Scoperta reazione acqua-roccia che potrebbe avvalorare l’ipotesi della vita su Marte

Gli scienziati hanno studiato a fondo come le reazioni roccia-acqua possano produrre idrogeno in luoghi dove le temperature sono troppo calde per sostenere la vita, come ad esempio nelle rocce che sono alla base dei sistemi di sfiato idrotermali sul fondo dell’Oceano Atlantico.

I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Geoscience, suggeriscono anche la possibilità che la vita sostenuta dall’idrogeno avrebbe potuto esistere dove le rocce ignee ricche di ferro su Marte erano una volta a contatto con l’acqua.

Gli scienziati hanno studiato a fondo come le reazioni roccia-acqua possano produrre idrogeno in luoghi dove le temperature sono troppo calde per sostenere la vita, come ad esempio nelle rocce che sono alla base dei sistemi di sfiato idrotermali sul fondo dell’Oceano Atlantico. I gas di idrogeno prodotti in quelle rocce alimentano la vita microbica, ma le comunità si trovano solo in piccole oasi più fredde dove i fluidi di sfiato si mescolano con l’acqua di mare.

Il nuovo studio, condotto da Lisa Mayhew, si è proposto di studiare se le reazioni che producono idrogeno possono anche avvenire in rocce molto più abbondanti che vengono infiltrate con acqua a temperature abbastanza fredde per sostenere la vita.

“Si crede che le reazioni acqua-roccia che producono gas idrogeno siano state una delle prime fonti di energia per la vita sulla Terra”, ha detto Mayhew.

“Tuttavia, sappiamo molto poco sulla possibilità che l’idrogeno sia prodotto da queste reazioni quando le temperature sono abbastanza basse per sostenere la vita. Se queste reazioni potessero produrre abbastanza idrogeno a queste basse temperature, i microrganismi potrebbero essere in grado di vivere nel rocce in cui si verifica questa reazione, che potrebbero potenzialmente essere  un enorme habitat microbico del sottosuolo per l’idrogeno che utilizza la vita.”

Quando le rocce ignee, che si formano quando il magma si raffredda lentamente nelle profondità della Terra, vengono infiltrate dall’acqua di mare, alcuni dei minerali rilasciano atomi instabili di ferro nell’acqua. Alle alte temperature – più calde di 392 gradi Fahrenheit – gli scienziati sanno che gli atomi instabili possono rapidamente scindere le molecole d’acqua e produrre gas idrogeno, nonché nuovi minerali contenenti ferro in una forma ossidata più stabile.

Mayhew ed i suoi co-autori hanno sommerso le rocce in acqua, in assenza di ossigeno, per determinare se una reazione simile avrebbe avuto luogo a temperature molto più basse, tra i 122 e i 212 gradi Fahrenheit. I ricercatori hanno scoperto che le rocce hanno creato idrogeno, potenzialmente abbastanza  per sostenere la vita.

Per comprendere più nel dettaglio le reazioni chimiche che producono l’idrogeno negli esperimenti di laboratorio, i ricercatori hanno usato la “luce di sincrotrone” – che viene creata dagli elettroni che orbitano intorno ad un anello di accumulazione artificiale, per determinare il tipo e la posizione del ferro nella roccia su una microscala.I ricercatori si aspettavano di trovare che il ferro ridotto nei minerali come l’olivina abbia portato ad una stato ossidato più stabile, se ad alte temperature. Ma quando hanno condotto le analisi allo Stanford Synchrotron Radiation Lightsource della Stanford University sono stati sorpresi di trovare spinelli, dei minerali che hanno strutture cubiche ad alta conduttività.“

Il fatto di aver trovato del ferro ossidato sugli spinelli ha condotto la squadra a ipotizzare che, a basse temperature, gli spinelli conduttivi stavano aiutando a facilitare lo scambio di elettroni tra ferro ridotto e acqua, un processo che è necessario perchè  il ferro divida le molecole di acqua e crei l’idrogeno.

Dopo aver osservato la formazione del ferro ossidato sugli spinelli, abbiamo capito che c’era una forte correlazione tra la quantità di idrogeno prodotto e la percentuale del volume delle fasi degli spinelli nei materiali di reazione”, ha detto Mayhew. “Generalmente, più spinelli c’erano più c’era idrogeno.”

Non solo vi è potenzialmente un grande volume di roccia sulla Terra che può subire queste reazioni a bassa temperatura, ma gli stessi tipi di rocce sono molto diffusi anche su Marte, ha spiegato Mayhew. I minerali che si formano a seguito di reazioni acqua-roccia sulla Terra sono stati rilevati su Marte, il che significa che il processo descritto nel nuovo studio potrebbe avere implicazioni per potenziali habitat microbici marziani.