La Terra si è formata in tempi relativamente brevi dalla nube di polvere e gas attorno al Sole, intrappolando acqua e gas nel mantello del pianeta, secondo una ricerca pubblicata il 5 dicembre sulla rivista Natura . Oltre a stabilire le origini della Terra, il lavoro potrebbe aiutare a identificare i sistemi extrasolari che potrebbero supportare i pianeti abitabili.

Attingendo ai dati dalle profondità della Terra allo spazio profondo, Il professor Sujoy Mukhopadhyay dell'Università della California Davis e il ricercatore post-dottorato Curtis Williams hanno utilizzato isotopi al neon per mostrare come si è formato il pianeta.

"Stiamo cercando di capire dove e come è stato acquisito il neon nel mantello terrestre, che ci dice quanto velocemente si è formato il pianeta e in quali condizioni, " ha detto Williams.

Il neon è in realtà un sostituto per i gas come l'acqua, l'anidride carbonica e l'azoto provenivano da ha detto Williams. A differenza di questi composti che sono essenziali per la vita, il neon è un gas nobile inerte, e non è influenzato da processi chimici e biologici.

"Quindi il neon conserva un ricordo della sua provenienza anche dopo quattro miliardi e mezzo di anni, "Ha detto Mukhopadhyay.

Ci sono tre idee contrastanti su come la Terra si sia formata da un disco protoplanetario di polvere e gas oltre quattro miliardi di anni fa e su come l'acqua e altri gas siano stati consegnati alla Terra in crescita. Nel primo, il pianeta è cresciuto in modo relativamente rapido nell'arco di due-cinque milioni di anni e ha catturato il gas dalla nebulosa, la vorticosa nuvola di polvere e gas che circonda il giovane Sole. La seconda teoria suggerisce che le particelle di polvere si siano formate e siano state irradiate dal Sole per qualche tempo prima di condensarsi in oggetti in miniatura chiamati planetesimi che sono stati successivamente consegnati al pianeta in crescita. Nella terza opzione, la Terra si è formata in modo relativamente lento e i gas sono stati rilasciati da meteoriti di condrite carboniosa ricchi di acqua, carbonio e azoto.

Questi diversi modelli hanno conseguenze su come era la Terra primitiva, ha detto Mukhopadhyay. Se la Terra si fosse formata rapidamente dalla nebulosa solare, avrebbe avuto molto gas idrogeno in corrispondenza o in prossimità della superficie. Ma se la Terra si fosse formata da condriti carboniose, il suo idrogeno sarebbe arrivato nella forma più ossidata, acqua.

Neon dal fondo dell'oceano allo spazio profondo

Per capire quale delle tre idee in competizione sulla formazione dei pianeti e sulla distribuzione dei gas fosse corretta, Williams e Mukhopadhyay hanno misurato accuratamente i rapporti degli isotopi al neon che erano intrappolati nel mantello terrestre quando si è formato il pianeta. Il neon ha tre isotopi, neon-20, 21 e 22. Tutti e tre sono stabili e non radioattivi, ma il neon-21 è formato dal decadimento radioattivo dell'uranio. Quindi le quantità di neon-20 e 22 nella Terra sono rimaste stabili da quando il pianeta si è formato e lo rimarranno per sempre, ma neon-21 si accumula lentamente nel tempo. Si prevede che i tre scenari per la formazione della Terra abbiano rapporti diversi tra neon-20 e neon-22.

Il modo più vicino che potevano raggiungere il mantello era guardare le rocce chiamate basalti a cuscino sul fondo dell'oceano. Queste rocce vetrose sono i resti di flussi dalle profondità della Terra che si sono riversati e si sono raffreddati nell'oceano, successivamente raccolti da una spedizione di perforazione guidata dall'Università del Rhode Island, che mette la sua collezione a disposizione di altri scienziati.

I gas si trovano in minuscole bolle all'interno del basalto. Usando una pressa, Williams ha rotto schegge di basalto in una camera sigillata, permettendo ai gas di fluire in uno spettrometro di massa sensibile.

Ora per la parte spaziale. Ricercatori precedenti hanno stabilito il rapporto isotopico del neon per il modello della "nebulosa solare" (prima formazione rapida) con i dati della missione Genesis, che catturava le particelle del vento solare. I dati per il modello "particelle irradiate" provengono da analisi dei suoli lunari e dei meteoriti. Finalmente, meteoriti di condrite carboniosa hanno fornito dati per il modello di "accrescimento tardivo".

Dimensioni minime per un pianeta abitabile

I rapporti isotopici che hanno trovato erano ben al di sopra di quelli per i modelli "particelle irradiate" o "accrescimento tardivo", Williams ha detto, e sostenere una rapida formazione precoce.

"Questa è una chiara indicazione che c'è neon nebulare nel mantello profondo, " ha detto Williams.

Neon, ricordare, è un marcatore per quegli altri composti volatili. Idrogeno, acqua, anidride carbonica e azoto si sarebbero condensati nella Terra allo stesso tempo, tutti ingredienti che, per quanto ne sappiamo, andare a creare un pianeta abitabile.

I risultati implicano che per assorbire questi composti vitali, un pianeta deve raggiungere una certa dimensione, la dimensione di Marte o un po' più grande, prima che la nebulosa solare si dissipi. Le osservazioni di altri sistemi solari mostrano che questo richiede dai due ai tre milioni di anni, ha detto Williams.

Lo stesso processo avviene intorno ad altre stelle? Osservazioni dall'Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, osservatorio in Cile suggeriscono che lo fa, hanno detto i ricercatori.

ALMA utilizza una serie di 66 radiotelescopi che funzionano come un unico strumento per l'immagine di polvere e gas nell'universo. Può vedere i dischi di polvere e gas che formano pianeti attorno ad alcune stelle vicine. In alcuni casi, ci sono bande scure in quei dischi dove la polvere è stata esaurita.

"Ci sono un paio di modi in cui la polvere può essere eliminata dal disco, e uno di questi è che stanno formando pianeti, " ha detto Williams.

"Possiamo osservare la formazione di pianeti in un disco di gas in altri sistemi solari, e c'è una registrazione simile del nostro sistema solare conservata all'interno della Terra, "Ha detto Mukhopadhyay. "Questo potrebbe essere un modo comune per la formazione di pianeti altrove."