La Terra e Marte si sono formate da materiali che hanno avuto origine in gran parte nel sistema solare interno; Solo una piccola percentuale degli elementi costitutivi di questi due pianeti ha avuto origine al di fuori dell’orbita di Giove. Un gruppo di ricercatori guidati dall’Università di Münster (Germania) ha pubblicato oggi questi risultati sulla rivista progresso scientifico. Forniscono il confronto più completo della storia della composizione isotopica della Terra e di Marte e dei materiali da costruzione originali del sistema solare interno ed esterno. Parte di questo materiale è ancora oggi presente in gran parte immutato nei meteoriti. I risultati dello studio hanno conseguenze di vasta portata per la nostra comprensione del processo che ha formato i pianeti Mercurio, Venere, Terra e Marte. La teoria secondo cui i quattro pianeti rocciosi sono cresciuti fino alle dimensioni attuali accumulando ciottoli di polvere di dimensioni millimetriche provenienti dal sistema solare esterno che non sono propellenti.

Circa 4,6 miliardi di anni fa, nei primi giorni del nostro sistema solare, un disco di polvere e gas ruotava attorno al giovane sole. Due teorie descrivono come i pianeti interni rocciosi si siano formati nel corso di milioni di anni da questo materiale da costruzione originale. Secondo la vecchia teoria, la polvere nel sistema solare interno si è agglomerata in pezzi più grandi, raggiungendo gradualmente le dimensioni della nostra luna. La collisione di questi embrioni planetari ha infine portato ai pianeti interni Mercurio, Venere, Terra e Marte. Tuttavia, una teoria più recente favorisce un diverso processo di crescita: “ghiaia” di polvere di dimensioni millimetriche migrata dal sistema solare esterno verso il sole. Sulla loro strada, sono stati impilati sugli embrioni planetari del sistema solare interno e, passo dopo passo, li hanno ingranditi fino alle dimensioni attuali.

Entrambe le teorie si basano su modelli teorici e simulazioni al computer volte a ricostruire condizioni e dinamiche nel primo sistema solare; Entrambi descrivono un possibile percorso verso la formazione del pianeta. Ma quale ha ragione? Che processo è realmente avvenuto? Per rispondere a queste domande nel loro studio attuale, ricercatori dell’Università di Münster (Germania), dell’Observatoire de la Cote d’Azur (Francia), del California Institute of Technology (USA), del Museo di Storia Naturale di Berlino (Germania), e l’Università di Berlino ha identificato la struttura libera (Germania) esatta dei pianeti rocciosi Terra e Marte. “Volevamo scoprire se i mattoni della Terra e di Marte hanno avuto origine nel sistema solare esterno o interno”, afferma il dottor Christoph Burckhardt dell’Università di Münster, primo autore dello studio. A tal fine, gli isotopi di metalli rari come il titanio, lo zirconio e il molibdeno trovati in minuscole tracce negli strati esterni ricchi di silicato di entrambi i pianeti forniscono importanti indizi. Gli isotopi sono tipi diversi dello stesso elemento, che differiscono solo per il peso dei loro nuclei atomici.

Meteoriti per riferimento

Gli scienziati ipotizzano che nel primo sistema solare questi e altri isotopi metallici non fossero distribuiti uniformemente. Piuttosto, la sua abbondanza dipendeva dalla distanza dal sole. Pertanto, contengono preziose informazioni su dove hanno avuto origine gli elementi costitutivi di un particolare oggetto nel primo sistema solare.

Come riferimento per l’inventario isotopico originale del sistema solare esterno ed interno, i ricercatori hanno utilizzato due tipi di meteoriti. Questi pezzi di roccia generalmente hanno trovato la loro strada verso la Terra dalla cintura degli asteroidi, l’area tra le orbite di Marte e Giove. Sono in gran parte considerate sostanze pure fin dagli inizi del sistema solare. Mentre le cosiddette condriti carboniose, che possono contenere meno carbonio, hanno avuto origine al di fuori dell’orbita di Giove e successivamente si sono spostate nella fascia degli asteroidi a causa dell’influenza dei giganti gassosi in crescita, le loro cugine più prive di carbonio, le condriti non carbonatiche, sono veri figli del sistema solarium interno.

L’esatta composizione isotopica degli strati rocciosi più esterni accessibili dalla Terra e di quelli dei due tipi di meteoriti è stata studiata da tempo; Tuttavia, non ci sono state analisi relativamente complete delle rocce marziane. Nel loro studio attuale, i ricercatori hanno ora esaminato campioni di un totale di 17 meteoriti marziani, che possono essere assegnati a sei tipi tipici di roccia marziana. Inoltre, gli scienziati hanno studiato per la prima volta le abbondanze di tre diversi isotopi metallici.

I campioni di meteoriti marziani sono stati prima scansionati e sottoposti a un complesso trattamento chimico. Utilizzando uno spettrometro di massa al plasma multifattoriale presso l’Istituto di scienze planetarie dell’Università di Münster, i ricercatori sono stati quindi in grado di rilevare tracce di isotopi di titanio, zirconio e molibdeno. Hanno quindi eseguito simulazioni al computer per calcolare la proporzione in cui i materiali da costruzione trovati oggi devono essere combinati in condriti carbonatiche e non carboniche sulla Terra e su Marte al fine di riprodurre le strutture misurate. In tal modo, hanno considerato due diversi stadi di accumulo per spiegare la diversa storia degli isotopi di titanio e zirconio e degli isotopi di molibdeno, rispettivamente. A differenza del titanio e dello zirconio, il molibdeno si accumula principalmente nel nucleo metallico del pianeta. Le tracce che sono ancora presenti oggi negli strati esterni ricchi di silicati possono essere aggiunte solo durante l’ultima fase della crescita del pianeta.

I risultati dei ricercatori mostrano che gli strati rocciosi esterni della Terra e di Marte hanno poco in comune con le condriti carboniose del sistema solare esterno. Rappresentano solo il 4% circa degli elementi costitutivi originali di entrambi i pianeti. Il professor Thorsten Klein dell’Università di Münster, che è anche direttore dell’Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare a Göttingen, afferma: “Pertanto, non possiamo confermare questa teoria sulla formazione del pianeta interno”, aggiunge.

Materiali da costruzione mancanti

Ma nemmeno la composizione della Terra e di Marte corrisponde a quella delle condriti non carboniose. Le simulazioni al computer indicano che dovrebbe essere in funzione anche un diverso tipo di materiale da costruzione. “La composizione isotopica di questo terzo tipo di materiale da costruzione, come dedotto dalle nostre simulazioni al computer, indica che deve aver avuto origine nella regione più interna del Sistema Solare”, spiega Christoph Burckhardt. Poiché gli oggetti vicino al Sole non sono mai stati dispersi nella fascia degli asteroidi, questo materiale è stato quasi completamente assorbito nei pianeti interni e quindi non si trova nei meteoriti. “Sono, per così dire, ‘materiali da costruzione mancanti’ a cui oggi non abbiamo più accesso diretto”, afferma Thorsten Kleine.

L’improvvisa scoperta non cambia i risultati dello studio della teoria della formazione dei pianeti. Christoph Burckhardt conclude che “il fatto che la Terra e Marte sembrino contenere principalmente materiale proveniente dal sistema solare interno è adatto alla formazione di pianeti da collisioni di grandi corpi nel sistema solare interno”.