L’Adeano? Non era poi così infernale

Già il nome è tutto un programma:Adeano, da Ade, il dio degli inferi. Ed è proprio all’inferno dantesco che corre la nostra immaginazione quando cerchiamo di raffigurarci l’ambiente terrestre delle origini, oltre 4 miliardi di anni fa. In quell’eone primordiale che i geologi chiamano, appunto, Adeano, sul nostro pianeta la vita ancora non c’era. E le condizioni per ospitarla nemmeno. O almeno così ritenevano gli scienziati fino a una trentina d’anni fa. Non avendo rinvenuto rocce risalenti ai primi 500 milioni di anni dalla formazione della Terra, i geologi erano più o meno tutti concordi nel ritenere che per lungo tempo la superficie del nostro pianeta fosse costituita da una sorta di oceano di magma. Poi però alcuni testimoni di quella prima epoca sono affiorati. Si tratta dei cristalli di zircone rinvenuti a Jack Hills, una catena collinare dell’Australia Occidentale, nel corso degli ultimi trent’anni. Uno di essi risalirebbe addirittura a 4.4 miliardi di anni fa, età stabilita grazie alla datazione radiometrica. L’analisi di questi campioni ha permesso così ai geologi di intraprendere, per la prima volta, il tentativo di ricostruire l’ambiente nel quale questi cristalli si formarono. Ambiente che fino a oggi sembrava mostrare numerose analogie, da un punto di vista geologico, con quello che caratterizza l’odierna Islanda: relativamente ricca di rocce di silice e con una crosta basaltica spessa e di recente formazione, l’Islanda è infatti considerata una sorta di Adeano in versione moderna. Da oggi, però, questa somiglianza comincia a scricchiolare. Una squadra di geologi della Vanderbilt University, confrontando gli antichi zirconi di Jack Hills con quelli – risalenti ad appena 18 milioni di anni fa – recuperati ora in Islanda, ha trovato significative differenze. In particolare, sottoponendo i due campioni ad analisi chimiche e isotopiche, i ricercatori hanno notato che le rocce islandesi hanno una più alta concentrazione di titanio e di itterbio, nonché un’abbondanza isotopica di ossigeno-18 incompatibile con quella dei detriti di Jack Hills. I risultati, pubblicati su Earth and Planetary Science Letters, indicano che gli zirconi islandesi si sono formati da un magma molto più caldo rispetto a quello dal quale sono emersi gli zirconi risalenti a 4 miliardi di anni fa. E se per la formazione di entrambi i cristalli un ruolo fondamentale è giocato dall’acqua presente in superficie, nel caso degli zirconi islandesi si sarebbe trattato di acqua ad alta temperatura, mentre quelli dell’Adeano sarebbero frutto dell’interazione delle rocce con distese di acqua assai più tiepide. Suggerendo dunque che la Terra, nel corso del suo primo mezzo miliardo di anni, potesse essere stata sorprendentemente simile a com’è ora, con tanto di oceani, continenti e placche tettoniche. «Sono conclusioni controintuitive, quelle alle quali siamo giunti. Gli zirconi risalenti all’Adeano si sono formati da magma analogo a quello che troviamo nelle moderne zone di subduzione», dice uno degli autori dello studio, il geologo Calvin Miller, «ma a quanto pare, rispetto a quelle odierne, perfino più fredde e più umide».
di Marco Malaspina (INAF)

La Terra, com’era

In nessun posto si era al sicuro, in nessun posto sulla Terra. O almeno, questo è ciò che si aveva qualche miliardo di anni fa, durante l’eone Adeano: il periodo che iniziò circa 4600 milioni di anni fa, terminando poi intorno ai 4000 milioni di anni fa, con il passaggio all’Archeano. Non deve essere stato un periodo facile: il Sistema Solare all’epoca assomigliava più ad una pericolosa galleria di tiro per grandi rocce e pezzi di ghiaccio vaganti, che ad un ambiente tranquillo, potenziale culla per il fiorire di forme viventi. La pioggia continua di devastazione a cui era soggetto il nostro pianeta, oltre a cancellare impietosamente tutta la storia geologica più antica dalla superficie del nostro pianeta, aveva creato un ambiente desolato, senza ancora alcun segnale della distribuzione delle terre così come noi oggi la conosciamo. Chiaro che in tale situazione era molto difficile per ogni forma di vita puntare alla semplice sopravvivenza, fatta magari eccezione soltanto per i più “intrepidi”, come i batteri capaci di sopravvivere alle temperature più elevate. La situazione era veramente dura. Perfino gli oceani che si fossero formati in questo periodo, sarebbero evaporati dopo impatti particolarmente pesanti, per poi magari riformarsi di nuovo. Insomma un ambiente inquieto, in perenne mutamento. Decisamente diverso da quello a cui siamo abituati. L’illustrazione che appare su APOD di oggi mostra come sarebbe potuta sembrare la Terra durante questa epoca: notate le diffuse evidenze di impatto sparse su tutta la superficie, e le striature luminose di lava calda, visibili anche di notte.  Soltanto dopo un miliardo di anni, in un Sistema Solare decisamente più tranquillo, si sarebbe formato il primo supercontinente.  Così, in questa maniera turbolenta ed inquieta, una storia iniziava, una storia di un pianeta come tanti, forse, ma che avrebbe ospitato una forma di vita in grado di interrogarsi sul destino ed il significato dello stesso Universo nel quale viveva. Prima, però, c’era bisogno di una lunga preparazione.  E’ così: dopotutto, la fretta è una invenzione tutta nostra. Non serve, per l’Universo.
Marco Castellani (GruppoLocale)

Che succede se esplode IK Pegasi B? E se un GRB si verifica nei pressi del Sistema Solare? Sono guai grossi ragazzi!

Quando esploderà la prossima supernova nella Via Lattea, magari, si fa per dire, proprio vicino alla Terra? La cosa non può certo essere prevista con esattezza anche se nella Via Lattea non ne vediamo apparire una dal 1604. Questo non significa però che non ci siano state esplosioni di questo tipo; può darsi infatti che si siano verificate all’altro capo della Galassia dove i nostri strumenti non riescono a vedere. Però si può cercare dii fare una lista delle stelle a “rischio esplosione”. Vediamo dunque come stanno le cose. Sono state individuate 10 stelle pericolose per così dire a noi “vicine”.
La prima è IK Pegasi che si trova nella costellazione di Pegaso a 150 anni luce la noi; la seconda è Alfa Lupi (Lupo) che si trova a 550 anni luce; la terza è la famosa Antares che si trova a 600 anni luce; al quarto posto troneggia Betelgeuse che però si trova a 640 anni luce di distanza; a 800 anni luce c’è invece Gamma 2 Velorum (Vele); al sesto posto Pi Puppis nella Poppa a 1100 anni luce: poi 119 Tauri  a 1700 anni luce da noi; all’ottavo posto RS Ophiuchi  (1950 – 5200 anno luce); al nono e al decimo posto troviamo rispettivamente T Coronae Borealis nella Corona Boreale a 2000 anni luce e HD 168625 nel Sagittario che dista da noi 2200 anni luce.
Entrando nei dettagli IK Pegasi è un sistema binario dove le due stelle si trovano ad una distanza minore di quella che c’è fra Mercurio e il Sole. In pratica sono vicinissime. Quella a rischio esplosione è la stella B del sistema, una nana bianca, Quando la sua compagna diventerà una gigante rossa, IK Pegasi B con la propria forza di gravità comincerà a succhiare materia dalla compagna fino a superare il limite oltre il quale non potrà più resistere esplodendo dunque come supernova. Però qualche considerazione a nostro favore può essere fatta. Prima di tutto ci vorrà molto tempo prima che IK Pegasi A  evolva in una gigante rossa e in questo tempo le due stelle si saranno allontanate considerevolmente dal Sistema Solare; e inoltre non ci sono altre stelle più vicine di IK Pegasi cioè a meno di 150 anni luce di distanza da noi, che a breve possano esplodere come supernove. Gli astronomi calcolano infatti che una supernova per essere pericolosa per la vita sulla Terra deve trovarsi a meno di 30 anni luce.
Per le suprnove dunque ci troviamo in una situazione di relativa tranquillità Ma rimane il problema dei Gamma Ray Burst chiamati in italiano lampi gamma! Si tratta di spaventose esplosioni che avvengono nel cielo e che emettono grandissime quantità di pericolosissimi raggi gamma . Questi “fratelli maggiori” delle supernove si verificano – secondo il parere degli scienziati – in occasione di fenomeni strani come per esempio la fusione di due stelle di neutroni. Per fortuna fino ad ora sono stati osservati solo in galassie esterne alla Via Lattea. Se dovesse aver luogo un GRB nella nostra e la Terra  proprio nella direzione del fascio di altissima energia che viene emesso sarebbero davvero grossi guai e perfino le forme di vita che si trovano nelle profondità del mare sarebbero a rischio. Secondo alcuni studiosi la grande estinzione di massa che avvenne nell’Ordoviciano, 450 milioni di anni fa, e che fece sparire più del 60 per cento degli invertebrati marini potrebbe essere stata innescata proprio da un GRB avvenuto abbastanza vicino al Sistema Solare. Occhio ragazzi!
Una Stella per Amica (elaborato da Stelle da paura di Margherita Hack e Gianluca Ranzini pagine 82 – 88)

La ‘tempesta perfetta’ che estinse i dinosauri

Per anni l’abbiamo additato come colpevole unico dello sterminio che mise fine al Cretaceo. Ora salta fuori che invece ci fu concorso di colpa. L’immenso asteroide non agì da solo. Piovve dal cielo con conseguenze devastanti, certo. Ma piovve sul bagnato: il declino aveva avuto inizio qualche milione di anni prima, quando il ridursi della biodiversità dei grandi erbivori (le prede, dunque), causato probabilmente da cambiamenti climatici e ambientali, mise in crisi l’intera catena alimentare dei dinosauri. Una situazione di grande fragilità, insomma, quella descritta nello studio – basato su una nuova analisi di fossili e pubblicato su Biological Reviews – che riscrive la storia della scomparsa dei dinosauri. Un contesto già precario, nel quale l’asteroide che 66 milioni di anni fa colpì l’attuale Messico ha rappresentato la pietra tombale, più che l’evento scatenante. Intendiamoci, quello scatenato dall’asteroide – un proiettile grande su per giù 10 km sparato dal cielo a velocità inimmaginabile – fu comunque un evento apocalittico: all’impatto seguirono tsunami, terremoti, incendi, repentini sbalzi di temperatura e altri cambiamenti ambientali a larga scala. E senza quell’impatto, sottolinea uno dei coautori dello studio, Richard Butler, dell’Università di Birmingham, «i dinosauri sarebbero probabilmente ancora qui, e molto probabilmente non ci saremmo noi». Insomma, l’asteroide ci voleva. Ma se fosse caduto appena un poco prima o un poco più tardi, scrivono i ricercatori, non è escluso che i dinosauri sarebbero comunque riusciti a sopravvivere. «I ​​dinosauri furono vittime di una sfortuna colossale. Non solo un gigantesco asteroide si abbatté su di loro», dice il primo autore dell’articolo, Steve Brusatte, dell’Università di Edimburgo, «ma lo fece nel peggior momento possibile, quando i loro ecosistemi erano vulnerabili. I risultati della nostra ricerca contribuiscono così a chiarire uno dei misteri irrisolti della scienza».
di Marco Malaspina (INAF)

Oceani d’acqua nelle viscere della Terra

Quando leggiamo di oceani d’acqua sotterranei nel Sistema solare, dopo la scoperta di quelli d’Europa e di Encelado il pensiero corre subito alle lune di remoti giganti gassosi. E invece, questa volta, la riserva d’acqua potrebbe trovarsi sorprendentemente vicino a noi: proprio qui sulla Terra, a circa 600 km di profondità nel sottosuolo degli Stati Uniti. Praticamente sotto ai nostri piedi. E che riserva: secondo le stime dei ricercatori, l’equivalente di tre volte la quantità d’acqua presente in tutti gli oceani del nostro pianeta, litro più litro meno. A dire il vero, il litro non è l’unità di misura più adeguata per quantificare la nuova scoperta, pubblicata oggi su Science da un team di scienziati della Northwestern University e della University of New Mexico. E non tanto perché di litri ce ne vorrebbero troppi, quanto per l’anomalo stato di quest’acqua sotterranea: non è vapore, non è ghiaccio e non è nemmeno liquida. Dunque che aspetto e consistenza dovrebbe avere? Per comprenderlo, conviene partire dal passato recente, e per l’esattezza dal 1879, quando un asteroide precipita sul Queensland occidentale, in Australia. I frammenti che ne risultano, noti come meteoriti di Tenham (dal nome della località colpita), mostrano deformazioni che lasciano intuire l’azione di pressioni straordinarie. Una caratteristica che li rende da subito preziosi per i geologi, ai cui occhi quei frammenti appaiono, più che messaggeri dallo spazio, una testimonianza indiretta di quanto potrebbe celarsi nelle viscere impenetrabili del nostro pianeta. Ed è proprio analizzando i resti del meteorite di Tenham che circa un secolo più tardi, nel 1969, viene identificato un minerale fino ad allora sconosciuto: la ringwoodite. D’un blu intenso come zaffiri, i cristalli di ringwoodite potrebbero essere presenti in grandi quantità nel mantello terrestre, ipotizzano da subito gli scienziati. Un sospetto destinato a rimanere tale fino all’aprile scorso, quando un articolo su Nature annuncia il rinvenimento, in Brasile, d’un altro piccolo frammento di ringwoodite. Ma questa volta non arriva dallo spazio: si tratta finalmente di un messaggero proveniente dal cuore del nostro pianeta, giunto in superficie grazie a un’eruzione vulcanica. Il primo, e fino a oggi l’unico, frammento di ringwoodite d’origine terrestre. Già da quelle prime analisi s’ipotizza la presenza di acqua a grandi profondità. Intrappolate nei cristalli di ringwoodite, infatti, gli scienziati osservano tracce di radicale ossidrile, conseguenza della scissione subita dalle molecole d’acqua a causa della pressione enorme e di temperature attorno ai mille gradi presenti nella “zona di transizione”, la regione di confine fra il mantello superiore e il mantello inferiore, a circa 600 km di profondità. Incrociando questi dati con, da una parte, quelli ottenuti in laboratorio simulando condizioni ambientali analoghe, e dall’altra analizzando le onde sismiche provenienti dall’interno della Terra, il team guidato dal geofisico Steve Jacobsen e dal sismologo Brandon Schmandt è giunto così a confermare che, nella forma descritta prima, l’acqua può essere presente anche là sotto. E a stimarne la quantità: per l’appunto, circa il triplo di quella di tutti gli oceani in superficie.
di Marco Malaspina (INAF)

Gli otto grandi misteri della Terra

Oggi possiamo dire di conoscere alcuni angoli di spazio meglio delle nostre tasche. E questo è vero quasi in senso letterale: ad esempio, possediamo una mappa della superficie di Marte molto più dettagliata di quella degli oceani terrestri. Mentre l’Universo viene svelato anno dopo anno, sono ancora tanti i misteri che avvolgono quella che è la nostra casa da millenni, il Pianeta Terra. In occasione della Giornata mondiale della Terra, la giornalista scientifica Becky Oskin ha pubblicato su Livescience un articolo che parla proprio degli enigmi terrestri ancora rimasti irrisolti. Identificando 8 domande fondamentali, corrispondenti ad altrettanti rompicapo che la scienza dovrà risolvere nei prossimi anni.

1. Perché siamo così bagnati?

Secondo gli scienziati, quando 4,5 miliardi di anni fa la Terra si è amalgamata nella forma attuale, era costituita per lo più da un grande masso arido e secco. Da dove è spuntata tutta quest’acqua? In che modo l’H2O, elemento chimico per eccellenza simbolo di vita, si è formato fino a raggiungere le percentuali attuali? Una delle ipotesi più accreditate è che l’origine sia stato il violento impatto con asteroidi ghiacciati, da cui il nostro pianeta si sarebbe rifornito di acqua per la prima volta. Eppure sono state trovate pochissime prove di questi scontri, e così il mistero dell’acqua rimane irrisolto.

2. Cosa c’è al centro?

Tra miti e leggende, il mistero del nucleo terrestre ha affascinato gli scrittori almeno quanto i ricercatori. Per molto tempo, sia scienza che letteratura hanno parlato del centro irraggiungibile della Terra: fino agli anni ’40, quando lo studio di alcuni meteoriti portò a una vera e propria rassegna di tutti i minerali che dovevano essere presenti sopra e dentro il nostro pianeta. I “grandi assenti” erano il ferro e il nichel, che poiché non si trovavano sulla crosta terrestre, dovevano necessariamente stare nel nucleo: ecco elaborata la prima teoria sul centro della Terra. Ma appena un decennio dopo, una serie di misure che sfruttavano la forza di gravità dimostrarono che quella stima era erronea: il nucleo era troppo leggero. Oggi i ricercatori continuano a fare ipotesi sugli elementi che compongono la zona più interna e calda del pianeta, ma ancora non è stata raggiunta una teoria condivisa.

3. Da dove viene la Luna?

Da uno scontro titanico tra la Terra e un protopianeta della dimensione di Marte? È la teoria più accreditata, ma non convince tutti. Anche perché alcuni dettagli non quadrano: per esempio, la composizione chimica di Terra e Luna è troppo simile perché il nostro satellite sia arrivato da lontano. Per questo, secondo alcuni, si trattava invece di un gigante frammento staccato proprio dal nostro pianeta; ma ancora, in questo caso non è chiaro in che modo la Luna si sarebbe staccata da noi. Insomma, il mistero dell’origine della Luna resta tale.

4. Come si è formata la vita?

Questa è forse la domanda delle domande. I primi organismi viventi hanno avuto origine sulla Terra, o sono stati portati dallo spazio? Le componenti più basilari della vita, come gli amminoacidi e le vitamine, sono state trovate “impigliate” sia nelle rocce degli asteroidi sia nelle zone più inospitali della Terra. Per questo l’ago della bilancia ancora non può pendere per l’una o per l’altra teoria, anche perché non è mai stata trovata traccia di quelli che si pensa fossero gli abitanti più primitivi del nostro pianeta, i primi batteri.

5. L’ossigeno, come e quando?

Dobbiamo la nostra esistenza ai cianobatteri, creature microscopiche che hanno avuto un ruolo determinante nella trasformazione dell’atmosfera terrestre. Questi microrganismi buttavano fuori ossigeno come scarto, riempiendone così il cielo per la prima volta circa 2,4 miliardi di anni fa. Eppure l’analisi delle rocce rivela tracce di ossigeno risalenti a 3 miliardi di anni fa: ci manca quindi un tassello per capire davvero la storia della vita sul nostro pianeta.

6. Cosa causò l’esplosione Cambriana?

Il periodo Cambriano, 4 miliardi di anni dopo la formazione della Terra, vide una vera e propria esplosione di vita: improvvisamente comparvero animali con cervelli e vasi sanguigni, occhi e cuori, tutti in grado di evolversi più rapidamente rispetto a qualunque altra era geologica conosciuta. Ci fu un responsabile di questa esplosione? Secondo alcuni, una spiegazione potrebbe essere un aumento del livello di ossigeno appena prima l’inizio del Cambriano, ma altri fattori potrebbero aver concorso a questa rivoluzione di vita.

 7. Quando cominciò la tettonica delle placche?

Il movimento e il sollevamento di strati sottili di crosta terrestre hanno dato origine alle meravigliose cime montuose e alle violente eruzioni vulcaniche sul nostro pianeta. Eppure i geologi ancora non hanno capito in che modo si è avviato il motore della tettonica: semplicemente, le prove sono andate distrutte. Giusto alcuni minerali risalenti a 4,4 miliardi di anni fa sono sopravvissuti, a segnalare le prime rocce continentali esistenti. Ma ancora non è chiaro il meccanismo che ha portato alla rottura della crosta terrestre.

8. E i terremoti?

Più che un mistero, questa è una sfida. I modelli statistici sono oggi in grado di prevedere la probabilità statistica dei terremoti, più o meno come gli esperti sanno fare con le previsioni del tempo. Ma prevedere un evento specifico è ancora impossibile: persino il più grande esperimento mai fatto in proposito è fallito, quando i geologi hanno annunciato un terremoto a Parkfield, in California, nel 1994, e l’evento si è verificato solo nel 2004. Per questo, oltre agli enigmi sul passato del nostro pianeta, ci sono quelli sul suo futuro: tra tutti, riuscire a proteggerlo dai disastri atmosferici.
di Giulia Bonelli (INAF)

La giovane Terra nel mirino degli asteroidi: devastante impatto 3,6 miliardi di anni fa

Sessantacinque milioni di anni fa un enorme asteroide (o una cometa – la teoria deve essere ancora verificata) ha causato la scomparsa dei dinosauri. Questa è storia e la conosciamo tutti. L’impatto è stato talmente devastante da provocare anche l’estinzione di circa il 70 per cento di tutte le specie già viventi sulla Terra, come confermato da geologi e paleontologi. In realtà, secondo un gruppo di studiosi, si ritiene che questo non sia stato il più forte impatto verificatosi sul nostro pianeta. Sembrerebbe, infatti, che ben 3,26 miliardi di anni fa un gigantesco asteroide abbia colpito violentemente la superficie terrestre generando un cratere di enormi dimensioni, quasi 500 chilometri (cioè due volte e mezzo più largo di quello che è stato creato dall’impatto dell’asteroide che ha spazzato via i dinosauri). Dall’impatto sono stati generati anche tsunami di gran lunga più distruttivi di quello che è seguito al terremoto in Giappone del 2011. Già da tempo gli esperti ipotizzavano un impatto di gran lunga più importante e distruttivo rispetto a quello di 65 milioni di anni fa. Adesso lo studio, che è stato pubblicato su Geochemistry, Geophysics, Geosystemsconferma la potenza e la scala di un cataclisma avvenuto miliardi di anni prima e che ha determinato la conformazione della superficie terrestre, soprattutto in Sud Africa, in una regione nota come “Cintura di Greenstone” sulle Barberton Mountains. Si tratta di una area di 100 chilometri di lunghezza e 60 chilometri di larghezza che si trova a est di Johannesburg, vicino al confine con il Regno dello Swaziland. Il Barbeton custodisce alcune delle rocce più antiche del pianeta. Una decina di anni fa, il primo autore dello studio Donald Lowe, geologo alla Stanford University, ha scoperto delle formazioni rocciose rivelatrici proprio tra le queste montagne africane. Le rocce indicherebbero un forte impatto e i nuovi modelli elaborati dai ricercatori mostrerebbero per la prima volta le dimensioni dell’asteroide e i suoi effetti sul nostro pianeta, in termini di movimenti delle zolle tettoniche, che poi hanno cambiano l’aspetto della Terra. L’asteroide, largo tra 37 e 58 chilometri, ha impattato con la Terra a una velocità di 20 km/s generando una scossa di terremoto di magnitudo 10,8. Le onde sismiche si sono propagate in tutta la Terra distruggendo le giovani rocce (il nostro pianeta aveva poco più che 1 miliardo di anni) e provocando altri sciami sismici sotto gli oceani.  Durante studi in Sud Africa, Lowe e i suoi colleghi scoprirono uno strato molto sottile di antichi sedimenti marini contenente migliaia di microscopiche sfere cave. Secondo i ricercatori la loro origine è certa: l’impatto con la Terra di un enorme asteroide più di 3 miliardi di anni fa, quando il calore generato dall’impatto polverizzò la roccia, che fu dispersa dal vento su tutto il globo cristallizzando e ricadendo poi in superficie. Gli scienziati hanno mappato in l’impatto che è stato, con ogni certezza, catastrofico per l’ambiente di quel periodo. Basti pensare che l’asteroide, di gran lunga più piccolo, che ha spazzato via i dinosauri si stima abbia rilasciato più di un miliardo di volte l’energia delle bombe atomiche che distrussero Hiroshima e Nagasaki. Se confrontato con le dimensioni della Terra, un asteroide delle stesse dimensioni (dai 10 ai 15 chilometri di diametro) sarebbe stato «poco più che un moscerino sul parabrezza», ha detto tempo fa Bruce M. Simonson dell’Oberlin College (Ohio). Quasi 4 miliardi di anni fa, ipotizzano gli esperti, il cielo sarebbe diventato rosso “fuoco”, a causa dell’immenso calore, l’atmosfera si sarebbe riempita di polvere e gli oceani (che ricoprivano la maggior parte del pianeta) avrebbero cominciato a bollire, come acqua in una pentola. L’asteroide potrebbe far parte del gruppo di decine di enormi rocce che gli scienziati pensano abbiano colpito la Terra durante la parte finale del periodo di Intenso bombardamento tardivo, un’importante fase di impatti che si è verificata all’inizio della storia della Terra – circa 4 miliardi di anni fa. Molti dei siti dove questi asteroidi sbarcati sono stati distrutti dall’erosione, movimento della crosta terrestre e le altre forze, come si è evoluta la Terra, ma i geologi hanno trovato una manciata di aree in Sud Africa e Australia Occidentale che ancora nutrono la prova di questi impatti che si sono verificati tra 3,23 miliardi e 3,47 miliardi anni fa. I Co-autori dello studio pensano che l’asteroide ha colpito la Terra migliaia di chilometri di distanza dal Barberton Greenstone Belt, pur non potendo individuare la posizione esatta. Spesso i ricercatori, come ha affermato lo stesso Lowe, «non possono andare direttamente sul luogo dell’impatto», per questo i nuovi modelli saranno utili in futuro. I geologi stanno ricostruendo il puzzle di ciò che è accaduto sulla Terra in questo periodo, cercando di capire meglio l’evoluzione della Terra, della crosta terrestre, i diversi regimi tettonici e il sistema attuale delle placche tettoniche. “Dobbiamo immaginare la Terra, almeno nei primi anni di vita, come un punching ball che veniva continuamente colpito da grandi asteroidi e dobbiamo cercare di immaginare terremoti di gran lunga più distruttivi rispetto a quelli dell’epoca moderna”, ha spiegato Norman Sleep, fisico della Stanford University. Il co-autore dello studio ha utilizzato modelli fisici per studiare le formazioni rocciose sulla Cintura di Greenstone, altri terremoti, altri siti di impatto di asteroidi e la Luna, calcolando la potenza e la durate nel tempo del sisma, anzi delle scosse, che ha provocato l’asteroide nel suo impatto quasi 4 miliardi di anni fa. Ricostruendo il momento del catastrofico scontro e ciò che ha portato, gli esperti potranno studiare anche come si sono evoluti molti organismi.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Così cominciò la vita

“Prima della vita biologica, la Terra aveva una vita geologica. Potrebbe sembrare strano considerare vive le rocce inanimate e i minerali; ma che cos’è la vita?” Se lo chiede Terry Kee dell’Università di Leeds, co-autore di uno studio pubblicato sulla rivista Astrobiology. Che propone un approccio completamente nuovo per capire l’origine della vita sul nostro pianeta. In passato, alcuni scienziati hanno sostenuto che gli organismi viventi fossero stati trasportati sulla Terra da meteoriti. Negli anni si è affermata però un’altra teoria, secondo cui la vita sarebbe nata direttamente sulla superficie terrestre, o meglio sul pavimento oceanico: la materia inanimata, raccolta in nicchie idrotermiche, avrebbe dato origine al primo materiale organico. Ma i meccanismi responsabili di questa trasformazione non sono ancora chiari. Per questo un gruppo internazionale di ricercatori ha deciso di cambiare punto di vista, concentrandosi su quello che la vita fa: “Tutte le forme di vita utilizzano processi chimici uguali a quelli che avvengono in una cella a combustibile quando genera energia” spiega Kee. Una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico in grado di convertire direttamente l’energia chimica in energia elettrica, senza che avvengano processi di combustione termica. Ad esempio, nelle automobili le pile a combustibile generano energia elettrica facendo reagire la benzina con gli ossidanti. Si tratta di un processo che in chimica viene chiamato redox, in cui una molecola perde elettroni (viene ossidata) mentre un’altra molecola ottiene elettroni (viene ridotta). Allo stesso modo, nelle piante la fotosintesi genera proprio energia elettrica, e lo fa con la riduzione di diossido di carbonio in zuccheri e con l’ossidazione di acqua in ossigeno. Andando parecchio su nella scala evolutiva, le cellule del corpo umano “respirano” grazie all’ossidazione di zuccheri in diossido di carbonio e la riduzione di ossigeno in acqua. L’opposto di ciò che avviene nelle piante, ma anche qui il risultato è la produzione di energia elettrica. E se la stessa cosa fosse avvenuta anche nelle rocce sul fondo degli oceani, milioni e milioni di anni fa? È l’ipotesi di partenza del gruppo di ricerca di cui fa parte Terry Kee, coordinato dal Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA. In base a questa idea, le nicchie idrotermiche dove ebbe origine la vita possono essere considerate “celle a combustione ambientali”, in grado di innescare i meccanismi responsabili del primo metabolismo cellulare. “Alcuni minerali potrebbero aver generato reazioni redox geologiche, portando in seguito al metabolismo biologico” dice Laura Barge dell’Istituto di Astrobiologia del JPL. “Siamo particolarmente interessati a minerali in grado di condurre elettricità, contenenti elementi come ferro e nichel, che probabilmente erano comuni sulla Terra giovane”. Per testare questa ipotesi, i ricercatori hanno costruito un modello simulativo per riprodurre virtualmente le reazioni chimiche alla base dell’origine della vita. “Questi esperimenti simulano l’energia elettrica prodotta nei sistemi geologici” spiega Barge. “E lo stesso modello può essere usato per esplorare l’ambiente di altri pianeti in cui è presente dell’acqua, come il satellite di Giove Europa”. Ecco quindi quali sono i potenziali nascosti in questa nuova ricerca: non solo capire come è cominciata la vita sulla Terra, ma anche cercarla altrove.
di Giulia Bonelli (INAF)

Un ricordo all’esperimento di Miller

Nel 1952 il professore americano Harold Clayton Urey, premio Nobel per la chimica nel 1934, incaricò un giovane ricercatore, Stanley Lloyd Miller, di eseguire un dato esperimento. All’interno di una boccia di vetro, Miller mise dell’acqua mantenuta ad alta temperatura e in un’altra boccia una miscela di idrogeno (H2), ammoniaca (NH3) e metano (CH4), cioè tutti quei gas che insieme al vapore acqueo (H2O) si pensava potessero costituire l’atmosfera primordiale. L’acqua calda, che avrebbe dovuto rappresentare secondo gli scienziati l’oceano primitivo, creava vapore che passando attraverso un tubo arrivava al recipiente che conteneva la miscela di gas. All’interno di quest’ultimo contenitore venivano generate scariche elettriche a 60.000 volt che dovevano riprodurre fenomeni temporaleschi probabilmente frequenti e intensi all’epoca dell’origine della Terra. L’esperimento durò una settimana, alla fine della quale si osservò con grosso stupore che nel recipiente dell’acqua si trovava un liquido rosso-arancio che conteneva molti composti, ma in particolare alcuni aminoacidi, cioè i precursori delle proteine che sono i componenti principali di ogni essere vivente. L’esperimento di Miller dimostrò che da composti semplici, che si pensava fossero presenti nell’atmosfera primordiale, si potevano formare molecole complesse, quelle appunto che si trovano nei composti organici di tutti gli organismi viventi. Si ipotizzò quindi che in un’atmosfera primitiva caratterizzata da continui fenomeni temporaleschi, calore e radiazioni ultraviolette, attraverso semplici processi chimici di sintesi, si sarebbero potuti formare i precursori biologici degli esseri viventi. In seguito le piogge avrebbero trasportato questi semplici composti organici fino al mare, dove, successivamente avrebbero potuto trasformarsi e accrescersi. Comunque creare in laboratorio gli aminoacidi non significa creare un organismo vivente, ma è ovvio che questo fu un importante passo avanti verso la formazione abiotica (cioè chimica) degli esseri viventi. Da allora molti scienziati hanno ripetuto l’esperimento di Miller con molte varianti. Si può modificare la composizione della miscela gassosa, variare la temperatura, usare altre forme di energia al posto delle scariche elettriche, ma il prodotto finale è sempre lo stesso: sostanza organica.

Stanley Lloyd Miller (Oakland, 7 marzo 1930 – National City, 20 maggio 2007) è stato un biochimico statunitense. È noto per i suoi studi nel campo dell’origine della vita, e in modo particolare per l’esperimento di Miller-Urey che dimostrò che dei composti organici possono essere creati da processi fisici abbastanza semplici a partire da sostanze inorganiche. Per svolgere l’esperimento, Miller ricreò le condizioni ambientali che si supponeva esistessero al tempo della Terra primordiale.  Stanley Miller studiò all’Università di Berkeley, conseguendo il bachelor nel 1951, e all’Università di Chicago dove conseguì il Ph.D. in chimica nel 1954. A Chicago fu allievo di Harold Urey. Miller continuò le sue ricerche presso il California Institute of Technology (1954–1955) e quindi passò al dipartimento di biochimica dellaColumbia University a New York, dove lavorò per i successivi cinque anni. Tornò poi in California dove divenne assistant professor(1960–1962), associate professor (1962–1968), e quindi professore di chimica all’Università della California a San Diego (dal 1968). Lavorò nel campo dell’origine della vita (è considerato un pioniere nel campo dell’esobiologia), della presenza in natura dei clatrati idratie dei meccanismi generali dell’anestesia. Fu membro della National Academy of Science e ricevette la Oparin Medal per i suoi importanti contributi nel campo dell’origine della vita. Nel 1828 Friedrich Wöhler aveva sintetizzato l’urea, che è una molecola organica e che precedentemente si pensava potesse essere prodotta solo da organismi viventi. L’esperimento di Miller-Urey andò oltre mostrando che delle biomolecole di base possono formarsi attraverso semplici processi fisici. Negli anni 1950 Urey presumeva che l’atmosfera della Terra primordiale fosse simile a quella presente oggi su Giove, cioè ricca di ammoniaca, metano e idrogeno. Miller, lavorando nel suo laboratorio all’Università di Chicago, dimostrò che tali composti, se sottoposti a una sorgente di energia come, per esempio, una scarica elettrica, possono reagire con l’acqua per produrre gli amminoacidi essenziali per la formazione della materia vivente: idee simili erano state avanzate dal chimico russo Aleksandr Oparin e dallo scienziato britannico J.B.S. Haldane fin dagli anni ’20. Miller riconobbe fondate alcune obiezioni all’ipotesi che l’atmosfera primordiale potesse essere riducente tanto quanto assumevano lui e Urey. Nel 2008 altri ricercatori ripresero gli studi di Miller usando attrezzature più moderne e sensibili. Gli esperimenti includevano simulazioni precedentemente non fatte, ad esempio con i gas rilasciati durante esplosioni vulcaniche. Le analisi successìve individuarono la presenza di ulteriori amminoacidi e di altre sostanze di interesse.

Quel puntino siamo noi

Speriamo che il 19 luglio,  alle ore 23:30 circa, non abbiate dimenticato di fermarvi, di smettere di rimuginare i soliti pensieri quotidiani, di guardare verso l’alto e sorridere. E che quel sorriso fosse degno di superare alla velocità della luce l’orbita di Marte, attraversare indenne la fascia degli asteroidi, lambire Saturno e dopo un viaggio di 80 minuti circa imprimersi nella CCD della camera di Cassini, insieme a miliardi di altri sorrisi. In un segno di poco più di un pixel. Quella di oggi potrebbe sembrare solo un’altra “semplice” fotografia della Terra scattata dallo spazio, un’immagine raw (grezza) e  bisognerà aspettare i prossimi mesi per vederla pulita, sistemata e rimontata in un ritratto inedito del Sistema di Saturno comprensivo della Terra. Il clamore mediatico che l’ha preceduta e l’invito della NASA rivolto a tutti i terrestri di partecipare all’evento spaziale (realizzando anche un gruppo Flicker di proprie immagini del momento) sembrano in contraddizione con i pochi sgranati pixel che dovrebbero rappresentare la Terra ripresa dall’orbita di Saturno. In realtà l’immagine di oggi va vista come il frutto di un progetto iniziato decine di anni fa, agli albori dell’esplorazione spaziale e che ha un obiettivo semplice e geniale: scattarci una foto dai confini del Sistema Solare. Realizzare una immagine dalla quale risulti chiaro come l’Essere umano sia piccolo (parlando di mere dimensioni fisiche) e contemporaneamente, come sia incredibilmente grande (in termini di ambizione scientifica e umana). Tracciando a ritroso la storia di questo progetto torniamo al 15 settembre 2006, quando Cassini già realizzò un’impresa simile da una distanza dalla Terra di 1,5 miliardi di km. Questa volta il ritratto era in colori naturali e la Terra compariva con un accenno di Luna, tra gli anelli del sistema di Saturno (nel box dell’immagine originale), in controluce rispetto alla luce del Sole. La scelta di inquadrare la Terra con questa particolare illuminazione è stata fatta dal team di Cassini per non rischiare di rovinare la CCD della sonda con la luce diretta della nostra stella.  A onor di cronaca, Cassini non è stata la prima a tentare l’impresa. Era il 14 febbraio 1990 quando  la sonda Voyager 1 dall’orbita di Nettuno a circa sei miliardi di chilometri di distanza dalla Terra, scattò una fotografia del pianeta Terra, un minuscolo, quasi indistinguibile puntino. L’idea di girare la fotocamera della sonda e scattare quella foto così assurda e così preziosa è stata del geniale astronomo e divulgatore scientifico Carl Sagan. A prima vista, la Terra appariva in quell’immagine come un puntino di 0,12 pixel quasi indistinguibile nella luce verde del Sole (inevitabile nel realizzare un’immagine di una zona così vicina al Sole). E se siete scettici e faticate a distinguere in quei pochi pixels  una delle immagini spaziali più famose ed evocative, nota al mondo come il “pale blue dot” (qui accanto), fermatevi un attimo. Come  scrisse Sagan (che cito per intero), considerate ancora quel puntino. “Quel puntino è qui. Quel puntino è casa. Quel puntino è noi. Su di esso, tutti coloro che ami, tutte le persone che conosci, tutti quelli di cui hai mai sentito parlare, ogni essere umano che sia mai esistito, ha vissuto qui la propria vita. L’insieme delle nostre gioie e dolori, migliaia di religioni, ideologie e dottrine economiche, così sicure di sé, ogni cacciatore e raccoglitore, ogni eroe e codardo, ogni creatore e distruttore di civiltà, ogni re e plebeo, ogni giovane coppia innamorata, ogni madre e padre, figlio speranzoso, inventore ed esploratore, ogni predicatore di moralità, ogni politico corrotto, ogni “superstar”, ogni “comandante supremo”, ogni santo e peccatore nella storia della nostra specie è vissuto lì. Su un minuscolo granello di polvere sospeso in un raggio di sole.”
Tutte le foto sono sul sito INAF nell’articolo di Livia Giacomini

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