Piccole sfere, grandi impatti

Quando gli asteroidi impattano la Terra si creano delle “sferule” attraverso un semplice meccanismo: la roccia colpita viene vaporizzata e si espande nello spazio come vapore; piccole gocce di questa materia si condensano e solidificano, ricadendo al suolo e formando un sottile strato. Queste sferule si conservano all’interno delle rocce e possono essere studiate permettendo di datare e di fornire informazioni sugli impatti asteroidali. Le loro dimensioni sono dell’ordine di pochi millimetri.

La nuova ricerca della Purdue University, impostata dal bravissimo Jay Melosh (uno dei massimi esperti del settore), è riuscita a trovare il modo di dedurre dalle piccole sferule la velocità di impatto e la grandezza dell’oggetto che le ha causate. Essa si basa su rilievi geologici che confermano una teoria parallela descritta dai colleghi del Southwest Research Institute di Boulder.

Nelle fasi primigenie dei pianeti terrestri, si ipotizza un periodo detto dell’ “Ultimo Intenso Bombardamento” che va dai 4.2 ai 3.5 miliardi di anni fa. Un’incredibile pioggia di asteroidi ha colpito i pianeti interni, i cui segni sono ancora ben visibili sulla Luna. Essa è stata probabilmente innescata da un cambiamento della configurazione del Sistema Solare che ha immesso un enorme numero di asteroidi su orbite in grado di farli incontrare con il nostro pianeta. Alcuni oggetti coinvolti in questa fase distruttiva raggiungevano i 40 km di diametro, ben più grandi di quello che avrebbe innescato la fine dei dinosauri 65 milioni di anni fa e che si stima essere stato intorno ai 10-12 km.

Si è sempre cercato di rappresentare l’andamento del numero degli impattori in funzione delle loro dimensioni, per confrontarlo con quello mostrato dagli oggetti della fascia principale. Tuttavia, i crateri da impatto sono difficili da studiare, specialmente su un pianeta geologicamente attivo come la Terra e coperto per la maggior parte da oceani. Ciò che si fa normalmente è studiare gli oggetti che transitano vicini al nostro pianeta e/o analizzare i crateri della Luna. Ora, lo studio delle sferule ha rivoluzionato la tecnica, dando misure molto più accurate e non influenzate o cancellate dall’erosione e dai cambiamenti tettonici. Una vera e propria storia della Terra attraverso gli impatti da essa subiti.

Il metodo si basa sull’analisi delle sferule. In particolare, sullo spessore dello strato e sulle dimensioni delle stesse, da cui si possono derivare grandezza e velocità dell’intruso. Per oggetti di almeno 10 km di diametro, lo strato di sferule copre globalmente il pianeta. Dato che molti di essi superavano abbondantemente questo limite, i loro impatti e il loro numero considerevole hanno sicuramente giocato un ruolo predominante nella storia dell’evoluzione della vita.  Essi, tra l’altro, possono aver introdotto nella biosfera composti organici e non solo, aiutando lo sviluppo della vita quando essa stava iniziando. D’altra parte, un asteroide di 40 km potrebbe aver eliminato qualsiasi forma di vita precedente, mentre uno di 10 km (come quello dei dinosauri) ha distrutto probabilmente solo gli animali terrestri superiori ai 20 kg di peso.

Come si diceva precedentemente, sulla Terra esistono crateri da impatto visibili, ma la maggioranza di essi sono stati  cancellati dalle erosioni e dai processi tettonici. Gli strati di sferule sono invece perfettamente preservati negli strati geologici: ci descrivono l’impattore senza aver bisogno di vedere e studiare il cratere. La ricerca dell’Università di Purdue analizza le sferule con modelli al computer che fanno uso delle equazioni matematiche che erano normalmente utilizzate per descrivere la condensazione del vapore.

Contemporaneamente, i ricercatori stanno studiando un altro prodotto collisionale simile alle sferule, che può essere analizzato solo in prossimità del sito dell’evento catastrofico.  Si tratta di gocce fuse che si sono originate nelle rocce liquefatte, ma non completamente vaporizzate. Prima della ricerca attuale, nessuno aveva intuito come poter discriminare tra questi due tipi di formazione.

Il primo passo della ricerca è stato l’aver predisposto un simulatore di impatto che illustra gli effetti sul pianeta per vari diametri dell’impattore. Chiunque può usare il programma “Impact: Earth!” , scaricabile  qui

Nella stessa direzione, e in stretta collaborazione, è la ricerca del Southwest Research Institute di Boulder nel Colorado. Essa ha analizzato gli strati di sferule più antichi per cercare collegamenti con le teorie legate all’ “Ultimo Intenso Bombardamento”. Le rocce relative al periodo in questione sono quelle del periodo archeano, compreso tra i 3.8 e i 2.5 miliardi di anni fa.

Gli impattori di quel periodo si trovavano probabilmente in una regione della fascia asteroidale ormai quasi del tutto vuota. Essa si localizza al bordo interno della fascia principale. Il suo rapido svuotamento (e il conseguente impatto con i pianeti terrestri) è stato causato dalle ultime fasi di migrazione dei pianeti giganti, avvenuta intorno ai 4 miliardi di anni fa. Questa zona comprende gli oggetti chiamati “Mars Crosser” (che incrociano l’orbita di Marte), che sembrano stabili per lunghi periodi, ma i cui passaggi ravvicinati con il pianeta rosso possono lentamente immetterli in orbite sempre più allungate e farli diventare oggetti pericolosi per la Terra. La loro importanza è stata rivelata per la prima volta da una ricerca a cui ho partecipato in prima persona e che è stata pubblicata su Science e Icarus. (Science, 281, pp. 2022–2024; Icarus, Volume 145, Number 2, pp. 332-347). Scusate questa piccola digressione egocentrica…  ma certe cose non si dimenticano.

Le rocce archeane sono molto rare e le sferule sono localizzabili solo in zone dove le condizioni siano ideali per la cattura e la conservazione, come nei depositi scistosi dei fondali marini. Oggi sono stati trovati almeno 12 depositi di sferule datati tra  3.47 e 1.7 miliardi di anni fa. In particolare, 7 episodi tra 3.47 e 3.23 miliardi di anni, 4 tra 2.63 e 2.49 e 1 tra 2.1 e 1.7. La composizione di questi strati archeani presenta abbondanze di materiale extraterrestre sufficienti a escludere qualsiasi altra causa, come ad esempio i vulcani.

Inoltre, due tra i più grandi crateri terrestri, ancora visibili, si riferiscono proprio a un periodo simile. Il primo è il Vredefort, in Sud Africa, di dimensioni dell’ordine dei 200-300 km di diametro e vecchio di circa 2 miliardi di anni. Il secondo è il celebre Sudbury, di 250 km, relativo a un evento di 1.85 miliardi di anni fa. E’ curioso il fatto che nessuno degli impatti e degli strati sopra citati si riferisce esattamente al periodo dell’ “Ultimo Intenso Bombardamento”.

Si sta aprendo un nuovo libro sulla storia della Terra e della sua vita geologica e biologica… Buona fortuna, cari amici e colleghi!