L’immagine illustra la fase avanzata della formazione planetaria (protopianeti) e degassificazione di elementi volatili che ha avuto luogo quando si sono formati i pianeti rocciosi del Sistema solare. Crediti: Ashley Norris, Oxford University
Come sono nati i pianeti rocciosi nel Sistema solare? E cosa ha portato alla formazione degli elementi chimici che sono indispensabili per la vita sulla Terra? Queste sono solo alcune delle domande su cui da decenni si interrogano i ricercatori di tutto il mondo. Alcuni piccoli indizi li hanno già raccolti: per esempio è noto che qualche miliardo di anni fa, il gas e le polveri del disco protoplanetario hanno cominciato ad unirsi formando solidi sempre più densi e massicci che poi sono diventati gli oggetti che oggi conosciamo, cioè pianeti, asteroidi e bolidi vari. Ma ci sono molti altri processi da tenere in considerazione quando cerchiamo di capire come siano nati la Terra e Marte.
Due gruppi di ricercatori hanno provato a darci delle interessanti risposte pubblicandole di recente sulla rivista Nature.
Il primo studio, “Earth’s volatile contents established by melting and vaporization”, rivela che i protopianeti e i corpi che si sono scontrati per poi fondersi formando la Terra erano stati precedentemente sottoposti a fusione ed evaporazione (processi che hanno interessato anche la Terra in seguito ai frequenti impatti). I ricercatori di Oxford che hanno guidato lo studio affrontano anche un altro problema scientifico: il depauperamento sulla Terra di molti elementi chimici importanti. Il nostro pianeta si è formato ed è cresciuto senza alcuni elementi oggi fondamentali per l’industria (come piombo, zinco, rame, argento e stagno) che sono stati però portati in seguito dagli asteroidi durante il lungo periodo dei bombardamenti dallo spazio. Ci sono sulla Terra, però, alcuni elementi in “sovrabbondanza”, in particolare l’indio (che usiamo nelle tecnologie a semiconduttori, così come negli schermi tv e nei computer), di cui non riusciamo proprio a spiegare l’origine.
I giovani scienziati del Dipartimento di scienze della Terra di Oxford hanno tentato realizzando un esperimento in laboratorio con una vera e propria fornace (ricordiamo che questi elementi si sono formati quando il Sistema solare era solo un disco di gas e polvere con delle temperature attorno ai 1000° C). Simulando la formazione del protopianeta Terra hanno dimostrato come alcuni elementi volatili sono evaporati prima che il nostro pianeta arrivasse a completa formazione. L’esaurimento precoce di alcuni elementi volatili sulla Terra è stato determinato dalla reazione tra la roccia fusa e un’atmosfera povera di ossigeno. Studiando come l’Indio reagisce a questi esperimenti, gli esperti hanno potuto capire cosa sia potuto succedere agli altri elementi volatili quando la Terra era ancora un planetesimo.
Simulazione computerizzata di due pianeti (relativamente piccoli) che si scontrano tra loro. I colori mostrano come la roccia del corpo impattante (grigio scuro, al centro dell’area d’impatto) si scontra col corpo bersagliato (la roccia in grigio chiaro), mentre parte della roccia nell’area d’impatto si fonde (da giallo a bianco) o viene vaporizzata (rosso). Crediti: Philip J. Carter
Il secondo gruppo di scienziati si è focalizzato sul processo di accrescimento che ha portato il disco protoplanetario a formare i pianeti nel Sistema solare. Nello studio “Magnesium isotope evidence that accretional vapour loss shapes planetary compositions”, i ricercatori dell’Università di Bristol hanno studiato le fasi caotiche in cui la Terra e Marte si sono formati.
Prima che i pianeti raggiungessero approssimativamente le dimensioni di Marte, la forza di attrazione gravitazionale era ancora troppo debole per trattenere la giovane atomosfera che viene a crearsi a seguito dei violenti impatti tra corpi rocciosi. La perdita ripetuta di questo involucro di vapore durante i continui impatti ha fatto sì che la composizione del pianeta cambiasse repentinamente e in modo sostanziale. Usando isotopi del magnesio come traccianti, i ricercatori hanno provato che questo è accaduto anche alla giovanissima Terra.
«I rapporti degli isotopi di magnesio cambiano a causa della perdita di vapore composto da silicati, che contiene preferibilmente gli isotopi più leggeri. In questo modo, abbiamo stimato che più del 40 percento della massa terrestre è stata persa durante la sua formazione», ha spiegato Remco Hin, primo autore dello studio su Nature.
I ricercatori hanno analizzato i campioni di rocce terrestri e meteoriti provenienti da Marte e dell’asteroide Vesta, utilizzando una nuova tecnica per ottenere misurazioni di qualità superiore (più accurate e precise) dei rapporti degli isotopi di magnesio rispetto a quelli ottenuti in precedenza. Dai test in laboratorio è emerso che Terra, Marte e Vesta hanno distinti rapporti degli isotopi di magnesio rispetto a qualsiasi altro materiale presente nella nebulosa che dato vita al Sistema solare. I corpi rocciosi hanno perso circa il 40% della loro massa iniziale in seguito a ripetuti episodi di vaporizzazione durante la loro crescita e tutti questi cambiamenti (impatti, fusione e vaporizzazione) hanno portato alla composizione chimica che conosciamo oggi.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “Magnesium isotope evidence that accretional vapour loss shapes planetary compositions”, di R. Hin, C. Coath, P. Carter, F. Nimmo et al
- Leggi su Nature l’articolo “Earth’s volatile contents established by melting and vaporization”, di C. Ashley Norris et al