La Terra, il pianeta acqua. Immagine via NASA.
La Terra è ricca d’acqua, e lo è da alcuni miliardi di anni, ma gli scienziati stanno ancora discutendo da dove provenga tutto quel liquido che alimenta la vita. Si pensava che almeno una parte di essa fosse stata portata qui da comete o asteroidi, ma questa idea è ancora insufficiente a spiegare come tanta acqua sia finita sulla superficie terrestre – e anche in profondità. Ora, un team di scienziati dell’Arizona State University (ASU), guidato da Peter Buseck, ha elaborato una nuova proposta. Il nuovo documento peer-reviewed è stato pubblicato nel Journal of Geophysical Research: Planets il 9 ottobre 2018.
La nuova ricerca suggerisce che l’acqua della Terra provenga sia da materiale roccioso, come gli asteroidi, sia dalla vasta nube di polvere e gas rimasta dopo la formazione del sole, chiamata nebulosa solare.
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L’acqua degli oceani della Terra è simile a quella che si trova negli asteroidi. Questo è uno dei motivi per cui gli scienziati hanno a lungo pensato che la maggior parte dell’acqua terrestre provenisse da un bombardamento di asteroidi ai tempi del primo sistema solare. Il rapporto tra il deuterio – un isotopo di idrogeno più pesante – e l’idrogeno normale è una firma chimica unica in varie fonti di acqua. Nel caso degli oceani della Terra, il rapporto deuterio-idrogeno è vicino a quello che si trova negli asteroidi. Ma, secondo Steven Desch, anche lui all’ASU e uno dei membri del team:
È un po’ un punto cieco nella comunità. Quando le persone misurano il rapporto nell’acqua dell’oceano e vedono che è abbastanza vicino a quello che vediamo negli asteroidi, è sempre stato facile credere che tutto venga dagli asteroidi.
Alcune delle prime acque della Terra provengono da embrioni planetari in collisione contenenti acqua asteroidale. Immagine via J. Wu/S. Desch/ASU.
Jun Wu dell’ASU è l’autore principale dello studio. Ha aggiunto:
La nebulosa solare ha ricevuto la minore attenzione tra le teorie esistenti, anche se è stata la riserva predominante di idrogeno nel nostro primo sistema solare.
L’idrogeno negli oceani della Terra potrebbe non rappresentare l’idrogeno in tutto il pianeta, tuttavia. Campioni di idrogeno dalle profondità della Terra, vicino al confine tra il nucleo e il mantello, hanno notevolmente meno deuterio – indicando che questo idrogeno potrebbe non provenire dagli asteroidi, dopo tutto. I gas nobili elio e neon, con firme isotopiche ereditate dalla nebulosa solare, sono stati trovati anche nel mantello terrestre.
Come spiegare queste differenze? I ricercatori hanno dovuto sviluppare un nuovo modello teorico della formazione della Terra per rispondere a questa domanda. Secondo il modello, la Terra era il più grande di molti embrioni planetari – alias protopianeti – nel primo sistema solare.
In sostanza, il loro modello mostra grandi asteroidi impregnati d’acqua che alla fine si formano in pianeti come la Terra attraverso le collisioni.
Molta dell’acqua della Terra si pensa sia venuta da asteroidi che impattano il pianeta all’inizio della sua storia. Immagine via NASA/Don Davis.
La superficie della Terra molto giovane era inizialmente un oceano di magma. L’idrogeno e i gas nobili della nebulosa solare furono attirati verso l’embrione planetario, formando la prima atmosfera. L’idrogeno nebulare, che contiene meno deuterio ed è più leggero dell’idrogeno asteroidale, si dissolveva nel ferro fuso dell’oceano di magma.
L’idrogeno fu poi attirato verso il centro della Terra – un processo chiamato frazionamento isotopico. L’idrogeno è stato consegnato al nucleo attraverso la sua attrazione per il ferro, mentre gran parte dell’isotopo più pesante, il deuterio, è rimasto nel magma che alla fine si è raffreddato per formare il mantello. Gli impatti di embrioni planetari più piccoli e di altri oggetti continuarono ad aggiungere ulteriore acqua e massa finché la Terra non raggiunse le sue dimensioni definitive.
Il risultato finale fu che la Terra aveva gas nobili in profondità nel suo interno, con un rapporto deuterio/idrogeno più basso nel suo nucleo che nel suo mantello e negli oceani. La maggior parte dell’acqua della Terra proveniva dagli asteroidi, ma alcuni provenivano anche dalla nebulosa solare. Come ha notato Wu:
Per ogni 100 molecole di acqua della Terra, ce ne sono una o due provenienti dalla nebulosa solare.
Concezione artistica della nebulosa solare – un gigantesco disco di gas e polvere – che circondò il giovane sole all’inizio della storia del sistema solare. Si pensa che anche parte dell’acqua della Terra provenga da qui. Immagine via ESO/L. Calçada.
E allora le comete, visto che hanno così tanta acqua-ghiaccio al loro interno? Secondo Desch:
Le comete contengono molti ghiacci, e in teoria potrebbero aver fornito dell’acqua. Ma c’è un altro modo di pensare alle fonti d’acqua nei giorni della formazione del sistema solare. Poiché l’acqua è idrogeno più ossigeno, e l’ossigeno è abbondante, qualsiasi fonte di idrogeno potrebbe essere servita come origine dell’acqua della Terra.
Inoltre, le comete hanno rapporti deuterio-idrogeno (D/H) più alti, quindi non sono effettivamente buone fonti per l’acqua della Terra. Il rapporto D/H del gas idrogeno nella nebulosa solare era solo 21 ppm, troppo basso per aver fornito la maggior parte dell’acqua sulla Terra. Gli asteroidi sono molto più adatti, insieme alla nebulosa solare.
I risultati del nuovo studio potrebbero anche avere implicazioni per gli esopianeti rocciosi in orbita intorno ad altre stelle, come la super-Terra Wolf 1061c in questa immagine. Molti di loro potrebbero avere acqua in abbondanza, proprio come la Terra. Immagine via NASA/Ames/JPL-Caltech.
Infine, i nuovi risultati hanno implicazioni per gli esopianeti rocciosi che orbitano intorno ad altre stelle. Molti di questi mondi sono stati scoperti, e se c’è una maggiore possibilità che alcuni di loro abbiano anche acqua liquida, questo aumenta anche le possibilità che quei pianeti siano abitabili. Secondo i ricercatori:
I nostri risultati suggeriscono che la formazione di acqua è probabilmente inevitabile su pianeti rocciosi sufficientemente grandi in sistemi extrasolari.
In fondo: L’origine dell’acqua della Terra è stata a lungo dibattuta, ma questo nuovo studio indica una fonte – la nebulosa solare, o nube di gas e polvere lasciata dopo la formazione del sole – che era stata precedentemente trascurata. Il nuovo lavoro, basato sulla modellazione al computer, può avere implicazioni per i mondi rocciosi che orbitano intorno a stelle lontane: Origine dell’acqua della Terra: Chondritic Inheritance Plus Nebular Ingassing and Storage of Hydrogen in the Core
Via Arizona State University
Paul Scott Anderson ha avuto una passione per l’esplorazione dello spazio che è iniziata da bambino quando ha guardato Cosmos di Carl Sagan. Mentre era a scuola era noto per la sua passione per l’esplorazione spaziale e l’astronomia. Ha iniziato il suo blog The Meridiani Journal nel 2005, che era una cronaca dell’esplorazione planetaria. Nel 2015, il blog è stato rinominato come Planetaria. Pur essendo interessato a tutti gli aspetti dell’esplorazione spaziale, la sua passione principale è la scienza planetaria. Nel 2011, ha iniziato a scrivere di spazio come freelance, e ora scrive per AmericaSpace e Futurism (parte di Vocal). Ha anche scritto per Universe Today e SpaceFlight Insider, ed è stato anche pubblicato su The Mars Quarterly e ha fatto scrittura supplementare per la nota applicazione iOS Exoplanet per iPhone e iPad.
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