L’abitabilità della Terra non dipende soltanto dalla sua posizione nella cosiddetta zona abitabile del Sole. Un fattore altrettanto importante è stato l’approvvigionamento degli elementi chimici essenziali per la vita: carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo. Gli addetti ai lavori li chiamano Chnops, acronimo formato dalle iniziali dei loro nomi in inglese.
Tutta le forme di vita sulla Terra hanno bisogno degli stessi elementi: carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo (Chnops). Elementi che provengono dallo spazio: a parte l’idrogeno, sono stati forgiati all’interno delle stelle e si sono diffusi in nubi di gas e polvere. La gravità ha poi fatto sì che questo materiale si aggregasse, formando nuove stelle e oggetti più piccoli come i pianeti. Crediti: Nasa
Da tempo gli scienziati si chiedono quale sia l’origine di questi elementi sulla Terra. L’ipotesi più diffusa sostiene che siano stati trasportati dalle condriti carbonacee, meteoriti provenienti dal Sistema solare esterno, considerate planetesimi di seconda generazione. Secondo tale scenario, questi corpi avrebbero raggiunto la Terra nelle fasi finali della sua formazione, arricchendola di elementi fondamentali come fosforo e azoto.
Uno studio pubblicato ieri su Science Advances propone ora uno scenario diverso. Secondo la nuova ricerca, gli ingredienti chimici indispensabili alla vita sarebbero stati forniti alla Terra dai primi planetesimi formatisi nel Sistema solare interno, ovvero i corpi progenitori delle meteoriti ferrose, oggi rappresentati da oggetti situati in gran parte nella fascia principale degli asteroidi tra Marte e Giove.
Nelle primissime fasi della storia del Sistema solare, gas e polveri si sono aggregati formando piccoli corpi chiamati planetesimi. Attraverso collisioni e successive fusioni, questi oggetti hanno dato origine ai pianeti e alle lune che osserviamo oggi. Alcuni frammenti di quei corpi primitivi sono sopravvissuti fino ai nostri giorni sotto forma di asteroidi e meteoriti, offrendo una preziosa finestra sul passato del Sistema solare.
Illustrazione artistica che mostra un disco protoplanetario in orbita attorno a una giovane stella. Crediti: Nasa/Fuse/Lynette Cook
Le meteoriti ferrose e le condriti carbonacee rappresentano due popolazioni distinte di questi corpi. Le prime, composte prevalentemente da ferro e nichel, derivano dalla generazione più antica di planetesimi. Le seconde sono invece meteoriti rocciose provenienti da corpi formatisi circa due o tre milioni di anni più tardi e costituiscono la maggior parte delle meteoriti ritrovate sulla Terra.
Gli autori dello studio – Debjeet Pathak, Rajdeep Dasgupta e Naidhruv Iyer della Rice University – si sono chiesti quale di queste due generazioni di planetesimi abbia fornito la maggior parte degli elementi indispensabili alla vita sulla Terra, in particolare fosforo e azoto. Si tratta di due elementi bioessenziali: il primo è fondamentale per la formazione di Dna e Rna, le macromolecole che regolano la trasmissione e l’espressione dell’informazione genetica, oltre a svolgere un ruolo chiave nel metabolismo energetico dei sistemi viventi; il secondo, invece, è un componente essenziale delle proteine, indispensabili per la struttura e il funzionamento delle cellule.
Per rispondere a questa domanda, il team ha ricreato in laboratorio le condizioni di formazione dei planetesimi del Sistema solare primordiale. Per farlo, hanno sottoposto la materia costituente queste meteoriti ferrose a pressioni fino a 2 gigapascal e temperature comprese tra 1050 e 1600 gradi Celsius. In questo modo gli scienziati hanno potuto ricostruire il contenuto di fosforo e azoto dei corpi progenitori delle meteoriti e determinare come questi elementi fossero distribuiti tra il Sistema solare interno ed esterno. «Utilizzando la loro composizione chimica nota, abbiamo ricreato in laboratorio la cristallizzazione delle meteoriti ferrose», spiega Debjeet Pathak, primo autore dello studio. «Questo ci ha permesso di determinare la composizione dei piccoli corpi planetari, chiamati planetesimi, da cui queste meteoriti derivano».
Il team ha quindi confrontato il rapporto tra fosforo e azoto così ottenuto con quello della Terra attuale. Il primo risultato che è emerso dallo studio è che la prima generazione di planetesimi presentava rapporti fosforo/azoto più elevati nelle regioni esterne del Sistema solare e più bassi in quelle interne. Questa tendenza si invertiva nella seconda generazione di planetesimi, con rapporti più elevati nella parte interna del Sistema solare.
Infografica che mostra come le meteoriti ferrose (in alto) presentino un rapporto fosforo/azoto più basso nel Sistema solare interno rispetto a quello esterno. Per le condriti carbonacee (in basso) la situazione risulta invertita. Crediti: Rice University/Rajdeep Dasgupta
Lo studio ha individuato in Giove il fattore critico che ha modificato la distribuzione chimica dei due elementi. Secondo i ricercatori, crescendo rapidamente fino a diventare il gigante gassoso che conosciamo oggi, il pianeta avrebbe agito come una barriera gravitazionale, limitando il trasporto di fosforo e azoto dal Sistema solare interno verso quello esterno. Di conseguenza, i planetesimi formatisi all’interno dell’orbita di Giove avrebbero conservato una maggiore abbondanza relativa di questi elementi.
«Con l’aumento delle dimensioni di Giove il trasporto di fosforo e azoto ha iniziato a bloccarsi progressivamente», osserva Pathak. «Ciò ha determinato una diminuzione dei rapporti osservati nelle condriti formatesi fino a due o tre milioni di anni dopo i corpi progenitori delle meteoriti ferrose».
Il risultato più importante emerge però dalla comparazione dei rapporti degli elementi chimici. I ricercatori hanno infatti scoperto che l’attuale rapporto fosforo/azoto della Terra è riprodotto molto meglio assumendo un contributo predominante di planetesimi provenienti dal Sistema solare interno.
«Lo studio suggerisce che la Terra abbia acquisito le sue riserve di fosforo e azoto, elementi essenziali per la vita, principalmente dal Sistema solare interno, senza richiedere un contributo significativo delle condriti provenienti dal Sistema solare esterno», sottolinea Pathak. Se confermato, questo scenario modificherebbe la visione tradizionale sull’origine degli ingredienti chimici della vita sulla Terra. Inoltre, attribuirebbe a Giove un ruolo fondamentale non solo nell’architettura del Sistema solare, ma anche nella distribuzione degli elementi che hanno reso possibile l’abitabilità del nostro pianeta.
«Per quanto riguarda il Sistema solare», conclude Rajdeep Dasgupta, coautore dello studio, «la presenza e la storia di crescita di Giove sembrano aver avuto un ruolo cruciale nel determinare la distribuzione degli ingredienti chimici di base necessari per i mondi abitabili. Resta da capire se sia possibile ottenere un inventario di elementi essenziali simile a quello terrestre in sistemi planetari privi di un pianeta analogo a Giove».
Per saperne di più:
- Leggi su Science Advances l’articolo “Phosphorus-nitrogen systematics of first-generation planetesimals constrain life-essential element delivery to Earth” di Debjeet Pathak, Rajdeep Dasgupta e Naidhruv Iyer