L’acqua che si forma nelle profondità della Terra

Nelle profondità della crosta terrestre e del mantello, l’idrogeno molecolare può reagire con minerali privi di acqua dando origine a nuove molecole d’acqua. È quanto emerge da una ricerca pubblicata sulla rivista Science Advances, che propone una nuova interpretazione del ciclo dell’acqua nel sottosuolo terrestre e apre prospettive anche nell’ambito dell’astrobiologia.

Lo studio, intitolato Unconventional water and hydrous mineral formation from dry minerals and H2 fluids, è stato coordinato da Alberto Vitale Brovarone, docente del dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali dell’Università di Bologna. Al progetto hanno partecipato anche ricercatori fra i quali Simone Tumiati dell’Università degli Studi di Milano, Fabrizio Nestola dell’Università di Padova e Donato Giovannelli dell’Università Federico II di Napoli, insieme a un gruppo internazionale composto da studiosi francesi, statunitensi, tedeschi e dell’Agenzia Spaziale Europea.

"Il nostro lavoro di ricerca mostra che l’idrogeno molecolare, presente in profondità nella crosta e nel mantello terrestri, può reagire con minerali anidri, cioè privi di acqua, per generare, attraverso semplici reazioni chimiche di ossidoriduzione, sia nuova acqua che nuovi minerali idratati", spiega Alberto Vitale Brovarone, primo autore dello studio. "Questa scoperta cambia profondamente il modo in cui concepiamo il ciclo dell’acqua nelle profondità della Terra, con implicazioni sulla genesi dei magmi, sulla sismicità e sulla possibilità di vita nel sottosuolo profondo".

Simone Tumiati, coautore della ricerca e docente della Statale, ha contribuito “progettando e realizzando, presso il Laboratorio di Petrologia Sperimentale del dipartimento di Scienze della Terra “Ardito Desio”, esperimenti ad alta pressione e temperatura che hanno riprodotto l’interazione tra idrogeno molecolare e minerali anidri nelle profondità della Terra. Ho inoltre curato l’estrazione e l’analisi, mediante spettrometria di massa quadrupolare, dei volatili intrappolati nelle capsule sperimentali, consentendo di identificare la formazione di “acqua non convenzionale” prodotta dall’ossidazione dell’idrogeno durante le reazioni”.

Da tempo gli scienziati sanno che l’acqua presente nella litosfera ha avuto un ruolo decisivo nell’evoluzione geologica del pianeta e nello sviluppo della vita. Alcuni processi geologici, tuttavia, possono separare ossigeno e idrogeno molecolare, permettendo a quest’ultimo di disperdersi. Partendo dalla crescente evidenza della presenza di idrogeno nel sottosuolo terrestre, i ricercatori hanno quindi cercato di capire se il contatto tra fluidi ricchi di H₂ e minerali contenenti ossigeno fosse sufficiente a produrre nuova acqua.

"Sia i campioni di roccia analizzati, che gli esperimenti in laboratorio, che ancora la modellizzazione termodinamica che abbiamo realizzato suggeriscono una risposta positiva", dice Vitale Brovarone. "La produzione di quantità anche minime di molecole d'acqua da reazioni di questo tipo può influenzare profondamente le proprietà chimiche e fisiche delle rocce e dei fluidi della crosta e del mantello, e queste reazioni chimiche potrebbero persino garantire la presenza comunità microbiche a grandi profondità all'interno della crosta terrestre".

I ricercatori evidenziano che la trasformazione dell’idrogeno molecolare in acqua in ambienti geologici inizialmente secchi potrebbe abbassare il punto di fusione delle rocce profonde, favorendo così la formazione di magma. Parallelamente, la comparsa di acqua libera nelle profondità terrestri sarebbe in grado di alterare le proprietà meccaniche delle rocce, facilitandone la deformazione e incidendo quindi sui processi legati all’attività sismica.

Le implicazioni non riguardano soltanto la Terra. Processi analoghi potrebbero infatti verificarsi anche su altri corpi celesti, suggerendo la possibile presenza di minerali idratati in ambienti ritenuti finora completamente aridi. Inoltre, la formazione di acqua nel sottosuolo potrebbe ampliare in modo significativo le aree considerate potenzialmente abitabili nella ricerca di forme di vita extraterrestre.