Da dove viene l’acqua liquida della Terra

“L’abbondanza di acqua liquida sulla superficie della Terra, e in particolare la presenza degli oceani salati, è l’elemento che  ci distingue da tutti gli altri pianeti del Sistema Solare. Rendendo il nostro “pianeta blu” di fatto un “unicum” nell’intero universo che conosciamo. – Sottolinea Elena Mazzotta Epifani, ricercatrice dell’Istituto Nazionale di Astrofisica INAF –  Osservatorio Astronomico di Roma  –. L’acqua è la caratteristica più importante del nostro mondo. Quella che permette l’esistenza stessa di ciò che noi chiamiamo “vita”. Eppure, nonostante l’immensa rilevanza, gli scienziati non sono ancora riusciti a dare una risposta univoca alla domanda: qual è l’origine dell’acqua sul nostro pianeta?”

Quando è comparsa l’acqua liquida sulla terra? Si può parlare di acqua di origine “extraterrestre”?

“Fino a qualche anno fa, la teoria principale definiva una origine extraterrestre per l’acqua presente sul nostro pianeta. La attribuiva infatti al bombardamento subito dal nostro pianeta circa 4 miliardi di anni fa da parte di piccoli corpi ghiacciati – comete e asteroidi –  che avrebbero rilasciato gran parte dei ghiacci necessari alla formazione della massa liquida terrestre. Gli studi più recenti hanno però dimostrato che questa teoria deve essere integrata da altri fattori, per spiegare del tutto l’origine dell’acqua terrestre. È stato infatti dimostrato che l’acqua presente  su alcuni tipi di comete  è profondamente diversa da quella che si trova negli oceani terrestri. Solo un sottoinsieme di comete possiede ghiaccio d’acqua compatibile con quella terrestre, quelle definite “iperattive”.

Ma per il momento questa similitudine è stata riconosciuta in pochi oggetti. Il dibattito verte anche sulla possibilità che siano stati piuttosto gli asteroidi, anch’essi attori del bombardamento primordiale nel sistema solare, i responsabili del rilascio dell’acqua sul nostro pianeta. Ma il “come” non è ancora del tutto noto. Recentemente sono state avanzate però altre teorie che prevedono un altro attore in gioco: il vento solare. Composto prevalentemente da ioni di idrogeno, interagendo con i granelli di polvere presenti sulla superficie potrebbe essere  stato all’origine della formazione dell’“acqua asteroidale”. Più simile a quella terrestre di quella cometaria”.

Ci sono altre teorie che ritengono che l’acqua liquida sulla Terra potrebbe provenire anche dagli strati più profondi del mantello terrestre?

La situazione è tutt’altro che definita, tanto più che recentemente si stanno formulando teorie ancora diverse, che prevedono un’origine endogena dell’acqua sulla Terra. Una serie di studi  effettuati sulla lava del profondo mantello terrestre, tra le rocce più antiche mai analizzate, ha evidenziato la presenza di minuscole sacche di acqua. Che sarebbero quindi primordiali, già presenti nei grani di polvere nella regione più interna del nostro sistema solare in formazione. Che si aggregarono a formare i cosiddetti “planetesimi” e poi i pianeti rocciosi.

Secondo questo scenario, il nostro pianeta sarebbe stato poi l’unico ad avere le condizioni dinamiche e strutturali (distanza dal Sole, dimensioni) per trattenere gran parte di questa acqua antica. E formare gli oceani. È probabile che la verità sia una combinazione delle varie teorie. Quel che è certo è che nelle primissime masse d’acqua che si formarono sul nostro pianeta si sviluppò una miscela acquosa di sali inorganici e composti chimici che costituì il cosiddetto “brodo primordiale”. Creando così le condizioni necessarie per la nascita della vita”. 

Nelle altre parti del nostro sistema solare, l’acqua liquida dov’è presente e in quali forme?

“Indubbiamente la presenza di acqua in forma liquida sul nostro pianeta è quella a cui più facilmente si pensa. Ma se immaginiamo l’acqua in forma solida (cioè ghiaccio), si può dire che l’acqua sia quasi onnipresente nel nostro Sistema Solare. Ad esempio, nonostante le temperature caldissime (fino a 420 gradi) dovute alla sua vicinanza al Sole, si trova ghiaccio d’acqua anche sul pianeta Mercurio. La sonda NASA Messenger ha rilevato la presenza di depositi di ghiaccio d’acqua all’interno dei crateri vicini al Polo Nord, in zone perennemente in ombra. All’interno delle quali si pensa si sia conservato il ghiaccio rilasciato in epoca primordiale dagli impatti con comete nelle prime fasi di formazione del nostro sistema planetario.

Nelle comete, attualmente in orbita nel nostro sistema, – considerate residui primigeni della condensazione del materiale della nebulosa da cui il nostro sistema si è formato – è stata confermata la presenza di ghiaccio d’acqua (oltre che di ghiaccio di altri composti come ammoniaca, anidride carbonica, e altri più rari). Anche sulla nostra Luna , sempre in zone polari e perennemente in ombra, le sonde spaziali in orbita intorno al nostro satellite, hanno confermato la presenza di ghiaccio d’acqua in abbondanza. Ghiaccio d’acqua è presente nelle calotte polari del pianeta Marte, che hanno variazioni stagionali. E in alcuni spot superficiali di alcuni degli asteroidi più grandi, come Cerere, che danno luogo addirittura a emissione di vapore acqueo quando sublimano parzialmente”.

Anche i satelliti di Giove e Saturno sembrano ospitare veri e propri oceani d’acqua liquida…

“I satelliti più grandi del nostro Sistema Solare sono veri e propri “mondi d’acqua” in orbita intorno a Giove (Ganimede, Europa e Callisto) e Saturno (Encelado). I satelliti gioviani sono attualmente ai primi posti in una classifica dei luoghi con il più alto contenuto di acqua nel nostro Sistema Solare. Attualmente, si pensa che tutti e tre insieme ospitino -al di sotto di una crosta esterna di ghiaccio d’acqua solido, spessa diverse decine di km (circa 30 km per Europa, addirittura 150 km per Ganimede)-, un oceano di acqua liquida salata. In tutto e per tutto simile a quelli che troviamo sul nostro pianeta. Anche Encelado (satellite di Saturno) è provvisto di un oceano subsuperficiale. Probabilmente all’origine dei “criogeyser” ossia pennacchi di gas freddo che sono stati osservati al polo sud del satellite dalla sonda NASA/ESA Cassini^”.  

Su Marte ci sono tracce di fiumi e laghi che potrebbero risalire a circa 4 miliardi di anni fa, è così?

“Innanzitutto, dobbiamo dire che il pianeta Marte è situato, nel nostro Sistema Solare, all’interno della cosiddetta “snow line”. Ovvero la regione di demarcazione (dipendente dalla temperatura del nostro Sole) che in linea di principio potrebbe consentire la presenza di acqua liquida ancora oggi, come è per il nostro pianeta Terra. Perché non è così, in effetti? Parlando della storia del pianeta, la composizione stessa della superficie marziana, ricca di argille (fillosillicati), ci permette di dire che la presenza di acqua liquida superficiale nel passato del pianeta rosso è stata molto importante. Così come l’evidenza geologica di strutture del tutto simili a delta e ad argini fluviali, ormai asciutti, che effettivamente sembrano risalire a un periodo tra 4 e 3,7 miliardi di anni fa (periodo detto “noachiano”).

Attualmente su Marte verificata la presenza di ghiaccio “sotto-superficiale”, ossia non esposto. Ma “mischiato” al terreno e addirittura in strati al di sotto della superficie. Nelle regioni a media latitudine e anche all’equatore, infatti, come ad esempio Utopia Planitia, fotografati terreni solcati da alcune strutture che sulla Terra sono caratteristiche delle zone alpine glaciali e periglaciali. Dovute a contrazione termica, cioè a variazioni dovute proprio alla presenza di ghiaccio d’acqua”.

Attualmente è stata verificata l’esistenza di acqua liquida su Marte?

“Recentissimo è l’annuncio -ricavato da dati radar ottenuti con lo strumento MARSIS a bordo della sonda ESA Mars Express- della possibile esistenza di laghi marziani di acqua liquida salata. Nascosti nel sottosuolo, circa 1,5 km al di sotto della calotta ghiacciata del Polo Sud del pianeta . Questa è per il momento l’unica prova della presenza attuale di acqua liquida permanente su Marte. L’assenza di acqua liquida sulla superficie del pianeta rosso dipende sostanzialmente dalle sue caratteristiche fisiche. Marte è più piccolo della Terra, e quindi la sua gravità superficiale è pari al 38% di quella terrestre.

Questo determina, a sua volta, l’incapacità del pianeta di trattenere un’atmosfera sufficientemente densa per esercitare la pressione necessaria a mantenere la condizione liquida dell’acqua, eventualmente rilasciata da comete e asteroidi primitivi durante il bombardamento avvenuto nelle fasi primordiali di formazione dei pianeti. E’ tutto un “gioco” di equilibrio tra le grandi variabili – temperatura, pressione, densità – che determinano la persistenza dell’acqua liquida sulla superficie di un corpo planetario. Un recente studio pubblicato l’anno scorso sulla rivista Science presenta un modello secondo il quale l’acqua originariamente presente sulla superficie del pianeta è evaporata a causa delle radiazioni solari. Ed è rimasta parzialmente intrappolata nelle rocce che ne compongono la superficie ^”.

Si ringrazia per la collaborazione il Gruppo Storie dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) che si occupa di divulgazione scientifica e didattica anche attraverso la testata EduINAF

La ricercatrice

Nicoletta Benatelli è giornalista professionista e consulente di strategie e prodotti di comunicazione per istituzioni, aziende pubbliche ed associazioni