Una luna gigante e un’atmosfera di vapore hanno creato gli ingredienti per la vita

4,5 miliardi di anni fa fu un periodo interessante per la Terra. L’atmosfera era densa e, come la definiremmo oggi, tossica. La Luna, appena formatasi, appariva molto più massiccia di quanto non sia oggi e brillava debolmente per il calore residuo della sua stessa formazione. E il pavimento era letteralmente lava. Ovunque. Se all’epoca ci fossero stati dei bambini, non avrebbero avuto alcuna possibilità di vincere quella partita. Per molto tempo, però, gli scienziati hanno pensato che questa fase di fusione della Terra non fosse durata a lungo. Ma secondo un nuovo studio, disponibile sul server di preprint arXiv e pubblicato dai ricercatori del Kapteyn Astronomical Institute, potrebbe essere durata per oltre mezzo miliardo di anni.

Perché così tanto tempo? Il magma che componeva la superficie terrestre non si sarebbe raffreddato prima o poi fino a solidificarsi? A lungo termine, sì, ma questo processo può essere prolungato da due fattori contrastanti: le forze mareali generate dalla luna appena formatasi e l’effetto serra dell’atmosfera primordiale terrestre.

Oggi sappiamo che la Luna è la causa delle maree oceaniche, ma quando si era appena formata (ed era molto più vicina di adesso), ebbe un impatto ancora più drammatico sulla struttura fisica della Terra. Poiché le forze gravitazionali aumentano con la distanza, questa Luna vicina impastava l’interno della Terra come se fosse pasta. Questo creò il “riscaldamento mareale” che generò un enorme calore interno, alimentando gli oceani di magma dall’interno.

D’altro canto, la Terra può irradiare quel calore nello spazio, raffreddandosi gradualmente e raggiungendo una superficie solida. Ma ciò non sarebbe possibile se la sua capacità di dissipare il calore fosse bloccata da un’atmosfera. Il magma stesso ha rilasciato gas proprio in un’atmosfera di questo tipo, creando un enorme effetto serra che eclissa qualsiasi fenomeno simile si verifichi oggi.

Per modellare questa dinamica tra il riscaldamento interno causato dalla Luna e l’effetto serra causato dall’atmosfera, gli autori hanno utilizzato un modello di evoluzione planetaria chiamato PROTEUS. Utilizzando questo modello, hanno scoperto che ci sono stati diversi periodi in cui la Terra si trovava in equilibrio radiativo globale, ovvero rilasciava calore nello spazio quasi alla stessa velocità con cui veniva riscaldata dalle forze mareali della Luna. Durante questi periodi, il magma non si solidificava; al contrario, la solidificazione della Terra si arrestava. E secondo lo studio, questi periodi di stallo potevano durare da 2 a 320 milioni di anni.

Questa ampia variabilità è causata da un aspetto particolare della chimica terrestre: la fugacità dell’ossigeno , ovvero il grado di ossidazione o riduzione del mantello. Se fosse stato ossidante, avrebbe trattenuto l’acqua fino alle fasi finali, quando gli oceani di magma iniziarono a cristallizzare. Quando finalmente si degastò sotto forma di vapore, si sarebbe creata un’enorme coltre di gas serra, che avrebbe mantenuto la superficie allo stato fuso per un periodo molto più lungo rispetto ad altri scenari.

Se, d’altra parte, il mantello fosse stato riducente (ovvero dominato da idrogeno e metano), il pianeta avrebbe rilasciato i suoi gas serra precocemente, causando un effetto serra molto minore. In questo caso, l’unico modo in cui la superficie sarebbe rimasta fusa per periodi più lunghi sarebbe stato se le maree lunari fossero state molto più intense di quanto previsto inizialmente.

Un mondo di magma del genere non è solo un incubo per i bambini che giocano a “Il pavimento è lava”, ma sembra anche piuttosto terribile per dare origine alla vita stessa. Tuttavia, secondo lo studio, una fase di oceano di magma così prolungata potrebbe essere stata esattamente ciò di cui la vita aveva bisogno per iniziare in seguito. Le condizioni durante questa fase di oceano di magma di lunga durata, in particolare per le fugacità di ossigeno superficiale vicino al tampone ferro-wüstite, hanno determinato un rapporto metano/anidride carbonica atmosferico di circa 0,1. Questo valore può sembrare molto specifico, ma è la chiave per la produzione fotochimica di acido cianidrico.

Oggi, quella sostanza chimica è letale per la maggior parte delle forme di vita. Ma agli albori della vita, gli astrobiologi la consideravano una molecola precursore fondamentale per la creazione di RNA e proteine, in altre parole i mattoni stessi della vita. Pertanto, la fase di oceano di magma terrestre, alimentata dalla nostra Luna, molto più vicina, potrebbe aver dato alla Terra il tempo necessario per accumulare un surplus di sostanze chimiche prebiotiche che avrebbero poi innescato la scintilla della vita in un secondo momento della storia del pianeta.

Non ne abbiamo la certezza, ma è un’ipotesi intrigante, supportata da una logica chimica. Resta da vedere se ciò significhi che la Terra stessa rappresenti un’eccezione in termini di condizioni primordiali (una luna grande e vicina, un fondale lavico con degassamento). Tuttavia, quanto meglio comprenderemo le condizioni della Terra primordiale che hanno portato alla formazione della vita, tanto più probabile sarà che la riconosceremo quando la troveremo in qualche altra parte della galassia.

In seguito all’impatto gigante che ha formato la Luna, il mantello e la superficie della Terra nell’Adeano si sono cristallizzati da un oceano di magma globale ricoperto da un’atmosfera densa e ricca di volatili. Mentre studi precedenti hanno esplorato l’evoluzione termica di tali scenari della Terra primordiale in condizioni idealizzate e ossidanti, il potenziale feedback tra il riscaldamento mareale guidato dalla forzatura orbitale Terra-Luna e scenari redox variabili non è stato ancora esplorato in dettaglio. Indaghiamo se il riscaldamento mareale potrebbe aver prolungato questa fase iniziale dell’oceano di magma e supportato epoche di stato quasi stazionario di equilibrio radiativo globale: periodi di equilibrio termico tra la radiazione in uscita e il flusso di calore interno. Utilizzando il PROTEUS  quadro di simulazione, simuliamo l’evoluzione iniziale della Terra in base a una gamma di plausibili densità di potenza mareale, fugacità di ossigeno e inventari di volatili. I nostri risultati suggeriscono che il feedback tra il riscaldamento mareale e la forzante atmosferica può indurre una variazione sostanziale nella durata degli oceani di magma, da  30 milioni di anni fa  500 milioni di anni, sensibile alle condizioni redox interne. Le epoche di equilibrio radiativo globale si verificano comunemente in questo intervallo, della durata di  da 2 a  320 milioni di anni e si verificano tipicamente da 24 milioni di anni dopo l’impatto che ha formato la Luna. In condizioni ossidanti, H in fase avanzata    Il degassamento dell’ossigeno favorisce la ritenzione del fuso e il riscaldamento prolungato grazie al suo significativo contributo al forzante serra. Le maree deboli aumentano l’abbondanza atmosferica di H    S e NH    e consumano CO₂. Pertanto, il feedback tra le maree e le forzanti atmosferiche induce una firma di disequilibrio nell’atmosfera dell’oceano di magma.

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