Il più grande serbatoio di idrogeno della Terra potrebbe trovarsi dove finora è stato più difficile cercarlo: nel suo nucleo. Uno studio pubblicato su Nature Communications suggerisce che il cuore metallico del pianeta contenga una quantità di idrogeno compresa tra 9 e 45 volte quella presente in tutti gli oceani. Se confermata, la scoperta ridefinirebbe il ruolo dell’interno terrestre nel ciclo globale degli elementi volatili.
Da anni la comunità scientifica discute sull’origine dell’idrogeno e dell’acqua terrestre. Una delle ipotesi più diffuse attribuisce l’arrivo di questi elementi agli impatti di comete e asteroidi avvenuti dopo la formazione del nucleo; un’altra teoria sostiene invece che la Terra primordiale fosse già ricca di idrogeno e che una gran parte di esso sia stata inglobata nelle sue profondità durante le prime fasi di accrescimento planetario.
Un nuovo metodo per misurare l’idrogeno nel ferro
Il tema centrale del dibattito è sempre stato uno: quanto idrogeno è effettivamente intrappolato nel nucleo? Misurarlo direttamente è pressoché impossibile. Le condizioni estreme – pressioni superiori a un milione di volte quella atmosferica e temperature di migliaia di gradi – rendono inaccessibile qualsiasi osservazione diretta. Anche le stime indirette – basate su modelli sismici o su esperimenti di laboratorio tradizionali – hanno dei margini di incertezza limitanti. In passato, molte valutazioni si sono basate sulla diffrazione a raggi X, una tecnica che analizza come i materiali disperdono i raggi per dedurne la struttura cristallina.
Poiché il nucleo terrestre è composto prevalentemente da ferro, gli scienziati hanno studiato come l’aggiunta di idrogeno ne modifichi la struttura atomica. Tuttavia, questo approccio presuppone che altri elementi presenti nel nucleo – come silicio e ossigeno – non alterino in modo sostanziale il reticolo cristallino del ferro, un’ipotesi che potrebbe non essere valida in condizioni estreme. Il nuovo studio ha adottato un metodo differente: la tomografia a sonda atomica. Questa tecnica consente di mappare in tre dimensioni la distribuzione degli elementi su scala nanometrica, offrendo una risoluzione molto più elevata rispetto alle metodologie precedenti.
I ricercatori hanno simulato in laboratorio le condizioni della Terra primordiale utilizzando una cella a incudine di diamante, uno strumento capace di generare pressioni enormi comprimendo un campione tra due punte di diamante. Per riprodurre l’ambiente del nucleo in formazione, il team ha inserito un piccolo campione di ferro in una capsula contenente materiali ricchi di silicio, ossigeno e idrogeno, quindi lo ha riscaldato con laser fino a temperature di circa 4.800 °C. In queste condizioni, gli elementi hanno iniziato a dissolversi nel ferro fuso, simulando il processo che potrebbe essere avvenuto circa 4,5 miliardi di anni fa.
Quanto idrogeno contiene davvero il nucleo
Le analisi hanno mostrato che idrogeno, silicio e ossigeno entrano simultaneamente nella struttura del ferro in condizioni estreme, formando configurazioni atomiche finora non osservate. Sulla base del rapporto tra i due elementi misurato negli esperimenti e delle stime precedenti sul contenuto di silicio del nucleo, i ricercatori hanno calcolato che l’idrogeno rappresenterebbe tra lo 0,07% e lo 0,36% della massa del nucleo terrestre.
Può sembrare una percentuale minima, ma considerata l’enorme massa del nucleo equivale a una quantità colossale. Se quell’idrogeno si combinasse con l’ossigeno per formare acqua, corrisponderebbe, per l’appunto, a un volume tra 9 e 45 volte quello di tutti gli oceani attuali.
Il dato più sorprendente riguarda però il momento dell’incorporazione: se la maggior parte dell’idrogeno fosse arrivata dopo la formazione completa del nucleo – ad esempio tramite impatti cometari – si troverebbe prevalentemente negli strati più esterni del pianeta. La presenza di un vasto inventario nel nucleo suggerisce invece fosse già disponibile durante le prime fasi dell’accrescimento terrestre e sia stato inglobato mentre il ferro fuso sprofondava verso il centro.
Vuoi sapere cosa succede davvero nel mondo? Con i corsi on demand di InsideOver puoi approfondire gli eventi globali insieme ai nostri esperti, provare anteprime gratuite e scegliere il percorso giusto per te. Scoprili qui: https://it.insideover.com/academy
Le implicazioni per l’origine dell’acqua e la dinamica terrestre
Le implicazioni non si limitano alla storia primordiale della Terra: la presenza di idrogeno nel nucleo potrebbe influenzare proprietà fondamentali come la densità, la dinamica interna e persino il comportamento del campo magnetico generato dal movimento del ferro liquido. Nel lungo periodo, una parte potrebbe anche migrare verso il mantello, contribuendo ai cicli geochimici profondi.
Ad ogni modo, lo studio non elimina del tutto le incertezze: le condizioni simulate in laboratorio – per quanto estreme – restano una semplificazione rispetto alla complessità del pianeta reale. Gli autori sottolineano che saranno necessari ulteriori esperimenti e modelli per affinare le stime e comprendere meglio il ruolo dell’idrogeno nelle profondità terrestri.
Resta però un punto fermo: l’acqua che vediamo in superficie potrebbe rappresentare solo una frazione di un inventario molto più vasto nascosto nelle regioni più interne del pianeta. Se il nucleo è davvero il principale serbatoio di idrogeno della Terra, la nostra comprensione dell’origine dell’acqua e dell’evoluzione geologica del pianeta dovrà quindi essere rivista alla luce di questa nuova prospettiva.