Le origini dell'acqua terrestre sono state messe in discussione

Secondo una nuova ricerca, l'acqua della Terra potrebbe aver avuto origine da asteroidi e gas rimasti dalla formazione del Sole. La scoperta ha profonde implicazioni sia per le origini della vita sulla Terra che per la possibilità di vita altrove nell'Universo.

Lo studio, pubblicato sul Journal of Geophysical Research: Planets, mette in dubbio la credenza precedentemente ritenuta della fonte dell'acqua terrestre, suggerendo che l'idrogeno che comprende la maggior parte della molecola d'acqua potrebbe provenire dalla nebulosa solare, nuvole di gas e polvere lasciato dalla formazione della nostra stella.

i modelli precedenti avevano suggerito che l'acqua della Terra fosse erogata tramite impatto con asteroidi

Modelli precedenti hanno collegato l'acqua trovata sulla Terra a quella trovata sugli asteroidi, il che implica che la maggior parte dell'acqua erogata sulla superficie del pianeta era il risultato di impatti da questi oggetti. La razione di deuterio, un isotopo più pesante di idrogeno, nell'acqua di mare è simile al rapporto trovato sugli asteroidi. Gli scienziati hanno tradizionalmente usato questo metodo per rintracciare l'idrogeno per scoprire le origini dell'acqua semplicemente perché è l'elemento più abbondante nell'universo.

L'orizzonte della Terra visto a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (NASA)

Per condurre le loro indagini, il team guidato da Peter Buseck, professore di Regents presso la School of Earth and Space Exploration e School of Molecular Sciences presso la Arizona State University, ha adottato un approccio diverso.

Steven Desch, professore di astrofisica presso la School of Earth and Space Exploration presso la Arizona State University di Tempe, in Arizona e coautore del nuovo studio, spiega: “Quando le persone misurano il rapporto [deuterio-idrogeno] nelle acque oceaniche e vedono che è abbastanza vicino a ciò che vediamo negli asteroidi, è sempre stato facile credere che tutto provenisse dagli asteroidi. "

Gli autori dell'articolo sono andati oltre, suggerendo che l'idrogeno negli oceani della Terra non rappresenta l'idrogeno in tutto il pianeta. Campioni di idrogeno provenienti dalle profondità interne della Terra, vicino al confine tra il nucleo e il mantello, hanno in particolare meno deuterio, indicando che questo idrogeno potrebbe non provenire da asteroidi. I gas nobili dell'elio e del neon, con firme isotopiche ereditate dalla nebulosa solare, sono stati trovati anche nel mantello terrestre.

Il loro nuovo modello teorico mira a spiegare queste discrepanze.

Un nuovo modello di origini terrestri

Secondo il nuovo modello suggerito nel documento, diversi miliardi di anni fa, grandi asteroidi impregnati d'acqua iniziarono a svilupparsi in pianeti mentre la nebulosa solare turbinava ancora attorno al Sole.

Questi asteroidi, noti come embrioni planetari, si scontrarono e crebbero rapidamente. Alla fine, una collisione ha introdotto abbastanza energia per fondere la superficie dell'embrione più grande in un oceano di magma. Questo embrione più grande alla fine diventerebbe Terra.

Concezione dell'artista della polvere e del gas che circonda un sistema planetario di recente formazione (NASA)

I gas della nebulosa solare, compresi l'idrogeno e i gas nobili, furono attirati dal grande embrione coperto di magma per formare un'atmosfera precoce. L'idrogeno nebulare, che contiene meno deuterio ed è più leggero dell'idrogeno asteroide, disciolto nel ferro fuso dell'oceano di magma.

Attraverso un processo chiamato frazionamento isotopico, l'idrogeno veniva attirato verso il centro della giovane Terra. L'idrogeno, che è attratto dal ferro, è stato trasportato nel nucleo dal metallo, mentre gran parte dell'isotopo più pesante, il deuterio, è rimasto nel magma che alla fine si è raffreddato e divenne il mantello, secondo gli autori dello studio. Gli impatti di piccoli embrioni e altri oggetti hanno continuato ad aggiungere acqua e massa complessiva fino a quando la Terra non ha raggiunto la sua dimensione finale.

Questo nuovo modello lascerebbe la Terra con gas nobili nel profondo del suo mantello e un rapporto deuterio-idrogeno inferiore nel suo nucleo rispetto al mantello e agli oceani.

Gli autori hanno utilizzato il modello per stimare la quantità di idrogeno proveniente da ciascuna fonte. Hanno concluso che la maggior parte era di origine asteroidale, ma parte dell'acqua della Terra proveniva dalla nebulosa solare.

"Per ogni 100 molecole di acqua della Terra, ce ne sono una o due provenienti dalla nebulosa solare", ha affermato Jun Wu, assistente professore di ricerca presso la School of Molecular Sciences e School of Earth and Space Exploration presso la Arizona State University e autore principale del studia.

Un modello più penetrante?

Dato che comprendiamo chiaramente l'importanza dell'acqua liquida per la vita, questo modello potrebbe offrire agli scienziati nuove prospettive sullo sviluppo della vita e sulla capacità di sostegno di altri pianeti. Suggerisce che, nonostante non abbiano accesso a una fornitura di acqua fornita da impatti di asteroidi, gli esopianeti potrebbero avere ancora acqua liquida a causa delle nebulose solari a gas rimasti nei loro sistemi.

Wu ha dichiarato: “Questo modello suggerisce che l'inevitabile formazione di acqua potrebbe verificarsi su qualsiasi esopianeta rocciosa sufficientemente grande nei sistemi extrasolari.

"Penso che sia molto eccitante."

Anche Anat Shahar, geochimico della Carnegie Institution for Science, che non era coinvolto nello studio, è stato colpito da questo nuovo modello: “Questo documento è un'alternativa molto creativa a quello che è un vecchio problema.

"Gli autori hanno fatto un buon lavoro per stimare quali sarebbero questi diversi fattori di frazionamento senza avere gli esperimenti."

Come suggerisce Shahar, il prossimo passo per gli astrochimici è lo sviluppo della sperimentazione per testare questo modello. Ciò può comportare un'indagine sul fattore di frazionamento dell'idrogeno, che descrive come cambia il rapporto deuterio-idrogeno quando l'elemento si dissolve nel ferro, qualcosa che al momento è sconosciuto e difficile da misurare.

Ricerca originale: "Origine dell'acqua della Terra: ereditarietà condritica più ingassamento e immagazzinamento nebulare dell'idrogeno nel nucleo" Wu, Desch, Schaefer, et al, (2018), Journal of Geophysical Research-Planets