Formazione della Luna

Secondo l’ipotesi dell’impatto gigante ampiamente accettata, la Luna si formò circa 4,5 miliardi di anni fa quando un corpo delle dimensioni di Marte chiamato Theia entrò in collisione con la Terra. Simulazioni e analisi delle rocce lunari suggeriscono che la Luna è composta principalmente da materiale proveniente dal mantello di Theia, che è simile nella composizione al mantello terrestre.

Composizione chimica della Luna

Tuttavia, i pianeti in genere hanno composizioni chimiche distinte. Se Theia si fosse formata lontano dalla Terra, la sua composizione avrebbe dovuto essere diversa e la composizione della Luna non dovrebbe assomigliare al mantello terrestre.

L’enigma del tungsteno

Un elemento che complica la storia dell’origine della Luna è il tungsteno. Il tungsteno è un elemento siderofilo che tende ad affondare verso i nuclei dei pianeti. Pertanto, la Luna e la Terra dovrebbero avere quantità molto diverse di tungsteno, poiché il mantello ricco di tungsteno di Theia sarebbe stato incorporato nella Luna durante l’impatto.

Similarità isotopiche

Due studi indipendenti hanno esaminato il rapporto tra due isotopi del tungsteno nelle rocce lunari e nei campioni terrestri. Hanno scoperto che le rocce lunari hanno un po’ più di tungsteno-182 rispetto alla Terra, una scoperta intrigante perché il tungsteno-182 è prodotto dal decadimento radioattivo dell’afnio-182, che ha una breve emivita.

L’ipotesi del rivestimento tardivo

La soluzione più semplice all’enigma del tungsteno è l’ipotesi del rivestimento tardivo. Questa ipotesi suggerisce che la Terra e la proto-Luna inizialmente avevano rapporti isotopici del tungsteno simili. Tuttavia, la Terra, essendo più grande e più massiccia, ha continuato ad attrarre planetesimi dopo l’impatto, aggiungendo nuovo materiale al suo mantello. Questo rivestimento tardivo avrebbe avuto più tungsteno-184 rispetto al tungsteno-182, mentre la Luna avrebbe mantenuto il rapporto dell’impatto.

Prove di un rivestimento tardivo

L’ipotesi del rivestimento tardivo è supportata dal fatto che la Terra ha più elementi siderofili (elementi che amano il ferro) nel suo mantello di quanto previsto. Questi elementi avrebbero dovuto affondare nel nucleo, ma devono essere stati portati sulla Terra dopo la formazione del nucleo dagli impatti dei meteoriti.

Similarità dei rapporti isotopici del tungsteno

Affinché la proto-Luna corrisponda al rapporto del tungsteno della Terra, Theia e la Terra devono essere iniziate con abbondanze di tungsteno molto simili. Risolvere questo enigma richiederà ulteriori studi planetari, ma la storia dell’origine lunare sta diventando più chiara.

Ruolo dei planetesimi nella formazione lunare

Le simulazioni hanno dimostrato che è più probabile che grandi impatti avvengano tra corpi che si sono formati vicini tra loro e quindi hanno composizioni simili. Ciò supporta l’idea che Theia si sia formata relativamente vicino alla Terra.

Planetesimi e rivestimento tardivo

I planetesimi hanno continuato a bombardare il giovane sistema solare dopo la formazione della Luna. La Terra raccolse più di questo materiale di rivestimento tardivo rispetto alla Luna, contribuendo ulteriormente alle differenze nelle loro composizioni.

La nebulosa solare: una nuova fonte d’acqua per la Terra

Per decenni, gli scienziati hanno ipotizzato che l’acqua della Terra provenisse da comete e asteroidi ricchi di ghiaccio. Tuttavia, nuove ricerche suggeriscono che anche la nebulosa solare, ovvero le nubi di gas e polvere che si sono formate dopo la nascita del Sole, potrebbe aver avuto un ruolo.

La composizione chimica dell’acqua è semplice: due parti di idrogeno e una parte di ossigeno. L’idrogeno è abbondante nell’universo, quindi qualsiasi fonte di idrogeno avrebbe potuto contribuire all’acqua della Terra.

Idrogeno dalla nebulosa solare

Il gas idrogeno all’interno della nebulosa solare è stato incorporato nei pianeti durante la loro formazione. La maggior parte di questo idrogeno rimane intrappolata nel nucleo della Terra, ma una parte è sfuggita e ha contribuito agli elementi costitutivi delle molecole d’acqua. Questo idrogeno ha un rapporto più basso di deuterio, un isotopo pesante dell’idrogeno, rispetto all’idrogeno normale presente nell’acqua di asteroidi o comete.

Interazioni tra asteroidi ricchi d’acqua e nebulosa solare

All’inizio della storia della Terra, gli asteroidi ricchi d’acqua si sono scontrati tra loro, formando embrioni planetari con uno strato esterno di magma. Il gas della nebulosa solare, ricco di idrogeno, ha incontrato questo magma, creando un’atmosfera e inviando idrogeno disciolto all’interno degli embrioni.

Frazionamento isotopico e distribuzione dell’acqua sulla Terra

Il frazionamento isotopico ha fatto sì che l’idrogeno normale si spostasse più in profondità nel nucleo, mentre gli isotopi di deuterio sono rimasti nel mantello. Man mano che la Terra si fondeva con altri corpi celesti, ha acquisito abbastanza acqua e massa per raggiungere le sue dimensioni finali.

L’importanza dell’idrogeno della nebulosa solare

Gli impatti di asteroidi hanno generato la maggior parte dell’acqua della Terra, ma una piccola porzione vicino al nucleo sembra provenire dalla nebulosa solare. Questa scoperta suggerisce che anche i pianeti lontani da asteroidi ricchi d’acqua possono avere acqua.

Implicazioni per l’abitabilità degli esopianeti

Le scoperte del team potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere meglio l’abitabilità di altri pianeti. Esse indicano che i pianeti potrebbero avere una “soglia” di acqua indipendentemente dalla loro distanza dalle fonti d’acqua. Ciò supporta l’idea di una rapida crescita planetaria e del potenziale per la vita su altri mondi.

Approfondimenti aggiuntivi

• L’acqua trovata nelle profondità della Terra ha un rapporto diverso di isotopi pesanti dell’idrogeno e idrogeno normale, indicando un punto di origine distinto dagli asteroidi e dalle comete.
• Il gas della nebulosa solare ha contribuito alla formazione di una molecola d’acqua su 100 sulla Terra.
• L’acqua della Terra è probabilmente una combinazione di fonti, tra cui asteroidi, comete e la nebulosa solare.
• La presenza di idrogeno della nebulosa solare nell’acqua della Terra ha implicazioni per la comprensione dell’abitabilità di altri pianeti.