L’origine dell’acqua sulla Terra – Parte prima

Vi siete mai domandati da dove arriva l’acqua degli oceani?

terraL’ho chiesto ai miei amici seduti sul bordo della piccola fontana del centro città, tanto per parlare di cose diverse che non siano la solita politica o calcio.

Il primo ad intervenire è Aldo: “Lo dice la Genesi, capitolo 1,9-10.”
Aldo è un ex pescatore, un credente osservante e conosce a memoria gran parte della Bibbia.

In principio – recita Aldo – Dio creò il cielo e la terra. La terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l’abisso e lo spirito di Dio aleggiava sulle acque.
Dio disse: “Le acque che sono sotto il cielo, si raccolgano in un solo luogo e appaia l’asciutto. E così avvenne. Dio chiamò l’asciutto terra e la massa delle acque mare. E Dio vide che era cosa buona.

Luigi il mio amico è laureato in chimica.
Caro Aldo – interviene – la Terra nel momento della sua formazione doveva essere troppo calda perché l’acqua si mantenesse allo stato liquido. Per questo gli scienziati ipotizzarono che l’acqua della Terra venne portata dalla pioggia di comete che colpì il pianeta dopo il suo raffreddamento. I planetesimi che hanno dato origine alla Terra dovevano, quindi, essere formati da composti refrattari e non contenere acqua.

Nicola è un altro amico. Non ha una istruzione scientifica, ma è molto pratico.
Se tutta l’acqua degli oceani proviene dalle comete – dice – devono essere cadute una gran quantità di comete sulla Terra alle sue origini.

Luigi: “Proprio così.”

Quello che dice Luigi è vero, ma solo parzialmente – intervengo io.
Se mi ascoltate un attimo vi aggiorno sulle ultime ricerche scientifiche.

Quindi mi rivolgo ad Aldo.
Dimentica per un attimo quello che dice la Genesi dal momento che coloro che hanno contribuito alla sua stesura non potevano avere alcuna conoscenza scientifica a quell’epoca.

meteoriti_lunaMa non è altrettanto corretto dire che tutta l’acqua è stata portata dalle comete. Infatti i conti non tornano sulla grande quantità d’acqua degli oceani e la quantità d’acqua che le comete avrebbero dovuto portare sulla Terra.
Le simulazioni al calcolatore della formazione del Sistema solare confermano che le comete provenienti da una regione remota del sistema solare hanno una probabilità di collisione con la Terra molto bassa. Le comete possono aver portato al massimo il 5% dell’acqua attualmente presente sul nostro pianeta.

Quindi l’acqua dei mari della Terra non arriva dalle comete.
Allora da dove arriva, vi domanderete?

Diccelo tu, che sei uno scienziato – mi dice Aldo che mi sembra un po’ contrariato.

Non sono uno scienziato – rispondo – mi tengo informato. Ti chiedo solo di lasciare da parte, per un attimo, le motiviazioni divine e ascolta, poi mi dirai.

La farò un po’ lunga – continuo – ma è necessario per capire come stanno le cose.  Abbiamo molto tempo stamattina, visto che siamo tutti pensionati. Se volete andiamo a sederci al bar così stiamo più comodi.

Bene. Ci sono due tipi di oggetti che cadono sulla Terra: gli asteroidi e le comete.
L’asteroide è formato da rocce ed è privo di acqua. Proviene dalla parte interna (più vicina al Sole, a circa 300 milioni di km dal Sole) della cintura degli asteroidi compresa tra Marte e Giove.
Le comete sono formate per il 50% della loro massa da ghiaccio d’acqua e provengono dalla parte più esterna della cintura, tra i 400 e i 500 milioni di km dal Sole.

Cosa vuol dire – mi domanda Nicola.

Apparentemente l’acqua non dovrebbe provenire dalla fascia degli asteroidi che non la contengono – spiego – ma la questione è più complicata.
Per fare un po’ di chiarezza dobbiamo parlare un attimo dell’idrogeno che è la chiave che risolve il mistero e dei suoi isotopi.

Idrogeno L’idrogeno è presente in gran quantità nell’universo. In natura esistono tre isotopi dell’idrogeno (che ha numero atomico Z=1). L’idrogeno propriamente detto (H) con numero di massa A=1, il deuterio (D) con A=2 e il trizio (T) con A=3.
Le molecole di acqua più abbondanti sono quelle di formula chimica H2O e, in misura minore, HDO.
Sulla Terra su 6667 molecole, 1 è del tipo HDO. Nell’acqua presente sugli asteroidi (condriti) su 6667 molecole d’acqua, 1 è del tipo HDO. Nell’acqua che proviene dalle comete, su 6667 molecole, 2 sono del tipo HDO.
La cosa interessante è che le molecole di tipo HDO sono le più stabili nell’universo rimanendo invariate per milioni di anni.

Non ho capito nulla – mi interrompe Nicola.

Lasciami spiegare – rispondo.
Gli scienziati hanno analizzato campioni provenienti da 85 condriti carboniose (un particolare tipo di meteoriti caduti sulla Terra), e sono riusciti a dimostrare che esse probabilmente non si formarono nelle stesse regioni del Sistema Solare delle comete, perché hanno un contenuto di deuterio molto più basso. Il team suggerisce che le condriti carbonacee si siano formate nella fascia di asteroidi che esiste tra le orbite di Marte e Giove.
Quindi, si ritiene che la maggior parte degli elementi volatili sulla Terra arrivò da una varietà di condriti, non dalle comete.

In definitiva – interviene Luigi – gli oggetti che si sono formati più lontano dovrebbero generalmente avere un contenuto di deuterio più alto rispetto a quelli formatisi vicino al Sole.
Allo stesso modo, gli oggetti che si sono formati nelle stesse regioni devono avere composizioni isotopiche simili all’idrogeno.
Da questo si dedurrebbe che l’acqua sulla Terra deriva da questi asteroidi chiamati condriti perchè hanno lo stesso contenuto di deuterio.

Esatto – rispondo – ma ci sono ancora delle cose che andrebbero spiegate per bene per avere un quadro completo su questo mistero.
I dubbi derivano dalla considerazione che gli asteroidi provenienti dalla fascia interna non contengono acqua. Eppure gli studi ci dicono che l’acqua trasportata sulla Terra non può che arrivare dalla fascia degli asteroidi da un particolare tipo di asteroidi del tipo carbonifero in base al basso rapporto deuterio su idrogeno.
Inoltre secondo la teoria corrente una volta che il Sole ha acceso la sua luce, il vento solare avrebbe spazzato via gli elementi più leggeri, come l’idrogeno e l’elio, dalle regioni vicine, lasciando nelle sue vicinanze solo materiali pesanti che hanno dato origine ai mondi rocciosi, Terra e cintura degli asteroidi comprese.

A questo punto i miei amici mi guardano in silenzio aspettando un chiarimento mentre io sorseggio con calma il mio latte macchiato e mordicchio il mio gustoso bombolone alla crema.

A voi vi rimando al prossimo post.


Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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13 risposte a L’origine dell’acqua sulla Terra – Parte prima

  1. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. Interessante e molto chiaro. E’ chiaro come tu hai esposto il tutto; non e’ certo ancora chiaro, invece, come si sia formata tutta questa acqua, considerando anche quella che sta dentro il corpo del pianeta (una stima, ^non so quanto esatta, dice “dentro il pianeta c’e cinque volte piu’ acqua di quanto non ne contengano mari, laghi e fiumi).

    Fammi lavorare un po’ di fantasia: quando la Terra-ed il discorso vale per Venere, Marte eccetera- si stava appena formando, io immagino tanti asteroidi”, i “planetesimi”, che pwe aggregazione hanno formato il pianeta. Questi planetesimi, e non solo gli asteroidi provenienti dalla nota cintura degli asteroidi, potevano contenere dell’acqua. Quando la Terra si stava raffreddando, milioni di vulcani avrebbero eruttato tanta acqua da formare i mari. Fin qui la mia fantasia. Voglio porre alla tua attenzione qualcosa che ho letto sulla pagina scientifica di “Tiscali”:

    “..bombardamento di ioni di vento solare che arrivando sulla superficie lunare interagiscono con l’ossigeno formando molecole d’acqua” (sull’irigine dell’acqua contenuta nelle rocce lunari); e
    poi ancora: “..“..l’acqua che si trova sul pianeta Terra è ben più antica del Sole e, secondo gli scienziati dell’University of Michigan, proviene probabilmente dal disco di gas e polveri dal quale si è formato il nostro Sistema Solare. Secondo i ricercatori, che hanno visto pubblicati i risultati del proprio studio sulle pagine della rivista Science, l’acqua presente nell’Universo potrebbe esser più comune di quanto si pensasse, e dunque, i pianeti in grado di ospitare la vita, non sarebbero poi così rari…” Ciao.

    Marghian

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    • MARGHIAN ha detto:

      “che pwe aggregazione..” leggi: “che per aggregazione..”

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    • bruce ha detto:

      Mi pare che hai lavorato bene di fantasia su tutto, che in realtà non è per niente fantasia.
      Sono d’accordo anch’o che nel sottosuolo ci sia abbanstanza acqua, non so quanta, vedrò di informarmi.
      Per quanto riguarda i vulcani si pensa che in realtà abbiamo contribuito maggiormante alla formazione dell’atmosfera più che al contributo d’acqua.
      Per il resto, mi hai anticipato su un argomento che sto sviluppando per il prossimo post, ovvero sull’acqua presente nei dischi planetari. Quando l’ho raccontata ai miei amici sono rimasti molto dubbiosi, specialmente Aldo che alla fine mi dice che sono solo “fantasie”.
      ciao

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  2. MARGHIAN ha detto:

    Ciao. Immamgino anche “tante cinture di asteroidi”, tante quanti erano i pianeti che si stavano formando. Perche’ era li’ che i “protopianeti” pescavano altro materiale mentre ruotavano e si spostavano, e cosi’ crescevano. Ccosi’ facendo, ripulivano lo spazio dai detriti.

    “Si pensa che i vulcani abbiano contribuito maggiormante alla formazione dell’atmosfera più che al contributo d’acqua”. Sono pienamente d’accordo. Ma i vulcani hanno eruttato anche del vapore acqueo, contribuendo anche all’apporto di acqua in superficie.
    Ciao.

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    • bruce ha detto:

      Se l’acqua portata sulla Terra arriva dalla fascia degli asteroidi, allora si pone un grande problema.
      Se altri mondi alieni di altri sistemi solari ospitano pianeti con acqua allo stato liquido, questi sitemi solari devono ammettere necessariamente la presenza di una fascia di asteroidi per le stesse ragioni avvenute sulla Terra, perchè tutti i pianeti si formano alle stesso modo.
      Quindi i pianeti alieni per ospitare la vita non solo devono stare nella fascia abitabile ma devono essere stati “inseminati” dagli asteroidi contenenti acqua ghiacciata. Questo riduce le probabilità di trovare sistemi solari con pianeti con la vita nel senso da noi concepita.
      Ciao

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  3. MARGHIAN ha detto:

    “…ma devono essere stati “inseminati” dagli asteroidi contenenti acqua ghiacciata. Questo riduce le probabilità..”. Non e’ detto, perchè se i dinamismi della formazione di un sistema planetario sono “standard”, e’ cosa comune che si formino anche delle cinture di asteroidi. Si era agli inizi della scoperta di piaenti extrasolari quando uno scienziato disse che “intorno ad una stella c’e forse una struttura simile alla nostra fascia di Kuiper..”.

    Un altro sistema solare, una volta formatosi, probabilmente lascia anche lui dei residui non utilizzati (generando qualcosa come la nube di Oort), e qualche pianeta non riesce a formarsi creando una cintura di asteroidi. Ciao.

    Marghian

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    • bruce ha detto:

      Giusto, questo vale (credo) per quei corpi a grande distanza dal proprio Sole la cui orbita è talmente ampia da rendere impossibile le aggragazioni per formare un vero pianeta restando asteroidi o planetesimi.
      La nostra cintura degli asteroidi, quella interna e che ha portato acqua sulla Terra, sembra essere un pianeta abortito per la presenza di Giove e dei altri pianeti giganti. Queste favorevoli condizioni attualmente non trovano riscontro in altri sistemi, solo pianeti giganti troppo vicini o troppo lontani dalla loro stella, o privi d’acqua o con acqua allo stato solido.
      Insomma per ora il pianeta Terra sembra aver beneficiato di una buona dose di fortuna: la giusta distanza dal sole e qualcuno che ci ha portato l’acqua a secchiate.
      Ciao e buona notte.

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  4. MARGHIAN ha detto:

    E’ vero che fino ad ora sono stati individuati “solo pianeti giganti troppo vicini o troppo lontani dalla loro stella”. Ma e’ anche vero, come sai, che questi pianeti sono quelli che si possono individuare con gli strumenti attuali. Un pianeta “troppo vicino” al suo “sole” e’ facile da trovare perche’, data la sua vicinanza (con un perido orbitale di pochi giorni, addairittura- notizia fresca, di poche ore!-) “perturba” la stella madre facendola oscillare, e creando una forte “curva di luce”.

    Chi riesce, oggi, a vedere un pianeta come Marte che orbita a duecento milioni di chilometri dalla stella madre? Magari, proprio dove si trova un pianeta gigante che orbita vicinissimo alla stella madre, c’e un pianeta di tipo terrestre, a circa due o trecento milioni di chilometri di distanza dalla stella, che-oggi- non puo’ essere “visto”, chissà. ‘Notte.

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  5. bruce ha detto:

    Quello che dici è tutto vero.
    Infatti è difficile individuare pianeti che sono a grandi distanze con gli strumenti attuali.
    Tuttavia si possono fare delle ipotesi ed anche simulazioni.
    Ad esempio: se un pianeta X simile alla Terra è interposto tra il suo sole ed un pianeta gigante vicinissimo anch’esso al sole, questo escluderebbe categoricamente la presenza d’acqua sul pianeta X, perché troppo vicino al suo sole. Inoltre, anche se raffreddato, essuna fascia di asteroidi al di fuori potrebbe cadere su questo pianeta perché ostacolato dalla presenza del pianeta gigante.
    Altro esempio: se invece il nostro pianeta X è oltre il pianeta gigante, ma ancora nella fascia abitabile, solo la presenza di una fascia di asteroidi ravvicinata potrebbe portare la loro acqua giacchiata se sufficientemente influenzata dalla forza gravitazionale del pianeta gigante.
    Insomma o si vedano o non si vedano i pianeti che possono accogliere acqua, per quanto piccoli essi possano essere, dovrebbero (se è vero ciò che ho letto) avere più o meno le stesse condizioni favorevoli della Terra: zona abitabile, una fascia di asteroidi, un pianeta gigante che fa da corriere.
    Ma tutto è possibile, molto dipende dalla stella del sistema solare. Per esempio su sistemi solari delle nane brune di cui ci farò presto un post.
    Ciao.

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  6. MARGHIAN ha detto:

    “Per esempio su sistemi solari delle nane brune..”. O sui sisetmi solari di nane rosse, come la stella Gliese 832, dove c’e il pianeta Gliese 832 c, una superterra. Ciao.

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    • bruce ha detto:

      Giusto e grazie per avermelo ricordato, ma ci doveva essere un motivo della dimenticanza che ora ricordo.
      Gliese 581 c è effettivamente il pianeta più simile alla Terra orbitante attorno alla nana rossa Gliese 581 nella zona abitabile.
      Ma c’è molta incertezza se possa accogliere acqua. Ho letto che questo dipende dalla composizione della sua atmosfera, dalla dimensione del suo raggio ancora incerto e della sua massa vera, che al disotto di certi valori non sarebbero in grado di trattenere l’eventuale acqua pur avendo una temperatura che va dai -3 a +40 C°.
      Ciao

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  7. Elisabetta Lelli ha detto:

    Bello anche il thread.
    Bacione.

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  8. bruce ha detto:

    Mi sei mancata.

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