Abbiamo comete e asteroidi da ringraziare per l'acqua della Terra, secondo la teoria più diffusa tra gli scienziati. Ma non è così tagliato e asciugato. È ancora un po 'un mistero, e un nuovo studio suggerisce che non tutta l'acqua della Terra è stata consegnata al nostro pianeta in quel modo.
L'idrogeno è l'elemento più abbondante nell'universo ed è al centro della domanda che circonda l'acqua terrestre. Questo nuovo studio è stato co-diretto da Peter Buseck, professore di Regents presso la School of Earth and Space Exploration e School of Molecular Sciences presso la Arizona State University. In esso, gli autori suggeriscono che l'idrogeno provenisse, almeno in parte, dalla nebulosa solare, una nuvola di gas e polvere rimasta dopo la formazione del Sole.
Prima di approfondire i dettagli di questo nuovo studio, è utile esaminare la teoria di vecchia data che potrebbe sostituire.
Per molto tempo, la maggior parte degli scienziati ha creduto che la versione delle origini di acqua e asteroidi delle origini dell'acqua qui sulla Terra. Tutto inizia con la formazione del Sole.
Quando il Sole si è formato da una nuvola molecolare, ha spazzato via gran parte del materiale nella nuvola, lasciando un po 'lasciato per tutto il resto: pianeti, asteroidi e comete. Una volta che il Sole ha preso vita con la fusione, un potente vento solare ha inviato un sacco di idrogeno dai suoi strati esterni al di là di dove sono oggi i pianeti rocciosi interni - Mercurio, Venere, Terra e Marte.
Questo è il regno dei giganti gassosi e, soprattutto, delle comete e degli asteroidi. Le comete sono corpi ghiacciati e rocciosi, che si ritiene contengano quantità significative dell'idrogeno espulso lì dal primo Sole e anche asteroidi, anche se in misura minore. Sono diventati un serbatoio significativo per l'idrogeno.
Quando la Terra si formò, era una palla fusa, la sua superficie mantenuta in quello stato da ripetute collisioni con asteroidi. Fin qui tutto bene, dato che il primo sistema solare era un posto molto più caotico di quanto non lo sia ora. Mentre asteroidi e comete colpivano questa Terra calda, l'acqua e l'idrogeno in essa venivano fatti bollire nello spazio. Man mano che la Terra si raffreddava nel tempo, all'acqua delle collisioni di comete e asteroidi fu permesso di condensare sulla Terra e non bollire nello spazio. L'acqua è rimasta bloccata.
La prova di ciò risiede nei rapporti isotopici. Il rapporto tra il deuterio isotopico dell'idrogeno pesante e l'idrogeno normale è una firma chimica. Due corpi idrici con lo stesso rapporto devono avere la stessa origine, il pensiero va. E gli oceani della Terra hanno lo stesso rapporto dell'acqua sugli asteroidi.
Questa è una versione molto semplificata della teoria ampiamente diffusa di come l'acqua è arrivata sulla Terra.
Ma gli scienziati sono malcontenti, cercando sempre di avere una comprensione migliore e più approfondita delle cose. Stavano mettendo in discussione la teoria dell '"acqua dalle comete" prima che uscisse questo nuovo studio.
Nel 2014, alcuni scienziati hanno studiato il problema osservando meteoriti di età diverse. (I meteoriti sono solo asteroidi che hanno colpito la Terra.) Per prima cosa hanno esaminato quelli che sono noti come "meteoriti condrite carbonacea". Sono i più vecchi che conosciamo e si sono formati più o meno allo stesso tempo del Sole. Sono i mattoni principali della Terra.
Successivamente, hanno studiato i meteoriti che pensiamo siano originati dal grande asteroide Vesta. Vesta si formò nella stessa regione della Terra, circa 14 milioni di anni dopo la nascita del sistema solare. Secondo questo studio del 2014, gli antichi meteoriti assomigliavano alla grande composizione del Sistema Solare e contenevano molta acqua, quindi sono stati ampiamente considerati la fonte dell'acqua della Terra.
Le misurazioni in questo studio del 2014 hanno mostrato che questi meteoriti hanno la stessa chimica dei condriti carbonacei e delle rocce trovate sulla Terra. Hanno concluso che i condriti carbonacei sono la fonte più probabile di acqua comune. All'epoca, Horst Marschall, uno degli autori dello studio, disse: "Lo studio mostra che l'acqua della Terra molto probabilmente si è accumulata contemporaneamente alla roccia. Il pianeta si è formato come un pianeta bagnato con acqua in superficie. " Il team dietro quello studio ha riconosciuto che parte della nostra acqua proveniva da impatti.
Il che ci porta a questo nuovo studio, che rafforza le conclusioni dello studio del 2014.
Gli autori di questo nuovo studio affermano che gli oceani e i loro rapporti isotopici potrebbero non raccontare l'intera storia. "È un po 'un punto cieco nella comunità", ha dichiarato Steven Desch, professore di astrofisica presso la School of Earth e Space Exploration presso la Arizona State University di Tempe, in Arizona. "Quando le persone misurano il rapporto [deuterio-idrogeno] nell'acqua dell'oceano e vedono che è abbastanza vicino a ciò che vediamo negli asteroidi, è sempre stato facile credere che tutto provenisse dagli asteroidi." È difficile biasimarli; è una prova piuttosto convincente.
"È un po 'un punto cieco nella comunità." - Steven Desch, School of Earth and Space Exploration, ASU.
Desch e gli altri autori di questo nuovo studio indicano una ricerca pubblicata nel 2015 che mostra che gli oceani della Terra potrebbero non essere rappresentativi dell'acqua primordiale della Terra. Gli oceani potrebbero aver pedalato tra la superficie e un serbatoio più profondo di acqua, in profondità nella Terra. Questo potrebbe aver cambiato il rapporto nel tempo e potrebbe significare che quest'acqua più profonda rappresenta almeno parte della vera acqua primordiale della Terra. E quell'acqua potrebbe provenire direttamente dalla nebulosa solare, piuttosto che attraverso impatti di comete e asteroidi.
Lo studio sviluppa un nuovo modello teorico della formazione della Terra per spiegare queste differenze tra l'idrogeno negli oceani della Terra e al confine tra nucleo e mantello.
Questo nuovo modello mostra grandi asteroidi immersi nell'acqua formati in pianeti miliardi di anni fa nella nebulosa solare che turbinava intorno al Sole. Questi embrioni planetari hanno subito una collisione sequenziale e sono cresciuti rapidamente. Alla fine, dicono, una collisione abbastanza potente ha sciolto la superficie dell'embrione più grande in un oceano di magma. Questo embrione più grande divenne la Terra.
Questo grande embrione aveva abbastanza gravità da trattenere un'atmosfera e attirava dalla nebulosa solare i gas, incluso l'idrogeno, il più abbondante. L'idrogeno nella nebulosa solare conteneva meno deuterio ed è più leggero dell'idrogeno asteroide. Si dissolse nel ferro fuso dell'oceano magma sulla Terra.
L'idrogeno è stato tirato al centro della Terra da un processo chiamato frazionamento isotopico. L'idrogeno è attratto dal ferro e gli è stato consegnato il nucleo terrestre dal ferro. Il deuterio, il pesante isotopo dell'idrogeno, è rimasto nel magma, che si è raffreddato per formare il mantello terrestre. Gli impatti continui hanno portato più acqua e massa sulla Terra, fino a quando non ha raggiunto la massa che è oggi.
Il punto chiave di questo nuovo modello è che l'idrogeno nel nucleo della Terra è diverso dall'idrogeno nel mantello e negli oceani. L'acqua del nucleo ha molto meno deuterio. Ma cosa significa tutto questo?
Il nuovo modello ha permesso agli autori di stimare le quantità di acqua che provenivano dagli impatti degli asteroidi man mano che la Terra cresceva e si evolveva, rispetto a quanto proveniva dalla nebulosa solare quando si formava la Terra. La loro conclusione? "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 co-autore principale di lo studio.
Questo studio è una nuova prospettiva sulla formazione planetaria, lo sviluppo e su come la prima infanzia potrebbe prosperare su un giovane pianeta.
“Questo modello suggerisce che l'inevitabile formazione di acqua si verificherebbe probabilmente su qualsiasi esopianeta rocciosa sufficientemente grande nei sistemi extrasolari. Penso che sia molto eccitante. " - Jun Wu, School of Molecular Sciences e School of Earth and Space Exploration presso ASU, co-autore principale.
In precedenza, abbiamo pensato che gli unici pianeti che potevano avere vita su di loro avrebbero dovuto essere in un sistema solare ricco di asteroidi e comete portanti acqua. Ma potrebbe non essere così. In altri sistemi solari, non tutti i pianeti simili alla Terra hanno accesso ad asteroidi carichi di acqua. Il nuovo studio suggerisce che eventuali esopianeti abitabili potrebbero aver ricavato acqua dalla nebulosa solare nel loro sistema. La Terra nasconde gran parte della sua acqua al suo interno. La Terra ha circa due oceani nel suo mantello e 4 o 5 nel suo nucleo. Gli esopianeti possono essere simili.
"Questo modello suggerisce che l'inevitabile formazione di acqua potrebbe verificarsi su qualsiasi esopianeta rocciosa sufficientemente grande nei sistemi extrasolari", ha detto Wu. "Penso che sia molto eccitante."
C'è un punto di avvertimento in questo nuovo modello, e ciò comporta il frazionamento dell'idrogeno. Non è ben compreso come il rapporto deuterio-idrogeno cambi quando l'elemento si dissolve nel ferro, che è al centro di questo nuovo modello. Doveva essere stimato in questo nuovo studio.
Nel complesso, il nuovo studio si adatta bene ad altre ricerche sull'acqua terrestre. Una volta fatto più lavoro sul frazionamento dell'idrogeno, il nuovo modello può essere testato in modo più rigoroso.
- Comunicato stampa AGU: "Gli scienziati teorizzano la storia di una nuova origine per l'acqua della Terra"
- Documento di ricerca: "Origine dell'acqua terrestre: ereditarietà condritica più ingassamento nebuloso e conservazione dell'idrogeno nel nucleo"
- Documento di ricerca: "Prove per l'acqua primordiale nel mantello profondo della Terra"
- Documento di ricerca: "Accrescimento precoce dell'acqua nel sistema solare interno da una fonte simile al condrite carbonaceo"
- Wikipedia: Formazione ed evoluzione del sistema solare
- Wikipedia: 4 Vesta
