Durante l'Eone Hadean, circa 4,5 miliardi di anni fa, il mondo era in un posto molto diverso da quello che è oggi. Fu anche durante questo periodo che la degassificazione e l'attività vulcanica produssero l'atmosfera primordiale composta da anidride carbonica, idrogeno e vapore acqueo.
Poco di questa atmosfera primordiale rimane e l'evidenza geotermica suggerisce che l'atmosfera terrestre potrebbe essere stata completamente cancellata almeno due volte dalla sua formazione più di 4 miliardi di anni fa. Fino a poco tempo fa, gli scienziati erano incerti su cosa avrebbe potuto causare questa perdita.
Ma un nuovo studio del MIT, Hebrew Univeristy e Caltech indica che l'intenso bombardamento dei meteoriti in questo periodo potrebbe essere stato responsabile.
Questo bombardamento meteorico avrebbe avuto luogo all'incirca nello stesso periodo in cui si è formata la Luna. L'intenso bombardamento delle rocce spaziali avrebbe sollevato nuvole di gas con forza sufficiente per espellere permanentemente l'atmosfera nello spazio. Tali impatti potrebbero anche aver fatto esplodere altri pianeti e persino strappato via le atmosfere di Venere e Marte.
In effetti, i ricercatori hanno scoperto che i piccoli planetesimi possono essere molto più efficaci dei grandi impattatori - come Theia, la cui collisione con la Terra si ritiene abbia formato la Luna - nel guidare la perdita atmosferica. Sulla base dei loro calcoli, ci vorrebbe un impatto enorme per disperdere la maggior parte dell'atmosfera; ma presi insieme, molti piccoli impatti avrebbero lo stesso effetto.
Hilke Schlichting, un assistente professore nel Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie del MIT, afferma che la comprensione dei fattori che guidano l'atmosfera antica della Terra può aiutare gli scienziati a identificare le prime condizioni planetarie che hanno incoraggiato la vita a formarsi.
"[Questa scoperta] stabilisce una condizione iniziale molto diversa per come era probabilmente l'atmosfera della prima Terra", afferma Schlichting. "Ci dà un nuovo punto di partenza per cercare di capire quale fosse la composizione dell'atmosfera e quali fossero le condizioni per sviluppare la vita."
Inoltre, il gruppo ha esaminato quanta atmosfera era stata conservata e persa a seguito di impatti con corpi giganti, di dimensioni di Marte e più grandi e con impattori più piccoli di 25 chilometri o meno.
Ciò che hanno scoperto è stato che una collisione con un impattatore così massiccio come Marte avrebbe avuto l'effetto necessario di generare un'onda d'urto enorme all'interno dell'interno della Terra e potenzialmente espellere una frazione significativa dell'atmosfera del pianeta.
Tuttavia, i ricercatori hanno stabilito che non si sarebbe potuto verificare un tale impatto, poiché avrebbe trasformato l'interno della Terra in una sospensione omogenea. Data la comparsa di diversi elementi osservati all'interno della Terra, un tale evento non sembra essere accaduto in passato.
Una serie di impattatori più piccoli, al contrario, genererebbe una sorta di esplosione, rilasciando un pennacchio di detriti e gas. Il più grande di questi impattatori sarebbe abbastanza potente da espellere tutto il gas dall'atmosfera immediatamente sopra la zona di impatto. Solo una minima parte di questa atmosfera si perderebbe a seguito di piccoli impatti, ma il team stima che decine di migliaia di piccoli impattatori avrebbero potuto farcela.
Tale scenario si è verificato probabilmente 4,5 miliardi di anni fa durante l'Eone Hadean. Questo periodo fu uno di caos galattico, poiché centinaia di migliaia di rocce spaziali ruotavano attorno al sistema solare e si ritiene che molte si siano scontrate con la Terra.
"All'epoca avevamo sicuramente tutti questi dispositivi di impatto più piccoli", afferma Schlichting. "Un piccolo impatto non può liberarsi della maggior parte dell'atmosfera, ma collettivamente sono molto più efficienti degli impatti giganti e potrebbero facilmente espellere tutta l'atmosfera terrestre".
Tuttavia, Schlichting e il suo team hanno capito che l'effetto di somma di piccoli impatti potrebbe essere troppo efficiente nel determinare la perdita atmosferica. Altri scienziati hanno misurato la composizione atmosferica della Terra rispetto a Venere e Marte; e rispetto a Venere, i gas nobili della Terra sono stati esauriti 100 volte. Se questi pianeti fossero stati esposti allo stesso lampo di piccoli impattatori nella loro storia antica, allora Venere non avrebbe atmosfera oggi.
Lei e i suoi colleghi hanno ripercorso lo scenario del piccolo impatto per cercare di spiegare questa differenza nelle atmosfere planetarie. Sulla base di ulteriori calcoli, il team ha identificato un effetto interessante: una volta che l'atmosfera di mezzo pianeta è andata persa, diventa molto più facile per i piccoli impattori espellere il resto del gas.
I ricercatori hanno calcolato che l'atmosfera di Venere dovrebbe iniziare solo leggermente più massiccia di quella terrestre per consentire ai piccoli impattatori di erodere la prima metà dell'atmosfera terrestre, mantenendo intatta quella di Venere. Da quel punto, Schlichting descrive il fenomeno come un "processo in fuga - una volta che riesci a sbarazzarti della prima metà, la seconda metà è ancora più facile".
Ciò ha sollevato un'altra importante domanda: cosa alla fine ha sostituito l'atmosfera terrestre? Dopo ulteriori calcoli, Schlichting e il suo team hanno scoperto gli stessi fattori di impatto che il gas espulso potrebbe aver introdotto nuovi gas o sostanze volatili.
"Quando si verifica un impatto, si scioglie il planetesimale e i suoi volatili possono entrare nell'atmosfera", dice Schlichting. "Non solo possono esaurire, ma riempire parte dell'atmosfera".
Il gruppo ha calcolato la quantità di sostanze volatili che possono essere rilasciate da una roccia di una data composizione e massa, e ha scoperto che una parte significativa dell'atmosfera potrebbe essere stata riempita dall'impatto di decine di migliaia di rocce spaziali.
"I nostri numeri sono realistici, dato quello che sappiamo del contenuto volatile delle diverse rocce che abbiamo", osserva Schlichting.
Jay Melosh, professore di scienze della terra, atmosferica e planetaria alla Purdue University, afferma che la conclusione di Schlichting è sorprendente, poiché la maggior parte degli scienziati ha ipotizzato che l'atmosfera terrestre sia stata cancellata da un unico, gigantesco impatto. Altre teorie, dice, invocano un forte flusso di radiazioni ultraviolette dal sole, così come un "vento solare insolitamente attivo".
"Come la Terra abbia perso la sua atmosfera primordiale è stato un problema di vecchia data, e questo documento fa molto per risolvere questo enigma", afferma Melosh, che non ha contribuito alla ricerca. "La vita è iniziata sulla Terra circa questa volta, e così rispondere alla domanda su come si è persa l'atmosfera ci dice cosa potrebbe aver dato il via alle origini della vita."
Andando avanti, Schlichting spera di esaminare più da vicino le condizioni alla base della formazione iniziale della Terra, compresa l'interazione tra il rilascio di sostanze volatili da piccoli impattatori e dall'antico oceano di magma della Terra.
"Vogliamo collegare questi processi geofisici per determinare quale fosse la composizione più probabile dell'atmosfera al tempo zero, quando la Terra si è appena formata, e speriamo di identificare le condizioni per l'evoluzione della vita", afferma Schlichting.
Schlichting e i suoi colleghi hanno pubblicato i loro risultati nell'edizione di febbraio della rivista Icarus.
