Nelle oscure e inaccessibili profondità del nostro pianeta, un processo chimico silenzioso e incessante sta riscrivendo le regole fondamentali della geologia e della biologia. A molti km sotto la superficie terrestre, l’idrogeno molecolare reagisce con la solida roccia per creare molecole d’acqua da zero, in ambienti ritenuti fino a oggi completamente aridi. Questa straordinaria scoperta, appena pubblicata sulla prestigiosa rivista scientifica Science Advances, svela un meccanismo inedito che alimenta un ciclo idrologico profondo, invisibile e potente. Comprendere a fondo questo fenomeno geologico ci permette di gettare nuova luce sulla complessa formazione dei magmi, sui misteriosi e violenti processi che scatenano i terremoti e, in prospettiva, sulle reali possibilità di scovare forme di vita nei mondi alieni lontani dalla Terra.
La chimica che trasforma la roccia in acqua
Gli scienziati sanno da tempo che l’acqua presente nella litosfera, la porzione più esterna del globo, ha giocato un ruolo cruciale per l’evoluzione del pianeta e per lo sviluppo della vita. Se questi processi geologici di superficie possono disaccoppiare ossigeno e idrogeno, disperdendo quest’ultimo nello Spazio, le dinamiche che avvengono nel mantello profondo riservano dinamiche diametralmente opposte. Partendo dalla consapevolezza di una diffusa presenza di idrogeno molecolare nel sottosuolo, i ricercatori hanno indagato la possibile formazione di acqua attraverso l’interazione tra fluidi ricchi di idrogeno e minerali contenenti ossigeno.
Alberto Vitale Brovarone, professore al Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali dell’Università di Bologna e primo autore dello studio, illustra i risultati del team. “Il nostro lavoro di ricerca mostra che l’idrogeno molecolare, presente in profondità nella crosta e nel mantello terrestri, può reagire con minerali anidri, cioè privi di acqua, per generare, attraverso semplici reazioni chimiche di ossidoriduzione, sia nuova acqua che nuovi minerali idratati“, spiega il ricercatore. “Questa scoperta cambia profondamente il modo in cui concepiamo il ciclo dell’acqua nelle profondità della Terra, con implicazioni sulla genesi dei magmi, sulla sismicità e sulla possibilità di vita nel sottosuolo profondo“.
Magma, terremoti e biologia nel sottosuolo
Per arrivare a queste conclusioni, il team ha combinato diverse metodologie di indagine scientifica. “Sia i campioni di roccia analizzati, che gli esperimenti in laboratorio, che ancora la modellizzazione termodinamica che abbiamo realizzato suggeriscono una risposta positiva“, dice Vitale Brovarone. La trasformazione dell’idrogeno in acqua all’interno di contesti geologici inizialmente privi di umidità ha un impatto fisico e meccanico diretto. La generazione di acqua libera abbassa il punto di fusione delle rocce profonde, innescando la creazione di nuovo magma. Contestualmente, altera le proprietà meccaniche dei materiali rocciosi, facilitando le deformazioni e alimentando i processi associati all’attività sismica.
Le conseguenze di questa dinamica si estendono fino al campo della biologia estrema. “La produzione di quantità anche minime di molecole d’acqua da reazioni di questo tipo può influenzare profondamente le proprietà chimiche e fisiche delle rocce e dei fluidi della crosta e del mantello, e queste reazioni chimiche potrebbero persino garantire la presenza comunità microbiche a grandi profondità all’interno della crosta terrestre“, prosegue il professore.
Una nuova bussola per l’esplorazione spaziale
Le implicazioni dello studio, pubblicato con il titolo “Unconventional water and hydrous mineral formation from dry minerals and H2 fluids“, superano ampiamente i confini del nostro pianeta. La medesima reazione chimica potrebbe avvenire su altri corpi celesti, portando alla formazione di minerali idratati in ambienti cosmici apparentemente ostili. L’idea che l’acqua possa essere prodotta in modo autonomo nelle profondità geologiche amplia enormemente le zone e i parametri entro i quali la scienza può cercare tracce di forme di vita extraterrestri.
Il lavoro rappresenta un risultato eccezionale per la rete di ricerca italiana e internazionale. Sotto l’attento coordinamento dell’Università di Bologna, hanno unito le forze l’Università degli Studi di Milano con Simone Tumiati, l’Università degli Studi di Padova con Fabrizio Nestola e l’Università Federico II di Napoli con Donato Giovannelli. A questo nucleo di eccellenze nazionali si è affiancato un prestigioso gruppo globale di istituzioni, comprendente team di ricercatori provenienti dalla Francia (Université de Lorraine/CNRS), dagli Stati Uniti (Yale University e Johns Hopkins University), dalla Germania (BGR) e dall’Agenzia Spaziale Europea.