I quattro pianeti del Sistema solare interno. Crediti: Nasa/Lunar and Planetary Institute
Una delle domande che gli astronomi si pongono da decenni riguarda l’origine della materia di cui è fatta la Terra e, più in generale, della materia di cui sono fatti i pianeti rocciosi del nostro Sistema solare.
Per dare una risposta a questa domanda sono stati proposti diversi modelli, due dei quali più papabili. Il primo prevede che la maggior parte del materiale da costruzione sia “a chilometro zero”, provenga cioè direttamente dal quella parte del Sistema solare dove i pianeti rocciosi giacciono: il Sistema solare interno. Secondo questa ipotesi (Wetherill-type accretion model) i pianeti rocciosi si sarebbero formati per successive collisioni tra embrioni planetari, forgiati a partire dai grani di polvere qui presenti. La seconda ipotesi, invece, prevede che la materia prima provenga dal Sistema solare esterno, sotto forma di ciottoli che migrando verso il Sole hanno poi dato forma a questi mondi (Pebble accretion model).
Modelli a parte, un modo per scoprire se i mattoni della Terra provengano dal Sistema solare esterno o interno c’è, e consiste nell’utilizzare le cosiddette “anomalie isotopiche nucleosintetiche”: piccole variazioni nell’abbondanza degli isotopi di un elemento chimico in un corpo celeste prodotte durante la formazione del Sistema solare. Una sorta di firma della provenienza del materiale da costruzione di un pianeta, insomma.
In pratica, è necessario determinare le abbondanze degli isotopi di un elemento chimico in un campione terrestre, calcolare le variazioni isotopiche – cioè le anomalie di cui abbiamo detto sopra – e confrontarle con quelle di corpi celesti che si sono formati in una o nell’altra parte del sistema solare. Le meteoriti carbonacee e le meteoriti non carbonacee sono perfette per questo scopo: le prime si sono accresciute nel Sistema solare interno, le seconde si sono formate nel Sistema solare esterno.
Utilizzando questa strategia, studi precedenti hanno cercato di vincolare l’origine nel nostro pianeta degli elementi chimici refrattari, cioè quegli elementi con alte temperature di condensazione e dunque difficilmente vaporizzabili. Resta tuttavia da capire quale sia la provenienza degli elementi volatili, cioè quelli che condensano a basse temperature, come ad esempio potassio e zinco.
L’origine di questi elementi è l’oggetto di due recenti ricerche, i cui risultati sono stati pubblicati oggi su Science.
Nel primo studio, il team di ricerca guidato dalla scienziata Nicole Nie del Carnegie Institution for Science ha misurato le abbondanze di tre isotopi del potassio – l’isotopo 39 (39K), l’isotopo 40 (40K) e il 41(41K) – in ventotto meteoriti (dieci carbonacee, diciotto non carbonacee) e le ha confrontate con quelle degli stessi isotopi sulla Terra. I ricercatori hanno rilevato che la firma isotopica del potassio-40 sulla Terra corrispondeva a quella delle meteoriti non carbonacee, il che suggerisce che la maggior parte del potassio terrestre sia stato fornito da queste ultime, dunque proviene dal Sistema solare interno, mentre meno del venti per cento proviene dalle meteoriti carbonacee, cioè dal Sistema solare esterno.
Nell’altro studio, Rayssa Martins, ricercatrice presso l’Imperial College di Londra, e colleghi si sono concentrati invece sullo zinco. In particolare, gli autori hanno determinato le abbondanze di cinque isotopi stabili di questo elemento – lo zinco-64 (64Zn), lo zinco-66 (66Zn), lo zinco-67 (67Zn), lo zinco-68 (68Zn) e lo zinco-70 (70Zn) – in diciotto meteoriti, sette delle quali carbonacee e undici non carbonacee. Comparate queste abbondanze con quelle degli isotopi dello zinco terrestre, i ricercatori hanno trovato un’origine dell’elemento che è fifty-fifty. Più in dettaglio, gli autori hanno rilevato che circa il 10 per cento della massa totale della Terra derivi da meteoriti carbonacei, compreso il 50 per cento del suo zinco. I risultati indicano inoltre che il materiale carbonaceo proveniente dal Sistema solare esterno potrebbe aver contribuito in modo sostanziale anche agli altri elementi volatili della Terra.
Riepilogando, secondo questi studi, circa il 90 per cento della massa terrestre è stata fornita da materiale non carbonaceo proveniente dal Sistema solare interno e circa il 10 per cento da materiale carbonaceo proveniente dal Sistema solare esterno. Quest’ultimo ha fornito alla Terra circa il 20 per cento del suo potassio e metà del suo zinco. Gli studi indicano inoltre che nella calda nebulosa solare, la nube molecolare che ha originato il sistema solare, gli elementi volatili non erano distribuiti uniformemente.
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “Meteorites have inherited nucleosynthetic anomalies of potassium-40 produced in supernovae”, di Nicole X. Nie et al.
- Leggi su Science l’articolo “Nucleosynthetic isotope anomalies of zinc in meteorites constrain the origin of Earth’s volatiles”, di Rayssa Martins et al.