L’acqua che nasce da rocce secche

A grandi profondità sotto la superficie terrestre, l’idrogeno molecolare (H₂) può reagire con alcuni minerali per produrre molecole d’acqua. La scoperta – presentata con uno studio su Science Advances – apre nuovi scenari sul ciclo dell’acqua nel sottosuolo del nostro pianeta, e anche per la ricerca di vita extraterrestre.

"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, professore al Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali dell'Università di Bologna e 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". 

Sappiamo da tempo che la disponibilità di acqua nella litosfera - la parte più esterna del nostro pianeta - è stata fondamentale per l'evoluzione geologica della Terra e per la comparsa e la sopravvivenza della vita. Questi fenomeni geologici possono però anche disaccoppiare ossigeno e idrogeno molecolare, e quest'ultimo potrebbe disperdersi nello spazio.

Gli studiosi sono quindi partiti dalla crescente consapevolezza della presenza di idrogeno molecolare nel sottosuolo terrestre per capire se l'interazione tra fluidi ricchi di idrogeno e minerali contenenti ossigeno possa portare alla formazione di 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". 

Gli studiosi sottolineano che il fenomeno messo in luce - la conversione dell’idrogeno molecolare in acqua all’interno di contesti geologici inizialmente anidri - può permettere di abbassare il punto di fusione delle rocce profonde, generando così magma. E allo stesso tempo, la formazione di acqua libera all’interno della Terra può modificare le proprietà meccaniche delle rocce, facilitandone la deformazione e quindi i processi associati all'attività sismica. 

Non solo: reazioni simili potrebbero suggerire la presenza di minerali idratati - cioè contenenti acqua - anche su altri corpi celesti. E la produzione di acqua in profondità potrebbe estendere in modo significativo l'area in cui cercare forme di vita extraterrestri. 

Lo studio è stato pubblicato su Science Advances con il titolo “Unconventional water and hydrous mineral formation from dry minerals and H2 fluids”. Ha coordinato le ricerche Alberto Vitale Brovarone, professore al Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali dell'Università di Bologna. Il lavoro comprende inoltre coautori nazionali, tra cui Simone Tumiati (Università degli Studi di Milano), Fabrizio Nestola (Università degli Studi di Padova) e Donato Giovannelli (Università Federico II di Napoli), e un team internazionale da Francia (Université de Lorraine/CNRS), Stati Uniti (Yale University e Johns Hopkins University), Germania (BGR) e dall’Agenzia Spaziale Europea.

Foto - Crediti Jacopo Pasotti per ERC DeepSeep