Sotto i nostri piedi potrebbe trovarsi una riserva di idrogeno molto più grande di quanto immaginiamo. Uno studio pubblicato su Nature Communications stima che il nucleo terrestre possa contenere tra lo 0,07 e lo 0,36% di idrogeno in peso: abbastanza da equivalere, in termini di contenuto di questo elemento, a quello presente in 9-45 oceani terrestri. Non si tratta quindi di un immenso mare sotterraneo. Nel nucleo non esistono oceani di acqua liquida: l’idrogeno è incorporato nei materiali metallici sottoposti a pressioni e temperature estreme.
Perché è così difficile sapere cosa contiene il nucleo
Il centro della Terra si trova a migliaia di chilometri sotto la superficie ed è impossibile raggiungerlo direttamente. Gli scienziati ne ricostruiscono la composizione attraverso onde sismiche, esperimenti ad alta pressione e modelli geofisici. Sappiamo che il nucleo è formato prevalentemente da ferro e contiene anche nichel, ma la sua densità indica la presenza di elementi più leggeri. Tra i candidati ci sono silicio, ossigeno e idrogeno. Proprio quest’ultimo è particolarmente difficile da misurare perché è l’elemento più leggero e può sfuggire facilmente alle tradizionali tecniche sperimentali.
Gli scienziati hanno ricreato la giovane Terra in laboratorio
Per affrontare il problema, Dongyang Huang e colleghi hanno cercato di riprodurre le condizioni presenti durante la formazione del nucleo terrestre. Piccolissimi campioni di ferro e materiale silicatico contenente acqua sono stati compressi utilizzando celle ad incudine di diamante. Gli esperimenti hanno raggiunto pressioni fino a circa 111 gigapascal e temperature di migliaia di gradi. In questo modo i ricercatori hanno simulato, almeno in parte, ciò che potrebbe essere accaduto quando la Terra primordiale era un mondo estremamente caldo e differenziava progressivamente il proprio nucleo metallico dal mantello.
La chiave era nascosta in strutture grandi pochi nanometri
Dopo aver raffreddato i campioni, il gruppo ha utilizzato la tomografia a sonda atomica, una tecnica capace di ricostruire la distribuzione degli elementi su scala nanometrica. All’interno della lega di ferro sono state individuate minuscole strutture ricche di silicio, ossigeno e idrogeno. Il particolare decisivo era il rapporto molare tra silicio e idrogeno, risultato vicino a uno a uno. Poiché la quantità di silicio che potrebbe trovarsi nel nucleo è relativamente meglio vincolata da esperimenti e modelli geofisici, questo rapporto ha permesso agli scienziati di stimare indirettamente quanto idrogeno possa esservi intrappolato.
Da qui nascono i famosi “45 oceani”
Applicando il rapporto osservato alle stime della composizione del nucleo, i ricercatori hanno ottenuto un intervallo compreso tra 0,07 e 0,36% di idrogeno in peso. Tradotto in un’immagine più comprensibile, corrisponderebbe all’idrogeno contenuto in circa 9-45 volte l’acqua degli oceani attuali. È però importante non trasformare l’equivalenza in qualcosa che lo studio non afferma: nel nucleo non sono state osservate gigantesche masse d’acqua. Si parla dell’elemento necessario a formare quella quantità di H₂O se fosse disponibile anche l’ossigeno nelle condizioni appropriate.
La scoperta cambia la storia dell’acqua terrestre
Il risultato interessa soprattutto una delle grandi domande della scienza planetaria: da dove arriva l’acqua della Terra? Una vecchia immagine popolare attribuisce un ruolo dominante a comete e altri corpi ghiacciati precipitati sul pianeta dopo la sua formazione. Oggi lo scenario è più articolato. Secondo gli autori, se il nucleo contiene davvero quantità così elevate di idrogeno, la Terra deve aver acquisito gran parte dei suoi elementi volatili già durante le principali fasi di accrescimento, circa 4,5 miliardi di anni fa, invece di riceverli prevalentemente attraverso un bombardamento tardivo di comete.
Quel serbatoio potrebbe avere influenzato anche la superficie
La presenza di idrogeno nel nucleo non riguarda soltanto il passato remoto. Una parte potrebbe essere stata trasferita nel corso della storia terrestre verso il mantello, dove l’idrogeno può contribuire alla formazione di acqua e modificare il comportamento delle rocce. L’acqua abbassa infatti le temperature alle quali alcuni materiali del mantello iniziano a fondere, con possibili conseguenze per la produzione di magma e il vulcanismo. Gli autori discutono inoltre possibili implicazioni per l’evoluzione iniziale del nucleo e del campo magnetico terrestre, anche se ricostruire questi processi richiede ancora numerosi passaggi e ulteriori verifiche.
Una stima affascinante, non 45 oceani scoperti sotto i nostri piedi
La cifra resta soggetta a un’incertezza considerevole: 9 e 45 oceani rappresentano estremi molto distanti. Gli stessi ricercatori sottolineano le difficoltà nel quantificare l’idrogeno e la necessità di fare ipotesi sulla composizione della Terra primitiva. Non abbiamo quindi scoperto un oceano nascosto da cui un giorno potrebbe emergere acqua. La scoperta è forse ancora più interessante: suggerisce che il cuore metallico del pianeta possa conservare una quantità enorme di idrogeno antichissimo, intrappolato fin dalla nascita della Terra. E questo potrebbe significare che la storia dell’acqua che oggi riempie mari, nuvole e organismi viventi sia iniziata molto prima di quanto racconti l’immagine delle comete che portarono l’acqua sulla giovane Terra.
