Rappresentazione artistica della collisione fra la Terra e un pianeta simile a Mercurio
(fonte: Passwaters/Rice University based on original courtesy of NASA/JPL-Caltech)
Miliardi di anni fa, l'impatto della Terra primordiale con un pianeta allo stato embrionale simile a Mercurio ha arricchito il mantello terrestre di carbonio, ponendo le basi per lo sviluppo della vita. Lo dimostra un modello sviluppato da simulazioni in laboratorio in condizioni di temperatura e pressione elevate, simili quelle presenti all'interno dei pianeti
Tutto o quasi il carbonio che è alla base della vita sulla Terra deriva da una collisione avvenuta 4,4 miliardi di anni fa tra il nostro pianeta e un pianeta allo stato embrionale simile a Mercurio. È quanto emerge da uno studio pubblicato su “Nature Geoscience” da Rajdeep Dasgupta e colleghi della Rice University di Houston e della Woods Hole Oceanographic Institution a Woods Hole, in Massachusetts.
La scoperta mette fine a una questione dibattuta da molti anni sullo sviluppo della vita sulla Terra, dato che la maggior parte del carbonio che contiene avrebbe dovuto disperdersi nello spazio nelle fasi primordiali di evoluzione del nostro pianeta o rimanere intrappolato nel nucleo.
Il nucleo terrestre è costituito per la maggior parte da ferro, che rende conto di circa un terzo della massa del pianeta. Il mantello, ricco in silicati, rende conto invece dei rimanenti due terzi e si estende per poco meno di 3000 chilometri al di sotto della superficie terrestre. Crosta e atmosfera della Terra sono così sottili che rendono conto di meno dell'uno per cento della massa planetaria.
Mantello, atmosfera e crosta si scambiano costantemente elementi chimici, compresi quelli necessari alla vita. Ma se l'iniziale distribuzione di carbonio è evaporata nello spazio o si è concentrata nel nucleo, da dove viene il carbonio che si osserva nel mantello e nella biosfera?
“Un'idea largamente condivisa è che gli elementi volatili come carbonio, zolfo, azoto e idrogeno si sono aggiunti dopo la formazione finale del nucleo terrestre”, ha spiegato Yuan Li, che ha collaborato allo studio. “Questi elementi sarebbero arrivati sulla Terra con meteoriti e comete più di 100 milioni di anni dopo la formazione del sistema solare, evitando l'intenso calore dell'oceano di magma che ricopriva la Terra
Da molti anni, Dasgupta e colleghi cercano di elaborare un modello che spieghi l'abbondanza di carbonio e di altri elementi nel mantello. Grazie a una pressa idraulica, in laboratorio ricreano le condizioni di alta pressione e alta temperatura presenti all'interno della Terra, fino a circa 300 chilometri di profondità, oppure in corrispondenza dell'interfaccia nucleo-mantello di piccoli pianeti rocciosi come Mercurio.
A partire dal 2013, in particolare, gli sforzi di questo gruppo di ricerca sono stati dedicati a capire in che modo possa diminuire l'affinità del ferro per il carbonio. E quindi a spiegare perché questo elemento non è rimasto confinato nel nucleo. L'ispirazione è venuta dalla constatazione che Marte ha un nucleo ricco di zolfo, e che quello di Mercurio è ricco di silicio. Da qui l'ipotesi che questi elementi possano essere presenti anche nel nucleo terrestre, sfidando la visione corrente secondo cui esso sarebbe costituito solo da ferro, nichel e carbonio.
Gli esperimenti hanno dato ora i loro frutti. Hanno infatti rivelato che il carbonio potrebbe essere stato escluso dal nucleo e relegato nel mantello di silicati se le leghe di ferro nel nucleo fossero state ricche sia di silicio sia di zolfo. “I dati cruciali hanno mostrato in che modo la ripartizione del carbonio tra le porzioni metalliche e di silicati dei pianeti di tipo terrestre cambia in funzione di variabili come temperatura, pressione e contenuto di zolfo e di silicio”, ha aggiunto Li.
Una volta spiegato come si distribuisce il carbonio tra nucleo e mantello, non restava che trovare una fonte plausibile per l'abbondanza osservata di questo elemento.
“Uno scenario che spiega il rapporto tra carbonio e zolfo e l'abbondanza del carbonio è quello di un pianeta embrionale simile a Mercurio, che aveva già un nucleo ricco di silicio, entrato in collisione con la Terra, da cui alla fine è stato assorbito”, ha concluso Dasgupta. “La dinamica dell'evento è stata tale che il nucleo di questo pianeta potrebbe essere finito direttamente nel nucleo della Terra, mentre il mantello ricco di carbonio si sarebbe miscelato con quello del nostro pianeta”.
Rappresentazione grafica della collisione fra la Terra e un pianeta in formazione simile a Mercurio (fonte: Rajdeep Dasgupta]
