

Quelle continentali, invece, dapprima in 7 grandi continenti: America del Nord, America del Sud, Africa, Antartide, Asia, Europa ed Oceania, e, successivamente, nelle loro suddivisioni in subcontinente, macroregioni, penisole, arcipelaghi ed isole.

L'atmosfera terrestre non ha limiti definiti, ma diviene lentamente sempre più rarefatta e sottile procedendo verso lo spazio esterno. Circa il 75% della sua intera massa è contenuta all'interno dei primi 11 km. (circa 7 mi) a partire dalla superficie del pianeta, nello strato denominato come troposfera. L'irraggiamento solare, riscalda questa parte atmosferica, sia direttamente, sia indirettamente, tramite il calore ceduto alla superficie terrestre e provoca la dilatazione dell'aria in essa contenuta.

La perdità di densità conseguente all'aumento di temperatura, pone in risalità la massa d'aria, richiamandone altra al suo posto, più fredda e densa, sia da luoghi adiacenti, che soprastanti. Il risultato di questo processo è la circolazione atmosferica, la quale controlla, tramite la ridistribuzione dell'energia termica, sia il clima che il tempo atmosferico. Le zone di circolazione atmosferica principali sono situate nella zona equatoriale al di sotto dei 30° di latitudine, tramite l'azione delle correnti occidentali, e nelle medie latitudini, tra i 30° ed i 60°, tramite gli alisei. Le correnti oceaniche, inoltre, rappresentano un importante fattore di influenza sul clima; particolarmente la circolazione termoalina, che ridirtribuisce l'energia termica catturata dall'acqua, dalle zone oceaniche equatoriali verso quelle polari.

Il vapore acqueo generato tramite l'evaporazione superficiale della lama d'acqua per contrasto di umidità e/o temperatura con l'aria viene trasportato nell'atmosfera. In presenza di determinate condizioni atmosferiche, favorenti la risalita di aria umida e calda, il vapore acqueo presente inizia un processo di condensazione ed, in seguito, da origine a precipitazioni, che, in base alle condizioni termiche presenti nella zona atmosferica di condensa, a quelle del tragitto percorso e del suolo, potranno essere di pioggia, nevose o sotto forma di grandine.

Per completare il ciclo dell'acqua, essa viene riconvogliata verso basse quote e verso gli oceano o verso i laghi in prevalenza dai corsi d'acqua. Questo processo è un meccanismo fondamentale per sostenere e sviluppare la vita, nonché il primario fattore di erosione, modellazione e trasformazione della superficie terrestre nel corso dei vari periodi geologici.

L'entità delle precipitazioni varia considerevolmente da regione a regione, in base alla stagione di riferimento, alla latitudine ed alla geografia del territorio, da diversi metri di acqua all'anno, a meno di un millimetro nelle zone desertiche o polari.

Il clima terrestre può esser suddiviso in alcune macro regioni a clima approssimativamente omogeneo in base alla latitudine: spostandoci dall'equatore al polo si possono rilevare: una regione equatoriale, una tropicale, una sub tropicale, una temperata ed una regione polare.

Un'altra classificazione climatica può essere basata sulle temperature e sulle precipitazioni, con una suddivisione delle regioni caratterizzate da abbastanza simili ed uniformi masse d'aria. Quella maggiormente utilizzata è la classificazione climatica di Köppen (nella versione modificata dallo studente di Wladimir Köppen, Rudolph Geiger), che suddivide il mondo in cinque vaste aree: tropicale umida, area desertica arida, area umida delle medie latitudini, area a clima continentale ed area di freddo polare; le quali sono poi ulteriormente suddivise in molti altri sottotipi più specifici.

All'interno della crosta sono anche contenuti i giacimenti minerari, formati per effetto dei movimenti delle placche tettoniche, o tramite lo smantellamento di catene montuose con conseguente accumulo dei minerali. In essi sono contenuti, in quantità economicamente sfruttabile, i metalli, le pietre preziose, e in forma più o meno diretta, tutti gli elementi chimici.

Inoltre vengono utilizzati ed estratti, tutti quei materiali, utili o destinabili all'edilizia ed alla costruzione di infrastrutture e oggetti, quali, ad esempio: ghiaia, argilla e pietre come il granito o l'ardesia. Per studaire l'utilizzo da parte degli esseri umani delle risorse naturali è stato ideato l'indice dell'impronta ecologica, utilizzato per misurare la richiesta umana nei confronti della natura; indice ampiamente utilizzato, sebbene non esente da critiche.

La quantità stimata di terra irrigata nel 1993, inoltre, era di 2,481,250 km².

Vaste aree sono sottoposte a fenomeni climatici molto violenti come i cicloni, gli uragani ed i tifoni. Molte zone sono soggette a terremoti, frane, tsunami, eruzioni vulcaniche, tornado, inondazioni, siccità e altre calamità e disastri.

L' attività umana, direttamente, o tramite le sostanze tossiche da lei prodotte, ha inquinato numerose zone del pianeta, comprese atmosfera e masse d'acqua. A causa di questo in diverse zone si verificano piogge acide, impoverimento ed alterazione del suolo, deforestazione, estinzioni di specie viventi animali e/o vegetali, desertificazione, migrazione o scomparsa di fauna e flora autoctone, erosione ed introduzione di specie invasive o alloctone.

Vi è un consenso scientifico abbastanza vasto circa una correlazione tra le attività umane ed il riscaldamento globale, soprattutto a causa delle emissioni di diossido di carbonio. L'effetto principale si riscontra nell'aumentata velocità di scioglimento dei ghiacciai e della calotta polare, in un più estreme variazioni termiche, in significativi cambiamenti delle condizioni meteorologiche rispetto a quelle conosciute ed in un aumento del livello medio marino..

La Terra ospita approssimativamente 6,671,226,000 esseri umani viventi a Luglio 2007; tuttavia le stime indicano che il mondo raggiungerà una popolazione mondiale di 7 miliardi nel 2013 e di 9.2 miliardi nel 2050, con una maggior crescita della popolazione localizzata nei paesi in via di sviluppo. La densità di popolazione varia considerevolmente tra le regioni del pianeta, con una presenza maggiore nel continente asiatico.

Si stima che a partire dal 2020, circa il 60% della popolazione mondiale vivrà nelle aree urbane, rispetto alle zone rurali.

L'abitato più a nord del mondo è Alert in Canada; mentre l'abitato più a sud è la stazione di Amundsen-Scott in Antartide, situata quasi esattamente al polo sud.

Pochissime persone sono in orbita intorno alla Terra a bordo della ISS (la Stazione Spaziale Internazionale), mentre altri fanno brevi viaggi sopra l'atmosfera. In totale, fino al 2004, circa 400 persone sono state al di fuori dell'atmosfera, e alcune di esse hanno camminato sulla Luna.

Normalmente, le uniche persone nello spazio sono i componenti della Stazione spaziale internazionale, il cui equipaggio è solitamenter composto da 3 persone e sostituito ogni 6 mesi.

La Terra non possiede un governo planetario; tuttavia Stati indipendenti (Nazioni) reclamano la sovranità su quasi la totalità della superficie planetaria, ad eccezione di alcune parti dell'Antartide. Nel 2007 gli stati nel mondo includevano 192 nazioni membre delle Nazioni Unite, 59 territori indipendenti ad un insieme di entità autonome, territori sotto disputa ed altre entità minori.

Le Nazioni unite sono una organizzazione internazionale creata con lo scopo di intervenire nelle dispute tra le varie nazioni, cercando di evitare conflitti armati; tuttavia, possedendo facoltà limitate, possono solo approvare e far rispettare leggi internazionali e, tramite il consenso dei paesi membri, intervenire tramite sanzioni o con interventi armati. L'organizzazione funge in primo luogo da parlamento per le relazioni internazionali.

Il futuro del pianeta è strettamente legato a quello del Sole. Come conseguenza del processo di accumulo del gas elio all'interno del Sole, la sua luminosità tenderà ad aumentare con un ritmo stimato del 10 % nel corso dei prossimi 1,1 miliardi di anni e del 40 % nei prossimi 3,5. Modelli climatici indicano che l'aumento delle radiazioni che raggiungono la Terra potrebbe avere conseguenze devastanti, fino alla possibilità di perdita delle masse oceaniche.

L'incremento conseguente di temperatura accelererà l'inorganico ciclo del carbonio, riducendo la sua concentrazione verso il livello letale per le piante di 10 ppm per la fotosintesi C4 in circa 900 milioni di anni. Anche se il Sole fosse infinito e stabile, il continuo raffreddamento della Terra comporterebbe comunque una consistente perdita della sua atmosfera e degli oceani (a causa della diminuita attività vulcanica) e la sua totale scomparsa dopo un altro miliardo di anni.

In luce di ciò, la Terra sarà effettivamente abitabile per ancora circa 500 milioni di anni.

Successivamente il sole incomincerà ad espandersi, fino a raggiungere, in circa 5 miliardi di anni, le dimensioni di una gigante rossa. Secondo i modelli, esso si espanderà di circa il 99% della distanza di orbita terrestre odierna (1 unità astronomica, or AU). Tuttavia, in questo periodo, l'orbita terrestre si sarà già spostata di circa 1.7  AU a causa della diminuita massa solare e conseguente minore gravità. Si ritiene che il pianeta possa evitare di esser inglobato dall'aumentata massa solare verso lo spazio esterno, sebbene la maggior parte (se non la totalità) della vita presente, sarà estinta. Tuttavia, le più recenti simulazioni mostrano che l'orbita terrestre, a causa di effetti di marea, decaderà, causando il suo ingresso nell'atmosfera solare, con conseguente distruzione.

La Terra è stata spesso personificata come una divinità, più precisamente una divinità femminile (probabilmente in quanto considerata generatrice di vita), vedi ad esempio Gea (o Gaia) e Madre Terra. Nella mitologia norrena, Jörð, la divinità della Terra era la madre di Thor e la figlia di Nótt e Annar.

La Terra è anche stata descritta come una voluminosa astronave, con un sistema per il supporto vitale che richiede manutenzione.

Una foto della Terra scattata dalla sonda spaziale Voyager 1 ispirò Carl Sagan nel descriverla per primo come un "puntino azzurro".

Nella fantascienza la Terra è spesso la capitale o il principale centro amministrativo di un ipotetico governo galattico (specialmente quando questo governo galattico è composto per la maggior parte da umani o da loro dominato), spesso una repubblica federale rappresentativa, benché imperi e dittature non manchino affatto. Molto significative da questo punto di vista le serie televisive di fantascienza Star Trek e Babylon 5. Tuttavia in altre opere di fantascienza, capita spesso che i popoli umani emigrati nello spazio in un lontano futuro non sappiano più quale sia il loro pianeta d'origine (come avviene ad esempio nel telefilm Galactica o nel Ciclo della Fondazione di Isaac Asimov). Nel libro Paria dei cieli, sempre di Asimov, si parla di una Terra radioattiva, tema che verrà ripreso in molti altri libri del Ciclo dei Robot e del Ciclo dell'Impero.

La guida galattica per autostoppisti, una serie di romanzi di Douglas Adams, descrive la Terra come un pianeta "Praticamente innocuo". Nella stessa serie viene detto che la Terra è un supercomputer costruito da esseri altamente avanzati provenienti da un'altra dimensione per ottenere "la domanda fondamentale sulla vita, l'universo e tutto quanto".

Per la parte superiore



Ipotesi della rarità della Terra

Un pianeta non sarebbe in grado di sostenere la vita in una regione priva di metalli o vicina al centro della galassia dove sono presenti elevati livelli di radiazioni (la galassia in figura è NGC 7331, spesso considerata la "gemella" della Via Lattea.[3])

L'Ipotesi della rarità della Terra è una ipotesi, nel campo della planetologia e dell'astrobiologia, secondo cui, l'emergenza della vita pluricellulare (Metazoa) sulla Terra, ha richiesto una combinazione estremamente improbabile di eventi e circostanze astrofisiche e geologiche.

Questa ipotesi è contraria al Principio di mediocrità (detto anche Principio copernicano), i cui più famosi sostenitori sono Carl Sagan e Frank Drake. Il principio di mediocrità afferma infatti che l'universo brulicherebbe di vita avanzata: la Terra sarebbe un tipico pianeta roccioso in un tipico sistema planetario, situato in una regione non speciale di una grande ma comune galassia a spirale barrata. Il paleontologo Peter Ward e l'astronomo Donald Brownlee affermano invece il contrario: i pianeti, i sistemi planetari e le regioni galattiche adatte alla vita complessa, allo stesso modo della Terra, del sistema solare e della nostra regione della Via Lattea sono estremamente rare.

Se la vita complessa può evolvere solo su un pianeta di tipo terrestre, allora l'ipotesi della rarità della Terra risolve il paradosso di Fermi che afferma: "Se le forme di vita extraterrestri sono comuni, perché non si trovano?". Il paradosso viene risolto affermando che le forme di vita extraterrestri non sono comuni, ma rare.

La comparsa di forme di vita intelligenti richiederebbe ulteriori eventi rari.

Ward e Browlee affermano che un pianeta roccioso può supportare la vita complessa se molte variabili cadono in un ristretto intervallo di valori. L'universo è vasto a sufficienza per contenere molti pianeti di tipo terrestre; ma se pure questi pianeti esistono, essi sono probabilmente separati da diverse migliaia di anni luce, distanze tali da impedire le comunicazioni tra eventuali esseri intelligenti che si evolvano su questi pianeti, risolvendo in questo modo il paradosso di Fermi.

Il primo fattore esclude le zone esterne di una galassia, mentre il secondo e il terzo escludono le regioni galattiche interne, gli ammassi globulari e i bracci della spirale, regioni in cui ha luogo un'intensa formazione di stelle. Spostandosi dal centro di una galassia fino alla sua periferia la capacità di sostenere la vita complessa aumenta e poi decresce, quindi la zona galattica abitabile ha la forma di un anello che si trova tra il centro e le estremità.

Mentre un sistema planetario può essere una zona favorevole per lo sviluppo della vita complessa, l'evoluzione di quest'ultima richiede che il sistema mantenga per un determinato periodo una data posizione. Ad esempio, una stella centrale con un'orbita galattica che la porta fuori dalle regioni con elevati valori di radioattività come il centro galattico potrebbe essere una candidata. Se l'orbita è eccentrica, allora intersecherà alcuni bracci della spirale, ma se invece è un'orbita perfettamente circolare e la velocità uguaglia la velocità di rotazione dei bracci, allora la stella entrerà in queste regioni solo gradualmente oppure non le intersecherà mai. Per questi motivi gli autori della teoria concludono che una stella che sostiene la vita deve possedere un'orbita galattica quasi circolare attorno al centro della galassia. La sincronizzazione richiesta della velocità orbitale con la velocità dei bracci può avvenire solo all'interno di uno stretto intervallo di distanza dal centro galattico. Lineweaver ed alcuni colleghi. calcolano che questa zona abitabile è un anello con diametro variabile da 7 a 9 KiloParsec che include solo il 10% delle stelle totali della Via Lattea In base alle stime conservative del numero totale di stelle della galassia, la regione abitabile conterrebbe dai 20 ai 40 miliardi di stelle. Gonzalez ed altri. hanno proposto di dimezzare questi valori, stimando che al più il 5% delle stelle della Via Lattea si trovano nella regione abitabile.

L'orbita galattica del Sole è infatti quasi perfettamente circolare attorno al centro della Via Lattea con un periodo di 226 milioni di anni, molto vicino al periodo di rotazione della galassia. Tuttavia Masters calcola che l'orbita del Sole interseca un braccio della spirale approssimativamente ogni 100 milioni di anni. Al contrario, l'ipotesi della rarità della Terra prevede che il Sole non ha attraversato mai alcun braccio.

Gli esobiologi ritengono in generale che la stella centrale di un pianeta che ospita la vita debba essere di dimensioni appropriate. Le stelle più grandi emettono molte radiazioni ultraviolette, che impediscono lo sviluppo di vita (a parte microorganismi sotterranei). Queste stelle hanno un'esistenza di milioni e non miliardi di anni, terminata la quale esplodono come supernove. I resti di questa esplosione sono costituiti da stelle di neutroni o buchi neri che emettono intense quantità di raggi X e raggi gamma. Per questi motivi i pianeti che orbitano attorno a stelle di grandi dimensioni, calde o stelle binarie che termineranno il loro ciclo come supernove hanno una vita troppo breve per permettere l'evoluzione della vita.

L'esempio del pianeta Terra suggerisce che la vita complessa richiede acqua allo stato liquido, quindi i pianeti adatti alla vita devono orbitare ad una distanza appropriata. Questo concetto è alla base della definizione di zona abitabile o principio di Goldilocks, che possiede la forma di un anello attorno alla stella centrale. Se un pianeta orbita ad una distanza troppo ridotta o troppo elevata, la temperatura superficiale è incompatibile con lo stato liquido dell'acqua (anche se potrebbe essere presente acqua liquida sottosuperficiale, come viene ipotizzato per Europa). Kasting et al (1993) stimano che la zona abitabile per il sistema solare si estenda da 0,95 UA fino a 1,15 UA di distanza dal Sole.

La zona abitabile varia a seconda del tipo e dell'età della stella centrale: nel caso di una stella appartenente alla sequenza principale, la zona si sposta molto lentamente nel tempo fino a quando la stella diventa una nana bianca. Da questo momento in poi la zona abitabile scompare. Inoltre la zona abitabile è strettamente correlata con l'effetto serra creato dall'anidride carbonica atmosferica (CO2).

Queste considerazioni portano ad escludere le stelle massicce dai tipi F6 al tipo O (vedere la classificazione stellare).

Le piccole nane rosse, d'altra parte, hanno regioni abitabili con un raggio ridotto. Questa vicinanza costringe un pianeta a rivolgere un lato sempre verso la stella, mentre l'altro lato rimane permanentemente in ombra. In altre parole il pianeta è in rotazione sincrona, una circostanza che causa il surriscaldamento di un lato del pianeta lasciando l'altro molto freddo. I pianeti all'interno di una regione abitabile con breve distanza dalla stella corrono anche i rischi di flare che ionizzano l'atmosfera ed ostacolano le forme complesse di vita. I sostenitori della teoria della rarità della Terra sostengono che questo tipo di stelle deve essere escluso dall'elenco di quelle che possono sostenere la vita, ma alcuni esobiologi controbattono affermando che è possibile lo sviluppo di vita in alcune circostanze. Questo contrasto di opinioni è fondamentale per l'ipotesi, poiché le stelle di tipo K e M costituiscono il 90% di tutte le stelle.

I sostenitori della teoria sostengono che le stelle che permettono lo sviluppo della vita variano dal tipo F7 al tipo K1. Queste stelle non sono comuni: le stelle di tipo G come il Sole, che sono comprese tra le più calde stelle F e le più fredde stelle K costituiscono solo il 5% delle stelle nella Via Lattea.

Le stelle più antiche, come le giganti rosse e le nane bianche, non sarebbero adatte alla vita. Le giganti rosse sono comuni negli ammassi globulari e nelle galassie ellittiche. Le nane bianche sono per la maggior parte stelle morenti che hanno superato la loro fase di gigante rossa. Quando una stella entra nella fase di gigante rossa può aumentare notevolmente il proprio raggio; un pianeta situato precedentemente nella zona abitabile potrebbe quindi finire surriscaldato quando la sua stella entra nella fase di gigante rossa (anche se altre zone potrebbero diventare abitabili).

L'emissione di energia da parte di una stella durante la sua esistenza dovrebbe essere costante; le stelle variabili come le variabili Cefeidi non sono quindi adatte alla vita. Se l'energia di una stella decresce improvvisamente, anche per un periodo relativamente breve, l'acqua di un pianeta potrebbe congelare. Nel caso opposto, se l'energia aumenta l'acqua contenuta negli oceani potrebbe invece evaporare, creando un effetto serra che impedirebbe la riformazione degli oceani.

La vita richiede una chimica complessa, che a sua volta necessità di metallicità, ovvero elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio. Per questo motivo un sistema planetario che possa sostenere la vita deve avere una stella ricca di metalli. Il solo meccanismo conosciuto per la creazione e la dispersione di metalli è l'esplosione di una supernova. La presenza di metalli nelle stelle può essere identificata per mezzo delle loro righe di assorbimento, e gli studi compiuti hanno rivelato che molte stelle hanno pochi metalli. La bassa metallicità ha caratterizzato l'universo quando era giovane, gli ammassi globulari, le altre stelle che si sono formate in quell'epoca e le stelle nella maggior parte delle galassie escludendo le grandi galassie a spirale. Le stelle ricche di metalli dovrebbero quindi essere comuni nelle tranquille periferie delle grandi galassie a spirale, che sono regioni abitabili anche perché hanno bassi livelli di radiazioni.

Se una stella ha bassa metallicità allora il sistema planetario associato sarà anch'esso povero di questi elementi. Per avere pianeti rocciosi come la Terra, la stella centrale deve essersi condensata a partire da una nebulosa ricca di metalli. Altrimenti si possono formare solo dei giganti gassosi.

Una nube di gas in grado di creare una stella potrebbe anche favorire la formazione di giganti gassosi (chiamati anche pianeti gioviani) come Giove o Saturno. Questi pianeti non possiedono una superficie solida necessaria per sostenere la vita (anche se i satelliti possono invece possederla). Quindi un sistema planetario adatto alla vita dovrebbe essere come quello Solare, con pianeti rocciosi interni e gassosi all'esterno oppure pianeti gassosi con satelliti rocciosi.

Alcuni sistemi planetari, specialmente nelle loro regioni esterne, possiedono moltissime comete e asteroidi che a volte colpiscono i pianeti. Alcune collisioni sono spesso altamente distruttive per le forme di vita complesse, quindi questi impatti devono essere rari durante i miliardi di anni richiesti dall'evoluzione delle forme di vita. La frequenza degli impatti sui pianeti interni potrebbe essere ridotta se esistono pianeti senza vita ad una giusta distanza dalla stella centrale e con massa sufficiente da attrarre le comete e gli asteroidi o perturbare la loro orbita in modo da scagliarla fuori dal sistema planetario.

Grazie al suo campo gravitazionale, un gigante gassoso espelle i detriti derivanti dalla formazione planetaria in una fascia simile alla fascia di Kuiper o alla Nube di Oort presenti nel sistema solare. In questo modo evita ai pianeti interni rocciosi bombardamenti di asteroidi. Le simulazioni recenti suggeriscono che tuttavia la situazione potrebbe non essere così semplice, perché i giganti gassosi potrebbero anche contribuire ai bombardamenti.

Un gigante gassoso non deve essere troppo vicino al corpo celeste che ospita la vita, a meno che questo corpo sia un suo satellite. Infatti le perturbazioni gravitazionali potrebbero influenzare le orbite dei corpi nelle vicinanze.

Le dinamiche possono produrre delle orbite caotiche, specialmente in sistemi dove sono presenti pianeti grandi posti su orbite molto eccentriche.

La necessità di orbite stabili esclude quindi i sistemi planetari simili a quelli che sono stati scoperti negli ultimi anni. Si pensa che i pianeti gioviani caldi si siano formati ad una distanza maggiore rispetto a quella attualmente occupata, e sono migrati nel tempo verso orbite più interne. In questo processo essi avrebbero catastroficamente disturbato le orbite di qualunque pianeta presente nella regione abitabile.

Un sistema planetario adatto alla vita dovrebbe inoltre includere almeno un pianeta grande, ma i sistemi con troppi pianeti gioviani, o con un singolo pianeta gioviano eccessivamente massiccio tendono ad essere instabili, e i pianeti terrestri più piccoli rischiano di essere espulsi dal sistema oppure precipitare verso la stella centrale.

Un pianeta troppo piccolo non può conservare l'atmosfera a lungo e la sua superficie tende a diventare estremamente calda o fredda. L'acqua può congelare, evaporare o scomporsi sotto l'azione della radiazione ultravioletta. In tutti questi casi l'esistenza di oceani è impossibile. Un tale pianeta inoltre tenderebbe ad avere una superficie accidentata con grandi montagne e profondi canyon. Il nucleo planetario si raffredderebbe in fretta e la tettonica a placche potrebbe non agire a lungo o non esistere affatto.

Se la dimensione è tale da possedere un campo gravitazionale superiore a quello terrestre, attirerà molti più corpi celesti minori verso di se. Inoltre un forte campo gravitazionale renderebbe difficile la formazione di continenti e montagne. Al limite potrebbe essere completamente coperto da un unico oceano.

La cosiddetta Teoria dell'impatto gigante ipotizza che la Luna si sia formata dall'impatto di un corpo celeste delle dimensioni di Marte con la Terra quando era molto giovane. Questo impatto avrebbe fornito alla Terra l'inclinazione del suo asse di rotazione e una certa velocità di rotazione. La rotazione ha ridotto le variazioni termiche durante il giorno e ha permesso la fotosintesi. L'ipotesi della rarità della Terra inoltre prevede che l'inclinazione dell'asse non dovrebbe essere troppo grande o piccola (in relazione al piano orbitale). Un pianeta con una grande inclinazione avrà delle variazioni stagionali molto intense, mentre un'inclinazione troppo piccola o nulla non fornirebbe lo stimolo della variazione climatica all'evoluzione della vita. Un grande satellite come la Luna può anche fungere da giroscopio, stabilizzando l'inclinazione orbitale. Senza questo effetto l'inclinazione potrebbe essere caotica, ostacolando la formazione della vita.

Senza la Luna, le maree sarebbero causate solo dall'attrazione gravitazionale del Sole, e sarebbero molto modeste. Un grande satellite crea quindi le maree e con esse le pozze di maree che sarebbero state essenziali per la formazione della vita.

Tra gli altri effetti, le forze di marea incrementano i fenomeni di tettonica a placche nella crosta del pianeta. L'impatto che ha formato la Luna avrebbe anche potuto iniziare la tettonica a placche, senza la quale la crosta continentale avrebbe coperto l'intero pianeta, e non sarebbe esistita la crosta oceanica. È possibile che i movimenti globali di convezione del mantello necessari per questo fenomeno non siano stati possibili in assenza di disomogeneità. Tuttavia la tettonica a placche è stata presente su Marte nel passato, anche se il pianeta non possiede questi meccanismi per attivarla.

Se un impatto gigante è il solo modo per un pianeta roccioso di acquisire un grande satellite, allora qualunque pianeta nella zona abitabile circumstellare deve formarsi come pianeta doppio per disporre di un corpo sufficientemente grande per provocare un impatto e creare un grande satellite. Un tale impatto non è necessariamente improbabile: Edward Belbruno e J. Richard Gott della Princeton University suggeriscono che un corpo adatto per una tale impatto si potrebbe formare nei punti di Lagrange L4 e L5 del pianeta.

Secondo altre ipotesi tutte da dimostrare si può accertare che la Luna sta alla Terra, come Mercurio sta a Venere e come la fascia di Asteroidi stanno a Marte (vedesi 338).

Una magnetosfera protegge la biosfera dal vento solare e i raggi cosmici che sono dannosi alla vita. La magnetosfera viene creata da un nucleo planetario conduttivo e massiccio costituito di ferro solido e liquido che agisce come una dinamo. Il ferro si trova in forma liquida a causa del calore fornito dal decadimento di elementi radioattivi. Se la vita complessa può esistere solo nella superficie di un pianeta circondato da una magnetosfera, allora essa richiede che il pianeta contenga nel suo interno degli elementi radioattivi, con tempo di dimezzamento sufficientemente lungo da sostenere la magnetosfera durante tutto il periodo di tempo necessario per l'evoluzione della vita.

La vita su un pianeta roccioso necessita di una tettonica a placche della crosta, ovvero la litosfera deve essere costituita da enormi placche che vengono create continuamente lungo i loro margini dalla materia fluida contenuta nel mantello interno attraverso celle convettive. I margini, dette zone di subduzione, sono i luoghi dove le placche sono riassorbite all'interno del pianeta.

Questi fenomeni non possono avvenire se non sono supportati dalla composizione chimica del pianeta. Infatti l'unica sorgente di calore è il decadimento radioattivo che avviene nelle profondità. I continenti devono anche essere costituiti da rocce granitiche meno dense che "galleggiano" sulla roccia basaltica più densa. Taylor ha sottolineato che le zone di subduzione richiedono l'azione lubrificante dell'acqua. Sulla Terra tali zone esistono solo sul fondo degli oceani.

Conducendo il calore dall'interno verso la superficie, la tettonica a placche creata dalla convezione assicura ad un pianeta con un nucleo di ferro liquido che esso continui a muoversi, generando tramite l'effetto dinamo una magnetosfera.

Se l'atmosfera contiene gas serra in quantità eccessivamente basse o elevate, il pianeta può scivolare in un'era glaciale oppure i suoi oceani possono evaporare. Uno dei principali gas serra presenti sulla Terra è l'anidride carbonica CO2. Sembra che la tettonica a placche giochi un ruolo importante in un meccanismo complesso che stabilizza la temperatura terrestre. La anidride carbonica nell'atmosfera si combina con l'acqua piovana per formare acido carbonico diluito. Questo interagisce con le rocce superficiali per formare carbonato di calcio CaCO3 che infine si deposita sul fondo degli oceani e viene trasportato all'interno della Terra nelle zone di subduzione. In questo modo l'anidride carbonica viene rimossa dall'atmosfera, e all'interno del pianeta le temperature e le pressioni che sono presenti nel mantello la trasformano in CO2 e CaO. L'anidride carbonica sotterranea viene infine restituita all'atmosfera attraverso i vulcani.

Esiste in questo processo un meccanismo di feedback che reagisce ad un aumento di anidride carbonica. Questo aumento infatti comporta una maggiore quantità di piogge e un maggior tasso di anidride carbonica che viene rimossa dall'atmosfera. Quando essa diminuisce nell'atmosfera, anche la quantità che viene rimossa decresce. La tettonica a placche quindi regolerebbe il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera, a fronte di un aumento stimato dell'energia emessa dal Sole del 25% da quando la terra era giovane. Senza questo effetto di riciclaggio del carbonio nell'atmosfera, la biosfera non avrebbe forse avuto una durata superiore a qualche milione di anni. Le ere glaciali interferiscono con questo meccanismo di feedback, bloccando le piogge.

L'unico altro corpo nel Sistema Solare che presenta una tettonica a placche è il satellite galileiano Europa.

La biochimica atmosferica richiede grandi quantità di anidride carbonica e composti carbonati, ma l'anidride comporterebbe un effetto serra eccessivo. L'ossigeno atmosferico è necessario per sostenere il metabolismo degli animali terrestri e quindi della vita intelligente. Quindi è necessario che si sia evoluta la fotosintesi per trasformare il tipo di atmosfera da riducente ad ossidante.

Le stelle centrali emettono inevitabilmente radiazioni ultraviolette. Gli ultravioletti con lunghezza d'onda che varia da 260 a 290 nm sono assorbiti in modo efficiente dagli acidi nucleici e dalle proteine, e sono letali per ogni forma di vita terrestre. Fortunatamente lo strato di ozono atmosferico assorbe le radiazioni UV alle lunghezza d'onda comprese tra 200 e 300 nm. L'ossigeno è l'elemento costituente dell'ozono ed è apparso per la prima volta quando le radiazioni UV tra 100 e 200 nm scomposero le molecole d'acqua nei loro elementi atomici. Quando fu presente uno strato di ozono per permettere ai microorganismi fotosintetici di evolvere sulla superficie del pianeta, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera ha continuato ad aumentare attraverso la fotosintesi, e si pensa che abbia raggiunto i livelli attuali durante l'era cambriana. La cosiddetta esplosione cambriana potrebbe aver richiesto necessariamente un'atmosfera ricca di ossigeno.

Anche se la temperatura di un pianeta permette la presenza di acqua allo stato liquido non è detto che sia essa sia realmente presente. I pianeti interni del sistema solare si sono formati con pochissima acqua. Sulla Terra gran parte dell'acqua deriverebbe da impatti di asteroidi ghiacciati durante la fase primordiale di bombardamenti subita dal pianeta circa 4,5 miliardi di anni fa. Gli oceani hanno un ruolo fondamentale nel moderare le oscillazioni stagionali della temperatura: l'elevato calore specifico dell'acqua permette agli oceani di riscaldarsi lentamente durante l'estate e rilasciare questo calore durante l'inverno successivo. Una quantità di acqua troppo elevata, d'altro lato, avrebbe ridotto la terra asciutta disponibile e quindi non sarebbe stata possibile l'esistenza di un meccanismo di regolazione dell'anidride carbonica atmosferica.

Il primo fossile appartenente ad una forma di vita pluricellulare è il biota Ediacarano, risalente a 580 milioni di anni fa. Quindi trascorsero 2 miliardi di anni tra il primo evento e il secondo. Nel frattempo, furono necessari solo circa 400 milioni di anni per l'evoluzione dei primi animali pluricellulari nei dinosauri.

Curiosamente, le due transizioni evoluzionistiche giunsero dopo degli estesi periodi di glaciazione, tali da ritenere che tutto il pianeta fosse ricoperto di ghiaccio (o forse escludendo una ristretta fascia di latitudini attorno all'equatore). Il ghiaccio avrebbe aumentato il coefficiente di albedo del pianeta, in maniera tale da abbassare la temperatura media globale fino a circa -50° C. Lo spesso strato di ghiaccio impedì le interazione tra gli oceani e l'atmosfera. Questa situazione viene indicata con il termine Terra a palla di neve.

Durante queste glaciazioni globali l'espansione della vita si ritirò probabilmente in una stretta fascia geografica attorno all'equatore e nelle zone riscaldate dall'attività tettonica come le sorgenti idrotermali sul fondo degli oceani e i vulcani. Fortunatamente le glaciazioni non interferirono con la tettonica a placche e neppure con il vulcanismo. La situazione terminò a causa di un ipotetico aumento di gas serra emessi dai vulcani, con conseguente aumento di temperatura.

Il primo episodio di questo fenomeno, la glaciazione Uroniana, avvenne circa 2,4 miliardi di anni fa, tra il periodo Sideraiano e il periodo Rhyaciano nell'era Paleoproterozoica, subito dopo l'apparizione dei primi organismi unicellulari (eucarioti) conosciuti. Il secondo episodio, il periodo Cryogeniano avvenne nell'Era Neoproterozoica e durò dagli 850 a 635 milioni di anni fa, terminando 50 milioni di anni prima della comparsa del biota Ediacarano. È tuttora un interrogativo aperto se queste glaciazioni abbiano avuto un qualche effetto nella comparsa della vita complessa. In entrambi gli eventi infatti la vita è ripresa con rinnovato vigore e biodiversità al termine degli stessi. L'esplosione Cambriana iniziò 582 milioni di anni fa, quando sono comparsi improvvisamente i fossili di tutti i rappresentanti degli animali noti. Non è ancora noto il motivo o la causa di questo evento, ma è possibile che sia stato generato da una o più "spinte evoluzionistiche".

Rapidi cambiamenti evoluzionistici sono associati anche a glaciazioni minori. La rapida evoluzione degli ominidi, che culminò con la comparsa dell' homo sapiens circa 200 mila anni fa, coincide con le glaciazioni del Quaternario che iniziarono circa 1,5 milioni di anni fa. Inoltre la rivoluzione agricola, durante la quale l'homo sapiens si impose tramite la scoperta della tecnologia, iniziò subito dopo il ritiro dei ghiacci circa 12000 anni fa.

La vita multicellulare o complessa non include la maggior parte dei microorganismi. Per questo motivo l'ipotesi della rarità della Terra prevede che la vita a livello microscopico sia molto comune rispetto a quella complessa. Questa parte dell'ipotesi si basa sulla scoperta, avvenuta all'incirca negli anni'80, di organismi detti estremofili che sono in grado di sopravvivere a condizioni estreme, in ambienti eccessivamente caldi, freddi, bui, ad alta pressione, salati o acidi. Alcuni esempi di tali ambienti comprendono rocce situate a diversi chilometri sotto la superficie terrestre, sorgenti idrotermali sul fondo degli oceani e le profondità dei ghiacci antartici. Alcuni di questi organismi sono procarioti e possono ricavare energia da reazioni chimiche inorganiche e non necessitano di luce solare. Alcuni necessitano di ambienti con temperature di 80 °C e prosperano anche oltre i 100° C. Queste condizioni potrebbero essere state presenti nella Terra primordiale.

Le prove di microorganismi unicellulari sono state trovate in rocce datate circa 3,5 miliardi di anni fa, quindi queste forme di vita primitive hanno impiegato molto tempo per evolversi, una volta che la superficie della Terra si raffreddò a sufficienza. Si pensa quindi che la vita microscopica possa emergere piuttosto velocemente in ambienti con caratteristiche più estese rispetto a quelli compatibili con la vita complessa. Quindi l'universo potrebbe essere abitato principalmente da questo tipo di forma di vita. L'ipotesi della rarità della Terra indica invece che è improbabile lo sviluppo di forme di vita di tipo (dal meno al più raro) Eukaryota, pluricellulare, animale, intelligente.

L'equazione della rarità della Terra è la risposta di Ward e Brownlee all'equazione di Drake e calcola il numero N di pianeti di tipo terrestre nella Via Lattea che sostengono forme di vita complesse.

Un valore basso richiede nuovamente dei sistemi planetari stabili, con pianeti esterni orbitanti su orbite quasi circolare, nessuna perturbazione provocata da stelle vicine e nessun oggetto di tipo supernova o simile nelle vicinanze.

La principale obiezione all'ipotesi si basa sul fatto che è stata teorizzata basandosi su una singola osservazione, ovvero la Terra e le sue forme di vita. Le strumentazioni scientifiche e le tecniche di ricerca non riescono a rilevare la maggior parte dei pianeti extrasolari di dimensioni e massa simili alla Terra. I pianeti extrasolari attualmente scoperti sono nella maggior parte giganti gassosi, perché sono maggiormente rilevabili. Il 24 aprile 2007 gli astronomi hanno tuttavia annunciato la scoperta di un pianeta roccioso che si trova nella regione abitabile di una stella appartenente alla sequenza principale, Gliese 581 c. Tuttavia colle tecnologie attuali è molto difficile stabilire la composizione dell'atmosfera di un pianeta roccioso e quindi la sua abitabilità. Anche se l'ipotesi discute molte condizioni che sembrano favorevoli alla comparsa e allo sviluppo di vita in certe condizioni tipiche del nostro pianeta, la validità dell'ipotesi resta aperta fino a quando non siano stati trovati altri mondi simili alla Terra.

L'ipotesi si basa sulla fondamentale asserzione che la vita complessa è rara perché può evolvere solo sulla superficie di un pianeta di tipo terrestre o su un satellite naturale adatto. Alcuni biologi come Jack Cohen pensano che questa affermazione sia troppo restrittiva. I pianeti di tipo terrestre potrebbero essere rari, ma in altri ambienti potrebbero comparire forme di vita complesse non a base di carbonio.

Per Darling, quella della rarità della Terra non è una ipotesi e neppure una previsione, ma semplicemente una descrizione di come la vita è nata sulla Terra. Da questo punto di vista Ward e Brownlee non avrebbero fatto altro che selezionare i fattori maggiormente favorevoli alla loro teoria.

Esistono moltissimi pianeti. Inevitabilmente tra di essi saranno presenti anche alcuni pianeti di tipo terrestre.

A volte la teoria si basa su prove controverse. Ad esempio mentre l'origine della Luna tramite la Teoria dell'impatto gigante ha un buon supporto, non è accettata universalmente. Oppure la metallicità delle stelle potrebbe non essere un requisito fondamentale: la stella Tau Ceti ha una metallicità che varia tra il 22% e il 70% rispetto a quella del Sole, ma possiede più di 10 volte il materiale cometario e asteroidale disponibile nel sistema solare. Per questo motivo è probabile che Tau Ceti abbia dei pianeti di tipo terrestre. Inoltre sono presenti critiche anche alla teoria della Terra a palla di neve.

L'ipotesi considera l'improbabilità di situazioni che non hanno prove forti. Considerando le dimensioni dell'universo, il periodo estremamente lungo degli eventi astronomici e le varie circostanze favorevoli alla vita, potrebbero essere presenti un numero maggiore di pianeti di tipo terrestre rispetto al numero molto basso previsto dall'ipotesi.

L'ipotesi ignora che la vita intelligente possa alterare il proprio ambiente. Una specie che viaggia nello spazio potrebbe, in tempi molto lunghi, colonizzare e trasformare gradualmente molti pianeti inizialmente inadatti alla vita (un processo analogo al Terraforming) o disseminare forme di vita altamente adattabili in tutti gli ambienti in grado di sostenerle.

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Ochotona

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Ochotona (Link, 1795) è un genere di mammiferi appartenente alla famiglia degli Ochotonidae, di cui costituiscono gli unici rappresentanti viventi. Si tratta di Lagomorfi (imparentati quindi con Lepri e conigli) diffusi in Nord America, Asia ed Europa orientale.

Al genere appartengono gli animali conosciuti col nome comune collettivo di pica (dal tunguso piika o dal russo pikat, "squittire") od ocotone.

Si tratta di animali di piccole dimensioni, dall'aspetto generale simile a quello di un criceto: corpo tozzo con zampe corte e robuste, orecchie arrotondate, coda cortissima. Misurano una ventina di centimetri di lunghezza, per un peso che va dai 75 ai 250 g a seconda della specie.

Come i loro parenti di dimensioni maggiori, sono animali erbivori: vivendo in climi piuttosto inospitali, si accontentano di qualsiasi materiale vegetale commestibile, dalle erbe ai licheni. Per far fronte a tale dieta, come gli altri lagomorfi hanno perso i canini a favore di robusti incisivi, tuttavia hanno meno premolari rispetto a conigli ed affini. Come gli altri lagomorfi, questi animali producono due tipi di feci: le prime, dette feci molli, di colore verdastro e solo parzialmente digerite, mentre le seconde, o feci dure, sono il risultato finale della digestione. Questo comportamento fa sì che i pica possono ricavare la maggior quantità di energia possibile dal proprio cibo, degradando la cellulosa che abbonda nel loro cibo in zuccheri semplici e facilmente assimilabili.

I pica sono abitatori dei climi freddi, dove spesso li si trova sui crinali rocciosi dei monti, lì dove le rocce cadute creano numerosi anfratti dove potersi rifugiare, o da poter ampliare per costruirvi il nido. Alcune specie, invece, sono native della steppa asiatica. Spesso i pica condividono le loro tane con altri inquilini, come i fringuelli delle nevi del genere Montifringilla. La loro necessità di un clima freddo è tale che l'archeologo Donald Grayson ha osservato un progressivo ritirarsi delle popolazioni americane su cime via via più alte, man mano che l'effetto serra ha fatto innalzare le temperature globali: un'osservazione simile è stata fatta da Grayson, che ha studiato i resti fossili di pica sulle Montagne Rocciose e sulla Sierra Nevada negli ultimi 40.000 anni. Durante l'ultima era glaciale, i pica erano comuni anche in gran parte dell'Europa centrale.

Le specie eurasiatiche vivono in gruppi familiari in cui i vari membri si avvicendano nella ricerca del cibo e nell'attività di sentinelle contro eventuali predatori od intrusi: molte specie di pica, infatti, mostrano un qualche tipo di territorialità. Le specie nordamericane, invece, sono solitarie per tutto l'anno, al di fuori del periodo degli amori. Tutte le specie comunicano fra loro tramite dei fischi acuti e laceranti, che hanno valso loro il nome comune di "lepri fischianti" in alcuni paesi.

I pica hanno abitudini diurne, con la tendenza a divenire man mano più crepuscolari col calare dell'altitudine alla quale vivono. Mostrano picchi di attività durante l'autunno, quando spendono gran parte delle loro energie nell'accumulare vegetali da poter poi consumare durante l'inverno: questi animali, infatti, non vanno in ibernazione. Prima di portare il materiale nella tana, i pica lo lasciano per un certo periodo al di fuori di essa per farlo seccare, così che possa resistere all'inverno senza marcire: durante l'essiccazione, è molto frequente che dei pica estranei rubino il cibo ai vicini, dando vita a liti talvolta anche violente.

Le specie degli ambienti montani danno alla luce meno di cinque cuccioli una sola volta l'anno, mentre le specie della steppa tendono ad avere cucciolate più numerose ed in numero maggiore: ciò è quasi sicuramente legato alla relativa maggiore disponibilità di cibo nel loro habitat, oltre che alla maggiore presenza di predatori, che rende necessario un ricambio generazionale molto rapido. In ambedue i casi, la gestazione è di poco inferiore al mese.

Tutte le specie appartenenti genere Ochotona, pur essendo diffuse su tre diversi continenti, derivano da un antenato comune vissuto in Asia centrale durante il tardo Miocene. Conservano perciò tratti assai omogenei (al punto che alcune specie sono state "scoperte" solo grazie all'analisi del DNA mitocondriale di alcune popolazioni), e quindi il genere non è andato incontro a fenomeni quali divisione o accorpamento di generi e specie: recentemente, è stata scoperta una nuova specie ascrivibile al genere, il pica nero, divenuta la trentesima specie ad essere ascritta al genere.

Tradizionalmente, vengono considerati tre sottogeneri: Pika, comprendente i pica eurasiatici e nordamericani, Ochotona, comprendente i pica "della steppa", e Conothoa, comprendente le specie cosiddette "di montagna", dell'Asia centro-orientale.

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Source : Wikipedia