Gli scienziati planetari dibattono da tempo sull’origine del materiale che ha formato la Terra. Nonostante la sua posizione nel Sistema Solare interno, ritengono probabile che il 6-40% di questo materiale provenga dal Sistema Solare esterno, ovvero oltre Giove. Per lungo tempo, si è ritenuto che il materiale proveniente dal Sistema Solare esterno fosse necessario per portare sulla Terra componenti volatili come l’acqua. Di conseguenza, si presume che ci sia stato uno scambio di materiale tra il Sistema Solare esterno e quello interno durante la formazione della Terra. Ma è davvero così?
“Siamo rimasti davvero sbalorditi”
Gli scienziati planetari Paolo Sossi e Dan Bower, dell’ETH di Zurigo, hanno confrontato i dati esistenti sui rapporti isotopici di un’ampia gamma di meteoriti, tra cui quelle provenienti da Marte e dall’asteroide Vesta, con quelli della Terra. Gli isotopi sono atomi “fratelli” dello stesso elemento (stesso numero di protoni) che hanno una massa diversa (diverso numero di neutroni). I ricercatori hanno analizzato questi dati in un modo innovativo, giungendo a una conclusione sorprendente: il materiale che compone la Terra proviene interamente dalla regione interna del Sistema Solare.
Il materiale proveniente dalla regione esterna del Sistema Solare, al contrario, rappresenta probabilmente meno del 2% della massa terrestre, o addirittura nulla. Lo studio corrispondente è stato pubblicato sulla rivista Nature Astronomy.
“I nostri calcoli lo dimostrano chiaramente: il materiale di base della Terra proviene da un unico serbatoio di materiale“, afferma Sossi. Il suo collega Bower aggiunge: “siamo rimasti davvero stupiti nello scoprire che la Terra è composta interamente da materiale proveniente dalla regione interna del Sistema Solare, distinto da qualsiasi combinazione di meteoriti esistenti”.
Per il loro studio, i ricercatori dell’ETH hanno utilizzato dati preesistenti su dieci diversi sistemi isotopici di meteoriti, analizzandoli con un metodo statistico specializzato. Studi precedenti avevano per lo più considerato solo due sistemi isotopici. “I nostri studi sono in realtà esperimenti di data science”, afferma Sossi. “Abbiamo effettuato calcoli statistici che raramente vengono utilizzati in geochimica, sebbene siano uno strumento potente”.
La firma isotopica rivela l’origine
Gli isotopi presenti nelle meteoriti sono stati a lungo utilizzati dai ricercatori per determinare l’origine dei corpi celesti, ovvero da quale parte del Sistema Solare provengono. Storicamente, tuttavia, solo i vari isotopi dell’ossigeno potevano essere utilizzati per determinarne la provenienza.
Solo all’inizio degli anni 2010, un ricercatore americano ha scoperto che anche altri isotopi, come quelli del cromo e del titanio, potevano essere utilizzati a questo scopo. Ciò ha permesso ai ricercatori di classificare le meteoriti in due categorie: quelle non carbonacee, che si formano esclusivamente nel Sistema Solare interno, e quelle carbonacee, che contengono più acqua e carbonio e hanno origine nel Sistema Solare esterno.
La nuova analisi rivela che la Terra è composta interamente da materiale non carbonaceo. Non è stata trovata alcuna prova del presunto scambio tra i serbatoi del Sistema Solare esterno e interno. Pertanto, la Terra si è formata all’interno di un sistema relativamente statico, incorporando i pianeti vicini più piccoli durante la sua crescita. Ciò implica anche che la maggior parte degli elementi volatili, come l’acqua, dovevano essere già presenti nel Sistema Solare interno.
Giove agisce come una barriera materiale
Ma perché ci sono due distinti serbatoi di materiale nel nostro Sistema Solare? I ricercatori ipotizzano che il nostro Sistema Solare si sia diviso in due serbatoi durante la sua formazione a causa della rapida crescita e delle dimensioni di Giove. La gravità del gigante gassoso ha creato una lacuna nel disco protoplanetario che orbita attorno al giovane Sole. Questi dischi hanno una forma ad anello e sono composti da gas e polveri; sono il luogo di nascita dei pianeti. Giove ha impedito al materiale proveniente dal Sistema Solare esterno di entrare nella regione interna. Tuttavia, fino ad ora non era chiaro quanto permeabile fosse questa barriera.
Nella loro nuova analisi, i due ricercatori dell’ETH dimostrano che quasi nessun materiale proveniente da oltre Giove è fluito verso la Terra. “I nostri calcoli sono molto solidi e si basano esclusivamente sui dati stessi, non su ipotesi fisiche, poiché queste non sono ancora del tutto comprese“, sottolinea Bower. L’analisi mostra anche che la composizione materiale della Terra è simile a quella di Vesta e Marte.
I ricercatori sospettano inoltre che Venere e Mercurio si trovino sulla stessa linea. “Sulla base della nostra analisi, possiamo teoricamente prevedere la composizione di questi due pianeti“, afferma Sossi. Tuttavia, non può verificarlo analiticamente, poiché al momento non sono disponibili campioni di roccia provenienti da Mercurio e Venere, i due pianeti più interni del Sistema Solare.
Nuova luce sulla storia della formazione della Terra
“I nostri risultati gettano nuova luce sulla storia della formazione della Terra e degli altri pianeti rocciosi“, afferma Sossi. Sossi e il suo team intendono approfondire la questione indagando sul perché nel caldo Sistema Solare interno ci fosse abbastanza acqua per formare gli oceani terrestri. Inoltre, esamineranno se questi processi possano essere applicati ai sistemi esoplanetari.
“Fino ad allora, tuttavia, io e Dan dovremo impegnarci in numerosi e accesi dibattiti sulla composizione materiale della Terra e dei suoi pianeti vicini, perché il dibattito scientifico sui mattoni costitutivi della Terra è tutt’altro che concluso, nonostante le nuove scoperte”, afferma Sossi.