Quanto è difficile far nascere una Terra? Per assemblare il giusto mix di roccia, metallo e acqua, in un luogo mite non troppo lontano da una stella? Per molto tempo, gli scienziati planetari hanno pensato che la Terra fosse un caso fortunato, arricchita di acqua ed elementi “volatili” più leggeri – come azoto e carbonio – da asteroidi che si erano allontanati dai bordi esterni del primo Sistema Solare, dove quei materiali erano abbondanti.
Ma una serie di nuovi studi, tra cui due pubblicati in questi giorni su Science, suggeriscono che tutti gli ingredienti erano molto più vicini dove e quando è nata la Terra.
I risultati, basati su un’analisi chimica scrupolosa dei meteoriti, implicano che anche i dischi di formazione dei pianeti attorno ad altre stelle dovrebbero essere ben riforniti con gli ingredienti di pianeti rocciosi bagnati che potrebbero essere ospitali per la vita.
“Rende più generico l’arricchimento in elementi volatili di un pianeta”, afferma Alessandro Morbidelli, uno scienziato planetario dell’Osservatorio della Costa Azzurra che non faceva parte del nuovo lavoro. Anche se un pianeta giovane non riceve una consegna dai confini remoti del neonato sistema planetario, dice, “non cambia l’abitabilità”.
Non molto tempo fa, i ricercatori pensavano che il gigantesco disco di gas e polvere che ruotava intorno al primo Sole più di 4 miliardi di anni fa avesse una composizione abbastanza uniforme. Ma questa visione è stata contestata da studi che hanno calcolato i rapporti di alcuni isotopi trovati nelle dozzine di specie conosciute di meteoriti.
Hanno indicato che i meteoriti sono caduti in due gruppi di base che probabilmente hanno avuto origine in zone a diverse distanze dal Sole. Un gruppo, noto come condriti carboniose, sembra aver avuto origine nelle zone più esterne del Sistema Solare primordiale, oltre un proto-Giove e oltre la “linea delle nevi” del disco, dove le temperature si sono raffreddate abbastanza da permettere all’acqua di congelarsi.
Al contrario, le condriti non carbonacee si sono formate più vicino al Sole. Le firme isotopiche suggerivano anche che ogni zona fosse alimentata da materiale forgiato in diverse fonti antiche e lontane, come supernove e stelle giganti rosse.
Fino a poco tempo fa, gli scienziati erano in grado di rilevare solo le prime impronte isotopiche in metalli come cromo, titanio e molibdeno, che sono abbastanza durevoli da aver resistito al calore del sole appena nato.
Una stretta corrispondenza tra i rapporti isotopici trovati nelle condriti non carboniose e quelli trovati negli stessi metalli sulla Terra ha suggerito che gran parte della materia prima della Terra provenisse dalla stessa regione vicina di quei meteoriti.
Ma le prime ricerche di prove isotopiche che anche gli elementi volatili più leggeri della Terra hanno avuto origine nelle vicinanze si sono rivelate inutili.
“La gente ha appena iniziato a pensare che le prove non esistessero”, afferma Rayssa Martins, una studentessa di dottorato in geochimica all’Imperial College di Londra.
La Terra in due isotopi
E così persisteva la visione tradizionale dell’origine di quegli elementi: si presumeva che molti provenissero da una fonte lontana, come una regione esterna del disco, dove avrebbero potuto condensarsi e poi essere stati trascinati verso l’interno dalla gravità di un pianeta in formazione, come Giove.
Ora, tuttavia, la divisione meteoritica è stata rilevata in due elementi moderatamente volatili, potassio e zinco. E i risultati suggeriscono che gran parte, ma non tutte, delle sostanze volatili del pianeta provenissero anche dal serbatoio non carbonioso, afferma Nicole Nie, scienziata planetaria presso il California Institute of Technology e autrice principale dell’articolo incentrato sul potassio.
“Questo è un punto di svolta per la cosmochimica”. Il lavoro è stato impegnativo, dice Nie. Sebbene un documento del 2020 avesse identificato quelle che sembravano antiche firme isotopiche nel meteorite di potassio, utilizzava solo due isotopi di potassio, tralasciando il molto più raro potassio-40, la cui firma negli spettrometri di massa è facile da confondere con quella del calcio o dell’argon.
Con solo due isotopi, è stato impossibile confermare che ciò che il team ha visto riflettesse la composizione chimica del disco primordiale. E così Nie e il suo team hanno misurato tutti e tre gli isotopi di potassio in 32 meteoriti.
Hanno scoperto che il potassio nelle rocce non carboniose mostrava schemi isotopici abbastanza simili a quelli osservati sulla Terra. “È stato davvero sorprendente”, dice. Insieme, i risultati hanno suggerito che circa l’80% del potassio terrestre provenisse da fonti vicine.
Altre tre squadre hanno trovato un segnale simile nei cinque isotopi stabili dello zinco. Due dei gruppi hanno pubblicato le loro scoperte su Icarus la scorsa estate; il lavoro del terzo, guidato da Martins, appare questa settimana su Science.
I risultati si completano a vicenda, afferma Frédéric Moynier, cosmochimico presso il Paris Globe Institute of Physics e coautore di uno studio Icarus. “Sono d’accordo con tutto nel documento, perché è molto simile al nostro articolo.” Nel complesso, sembra che la metà o più dello zinco terrestre provenga anche dal Sistema Solare interno.
Altri elementi volatili probabilmente avevano un’origine simile, afferma Mark Rehkämper, geochimico dell’ICL. “Lo zinco non è acqua. Ma dove hai lo zinco, avrai più acqua. E sebbene il sistema solare interno appena formato fosse complessivamente povero di elementi volatili, ce n’era ancora abbastanza per creare un mondo abitabile. “L’acqua è stata qui quasi dall’inizio”, dice Moynier.
La caccia sarà ora aperta per ulteriori elementi volatili che mostrino le impronte digitali primordiali, afferma Thorsten Kleine, direttore del Max Planck Institute for Solar System Research e coautore di uno degli articoli sullo zinco.
“Abbiamo appena scritto le proposte per farlo, ad essere onesti”, dice. Armati di dati sufficienti, in particolare per gli elementi che notoriamente si accumulano in un pianeta appena nato in diverse fasi della sua crescita, “si può fare una ricostruzione dettagliata di come il materiale che ha costruito la Terra è cambiato nel tempo”.
Ciò potrebbe aiutare a risolvere un’altra domanda che ha assillato gli scienziati planetari per decenni: quanto velocemente sono stati costruiti i pianeti rocciosi. Potrebbero essersi formati lentamente, nel corso di decine di milioni di anni, quando corpi rocciosi più piccoli si sono scontrati tra loro, o molto più rapidamente, quando vasti ammassi di materiale sono crollati.
Gli isotopi potrebbero contenere indizi, e non solo per il nostro Sistema Solare. Come chiarisce il nuovo lavoro, è improbabile che la ricetta per la Terra sia così rara.
