La formazione dell'acqua sulla Terra
Qual è stato il processo formativo dell'acqua sulla Terra? Ovvero, come si giustifica a livello fisico la presenza dell'acqua sulla Terra?
27 gennaio 2006
Il Sistema Solare ha cominciato a formarsi da una nube di gas interstellare circa 4,6 miliardi di anni fa. Questa nube, di bassissima temperatura (-223 C°) e grande massa, ha cominciato a collassare per auto-gravità, schiacciandosi ed aumentando progressivamente la velocità di rotazione, fino a formare una concentrazione centrale di gas (il protosole), da cui si formò la stella Sole, e un insieme di concentrazioni gassose periferiche (i planetesimi) da cui si formarono i pianeti, con caratteristiche diverse a seconda della loro distanza dal Sole.
La nube primordiale era originariamente formata da gas idrogeno e da gas elio con tracce di elementi più pesanti condensati in granelli di polvere, elementi metallici, ghiaccio d'acqua, metano, ammoniaca, anidride carbonica e molecole complesse.
Le differenze di temperatura nel disco di gas protoplanetario hanno portato alla differenziazione tra la zona in prossimità del protosole fino a 4 Unità Astronomiche di distanza (1 UA = 149,6 milioni di chilometri), con temperature superiori a 730 C°, e la zona a distanza maggiore di 4 UA, con temperature inferiori a 730 C°.
Nella prima come nella seconda zona ferro, nichel e silicio potevano esistere allo stato solido, così come idrogeno ed elio allo stato gassoso, ma gli elementi leggeri divenivano gassosi nella zona vicino al protosole e assumevano lo stato solido nella zona più lontana da esso. L'azione delle forze elettrostatiche sugli elementi solidi ha quindi portato alla formazione di planetesimi delle dimensioni di 1 km, formati da un nucleo di ferro, nichel e silicio circondato da un involucro degli stessi elementi mescolati a quelli più leggeri, come ghiaccio d'acqua, ammoniaca e metano.
La prototerra primordiale ha avuto origine dai processi di fusione e di accrescimento di planetesimi e ha subito un processo di differenziazione chimica, che ha portato gli elementi più pesanti a concentrarsi nel suo nocciolo interno e quelli più leggeri a migrare in superficie. Questo ha dato origine ad un'atmosfera primordiale costituita da un sottile involucro di idrogeno ed elio, destinato a disperdersi ben presto nello spazio a causa della bassa gravità terrestre, non sufficiente a trattenerlo.
Esistono varie ipotesi scientifiche circa l'epoca e il processo di formazione dell'acqua e della sua permanenza allo stato liquido.
L'ipotesi comune assume un'origine "endogena", cioè "interna" al nostro pianeta. In particolare, nelle successive centinaia di milioni di anni la Terra continua a contrarsi gravitazionalmente, riscaldandosi anche per effetto del decadimento degli elementi radioattivi, e subisce un periodo di intenso bombardamento di meteoriti (tra 4,5 e 3,8 miliardi di anni fa), fattori che favoriscono un'attività vulcanica su vasta scala con la fuoriuscita di gas dall'interno della Terra. Ciò dà origine a un'atmosfera evolutiva, costituita da vapor d'acqua, anidride carbonica e azoto. Il successivo raffreddamento della Terra provoca la condensazione dell'acqua atmosferica in pioggia, che porta l'acqua al suolo insieme all'anidride carbonica. Qui la prima dà origine agli oceani, la seconda concorre alla formazione di rocce carbonate, come il calcare e il marmo, ostacolando anche la creazione di un effetto serra incontrollato in atmosfera.
Un'ipotesi più recente, basata su evidenze geologiche e geochimiche, assume un'origine "esogena", cioè esterna al nostro pianeta. Durante il periodo del bombardamento meteorico, le comete, corpi rocciosi ricoperti da ghiaccio misto a polveri, avrebbero importato sulla Terra la maggior parte dell'acqua degli oceani, dei gas volatili presenti in atmosfera e dei residui di Carbonio nei sedimenti carbonati e nelle molecole organiche della chimica della vita.
Infine, una ricerca pubblicata nel 2005, basata sull'analisi della temperatura di fusione di rocce terrestri formatesi tra 4,5 e 4,3 miliardi di anni fa, indica la necessità di presenza d'acqua allo stato liquido come catalizzatore già 4,3 miliardi di anni fa, come anche di una crosta rocciosa continentale. Oceani d'acqua e continenti rocciosi potrebbero quindi essere esistiti nei primi 200 milioni di anni di vita della Terra.
La nube primordiale era originariamente formata da gas idrogeno e da gas elio con tracce di elementi più pesanti condensati in granelli di polvere, elementi metallici, ghiaccio d'acqua, metano, ammoniaca, anidride carbonica e molecole complesse.
Le differenze di temperatura nel disco di gas protoplanetario hanno portato alla differenziazione tra la zona in prossimità del protosole fino a 4 Unità Astronomiche di distanza (1 UA = 149,6 milioni di chilometri), con temperature superiori a 730 C°, e la zona a distanza maggiore di 4 UA, con temperature inferiori a 730 C°.
Nella prima come nella seconda zona ferro, nichel e silicio potevano esistere allo stato solido, così come idrogeno ed elio allo stato gassoso, ma gli elementi leggeri divenivano gassosi nella zona vicino al protosole e assumevano lo stato solido nella zona più lontana da esso. L'azione delle forze elettrostatiche sugli elementi solidi ha quindi portato alla formazione di planetesimi delle dimensioni di 1 km, formati da un nucleo di ferro, nichel e silicio circondato da un involucro degli stessi elementi mescolati a quelli più leggeri, come ghiaccio d'acqua, ammoniaca e metano.
La prototerra primordiale ha avuto origine dai processi di fusione e di accrescimento di planetesimi e ha subito un processo di differenziazione chimica, che ha portato gli elementi più pesanti a concentrarsi nel suo nocciolo interno e quelli più leggeri a migrare in superficie. Questo ha dato origine ad un'atmosfera primordiale costituita da un sottile involucro di idrogeno ed elio, destinato a disperdersi ben presto nello spazio a causa della bassa gravità terrestre, non sufficiente a trattenerlo.
Esistono varie ipotesi scientifiche circa l'epoca e il processo di formazione dell'acqua e della sua permanenza allo stato liquido.
L'ipotesi comune assume un'origine "endogena", cioè "interna" al nostro pianeta. In particolare, nelle successive centinaia di milioni di anni la Terra continua a contrarsi gravitazionalmente, riscaldandosi anche per effetto del decadimento degli elementi radioattivi, e subisce un periodo di intenso bombardamento di meteoriti (tra 4,5 e 3,8 miliardi di anni fa), fattori che favoriscono un'attività vulcanica su vasta scala con la fuoriuscita di gas dall'interno della Terra. Ciò dà origine a un'atmosfera evolutiva, costituita da vapor d'acqua, anidride carbonica e azoto. Il successivo raffreddamento della Terra provoca la condensazione dell'acqua atmosferica in pioggia, che porta l'acqua al suolo insieme all'anidride carbonica. Qui la prima dà origine agli oceani, la seconda concorre alla formazione di rocce carbonate, come il calcare e il marmo, ostacolando anche la creazione di un effetto serra incontrollato in atmosfera.
Un'ipotesi più recente, basata su evidenze geologiche e geochimiche, assume un'origine "esogena", cioè esterna al nostro pianeta. Durante il periodo del bombardamento meteorico, le comete, corpi rocciosi ricoperti da ghiaccio misto a polveri, avrebbero importato sulla Terra la maggior parte dell'acqua degli oceani, dei gas volatili presenti in atmosfera e dei residui di Carbonio nei sedimenti carbonati e nelle molecole organiche della chimica della vita.
Infine, una ricerca pubblicata nel 2005, basata sull'analisi della temperatura di fusione di rocce terrestri formatesi tra 4,5 e 4,3 miliardi di anni fa, indica la necessità di presenza d'acqua allo stato liquido come catalizzatore già 4,3 miliardi di anni fa, come anche di una crosta rocciosa continentale. Oceani d'acqua e continenti rocciosi potrebbero quindi essere esistiti nei primi 200 milioni di anni di vita della Terra.
Mauro Messerotti
INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste, Trieste
