Aria Sottile
di Silvia Chicchi
Responsabile delle Collezioni Naturalistiche
Musei Civici di Reggio Emilia
Aria sottile, noto libro di Jon Krakauer, narra un tragico episodio dell’alpinismo himalayano: tra il 10 e l’11 maggio del 1996, durante il tentativo di ascesa alla vetta del Monte Everest, una tempesta intrappolò 23 alpinisti di cinque diverse spedizioni nella “zona delle morte”, causando la perdita di 8 vite.
L’aria è definita dal punto di vista scientifico come la miscela di sostanze aeriformi che costituisce l’atmosfera terrestre, essenziale per la vita della maggior parte degli organismi animali e vegetali.
La concentrazione dei gas, massima al suolo, diminuisce progressivamente con la quota fino a sfumare nel vuoto interplanetario. Ma già a quote attorno ai 7600 m, a causa della ridotta presenza di ossigeno, la respirazione polmonare non riesce a sostenere le funzioni vitali dell’organismo e le cellule cominciano a morire. Una delle grandi difficoltà incontrate nella conquista degli 8000 himalayani, è proprio il necessario passaggio, e, in caso di condizioni meteorologiche avverse, la permanenza, nella cosiddetta ‘zona della morte’, altitudine oltre la quale un essere umano, per quanto allenato ed equipaggiato, non può sopravvivere a lungo.
E’ dunque sottile, una manciata di km, lo strato di aria respirabile che circonda il pianeta. Da esso dipende la vita degli organismi, in esso avvengono altrettanto vitali fenomeni atmosferici, come la formazione delle nuvole, le precipitazioni, lo scambio di masse d’aria, la variazione delle temperature entro un range compatibile con la vita.
L’atmosfera non è nata come la conosciamo ora, l’aria che respiriamo (78% azoto, 21% ossigeno, 1% argon, anidride carbonica attorno a 400 parti per milione, vapore acqueo in percentuale variabile e tracce di altri elementi) si è evoluta nei 4,6 miliardi di anni di storia della terra, come risultato dell’interazione tra la costituzione geochimica del pianeta, la radiazione solare, il bombardamento da parte di corpi celesti, i fenomeni vulcanici e tettonici e la presenza dei viventi, plasmata dalla vita stessa. E si va evolvendo tuttora, in un mutevole equilibrio con litosfera, idrosfera e biosfera.
La prima atmosfera era molto probabilmente formata da gas leggeri come idrogeno ed elio e da altri componenti minori, metano, ammoniaca e vapor acqueo, derivati dalla nuvola di gas e di polveri da cui si era formato il sistema solare. Una atmosfera, potremmo dire, ‘cosmica’.
A causa dell’elevata temperatura presente sul pianeta e dell’azione del vento solare, i gas più leggeri vennero dispersi in gran parte nello spazio. Il residuo si arricchì del ‘respiro’ del pianeta in formazione, i gas contenuti nella massa terrestre ed esalati attraverso le fratture prodotte dai frequenti impatti meteorici e l’intensa attività vulcanica (fenomeno definito degassamento), mentre un lento raffreddamento condensava il vapore acqueo dell’atmosfera, alimentato dai vulcani, in uno spesso strato di nuvole. Le piogge diedero origine, o contribuirono ad alimentare, gli oceani.
Questa seconda atmosfera, di impronta ‘terrestre’, poteva essere dominata dagli stessi gas emessi ancora oggi dai vulcani: vapore acqueo, anidride carbonica e azoto. Studi alternativi, che assumono come modello di composizione della terra primitiva le meteoriti condriti, propendono per un’atmosfera ricca di metano, con idrogeno, vapore acqueo, azoto, e ammoniaca. Una atmosfera riducente che avrebbe potuto offrire tutti gli ingredienti per la comparsa, sotto l’azione di scariche elettriche provenienti dai fulmini, delle prime molecole organiche, come realizzato nel celebre esperimento di Miller-Urey, del 1953.
Grande assente, anche in questa atmosfera, l’ossigeno libero, che poteva formarsi solo, in piccole quantità, in seguito alla scomposizione del vapore acqueo sotto l’azione di scariche elettriche e per l’azione della radiazione solare.
La vera rivoluzione fu innescata dai primi, piccoli organismi autotrofi in grado di svolgere la fotosintesi: cianobatteri, o alghe blu, che proliferavano in acque basse dando luogo a strutture chiamate stromatoliti. La loro comparsa segnò l’inizio della Grande Ossidazione.
Stromatoliti attuali_Australia
Stromatoliti fossili
Stromatoliti fossili_sezione
L’ossigeno emesso come sottoprodotto della reazione di fotosintesi è testimoniato con evidenza spettacolare nelle rocce con la presenza, in molte regioni del pianeta, di Banded Iron Formations, per i geologi BIF, formazioni rocciose costituite da una alternanza di livelli di ossidi di ferro, in particolare magnetite, scuri, e di selce, resa rossa dalla presenza di ferro. In un primo momento, infatti, l’ossigeno prodotto dagli organismi fotosintetici non riusciva a rimanere nell’atmosfera, perché andava tutto ad ossidare le rocce della superficie terrestre e i minerali presenti nelle acque, soprattutto il ferro.
Grandi quantità di ossidi di ferro precipitarono sui fondali, dando luogo ai sedimenti che oggi costituiscono le BIF, che si ritiene abbiano assorbito e contengano una quantità di ossigeno pari a venti volte quello presente attualmente nell’atmosfera. La faccia del pianeta mutò: i sedimenti si arrossarono, in una sorta di ‘arruginimento’ globale, e le acque degli oceani, che si presume avessero colore verdastro, divennero blu.
Banded Iron Formation_Hamersley
Banded_iron_formation_Dales_Gorge
Una volta esaurita la disponibilità di sostanze ossidabili, l’ossigeno in eccesso iniziò ad accumularsi nell’atmosfera, cambiandone la composizione. Circa 2.450 milioni di anni fa la concentrazione raggiunta divenne letale per gli organismi anaerobici che popolavano le acque del pianeta, provocando quella che è definita catastrofe dell’ossigeno, grande estinzione di massa delle primitive forme di vita.
La presenza crescente di O2 nell’atmosfera ebbe altre fondamentali conseguenze:
- gli atomi di ossigeno, combinandosi tra di loro in molecole di ozono (O3), diedero origine alla ozonosfera, il prezioso ‘ombrello’ che protegge la superficie terrestre dai raggi UV, nocivi ai viventi. Questo favorì la comparsa delle prime forme di vita vegetale, sotto forma di alghe verdi. La diffusione dei vegetali incrementò quindi ulteriormente la produzione di ossigeno, che circa 600 milioni di anni fa raggiunse i livelli attuali, fornendo nuove opportunità di diversificazione biologica.
- la disponibilità di ossigeno provocò inoltre una notevole diversificazione dei minerali fino ad allora presenti nella crosta terrestre, con la formazione di più di 2.500 nuove specie, ossidi e idrossidi, prima assenti.
Questa terza atmosfera, che si potrebbe definire di origine ‘vegetale’, è quella in cui ancor oggi viviamo: apparentemente stabile, è in realtà in costante evoluzione.
In particolare negli ultimi secoli, la sua composizione sta subendo piccoli ma significativi cambiamenti legati all’attività umana. Come è noto, tra i gas presenti in piccole quantità nell’aria, calcolata in parti per milione, c’è la CO2, l’anidride carbonica, uno dei gas responsabili, assieme al metano e al vapor acqueo, dell’effetto serra. Un effetto indispensabile per mantenere il pianeta in un range di temperature compatibile con la vita, ma un cui rapido aumento potrebbe rivelarsi pericoloso.
Le attività umane (industria, inquinamento, combustione e deforestazione) hanno prodotto nell’ultimo secolo un incremento nella percentuale di CO2, da circa 280 parti per milione nel 1900 a 315 nel 1970, a 410 oggi. Si va verso una quarta atmosfera, ‘antropica’, determinata dall’uomo? La variazione in termini di composizione è piccola, ma enormi possono essere le conseguenze, in tempi non geologici.
Il sottile guscio di aria che circonda la terra è frutto di un equilibrio complesso. Le foreste producono ossigeno e sequestrano carbonio, l’uso dei combustibili fossili libera il carbonio sequestrato in milioni di anni, vulcani ed automobili emettono gas, le acque oceaniche assorbono anidride carbonica (e diventano più acide), l’uomo e gli animali respirano, la decomposizione della materia organica produce metano, la disgregazione delle rocce rimette in gioco elementi… La nostra aria è il bilancio complessivo del respiro dell’intero pianeta, biosfera, idrosfera e litosfera, che costantemente produce e consuma e rimette in circolo. La Terra ha già attraversato glaciazioni e periodi molto caldi, e la vita è continuata. Ma per l’uomo la fascia di adattabilità al cambiamento è stretta.
Camminare sul filo di questo equilibrio è vitale.
