Collisioni planetarie

Uno studio della Rice University suggerisce che praticamente tutto il carbonio presente sul nostro pianeta, elemento base per la vita, potrebbe provenire da una collisione avvenuta circa 4,4 miliardi di anni fa tra la Terra e un pianeta allo stato embrionale simile a Mercurio.

In un recente studio pubblicato su Nature Geoscience Rajdeep Dasgupta ed i suoi colleghi forniscono una nuova risposta ad una questione geologica a lungo dibattuta: come si è sviluppata sulla Terra la vita a base di carbonio, dato che la maggior parte del carbonio avrebbe dovuto evaporare nei primi periodi di esistenza del pianeta o rimanere intrappolato nel nucleo della Terra?

“La sfida è spiegare l’origine degli elementi volatili come il carbonio che rimangono all’esterno del nucleo, nel mantello del nostro pianeta”, ha detto Dasgupta.

Il laboratorio del team è specializzato nel ricostruire le condizioni di pressione e alta temperatura che esistono in profondità nella Terra e in altri pianeti rocciosi. Le rocce vengono pressate per simulare le condizioni presenti circa 400 chilometri sotto la superficie della Terra o al confine tra nucleo e mantello di piccoli pianeti come Mercurio. “Anche prima di questo lavoro abbiamo pubblicato diversi studi che hanno dimostrato che se il carbonio non si è disperso nello spazio dovrebbe essere finito nel nucleo metallico, perché le leghe ricche di ferro laggiù hanno una forte affinità col carbonio”, ha detto Dasgupta.

Il nucleo della Terra, che è principalmente composto di ferro, costituisce circa un terzo della sua massa. Il mantello di silicati conta per altri due terzi e si estende per più di 2500 chilometri sotto la superficie. La crosta e l’atmosfera della Terra sono così sottili che costituiscono meno dell’un percento della massa del pianeta. Il mantello, l’atmosfera e la crosta costantemente si scambiano elementi, inclusi quelli volatili necessari alla vita.

Se l’iniziale dotazione della Terra di carbonio è evaporata nello spazio o rimasta rinchiusa nel nucleo, da dove è venuto il carbonio presente nel mantello e nella biosfera?
“Un’idea diffusa è che gli elementi volatili come carbonio, zolfo, azoto e idrogeno si siano aggiunti dopo che il nucleo della Terra ha finito di formarsi”, ha detto Yuan Li, a guida dello studio. “Ognuno di questi elementi, giunti sulla Terra con meteoriti o comete più di 100 milioni di anni dopo la formazione del Sistema Solare, avrebbe così evitato l’intenso calore dell’oceano di magma che ricopriva la Terra fino a quel periodo.

Il problema di questa ipotesi è che mentre può andar bene per l’abbondanza di molti di questi elementi, non ci sono meteoriti noti che potrebbero produrre il rapporto di elementi volatili nella parte composta di silicati del nostro pianeta”, ha continuato.

Fin dal 2013 il team ha iniziato a pensare a vie non convenzionali per risolvere la questione del perché il carbonio non sia rimasto nel nucleo, e ha deciso di condurre esperimenti per valutare come lo zolfo e il silicio potrebbero alterare l’affinità del ferro per il carbonio. L’idea non è venuta da studi sulla Terra, ma sui pianeti vicini.

“Abbiamo pensato di staccarci dalla visione convenzionale del nucleo composto di ferro, nichel e carbonio”, ha detto Dasgupta. “Così abbiamo cominciato ad esplorare leghe ricche di zolfo e di silicio, in parte perché si ritiene che il nucleo di Marte sia ricco di zolfo e il nucleo di Mercurio ricco di silicio”.

“I dati fondamentali hanno rivelato come la ripartizione di carbonio tra porzioni metalliche e di silicati dei pianeti di tipo terrestre cambi in funzione di variabili come temperatura, pressione e contenuto di zolfo e silicio”, ha aggiunto Li. Gli esperimenti hanno dimostrato che se il nucleo fosse ricco di silicio o zolfo, il carbonio potrebbe essere stato escluso dal nucleo, e confinato nel mantello di silicati.

“Uno scenario che spiega il rapporto tra carbonio e zolfo e l’abbondanza del carbonio è che un pianeta embrionale simile a Mercurio, con un nucleo già formato ricco di silicio, sia entrato in collisione con la Terra e sia stato assorbito dal nostro pianeta”, ha concluso Dasgupta. “Dal momento che si tratta di un corpo massiccio, le dinamiche dell’evento potrebbero aver funzionato in modo che il nucleo di questo pianeta si sia fuso direttamente col nucleo della Terra, e il mantello ricco di carbonio si sia mescolato con quello del nostro pianeta”.

[ Barbara Bubbi ]

http://phys.org/news/2016-09-earth-carbon-planetary-smashup.html

Credit: A. Passwaters/Rice University based on original courtesy of NASA/JPL-Caltech