Thursday, 13 Dec 2018

Non tutta l’acqua della Terra arriva da comete ed asteroidi

Secondo l’ipotesi più diffusa, l’acqua presente sul nostro pianeta vi è stata portata da comete e asteroidi ma un nuovo studio suggerisce che non tutta l’acqua della Terra è arrivata in questo modo.

L’idrogeno è l’elemento più abbondante nell’universo ed è proprio l’idrogeno che viene indiduato da questa nuova ricerca come come principale responsabile della presenza di acqua sul nostro pianeta. Si tratta di un la voro condotto da Peter Buseck, professore presso la Scuola di esplorazione spaziale e terrestre e School of Molecular Sciences presso l’Arizona State University.

Da quanto risulta agli autori di questo lavoro, l’idrogeno presente sulla Terra arriva, almeno in parte, dalla nebulosa solare, una nube di gas e polvere rimasta dopo la formazione del Sole.

Prima di approfondire i dettagli in questo nuovo studio, è utile capire la teoria che potrebbe andare a sostituire.

L’acqua della Terra – ipotesi canonica

Per molto tempo, la maggior parte degli scienziati ha ritenuto valida l’ipotesi “acqua-da-comete-e-asteroidi” sull’origine dell’acqua qui sulla Terra. Tutto inizia con la formazione del Sole.

Quando il Sole si formò da una nuvola molecolare, assorbì gran parte del materiale rpesente in quella nuvola ma il materiale avanzato basto per permettere la formazione di pianeti, lune, asteroidi e comete. Appena le reazioni nucleari accesero la fornace del Sole, da questo si generò un potente vento solare che inviò moltissimo idrogeno dai suoi strati esterni oltre il punto in cui i pianeti rocciosi interni, Mercurio, Venere, Terra e Marte, si trovano ancora oggi.

Quell’area del sistema solare che si trova oltre l’orbita di Marte è il regno dei giganti gassosi e, cosa più importante, delle comete e degli asteroidi.

Le comete sono corpi solidi composti di roccia e ghiaccio e si ritiene che abbiano raccolto significative quantità dell’idrogeno inviato laggiù dal Sole all’inizio della sua vita; lo stesso vale per gli asteroidi, anche se in misura minore. Insomma, il sistema solare esterno divenne una riserva di idrogeno.

Quando la Terra si formò, aveva l’aspetto di una grande palla di magma fuso e la sua superficie veniva mantenuta in quello stato dal continuo rimescolamento dovuto alle ripetute collisioni con asteroidi, come te ed altri corpi celesti. Fin qui, tutto bene, dato che il primo sistema solare era un posto molto più caotico di adesso.

In questa prima fase dell’esistenza della Terra, l’acqua e l’idrogeno liberati negli impatti dei corpi celesti con il nostro pianeta venivano espulsi nello spazio ma, man mano che la Terra iniziò a raffreddarsi, l’acqua fuorisucita dalle collisioni cominciò a condensarsi sul nostro pianeta e quindi ad accumularsi.

La prova di ciò sta nel rapporto isotopico. Il rapporto tra il deuterio dell’isotopo pesante dell’idrogeno e l’idrogeno normale è una firma chimica.

Due corpi idrici con lo stesso rapporto devono avere la stessa origine. E l’acqua degli oceani della Terra ha lo stesso rapporto isotopico dell’acqua degli asteroidi. Questa è una versione molto semplificata della teoria più ampiamente accettata su come l’acqua è arrivata sulla Terra.

L’acqua della Terra: problmei con l’ipotesi canonica

Gli scienziati, però, da tempo non trovavano del tutto soddisfacente questa teoria, infatti l’ipotesi “acqua dalle comete” era in discussione già da un po’. Nel 2014 alcuni scienziati hanno studiato il problema osservando meteoriti di diverse età. (I meteoriti sono asteroidi che hanno colpito la Terra.) Per prima cosa hanno osservato quelli che sono noti come “meteoriti di condrite carbonacei“.

Sono i più vecchi che conosciamo e si sono formati all’incirca nello stesso periodo del Sole. Sono i mattoni primari della Terra.

Successivamente, hanno studiato meteoriti che pensiamo provenissero dal grande asteroide Vesta. Vesta riteniamo che si fosse formato nella stessa regione della Terra, circa 14 milioni di anni dopo la nascita del sistema solare. Secondo questo studio del 2014, le antiche meteoriti corrispondevano alla composizione del Sistema Solare primordiale prevista dai modelli e avevano molta acqua al loro interno, ragione per cui erano considerate come la principale origine dell’acqua della Terra. Le misurazioni effettuate in questo studio del 2014 hanno dimostrato che questi meteoriti hanno la stessa composizione chimica delle condriti e delle rocce carboniche presenti sulla Terra, portando alla conclusione che le condriti carboniose siano state la più comune fonte di acqua.

Il team che effettuò questo studio decise che gran parte della nostra acqua abbia avuto origine da impatti.

Il che ci porta a questo nuovo studio, che rafforza le conclusioni dello studio del 2014.

L’acqua della Terra: parliamo di idrogeno

Gli autori di questo nuovo studio dicono che gli oceani e il loro rapporto isotopico potrebbero non raccontare l’intera storia.

Secondo Steven Desch, professore di astrofisica alla School of Earth and Space Exploration presso l’Arizona State University di Tempe, “quando misuriamo il rapporto [deuterio-idrogeno] nell’acqua dell’oceano e vediamo che è abbastanza vicino a quello che rileviamo negli asteroidi, è facile credere che tutta quell’acqua arrivi solo dagli asteroidi“. Alla fine si tratta di una prova abbastanza convincente.

Desch e gli altri autori di questo nuovo studio partono da ricerche pubblicate nel 2015 dai quali si deduce che che gli oceani della Terra potrebbero non essere rappresentativi dell’acqua primordiale della Terra. Gli oceani potrebbero aver pescato tra la superficie del pianeta e un serbatoio d’acqua situato nelle profondità della Terra. Questo potrebbe cambiare le carte in tavola perchè l’acqua conservata nelle profondità della Terra potrebbe rappresentare almeno parte della vera acqua primordiale della Terra.

E quest’acqua potrebbe provenire direttamente dalla primordiale nebulosa solare, piuttosto che dagli impatti di comete e asteroidi.

Lo studio sviluppa un nuovo modello teorico della formazione della Terra per spiegare queste differenze tra l’idrogeno negli oceani della Terra e quello confinato nel mantello. Questo nuovo modello mostra grandi asteroidi pieni d’acqua condensatisi in pianeti miliardi di anni fa dalla nebulosa solare. Questi embrioni planetari subirono moltissime collisioni in sequenza che li fecero crescere rapidamente.

Successivamente, una collisione abbastanza potente sciolse la superficie del più grande embrione in un oceano di magma. Questo embrione più grande era la Terra. Questo grande embrione aveva abbastanza gravità da trattenere un’atmosfera, e la formò attirando i gas, compreso l’idrogeno, il più abbondante, dalla nebulosa solare. L’idrogeno nella nebulosa solare contiene meno deuterio ed è più leggero dell’idrogeno asteroidale. A quel punto, questo idrogeno catturato dalla nebulosa solare si sciolse nel ferro fuso dell’oceano magmatico della Terra.

A causa di un processo noto come frazionamento isotopico, l’idrogeno sprofondò verso il centro della Terra dove fu attratto dal ferro. Il deuterio, l’isotopo dell’idrogeno, rimase intrappolato nel magma, che, lentamente, si raffreddò formando il mantello terrestre. Nel frattempo proseguivano gli impatti con le rocce spaziali che contnuarono a portare più acqua e ulteriore massa sulla Terra, fino a raggiungere la massa attuale.

Il punto chiave di questo nuovo modello è che l’idrogeno nel nucleo della Terra è diverso dall’idrogeno nel mantello e negli oceani. L’acqua presente nelle profondità della Terra ha molto meno deuterio. Ma cosa significa tutto questo?

Il nuovo modello ha permesso agli autori di stimare la quantità di acqua proveniente dagli impatti degli asteroidi mentre la Terra cresceva e si evolveva, rispetto a quanta proveniva direttamente dalla nebulosa solare nel momento della formazione della Terra.

La loro conclusione?

“Per ogni 100 molecole di acqua della Terra ce ne sono una o due provenienti dalla nebulosa solare”, ha spiegato Jun Wu, ricercatore alla School of Molecular Sciences e School of Earth and Space Exploration presso l’Arizona State University e co-autore principale di lo studio.

Conclusione: si tratta di qualcosa di più della semplice acqua della terra

Questo studio è una nuova prospettiva sulla formazione planetaria, sullo sviluppo e su cosa succede nei primi anni di vita di un pianeta giovane.

Questo modello suggerisce che la formazione di acqua, probabilmente, si verificherebbe su qualsiasi esopianeta roccioso sufficientemente grande anche nei sistemi extrasolari: un’idea molto eccitante“.

In precedenza, pensavamo che gli unici pianeti in grado di ospitare la vita avrebbero dovuto trovarsi in un sistema stellare ricco di asteroidi e comete con acqua. Ma ora sappiamo che potrebbe non essere necessario. Il nuovo studio suggerisce che alcuni esopianeti abitabili potrebbero aver preso acqua dalla nebulosa solare nel loro sistema. La terra nasconde la maggior parte della sua acqua al suo interno. Secondo i calcoli, la Terra custodisce all’incirca due oceani nel mantello e 4 o 5 nel nucleo. Sugli esopianeti simili alla Terra potrebbe essere accaduto lo stesso.

Nel nuovo modello c’è, però, un aspetto da prendere con le molle e riguarda il frazionamento dell’idrogeno.

Non è ben chiaro come il rapporto deuterio-idrogeno cambi quando l’elemento si dissolve nel ferro, che è al centro di questo nuovo modello.

Nel complesso, il nuovo studio si adatta bene ad altre ricerche sull’acqua della Terra ma, come spesso accade, sarà necessario testare le conclusioni di questo studio attraverso lo sviluppo di un nuovo modello, ancora più rigoroso.

Fonte: Universe Today

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