La polvere extraterrestre svela un mistero chiave sulle origini dell’acqua sulla Terra

La nuova analisi di un antico asteroide suggerisce che i grani di polvere extraterrestre hanno portato l'acqua sulla Terra durante la formazione del pianeta

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Un team internazionale di scienziati potrebbe aver risolto un mistero chiave sulle origini dell’acqua sulla Terra, dopo aver scoperto nuove prove che indicano un improbabile responsabile: il Sole.

In un nuovo articolo pubblicato oggi su Nature Astronomy, un team di ricercatori provenienti da Regno Unito, Australia e America spiega come la nuova analisi di un antico asteroide suggerisce che i grani di polvere extraterrestre hanno portato l’acqua sulla Terra durante la formazione del pianeta.

Erosione solare polvere spaziale

L’acqua nei grani è stata prodotta dall’erosione spaziale, un processo mediante il quale le particelle cariche del Sole, note come vento solare, hanno alterato la composizione chimica dei grani per produrre molecole d’acqua.

La scoperta potrebbe rispondere alla domanda di vecchia data sull’origine degli oceani della Terra, un pianeta insolitamente ricco di acqua, ricoperto per il 70% della sua superficie, molto più di qualsiasi altro pianeta roccioso nel nostro Sistema Solare. Potrebbe anche aiutare le future missioni spaziali a trovare fonti d’acqua su mondi senz’aria.

Gli scienziati planetari si sono interrogati per decenni sull’origine degli oceani della Terra. Una teoria suggerisce che un tipo di roccia spaziale che trasporta acqua – gli asteroidi di tipo C – potrebbe aver portato acqua sul pianeta nelle fasi finali della sua formazione 4,6 miliardi di anni fa.
Per testare questa teoria, gli scienziati hanno precedentemente analizzato l'”impronta digitale” isotopica di pezzi di asteroidi di tipo C che sono caduti sulla Terra come meteoriti di condrite carboniosa ricchi di acqua.
Se il rapporto tra idrogeno e deuterio nell’acqua del meteorite fosse corrisposto a quello dell’acqua terrestre, gli scienziati avrebbero potuto concludere che la probabile fonte sono i meteoriti di tipo C, ma i risultati non sono stati così netti.

Mentre le impronte digitali di deuterio/idrogeno di alcuni meteoriti ricchi di acqua corrispondevano effettivamente all’acqua della Terra, molti non lo facevano. In media, le impronte digitali liquide di questi meteoriti non coincidevano con l’acqua trovata nel mantello e negli oceani della Terra.
La Terra ha un’impronta isotopica diversa, leggermente più leggera.
In altre parole, mentre parte dell’acqua del pianeta proviene quasi certamente da meteoriti di tipo C, la Terra in formazione deve aver ricevuto acqua da almeno un’altra fonte isotopica che ha avuto origine da qualche altra parte nel Sistema Solare.

Il team guidato dall’Università di Glasgow ha utilizzato un processo analitico all’avanguardia chiamato tomografia a sonda atomica per esaminare campioni di un diverso tipo di roccia spaziale noto come asteroide di tipo S, che orbita più vicino al Sole rispetto ai tipi C. I campioni analizzati provenivano da un asteroide chiamato Itokawa, raccolti dalla sonda spaziale giapponese Hayabusa e tornati sulla Terra nel 2010.

La tomografia a sonda atomica ha consentito al team di misurare la struttura atomica dei grani un atomo alla volta e di rilevare singole molecole d’acqua. Le loro scoperte dimostrano che una quantità significativa di acqua è stata prodotta appena sotto la superficie dei granelli di Itokawa dall’erosione spaziale.

Itokawa frammento

Il Sistema Solare primordiale era un luogo molto polveroso, che forniva molte opportunità di produzione d’acqua sotto la superficie delle particelle di polvere spaziali. Questa polvere ricca d’acqua, suggeriscono i ricercatori, sarebbe piovuta sulla Terra primordiale insieme agli asteroidi di tipo C come parte dell’origine degli oceani della Terra.

Luke Daly, della School of Geographical and Earth Sciences dell’Università di Glasgow, autore principale dello studio, ha dichiarato: “I venti solari sono flussi di ioni, principalmente idrogeno ed elio, che fluiscono costantemente dal Sole nello Spazio. Quando quegli ioni di idrogeno colpiscono una superficie senz’aria come un asteroide o una particella di polvere spaziale, penetrano a poche decine di nanometri sotto la superficie, dove possono influenzare la composizione chimica della roccia. Nel tempo, l’effetto di “erosione spaziale” degli ioni idrogeno può espellere abbastanza atomi di ossigeno dai materiali nella roccia per creare H2O – acqua – intrappolata all’interno dei minerali sull’asteroide.
Fondamentalmente, quest’acqua derivata dal vento solare prodotta dal Sistema Solare primordiale è isotopicamente leggera. Ciò suggerisce che la polvere a grana fine, spinta dal vento solare e attirata nella Terra in formazione miliardi di anni fa, potrebbe essere la fonte del serbatoio mancante dell’acqua del pianeta“.

Erosione solare polvere spaziale

Phil Bland, della School of Earth and Planetary Sciences della Curtin University e coautore dell’articolo, ha spiegato: “La tomografia a sonda atomica ci consente di dare uno sguardo incredibilmente dettagliato all’interno dei primi 50 nanometri circa della superficie dei granelli di polvere su Itokawa, che orbita intorno al Sole in cicli di 18 mesi. Ci ha consentito di scoprire che questo frammento di bordo esposto conteneva abbastanza acqua che, in proporzione, ammonterebbe a circa 20 litri per ogni metro cubo di roccia“.

La prof.ssa Michelle Thompson del Dipartimento di Scienze della Terra, dell’atmosfera e dei pianeti della Purdue University, coautrice, ha aggiunto: “È il tipo di misurazione che semplicemente non sarebbe stato possibile senza questa straordinaria tecnologia. Ci dà una visione straordinaria di come minuscole particelle di polvere che galleggiano nello Spazio potrebbero aiutarci pareggiare i conti relativamente alla composizione isotopica dell’acqua della Terra e fornirci nuovi indizi per aiutare a risolvere il mistero delle sue origini“.

Il prof. John Bradley, dell’Università delle Hawaii a Mānoa, Honolulu, coautore dell’articolo, ha aggiunto: “Fino a dieci anni fa, l’idea che il vento solare sia rilevante per l’origine dell’acqua nel Sistema Solare, molto meno rilevante per gli oceani della Terra, sarebbe stata accolta con scetticismo. Mostrando per la prima volta che l’acqua viene prodotta in situ sulla superficie di un asteroide, il nostro studio si basa sull’accumulo di prove in base alle quali l’interazione del vento solare con i granelli di polvere ricchi di ossigeno produce effettivamente acqua.
Poiché la polvere che era abbondante in tutta la nebulosa solare prima dell’inizio dell’accrescimento planetesimale è stata inevitabilmente irradiata, l’acqua prodotta da questo meccanismo è direttamente rilevante per l’origine dell’acqua nei sistemi planetari e forse per la composizione isotopica degli oceani della Terra“.

Le stime di quanta acqua potrebbe essere contenuta nelle superfici esposte all’erosione suggeriscono anche un modo in cui i futuri esploratori spaziali potrebbero produrre riserve d’acqua anche sui pianeti più apparentemente aridi.

Hope Ishii, dell’Università delle Hawaii a Mānoa, ha affermato: “Uno dei problemi della futura esplorazione umana dello Spazio è come gli astronauti troveranno abbastanza acqua per mantenerli in vita e svolgere i loro compiti senza portarla con sé durante il viaggio.
Pensiamo che sia ragionevole presumere che lo stesso processo di erosione spaziale che ha creato l’acqua su Itokawa si sia verificato in un modo o nell’altro su molti mondi senz’aria come la Luna o l’asteroide Vesta. Ciò potrebbe significare che gli esploratori spaziali potrebbero essere in grado di estrarre nuove scorte di acqua direttamente dalla polvere sulla superficie del pianeta. È emozionante pensare che i processi che hanno formato i pianeti potrebbero aiutare a sostenere la vita umana mentre ci spingiamo oltre la Terra“.

Il dottor Daly ha aggiunto: “Il progetto Artemis della NASA si propone di stabilire una base permanente sulla Luna. Se la superficie lunare avesse una simile riserva d’acqua proveniente dal vento solare che questa ricerca ha scoperto su Itokawa, rappresenterebbe una risorsa enorme e preziosa per aiutare a raggiungere questo obiettivo“.

La ricerca del team, intitolata “Solar Wind Contribution’s to the Earth’s Oceans”, è stato pubblicato su Nature Astronomy.