Vita sulla Terra: è una “nata prematura”?

Ancora la vita altrove. Ancora uno studio di quelli che più speculativi non si potrebbe. Ancora un paper firmato da Avi Loeb, l’eclettico e prolifico astrofisico del leggendario Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Che torna a porsi, e proporci, una riflessione sì teorica ma – come sempre nel suo caso – condotta in modo rigoroso e con un obiettivo al tempo affascinante e concreto: aiutarci a individuare i bersagli più promettenti per la ricerca di forme di vita extraterrestre.
Due le ipotesi di lavoro di Loeb e dei suoi colleghi di Oxford, Rafael Batista e David Sloan: un universo in linea con il modello lambda-CDM (quello comunemente accettato dalla grande maggioranza dei cosmologi) e la vita “così come la conosciamo”. Dunque, per quanto ne sappiamo, un universo che ha grosso modo 13.8 miliardi di anni e un tipo di vita che qui sul nostro pianeta si è formata circa 4.5 miliardi di anni fa. Stabilito questo minimo terreno di partenza comune, Loeb si domanda quale possa essere l’intervallo di “gestazione” più probabile per questo tipo di vita in questo particolare universo. E la risposta, illustrata in uno studio in uscita sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, è piuttosto sorprendente: un tempo decisamente assai più lungo di quello impiegato sul nostro pianeta, come vedremo, e che farebbe della vita sulla Terra una “nata prematura” eccezionale.
«Se ci venisse chiesto: “Quand’è più probabile che emerga la vita?”, potremmo ingenuamente rispondere: “Ora”. Ma in realtà», spiega Loeb, «ciò che troviamo è che la possibilità di vita aumenta enormemente nel lontano futuro».
Volendo indicare i limiti dell’intervallo di tempo entro il quale può emergere la vita, così come la conosciamo, nell’universo, abbiamo come soglia minima circa 30 milioni di anni dopo il Big Bang – quando per la prima volta elementi essenziali come l’ossigeno e il carbonio furono sintetizzati nelle primissime stelle. E come soglia massima? Questo è il valore che rende fuori standard quant’è accaduto sulla Terra: 10 mila miliardi di anni, scrivono Loeb e colleghi. Tanto è il tempo che ci separa dal buio perenne, l’epoca futura in cui le ultime stelle del cosmo si spegneranno.
Ora, s’è domandato il team di Loeb, stabiliti i confini di quest’ampissimo intervallo temporale, quand’è che la vita ha più possibilità di fare la sua comparsa? Il parametro dirimente diventa la durata del periodo d’attività d’ogni singola stella. Più è lungo, maggiori saranno le chance per la vita di fare capolino fra una combinazione di molecole e l’altra. Com’è ben noto agli astronomi, maggiore è la massa d’una stella, più breve sarà la sua esistenza. Per dire, una stella con massa pari a tre volte quella del Sole è destinata a spegnersi prima ancora che la vita abbia avuto anche solo la possibilità di evolvere. Al contrario, stelle di massa pari ad appena un decimo di quella solare, e ne esistono, possono risplendere – seppur con modestia – anche per 10 mila miliardi di anni. Con la conseguenza che, là attorno, il tempo (e dunque le possibilità) a disposizione della vita per emergere saranno in media mille volte più elevate che nel Sistema solare.
«A questo punto è lecito domandarsi come mai non stiamo vivendo in un’epoca più spostata nel futuro e in orbita attorno a una stella di piccola massa», osserva Loeb. «Una possibilità è che siamo precoci. Un’altra possibilità è invece che l’ambiente che circonda una stella di piccola massa sia in realtà rischioso per la vita». Un’eventualità, quest’ultima, resa plausibile dal fatto che,  sebbene sia vero che le nane rosse di piccola massa durano per lungo tempo, gli intensi flares e la radiazione ultravioletta che emettono nelle prime fasi della loro esistenza potrebbero strappar via l’atmosfera da qualsiasi mondo roccioso presente nella zona abitabile che le circonda.
Come determinare quale delle due alternative sia quella corretta – comparsa eccezionalmente precoce della vita sulla Terra o i rischi posti dalle stelle di piccola massa? Loeb suggerisce di cercare segni di potenziale abitabilità nelle nane rosse a noi più vicine e sui pianeti che vi orbitano attorno. Un obiettivo probabilmente alla portata di missioni spaziali del futuro prossimo come il Transiting Exoplanet Survey Satellite e il James Webb Space Telescope, le cui date di lancio sono previste, rispettivamente, per il 2017 e il 2018.
di Marco Malaspina (INAF)

Deep impact

Un urto di proporzioni inimmaginabili, che avrebbe innescato terremoti e tsunami di enormi dimensioni. Questo il risultato dell’impatto di un gigantesco asteroide che avrebbe colpito la Terra agli albori della sua esistenza. Era da più di 20 anni che Andrew Glikson, in forze al Planetary Science Institute dell’Australian National University, cercava le prove di uno di quegli antichi impatti di cui il nostro pianeta fu oggetto in epoche remotissime. Ora, grazie al lavoro svolto in squadra anche con Arthur Hickman del Geological Survey of Western Australia, sembra proprio che quelle prove siano state trovate. Sotto forma di reperti geologici microscopici: frammenti del diametro compreso tra 1 e 2 millimetri, simili a perline di vetro, che prendono il nome di sferule. Secondo Glikson, infatti, queste sferule sarebbero state originate da materiale vaporizzato al momento dell’impatto dell’asteroide, impatto che avrebbe provocato terremoti di magnitudo enormemente superiore a quelle degli eventi sismici con i quali ci confrontiamo oggi. E altrettanto catastrofici tsunami, tali da cambiare i connotati della giovane Terra. Si stima che il diametro dell’asteroide “incriminato” avesse un diametro compreso fra i 20 e i 30 chilometri, e che abbia dato origine a un cratere da impatto del diametro di diverse centinaia di chilometri. Ma dove? Questo rimane ancora un mistero: le tracce dei crateri risalenti a epoche tanto remote sono state rese irriconoscibili dall’attività vulcanica e dai movimenti tettonici che si sono susseguiti nel corso dell’evoluzione del nostro pianeta. Ma l’impatto avrebbe sparso materiale più o meno ovunque: le sferule rinvenute da Glikson e Hickman, in particolare, si trovavano incastonate in uno strato sedimentario, inizialmente sul fondale oceanico, fra i più antichi della Terra: risale infatti a 3,46 miliardi di anni fa. Datazione, questa, la cui precisione è resa possibile grazie al fatto che lo strato si trova, a sua volta, conservato fra due strati vulcanici. Microscopiche le prove, gigantesco l’impatto: l’asteroide responsabile della dispersione del materiale e della formazione delle sferule sarebbe uno fra i più grandi mai caduti sulla Terra, e il secondo più antico, in ordine cronologico, fra quelli dei quali si abbia conoscenza. Le sferule di vetro oggetto dello studio sono state rinvenute in un campione estratto dal sito di Marble Bar, nel nord ovest dell’Australia, sito che contiene sedimenti tra i più antichi a oggi conosciuti. Test successivi hanno dimostrato che la presenza in tali campioni di elementi come platino, nickel e cromo mostra livelli assimilabili a quelli che si riscontrano negli asteroidi. Insomma, il “colpevole” è certo. Ma secondo Glikson, cacciatore di crateri di cui avevamo già parlato qui su Media INAF, mentre a oggi sono solo 17 gli impatti da asteroide più antichi di 2,5 miliardi di anni per i quali sia stato possibile trovare prove, in realtà questi eventi potrebbero essere stati nell’ordine delle centinaia, e aver giocato un ruolo significativo nel modo in cui la Terra si è evoluta.
di Francesca Aloisio (INAF)

Vita sulla Terra grazie a Giove? È possibile

Pensate che sia Giove a farci da scudo proteggendoci dalle comete provenienti dai confini del Sistema solare? Finora questo è stato il pensiero comune a quasi la totalità della comunità scientifica. Un recente studio comparso su Astrobiology e firmato da Kevin Grazier, PhD presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, conferma però una teoria che già una decina di anni fa circolava fra gli esperti: non solo Giove non ci fa da scudo (concetto sovrastimato), ma sarebbe da rivalutare il ruolo che avrebbe avuto nello sviluppo della vita sulla Terra. Considerando il ruolo di Saturno sull’evoluzione della vita -precedentemente sottovalutato – con la nuova simulazione, Grazier descrive l’evoluzione di decine di migliaia di particelle negli spazi vuoti tra i pianeti gioviani per un massimo di 100 milioni di anni. Sulla base dei suoi risultati, il ricercatore ha concluso che Giove non è esattamente uno scudo per la Terra. Anzi il contrario: Giove e Saturno contribuiscono ad attirare un grandissimo numero di particelle verso il Sistema solare interno (Mercurio, Venere, Terra e Marte) e verso le orbite che incrociano il percorso della Terra. A cosa è arrivato Grazier? Nello studio ha proposto che, se esistesse un altro sistema solare con uno o più pianeti simili a Giove oltre la regione dei potenziali pianeti terrestri, questo potrebbe essere vantaggioso per un eventuale sviluppo della vita. Sherry L. Cady, caporedattrice di Astrobiology, ha detto: «In questo lavoro capiamo che “Giove come scudo” è un concetto del passato, e la ricerca futura in questo settore richiederà l’uso continuato di simulazioni come quelle effettuate da Grazier».
di Eleonora Ferroni (INAF)

L’addio ai dinosauri, nuova teoria

Estinzione dei dinosauri? Ecco la nuova soluzione al mistero. Voi direte: beh, ma ormai ci sono talmente tante teorie, che non si sa più a chi credere. Ciò su cui, però, gli esperti sono sempre stati d’accordo (almeno finora) è che l’intensa attività vulcanica avrebbe avuto un ruolo decisivo nell’estinzione di buona parte delle specie viventi.

Lava fontana di sopra la fessura vulcanica di eruzione del diluvio Holuhraun di basalto in Islanda nel mese di settembre 2014, che può essere considerato come un analogo su scala ridotta per le eruzioni nelle trappole Deccan, 65 milioni di anni fa. Crediti: Michelle Parks (Università d'Islanda)

Fontane di lava dal vulcano basaltico Holuhraunin, in Islanda nel settembre 2014. L’evento può essere considerato un analogo in miniatura delle eruzioni nei Trappi del Deccan, 65 milioni di anni fa. Crediti: Michelle Parks (Università d’Islanda)

C’è un “però” che cambia tutto, rispetto agli studi precedenti: in una nuova ricerca pubblicata oggi su Nature Geoscience, un gruppo di scienziati dell’Università di Leeds ha affermato che il vulcanismo potrebbe non essere così strettamente legato al repentino cambiamento climatico e quindi alla conseguente destabilizzazione degli ecosistemi di quel periodo. Ci sarebbe dell’altro. Come noto, anche l’impatto di un grande meteorite e la sua coda di ceneri incandescenti potrebbero aver contribuito in maniera significati alla morte dei dinosauri sulla Terra. Eventi di questo genere uniti alle eruzioni di lunga durata sui plateau basaltici, come i Trappi del Deccan in India, avrebbero portato alla fuoriuscita di quantità gigantesche di gas serra e polveri nell’atmosfera alterando il clima per anni e anni. Fino ad ora, però, l’impatto della presenza costante e abbondante di emissioni di anidride solforosa provenienti dai palteau basaltici continentali era sconosciuta: le conseguenze sono state osservate non solo sul clima, ma anche sulla vita negli oceani e sulla vegetazione dell’epoca. Nello specifico, questo studio è stato condotto dal team guidato dalla ricercatrice Anja Schmidt: «Durante il periodo dei dinosauri, nel corso di un milione di anni, numerose sono state le eruzioni di lunga durata. Questi eventi, tipici dei plateau basaltici, non possono essere paragonati alle eruzioni vulcaniche che spesso vediamo oggi, con la lava che sgorga dal terreno come una cortina di fuoco. Perlopiù, le eruzioni a quel tempo duravano decine di anni e ogni eruzione era separata da un lungo periodo di tempo in cui l’attività vulcanica era inesistente». C’è un dato che su tutti è impressionante: la ricercatrice ha stimato che la lava prodotta da un’eruzione di media intensità avrebbe riempito 150 piscine olimpioniche al minuto. Per ottenere i dati, gli esperti di Leeds hanno utilizzato delle simulazioni al computer per studiare la diffusione delle particelle di gas e degli aerosol, dimostrando i reali impatti climatici delle eruzioni: solo se queste fossero durate per centinaia di anni, senza soluzione di continuità, avrebbero potuto portare un effetto grave su piante e animali. Per stimare la portata delle emissioni di anidride solforosa, i ricercatori si sono basati sulle variabili di intensità e durata delle eruzioni sui plateau basaltici, come – appunto – quella l’Altopiano del Deccan (un terzo dell’India) 65 milioni di anni fa, al limite tra il Cretaceo-Terziario. Cosa è venuto fuori? I computer hanno mostrato che le temperature sulla Terra hanno subito effettivamente un raffreddamento di ben 4,5°C a causa delle eruzioni ma che la temperatura sarebbe poi tornata alla normalità nei 50 anni successivi all’eruzione. Schmidt ha affermato: «Abbiamo scoperto che gli effetti delle piogge acide sulla vegetazione erano piuttosto selettivi: la vegetazione in alcune parti del mondo è stata spazzata via, mentre in altre zone gli effetti sarebbero stati minimi». Si può dire lo stesso per le altre specie viventi? È questa la sfida lanciata dai ricercatori: bisogna ridefinire il ruolo del vulcanismo sull’estinzione dei dinosauri
di Eleonora Ferroni (INAF)

Svelata l’origine dell’acqua sulla Terra

L’acqua copre più di 2/3 della superficie della Terra ma la sua vera origine rimane tuttora un mistero. Finora, gli scienziati hanno cercato di capire se l’acqua fosse già presente all’epoca in cui si formava il nostro pianeta o se, invece, fosse arrivata più tardi, magari trasportata da comete e meteoriti. Oggi, però, un gruppo di ricercatori dell’Università delle Hawaii (UH) a Manoa, guidati da Lydia Hallis, una cosmochimica presso l’Istituto di Astrobiologia della NASA della UH e Marie Curie Research Fellow all’Università di Glasgow in Scozia, ha esaminato le rocce dell’Isola di Baffin in Canada i cui dati suggeriscono che l’acqua era in parte presente sin dalle fasi primordiali della formazione della Terra. Lo studio, condotto grazie all’utilizzo di una avanzata microsonda ionica, è pubblicato su Science. La microsonda ha permesso ai ricercatori di concentrarsi su piccolissime “tasche” di vetro che si trovano all’interno di queste rocce e di rivelare le minuscole quantità di acqua in esse presenti. Per far questo, gli autori hanno analizzato il rapporto idrogeno/deuterio dell’acqua che ha di fatto fornito preziosi indizi sulla sua origine. Sappiamo che l’idrogeno ha numero di massa atomica pari a uno mentre il deuterio, un isotopo dell’idrogeno che combinato con l’ossigeno dà vita all’“acqua pesante”, ha numero di massa atomica due. Inoltre, è noto che l’acqua presente in diversi corpi celesti di origine planetaria ha rapporti idrogeno/deuterio ben distinti. “Le rocce dell’isola di Baffin sono state raccolte nel 1985 e gli scienziati hanno avuto molto tempo per analizzarle nel corso degli anni”, spiega Hallis. I risultati di queste ricerche indicano che esse contengono una componente della parte profonda del mantello terrestre. Nel corso del loro spostamento verso la superficie, queste rocce non vengono mai influenzate dai processi di sedimentazione causati dalle rocce della crosta terrestre e studi precedenti hanno già dimostrato che la loro regione di provenienza è rimasta “intatta” sin dall’epoca della formazione del pianeta. In altre parole, abbiamo a che fare con alcune delle rocce più antiche che siano mai state trovate sulla superficie della Terra e perciò l’acqua che esse contengono fornisce un indizio di inestimabile valore scientifico che apre una nuova finestra sulla storia primordiale del nostro pianeta e quindi sull’origine dell’acqua. “Abbiamo scoperto che l’acqua contiene pochissimo deuterio”, continua Hallis, “una chiara evidenza che scarta l’ipotesi secondo cui essa venne trasportata dallo spazio sulla Terra. Molto probabilmente, le molecole di acqua furono già presenti nella polvere che costituiva il disco protoplanetario che circondava il Sole prima che si formassero i pianeti. Nel corso del tempo, questa polvere ricca di acqua si aggregò lentamente per formare il nostro pianeta. Anche se una buona parte dell’acqua sarebbe stata successivamente persa per evaporazione a causa del calore generato dal processo di formazione della Terra, ne sopravvisse comunque una quantità sufficiente per dar vita al “mondo d’acqua” che è diventato quello che ora conosciamo. “Si tratta di una scoperta straordinaria”, conlcude Hallis, “una di quelle che non si poteva nemmeno immaginare qualche anno fa perchè non avevamo una tecnologia adeguata. Non vediamo l’ora di proseguire in questo affascinante campo della ricerca”.
di Corrado Ruscica (INAF)

Un’eruzione vulcanica dietro la grande estinzione (tra il Permiano e il Triassico)

Un recente studio, a firma di Seth D. Burgess e altri ricercatori, in uscita su Science Advances, ha utilizzato misure ad alta precisione sull’età delle rocce vulcaniche per dimostrare che un’intensa attività vulcanica precedette l’estinzione di massa del Permiano, quello che per molti esperti è il più grave evento estintivo mai verificatosi sulla Terra. Basti pensare che circa 251,4 milioni di anni fa (molto prima che dinosauri e mammiferi facessero la loro vera e propria apparizione) sparirono dal pianeta il 90% delle specie marine, il 75% delle specie terrestri (più che altro rettili) e degli alberi ne rimase una piccola traccia. L’evento distruttivo diede inizio al periodo del Triassico. I risultati ottenuti dai ricercatori offrono oggi le prove a sostegno di una teoria appoggiata dalla comunità scientifica: l’evento causò la rapida fuoriuscita di quantità gigantesche di gas serra nell’atmosfera portando a un repentino cambiamento climatico e alla conseguente destabilizzazione degli ecosistemi. È stata ipotizzata quindi una connessione tra una delle più grandi eruzioni vulcaniche continentali mai registrate e questa particolare estinzione, anche se per stabilire un nesso di causalità è necessaria una precisa comprensione delle tempistiche dei due eventi. E oggi si brancola ancora nel buio, come si suol dire. Per confermare la possibilità di una connessione casuale, Seth Burgess e i suoi colleghi hanno delineato una successione cronologica degli eventi che precedettero e seguirono l’estinzione di massa, individuando le età di alcune rocce vulcaniche tramite tecniche di datazione uranio-piombo. I campioni di roccia vulcanica sono stati prelevati da una vasta piattaforma lavica chiamata “trappola siberiana”, 2,6 milioni di chilometri quadrati in Russia dove sotto la città di Norilsk è stato trovato uno strato di lava con uno spessore di 4 chilometri. Da questo enorme giacimento di gas si pensa sia partita la miccia dell’eruzione vulcanica e quindi poi dell’estinzione che ha messo fine al Permiano. Gli esperti affermano che il magmatismo vulcanico iniziò 300 mila anni prima dell’evento distruttivo e continuò anche dopo. Insomma, un’eruzione al momento e al posto giusto (per così dire) ha portato alla più grave estinzione sulla Terra.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Estinzioni di massa dovute alla materia oscura?

Una ricerca del professor Michael Rampino, biologo dell’Università di New York, sembra mostrare che i passaggi della Terra attraverso il piano galattico, eventi non molto frequenti, ma prevedibili, possono avere una correlazione diretta e significativa con fenomeni geologici e biologici che avvengono sulla Terra. In un articolo in uscita sul Montly Notices of the Royal Astronomical Society, il professor Rampino afferma che il movimento attraverso la materia oscura potrebbe perturbare le orbite di comete e portare ad un riscaldamento del nucleo terrestre, entrambi fenomeni connessi con episodi di estinzione di massa. Il piano galattico è il luogo della Via Lattea in cui risiede il nostro sistema solare, contiene stelle, polveri e nubi di gas, nonché una considerevole quantità di materia oscura, una forma di materia sfuggente che può essere osservata solo attraverso i suoi effetti gravitazionali.
Sappiamo che la Terra ruota attorno al centro della Galassia compiendo un’orbita circolare una volta ogni 250 milioni di anni. Ma la traiettoria della Terra è anche ondeggiante, con il Sole e i pianeti che passano sopra e sotto al piano galattico approssimativamente ogni 30 milioni di anni. Studiando la ricorrenza di questi passaggi lungo il piano galattico, Rampino ha notato che sembra esserci una correlazione con gli episodi di impatti cometari e quindi con eventi di estinzione di massa. Il famoso impatto cometario risalente a 66 milioni di anni fa che ha portato all’estinzione dei dinosauri ne è un esempio.
Cosa potrebbe causare questa correlazione tra i passaggi lungo il piano galattico, gli impatti e quindi le estinzioni ad essi connesse?
Attraversando il piano galattico, osserva Rampino, la materia oscura presente potrebbe disturbare le traiettorie delle comete, che compiono orbite tipicamente lontane dalla Terra, nelle regioni più esterne del sistema solare. Questo, secondo il professor Rampino, potrebbe implicare una variazione di traiettoria e una maggiore probabilità di impatto delle comete con il nostro pianeta.
Un altro effetto dovuto al passaggio attraverso il piano galattico e all’interazione con la materia oscura potrebbe riguardare il nucleo terrestre. Col tempo, sostiene Rampino, l’annichilazione di particelle di materia oscura potrebbero produrre una considerevole quantità di calore nel nucleo della Terra, innescando eventi come eruzioni vulcaniche, formazione di montagne, inversioni del campo magnetico e variazioni del livello del mare, che mostrano picchi di ricorrenza proprio ogni 30 milioni di anni. Rampino quindi suggerisce che i fenomeni astrofisici derivanti dai passaggi della Terra attraverso il piano galattico potrebbero risultare in drammatici cambiamenti nell’attivita geologica e biologica del nostro pianeta.
Il modello presentato in questo studio, che propone diverse interazioni tra la materia oscura e la Terra durante i suoi passaggi attraverso il piano galattico, potrebbe avere un considerevole impatto nella nostra comprensione degli sviluppi geologici e biologici terrestri, così come quelli di altri pianeti.
«Abbiamo la fortuna di vivere su un pianeta ideale per lo sviluppo della vita», dice Rampino, «ma la storia della Terra è scandita da eventi di estinzione di massa, alcuni dei quali sono di difficile spiegazione. Potrebbe essere che la materia oscura – la cui natura ci è ancora sconosciuta, ma che racchiude un quarto del contenuto dell’universo – sia la risposta. Oltre ad essere importante su scale più vaste, la materia oscura potrebbe avere un’influenza diretta sulla vita sulla Terra».
Un’ipotesi originale, tanto da poter correre il rischio di essere paragonata alle cintura di Orione di Roberto Giacobbo: buona per ogni occasione.
di Elisa Nichelli (INAF)

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