L’acqua dell’oceano proviene dallo spazio?

Tra i pianeti del sistema solare, la Terra è l’unico ad avere grandi masse di acqua liquida sulla sua superficie. Costituendo quasi il 70% della sua superficie, gli oceani hanno consentito la nascita e lo sviluppo degli esseri viventi. Ma da dove può venire tutta quest’acqua? E quali furono i processi di formazione degli oceani?

Circa 4,57 miliardi di anni fa, il Sistema Solare nacque da una nube di gas e polveri che ruotava attorno al giovane Sole. Nel corso del tempo, sotto l’effetto della gravità e di molteplici collisioni, questa materia si è gradualmente coalizzata per formare pianeti… inclusa la Terra.

Vengono proposti diversi scenari, non antagonisti ma complementari, per spiegare l’origine dell’acqua su quello che poi diventerà il pianeta blu. Uno di questi suggerisce che l’acqua sarebbe presente all’interno dello stesso materiale presente nel disco protoplanetario che si è accumulato per formare il nostro pianeta. In questo caso l’acqua potrebbe essere stata intrappolata sotto forma di piccole inclusioni fluide nei minerali, oppure presente all’interno della struttura di questi minerali, diluita in modo relativamente uniforme.

Un’altra ipotesi sostiene che l’approvvigionamento d’acqua alla Terra sarebbe avvenuto successivamente, attraverso la caduta di comete o asteroidi ricchi d’acqua. A causa delle loro dimensioni relativamente piccole, rispetto ai pianeti, gli asteroidi non hanno subito eventi di alta temperatura che potrebbero aver modificato la loro chimica. Di conseguenza, si sono evoluti molto poco dalla loro formazione avvenuta 4,57 miliardi di anni fa.

Asteroidi, indicatori della genesi del sistema solare

Mentre i pianeti terrestri si sono formati vicino al Sole (tra 0,4 e 1,5 unità astronomiche, un’unità astronomica rappresenta la distanza dalla Terra al Sole, circa 150 miliardi di chilometri), gli asteroidi sono presenti soprattutto nelle regioni più distanti dal Sole, in particolare nella “cintura principale” (da 2 a 4,5 unità astronomiche).

Queste regioni più fredde favoriscono l’agglomerazione di ghiaccio d’acqua e polvere di silicati, che dà origine agli asteroidi. Dopo la loro formazione, alcuni asteroidi migrano all’interno del sistema solare per raggiungere orbite più vicine al sole, simili a quella della Terra: si tratta degli asteroidi vicini alla Terra. Tra questi, l’asteroide carbonioso Ryugu (1 chilometro di diametro), è stato oggetto di studio della missione spaziale Hayabusa2 guidata dall’Agenzia spaziale giapponese (JAXA) tra il 2014 e il 2020.

La sonda ha prima studiato da vicino Ryugu, poi ha raccolto campioni con una manovra impressionante, prima di tornare sulla Terra. Così, il 6 dicembre 2020, alcuni grammi di polvere (5,4 grammi) di questo asteroide sono atterrati in Australia a bordo di una capsula, ed è stato con gioia che è stata ricevuto all’Università di Lille una piccolissima parte di questo tesoro: alcuni granelli, appena visibili a occhio nudo, che forse contengono elementi di risposta che ci permettono di comprendere la formazione degli oceani sulla Terra.

Osservazioni su scala nanometrica utilizzando un microscopio elettronico

Il lavoro di ricerca consiste nel decifrare questa materia celeste, fino alla scala atomica, alla ricerca del più piccolo indizio! Lo strumento che si utilizza per sondare questa scala è un microscopio elettronico a trasmissione. Emette un fascio di elettroni che attraversa il campione. Il segnale raccolto, in seguito all’interazione tra questo materiale e il fascio di elettroni, ci fornisce informazioni strutturali e chimiche sugli assemblaggi mineralogici che lo costituiscono. Questa tecnica permette di osservare dettagli fino al nanometro, ovvero un miliardesimo di metro, che equivale a dividere lo spessore di un capello per 100.000.

L’acqua “nascosta” di Ryugu

Gli studi sui campioni dell’asteroide Ryugu rivelano che sono relativamente secchi, vale a dire che contengono pochissima acqua molecolare H₂0. D’altra parte, questi campioni sono costituiti principalmente da argille ricche di magnesio e ferro: rappresentano più del 70% del volume dell’asteroide. Queste argille sono minerali con una struttura microscopica costituita da una pila di strati (che potenzialmente possono ospitare molecole d’acqua), cosiddetti “fillosilicati”. Contengono abbondanti gruppi idrossilici (-OH) che sono intrinsecamente elementi costitutivi della loro struttura cristallina. Questi ultimi sono costituiti da ossigeno e idrogeno, cioè dagli stessi atomi che costituiscono le molecole dell’acqua.

Uno dei motivi della presenza di fillosilicati nei piccoli asteroidi risale agli albori del Sistema Solare. Durante la formazione di quest’ultimo, circa 4,57 miliardi di anni fa, polvere e ghiaccio si agglomerano gradualmente fino a dare vita a pianeti, asteroidi ma anche ad altri oggetti celesti (comete…). Su piccoli asteroidi come Ryugu, la polvere composta da silicati anidri (privi di acqua) coesiste con l’acqua ghiacciata. Poco dopo la formazione dell’asteroide, questo si riscalderà in seguito alla disintegrazione spontanea degli elementi radioattivi, che scioglierà il ghiaccio d’acqua. Quello che segue è un episodio di “alterazione acquosa”, in cui quest’acqua interagisce con i silicati circostanti per formare i fillosilicati che vediamo oggi a Ryugu.

Durante la formazione della Terra, e subito dopo la sua formazione, le massicce cadute di asteroidi simili a Ryugu potrebbero aver trasportato abbondanti quantità di fillosilicati. A seguito di eventi di alta temperatura sulla Terra, i gruppi idrossilici (-OH) si sarebbero staccati dalla struttura mineralogica delle argille per formare molecole d’acqua.

Gli intensi bombardamenti di asteroidi come Ryugu subiti dalla Terra durante i suoi anni giovanili avrebbero quindi fortemente partecipato alla progressiva formazione degli oceani.

Acqua… ma non solo!

L’asteroide Ryugu è quindi composto per oltre il 70% da fillosilicati, ma contiene anche una piccola percentuale di materia organica (circa dal 5 al 7% in massa).

Questo materiale, formato da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, contiene molecole essenziali per lo sviluppo della vita sulla Terra: gli amminoacidi. Queste molecole corte sono gli elementi costitutivi coinvolti nella struttura delle proteine. Sebbene presenti in piccole proporzioni a Ryugu, questa presenza di amminoacidi suggerisce che gli asteroidi carboniosi potrebbero aver fornito gli ingredienti necessari per lo sviluppo della vita sulla Terra circa 3,8 miliardi di anni fa.