La questione dell’origine degli elementi volatili presenti sulla Terra è fondamentale per comprendere l’evoluzione del nostro pianeta. Un recente studio, condotto da ricercatori della School of Earth and Environmental Sciences di St. Andrews in Scozia, ha preso in considerazione la composizione isotopica di zinco di alcuni meteoriti.

Il team, in collaborazione con i lavoratori dell’Institut de Physique du globe de Paris e dell’Université Clermont Auvergne, ha mostrato per la prima volta che esiste una differenza tra l’isotopo di zinco nei meteoriti che si sono formati nel Sistema Solare interno e quelli formati nel Sistema Solare esterno.

Gli elementi volatili

I cosiddetti volatili sono il gruppo di elementi e composti chimici che possono essere prontamente vaporizzati. Al contrario, gli elementi e i composti che non vengono vaporizzati facilmente, sono noti come sostanze refrattarie. Sul pianeta Terra, il termine volatili si riferisce spesso alle componenti volatili del magma. In astro-geologia i volatili sono studiati nella crosta o nell’atmosfera di un pianeta o di un satellite naturale. Essi includono ad esempio azoto, anidride carbonica, ammoniaca, idrogeno, metano, anidride solforosa, acqua.

Nel nostro Sistema Solare gli elementi volatili si comportano diversamente dentro e fuori quella che viene chiamata la frost line. Si tratta di una linea immaginaria che si trova a circa 5 unità astronomiche (AU) dal Sole. Essa identifica la circonferenza a cui la temperatura di un sistema planetario inizia ad essere sufficientemente bassa da permettere agli elementi volatili di solidificare. La frost line ci aiuta anche a comprendere meglio perché nel nostro Sistema Solare esistano:

• Pianeti rocciosi vicino al Sole.
• Pianeti ghiacciati dominati da gas e sostanze volatili nel Sistema Solare esterno alla frost line.

Al tempo della formazione dei pianeti rocciosi nel Sistema Solare interno, gli elementi volatili potevano esistere solamente in stato solido o liquido. La situazione, naturalmente, muta con la presenza di un’atmosfera.

Lo zinco come banco di prova

Lo studio sulla composizione dell’isotopo di zinco nei meteoriti suggerisce che il materiale proveniente dal Sistema Solare esterno fosse un’importante fonte di elementi volatili durante la formazione della Terra. In particolare, il team di ricercatori della St. Andrews suggerisce che la Terra deve aver accumulato dal cinque al sei percento della sua massa globale da materiale presumibilmente proveniente dal Sistema Solare oltre la frost line.

A sostegno di questa ipotesi, lo studio mostra che c’è una differenza tra la composizione dell’isotopo di zinco dei meteoriti che si sono formati nel Sistema Solare interno ed esterno. Il dottor Paul Savage, docente presso la School of Earth and Environmental Sciences di St. Andrews, spiega:

“Questo è importante perché lo zinco è un elemento moderatamente volatile e, ad oggi, l’elemento più volatile in cui sono state rilevate firme isotopiche così uniche nei meteoriti. Se confrontiamo queste composizioni di meteoriti con la composizione dell’isotopo di zinco della Terra, vediamo che l’inventario di zinco della Terra è una miscela di materiale del Sistema Solare sia interno che esterno. Ciò indica entrambi i serbatoi come importanti fonti dell’inventario degli elementi volatili della Terra “.

Da dove ha ricevuto la Terra i suoi elementi volatili?

Una domanda particolarmente cruciale riguarda la sorgente di tali elementi volatili. Questi sono i tipi di elementi che sono cruciali per la vita: la Terra ha ottenuto tutti i suoi elementi volatili dal Sistema Solare esterno, dove oggi orbitano i pianeti giganti gassosi e ghiacciati, oppure il Sistema Solare interno, più secco e più caldo, è ancora una fonte importante?

Lo studio dimostra che circa un terzo del totale di zinco sulla Terra provenga dal Sistema Solare esterno. Inoltre pare che elementi ancora più volatili dello zinco abbiano percentuali ancora più alte provenienti da oltre la linea ghiacciata.

“Studi come il nostro aggiungono nuove intuizioni su come e da dove i pianeti accumulano i tipi di elementi che sono cruciali per sostenere la vita, ma più in generale, ci danno più indizi su come si comportava il nostro primo sistema solare. Possiamo applicare questi risultati per capire come si comportano altri sistemi planetari e se gli esopianeti appena scoperti potrebbero avere il tipo di elementi che possono anche supportare la vita”.

Analizzare i meteoriti

Studi di questo genere vengono condotti tramite l’analisi di campioni di meteoriti. Questi corpi, oltre ad essere affascinanti e bellissimi oggetti extraterrestri, sono importanti campioni scientifici: la loro chimica ci spiega i primi solidi che si sono formati nel nostro Sistema Solare. Inoltre essi sono il veicolo più probabile di contaminazione, arrivando dal Sistema Solare oltre la frost line e impattando contro la superficie del nostro pianeta. 

In futuro, questo tipo di studio isotopico può essere applicato ad altri corpi del Sistema Solare di cui abbiamo campioni, come la Luna e Marte. Ricerche in tal senso sono utili per porre ulteriori vincoli ai meccanismi di trasporto di elementi volatili nel Sistema Solare. Inoltre, queste variazioni isotopiche possono essere utilizzate per elaborare i tipi di ambienti stellari che hanno generato questi elementi e li hanno iniettati nella nebulosa pre-solare.

I risultati della ricerca, pubblicati sulla rivista Icarus, sono disponibili qui.

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