MOSCA, 24 ott - RIA Novosti. Scienziati russi e stranieri che lavorano nell'ambito del progetto Borexino hanno calcolato per la prima volta con precisione il numero di diversi tipi di neutrini che si formano nelle viscere del Sole durante le reazioni termonucleari. I risultati di molti anni di osservazioni sono stati presentati sulla rivista Nature.
"I neutrini prodotti in varie reazioni sul Sole hanno energie diverse. Pertanto, il loro studio non solo contribuisce allo studio delle oscillazioni dei neutrini, ma consente anche di cercare effetti oltre il Modello Standard della fisica delle particelle, come, ad esempio, non -Interazioni standard dei neutrini e transizioni dei neutrini verso uno stato sterile" , - ha affermato Alexander Chepurnov dell'Istituto di ricerca di fisica nucleare dell'Università statale di Mosca.
Fantasmi spaziali
I neutrini sono le particelle elementari più piccole che "comunicano" con la materia circostante solo attraverso la gravità e le cosiddette interazioni deboli, che si manifestano solo a distanze molto inferiori alle dimensioni del nucleo atomico. A metà del secolo scorso, gli scienziati hanno scoperto tre tipi di tali particelle - tau, muoni ed elettroni neutrini e i loro "gemelli malvagi" - antineutrini.
Le osservazioni del Sole negli anni '60 e gli esperimenti dei premi Nobel Arthur McDonald e Takaaki Kajita hanno rivelato due cose importanti: i neutrini tipi diversi in grado di trasformarsi periodicamente l'uno nell'altro - gli scienziati chiamano questo processo "oscillazioni" e il fatto che hanno una massa diversa da zero. Da allora, gli scienziati hanno monitorato questo processo, cercando di calcolare la massa dei neutrini in base al modo in cui "volontariamente" diversi tipi di queste particelle si trasformano negli altri due tipi.
La scoperta dei premi Nobel ha fatto credere a molti fisici che esiste anche un quarto tipo di queste particelle: i cosiddetti neutrini "sterili". Devono avere una massa estremamente grande e non interagire con altra materia solo con l'aiuto di forze attrattive. Questi neutrini, come suggeriscono i cosmologi, potrebbero essere la chiave per spiegare l'espansione dell'Universo, la scomparsa dell'antimateria e una serie di altri misteri dell'universo.
L'osservatorio dei neutrini Borexino, costruito sulle montagne del centro Italia nel 2007, sta cercando di svelare tutti questi segreti per osservare le oscillazioni dei neutrini solari e condurre una sorta di "censimento" tra queste particelle sfuggenti.
Il fatto è che diversi tipi di reazioni termonucleari nell'intestino, durante le quali nascono elio, litio, boro e altri elementi, generano i propri insiemi di neutrini. Se conosci la proporzione e il numero di queste particelle, puoi sapere esattamente cosa sta succedendo all'interno della stella e se questi dati coincidono con ciò che il Modello Standard e le teorie sulla formazione stellare prevedono.
I segreti del sole
Nell'ultimo decennio, osserva Chepurnov, il team di Borexino ha condotto un simile "censimento" di particelle, misurando quanti neutrini di varie energie generati dal Sole hanno raggiunto una vasca rivelatore da 300 tonnellate immersa in un pozzo lungo un chilometro nel Gran Laboratorio Sasso.
Queste misurazioni hanno aiutato gli scienziati a calcolare in modo molto accurato quanti neutrini sono nati all'interno del Sole nel suo insieme, con un errore di circa il 10%, così come durante il decadimento dei nuclei di berillio e boro, nonché durante le reazioni che coinvolgono coppie di protoni ed elettroni.
Ad esempio, ogni centimetro quadrato della superficie del Sole produrrà circa 61 miliardi di queste particelle ogni secondo, e il decadimento del berillio darà origine a circa cinque miliardi di "fantasmi". A sua volta, la nascita di atomi di elementi pesanti è accompagnata dalla formazione di circa 800 milioni di neutrini.
Quasi tutti i "risultati del censimento", secondo i fisici, erano più accurati delle previsioni del modello standard, rendendo possibile per la prima volta utilizzare il sole per testare in modo molto accurato i suoi calcoli. In tutti e tre i casi, continua Chepurnov, ha predetto correttamente quante particelle di questo tipo dovrebbero nascere nelle viscere della stella e quante di esse dovrebbero cambiare sulla strada per la Terra.
Secondo i ricercatori, tali risultati delle osservazioni non solo restringono il campo di ricerca della "nuova fisica", ma confermano anche che le reazioni termonucleari sono state e rimarranno la principale fonte di energia e luce all'interno del Sole.
In futuro, gli scienziati intendono misurare in modo molto accurato il numero di neutrini che si verificano durante la formazione di nuclei di carbonio, azoto e ossigeno. Questi dati saranno estremamente importanti per stimare quanti "metalli" - elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio - contengono le viscere del Sole, che è estremamente importante per studiare i segreti della vita delle stelle più grandi dell'Universo.
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Il 25 ottobre, senza discorsi pomposi e nastro rosso, è stato aperto a Gomel un oggetto di cui si parla in città fin dall'estate. Ed è... un bagno pubblico. La maggior parte, dicono, l'armadio pubblico più costoso della storia della città sta già funzionando - guarda com'è dentro.
In realtà il gabinetto Parco Gomel prevista l'apertura nel nuovo anno. Ma il Forum delle Regioni ha apportato le proprie modifiche: si è riunito entro la fine di ottobre.
Oggi i cittadini possono entrare nella nuova toilette proprio così. Ma presto, dicono i sanitari, l'ingresso sarà a pagamento. Il costo della visita non è ancora noto.
Come, invece, e il costo dell'oggetto stesso. In città si vociferava che per la sua costruzione fossero stati spesi più di 750 mila dollari. Ma nell'UKS questa informazione non ci è stata confermata, riferendosi al fatto che il costo finale dell'oggetto sarà noto solo entro la fine di novembre, quando l'ufficio contabilità farà tutti i calcoli.
All'interno ci sono 15 cabine. Oltre alle cabine standard maschili e femminili, ci sono cabine per persone con disabilità, oltre che per bambini.
Inoltre, all'interno è presente un fasciatoio per neonati e un lavabo per bambini piccoli. All'ingresso è presente un ascensore elettrico per persone diversamente abili.
Ricordiamo che la realizzazione della toilette è avvenuta in condizioni paesaggistiche difficili: prima di iniziare i lavori è stato necessario asportare e asportare parte del terreno, dopodiché la pendenza è stata rinforzata con un muro di cemento. Dopo il completamento della costruzione, il terreno è stato restituito.
© AP Foto, Sam McNeil
Fino all'inizio degli anni '90 nessuno sospettava quanto attiva potesse essere la vita degli abitanti delle profondità della terra. Oggi, gli scienziati ritengono che i microbi sotterranei possano aver contribuito a formare i continenti, rilasciare ossigeno e creare la vita come la conosciamo. La rivista Atlantic racconta come lo studio di questi microrganismi sul nostro pianeta possa contribuire alla scoperta della vita nello spazio, ad esempio su Marte.
The Atlantic (USA): alieni dal profondo
Vivono a migliaia di metri sotto la superficie terrestre. Si nutrono di idrogeno ed emettono metano. E sono in grado di cambiare il nostro mondo in modo più fondamentale di quanto possiamo immaginare.
Alexis Templeton ricorda il 12 gennaio 2014 come il giorno in cui l'acqua è esplosa. Una bottiglia in resistente vetro Pyrex, ben chiusa e piena d'acqua, è esplosa come un palloncino.
Templeton stava guidando il suo Land Cruiser in quel momento, percorrendo il terreno accidentato e roccioso della valle di Wadi Lawayni, che è un'ampia andana che taglia le montagne dell'Oman. Ha parcheggiato la sua auto su una piattaforma di cemento che si affacciava dove era stato recentemente perforato un pozzo d'acqua. Templeton aprì il coperchio di questo pozzo e abbassò la bottiglia nelle sue cupe profondità, sperando di ottenere campioni d'acqua da una profondità di circa 260 metri.
La valle di Wadi Lawayni è circondata da picchi rocciosi color cioccolato, queste rocce sono dure come la ceramica, ma sono tondeggianti e cadenti, assomigliano più a antichi mattoni fatti di fango. Questo frammento dell'interno della Terra, di dimensioni paragonabili allo stato del West Virginia, è stato schiacciato in superficie a seguito di una collisione di placche tettoniche milioni di anni fa. Queste rocce esotiche - sono anomalie sulla superficie della Terra - e hanno costretto Templeton a venire in Oman.
Poco dopo aver raccolto una bottiglia d'acqua dalle profondità del pozzo, si è rotta sotto pressione interna. L'acqua schizzò fuori dalle crepe che si erano formate e sibilò come soda. Il gas che esplode dentro di lei non era anidride carbonica, come nelle bibite, ma idrogeno, un gas combustibile.
Templeton è una geobiologa presso l'Università del Colorado a Boulder e questo gas è di particolare importanza per lei. "Gli organismi amano l'idrogeno", dice. Voglio dire, adorano mangiarlo. Di per sé, l'idrogeno non può essere considerato una prova dell'esistenza della vita. Tuttavia, suggerisce che le rocce sotto la superficie terrestre potrebbero essere esattamente il luogo in cui la vita è in grado di prosperare.
Templeton è uno di un numero crescente di scienziati che credono che le profondità della Terra siano piene di vita. Secondo alcune stime, questa parte inesplorata della biosfera potrebbe contenere da un decimo alla metà di tutta la materia vivente sulla Terra.
Gli scienziati hanno trovato microbi che vivono nelle rocce granitiche a una profondità di circa due chilometri (6.000 piedi) nelle Montagne Rocciose, così come nei sedimenti marini risalenti all'epoca dei dinosauri. Hanno persino trovato minuscole creature viventi - vermi, artropodi gamberetti, fanoni rotiferi - nelle miniere d'oro del Sud Africa a una profondità di 340 metri (11.000 piedi).
Noi esseri umani tendiamo a vedere il mondo come una roccia solida ricoperta da un sottile strato di vita. Tuttavia, per scienziati come Templeton, il pianeta sembra più un cerchio di formaggio, i cui bordi densi vengono costantemente distrutti dai microbi che si moltiplicano che vivono nelle sue profondità. Queste creature si nutrono di fonti che non solo sembrano immangiabili, ma anche immateriali: stiamo parlando del decadimento atomico degli elementi radioattivi, del processo che si verifica a seguito della pressione delle rocce mentre sprofondano nelle profondità della Terra e si decompongono , e anche, forse, sui terremoti.
Contesto
Vox: L'inverno nucleare della Terra è migliore dell'estate di Marte
Vox 23.10.2018Videnskab: Cinque incredibili abilità dei mammiferi
Videnskab 14/10/2018Nautilus: sette posti fantastici che ti uccideranno
Nautilus 02.09.2018Templeton è venuto in Oman per trovare oasi nascoste di vita. Il sibilo dell'idrogeno nel 2014 è stata una prova importante che era sulla strada giusta. Così, lo scorso gennaio, Templeton e i suoi colleghi sono tornati in Oman per perforare un pozzo a una profondità di 400 metri (1.300 piedi) e cercare di trovare gli abitanti di queste profondità.
Una calda sera d'inverno, un rumore penetrante risuonò attraverso le distese arse dal sole della valle del Wadi Lawayna. Un bulldozer è apparso quasi al centro di questa valle. E davanti a lui era montato un albero di perforazione in grado di ruotare a una velocità di diversi giri al minuto.
Una mezza dozzina di uomini con l'elmetto, per lo più lavoratori indiani assunti da un'azienda locale, gestivano l'impianto. Templeton e una mezza dozzina di altri scienziati e studenti laureati si trovavano a pochi metri di distanza, all'ombra di una tenda da sole che ondeggiava in una leggera brezza. Erano tutti china sui loro tavoli, esaminando i campioni di roccia che gli operai portavano al piano di sopra ogni ora circa.
Questa piattaforma di perforazione ha funzionato tutto il giorno e i campioni di terreno in arrivo hanno cambiato colore all'aumentare della profondità. I primi metri della roccia avevano una tinta arancione o gialla, a indicare che l'ossigeno dalla superficie aveva convertito il ferro contenuto nella roccia in minerali arrugginiti. A una profondità di 20 metri, le tracce di ossigeno sono scomparse, le pietre si sono scurite in un colore rosa-verdastro con striature nere.
«Una bellissima pietra», disse Templeton, accarezzandone la superficie con la mano guantata di lattice. I suoi occhiali erano tirati su e poggiati sui suoi capelli lisci biondo scuro, rivelando le sue guance scurite da anni di lavoro sulle navi, sulle isole tropicali, alle latitudini dell'Artico e altrove. "Spero di vedere più di questo tipo di materiale", ha detto.
Questa pietra nero-verdastra le ha dato un assaggio di qualcosa che è quasi impossibile da vedere in nessun altro posto del nostro pianeta.
Questi campioni di roccia, portati in superficie da grandi profondità, sono risultati ricchi di ferro, sotto forma di minerali che generalmente non sopravvivono sulla superficie terrestre. Questo ferro sotterraneo è così chimicamente reattivo, tende a combinarsi con l'ossigeno così tanto che quando entra in contatto sottoterra con l'acqua, le molecole d'acqua si rompono. Tira fuori l'ossigeno dall'acqua e lascia l'idrogeno.
I geologi chiamano questo processo "serpentinizzazione" a causa delle scie sinuose di minerali neri, verdi e bianchi che lascia. La serpentinizzazione di solito si verifica in luoghi inaccessibili all'uomo, anche a una profondità di diverse migliaia di metri sotto il fondo dell'Oceano Atlantico.
E qui in Oman, le rocce profonde sono così vicine alla superficie che la serpentinizzazione avviene solo poche centinaia di metri sotto i nostri piedi. L'idrogeno che ha fatto esplodere la bottiglia d'acqua Templeton nel 2014 era un piccolo campione del processo di serpentinizzazione; un pozzo d'acqua perforato diversi anni fa in questa regione ha prodotto così tanto idrogeno che c'era persino la minaccia di un'esplosione e, di conseguenza, il governo è stato costretto a cementarlo con urgenza.
L'idrogeno è una sostanza speciale. È stato utilizzato come uno dei componenti del carburante per il lancio in orbita della navicella spaziale Apollo e delle navette, ed è uno degli elementi energeticamente più densi che si trovano naturalmente sulla Terra. Questo lo rende un alimento importante per i microbi che esistono sotto la superficie terrestre.
© AP Photo, Sam McNeil Frammenti di roccia destinati alla ricerca geologica
Complessivamente, i microbi che vivono sotto le montagne nell'Oman orientale possono consumare tonnellate di idrogeno all'anno, provocando una combustione lenta e controllata del gas, che è controllata con precisione dagli enzimi all'interno delle loro cellule piene d'acqua.
L'idrogeno, tuttavia, è solo una metà dell'equazione della vita: per produrre energia dall'idrogeno, i microbi hanno bisogno di qualcos'altro per bruciarlo, proprio come la razza umana deve respirare ossigeno per elaborare il cibo. Il compito principale di Templeton è proprio quello di capire come i microbi "respirano" a una tale profondità sotto la Terra dove non c'è ossigeno.
Alle due del pomeriggio, un camioncino malconcio si dirige verso il sito di perforazione lungo una strada polverosa e fangosa. Lo seguono, rigorosamente uno dopo l'altro, sei cammelli, con la testa che ondeggia al vento. Questi sono animali locali, sono legati con un guinzaglio corto e si stanno dirigendo verso un nuovo pascolo, situato da qualche parte in questa valle.
Templeton, dimenticandosi dei cammelli, gridò improvvisamente, senza nascondere la sua eccitazione: "Oro!" Indicò un campione di terra sul tavolo, oltre a un piccolo grappolo di cristalli di metallo giallo. La loro forma cubica ha aiutato a capire il suo piccolo scherzo: questi cristalli non erano oro vero, ma oro dello sciocco, che è anche chiamato pirite di ferro.
La pirite di ferro è composta da ferro e zolfo, ed è uno dei minerali che viene anche chiamato "biogenico": la sua formazione è talvolta associata all'attività dei microbi. I cristalli stessi possono essere formati dai rifiuti che le cellule microbiche "espirano". Pertanto, la pirite di ferro potrebbe essere un sottoprodotto del metabolismo microbico, una possibilità che Templeton chiama "bella".
Quando tornerà a casa in Colorado, presterà a questi cristalli la stessa attenzione che un archeologo presterebbe a un mucchio di immondizia dell'antica Roma. Li taglierà in pezzi trasparenti e li esaminerà al microscopio. Se la pirite di ferro è, in effetti, il prodotto di cellule viventi, allora i microbi "potrebbero probabilmente essere sepolti nei minerali". Spera di scoprire i loro corpi pietrificati.
Fino all'inizio degli anni '90 nessuno sospettava quanto attiva potesse essere la vita degli abitanti delle profondità della terra. La prima prova è stata trovata nella roccia sotto il fondo del mare.
I geologi hanno notato da tempo che i gas vulcanici che si trovano nelle rocce basaltiche scure si trovano a migliaia di metri sotto il fondale marino, che spesso presenta depressioni e tunnel microscopici. "Non avevamo idea che potesse essere biologico", afferma Hubert Staudigel, vulcanologo presso la Scripps Institution of Oceanography di La Jolla, in California.
Nel 1992, un giovane scienziato di nome Ingunn Thorseth dell'Università di Bergen in Norvegia suggerì che queste depressioni fossero l'equivalente geologico della carie dentale, i microbi che lo incorporavano nel vetro vulcanico a causa del loro consumo di atomi di ferro. In effetti, Torset ha trovato quelle che avrebbero potuto essere cellule morte all'interno di queste depressioni nella roccia raccolta tremila piedi sotto il fondo del mare.
Quando queste scoperte furono pubblicate, Templeton non aveva ancora lavorato sul campo. Ha conseguito il master in geochimica nel 1996 e poi è andata a lavorare presso il Lawrence Berkeley National Laboratory in California, dove ha studiato la velocità con cui i microbi mangiano il carburante degli aerei nel terreno di un'ex base navale statunitense. Alcuni anni dopo, per la sua tesi di dottorato alla Stanford University, ha studiato come i microbi sotterranei metabolizzano piombo, arsenico e altri inquinanti.
Nel 2002 si è trasferita allo Scripps Laboratory a lavoro congiunto con Bradley Tebo, professore di biologia, e Staudigel, su questioni simili, vale a dire come i microbi vivono nel ferro e in altri metalli nel vetro basaltico che si trova sul fondo del mare.
Nel novembre dello stesso anno, sul ponte posteriore di una nave da ricerca nel mezzo dell'Oceano Pacifico, si arrampicò attraverso un portello in un sommergibile da discesa Pesci-IV delle dimensioni di un'auto e affondò sul fondo del mare. Terry Kerby, un pilota del Seabed Research Laboratory alle Hawaii, ha puntato l'imbarcazione verso il versante meridionale del Loihi Seamount, un vulcano sottomarino situato al largo della Big Island delle Hawaii.
A una profondità di 1.700 metri (5.600 piedi), il faro del sottomarino illuminava a malapena lo strano paesaggio sottomarino, un miscuglio di quelli che sembravano sacchi della spazzatura imbottiti caddero in una specie di piramide. Questi cosiddetti rilievi di basalto si sono formati nel corso dei secoli quando la lava è filtrata attraverso le fessure e si è scontrata con l'acqua di mare, dopodiché si è rapidamente raffreddata in rocce lisce. Templeton giaceva su un lato della panca, tremando per il freddo, osservando attraverso uno spesso vetro mentre Kirby scheggiava pezzi di basalto con un braccio meccanico. Otto ore dopo aver iniziato a immergersi sul fondo dell'oceano, sono tornati in superficie con cinque chilogrammi di roccia.
Nello stesso anno, lei e Stuadigel hanno visitato il vulcano Kilauea alle Hawaii, sperando di raccogliere vetro vulcanico privo di germi che potessero confrontare con quelli raccolti dal fondo dell'oceano. Indossando stivali pesanti, si avvicinarono alla colata lavica e camminarono sulla crosta pietrificata, che era spessa solo pochi centimetri. Staudigel ha trovato un punto in cui la lava fusa arancione aveva sfondato la crosta indurita risultante. Raccolse un pezzo di lava rovente con un'asta di metallo - sembrava miele caldo e appiccicoso - e lo mise in un secchio d'acqua. L'acqua bolliva con un sibilo e un rumore, e dopo un po' la lava si solidificava, trasformandosi in vetro.
Tornato in laboratorio, Templeton ha isolato dozzine di ceppi batterici che assorbono ferro e manganese dalle rocce sul fondo del mare. Insieme ai suoi colleghi, ha nuovamente fuso il vetro sterile del vulcano Kilauea in una fornace, ha aggiunto varie quantità di ferro e altri nutrienti e ne ha coltivato ceppi batterici. Ha usato la tecnologia più avanzata, compresi i raggi X, e ha osservato con gioia i batteri che trasformavano i minerali.
"Il mio intero seminterrato era pieno di rocce basaltiche sollevate dal fondo del mare, perché proprio non potevo rifiutarle", mi disse uno di quei giorni in cui non c'erano trivellazioni.
Tuttavia, questi campioni di roccia, così come i batteri che se ne nutrivano, presentavano, dal punto di vista di Templeton, un grosso inconveniente: venivano prelevati dal fondo del mare, dove l'acqua contiene già ossigeno.
L'ossigeno fa parte di tutti gli esseri viventi sulla Terra, dagli oritteropi e lombrichi alle meduse; la nostra atmosfera e la maggior parte degli oceani sono pieni fino all'orlo di ridistribuzione. Tuttavia, la Terra ha così tanto ossigeno solo per un piccolo periodo della sua storia. Ancora oggi vaste parti della biosfera del nostro pianeta non hanno mai incontrato ossigeno. Basta affondare qualche metro nel terreno e non ci sarà più ossigeno. In qualsiasi altra parte del sistema solare, incluso Marte, dove potrebbe esistere la vita, non troverai ossigeno.
Mentre Templeton studiava la profonda biosfera della Terra, si interessò anche alla questione dell'origine della vita sul nostro pianeta e altrove nel sistema solare. Esplorare lo spazio sotterraneo potrebbe fornire uno sguardo su questi luoghi e tempi separati, ma ciò sarebbe possibile solo se potesse immergersi ancora più in profondità, oltre la portata dell'ossigeno.
Le montagne dell'Oman sembravano essere il luogo perfetto per condurre questo tipo di ricerca. Questa enorme massa di roccia gradualmente serpentinizzata ha al suo interno spazi privi di ossigeno, oltre a composti di ferro chimicamente attivi, che, secondo gli scienziati, si trovano nelle profondità della Terra.
Templeton e molti altri ricercatori della biosfera profonda furono coinvolti in un altro grande progetto che all'epoca era nelle prime fasi della pianificazione, l'Oman Drilling Project.
Il progetto è guidato da Peter Kelemen, geologo del Lamont-Doherty Earth Observatory di New York. Ha la sua missione: le rocce profonde dell'Oman interagiscono non solo con l'ossigeno e l'acqua, ma anche con l'anidride carbonica, mentre spreme il gas nell'atmosfera e lo chiude in minerali di carbonato: questo processo, se gli scienziati possono capirlo, aiuterà l'umanità ridurre le emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera.
Kelemen era presente durante le perforazioni a Wadi Lawayni nel gennaio 2018. Era fiducioso che sarebbe stata trovata la prova della vita. Queste rocce originariamente si sono formate a temperature superiori a 980 gradi Celsius (1800 gradi Fahrenheit). Tuttavia, si sono rapidamente raffreddati e oggi la temperatura nello strato superiore, che è profondo circa 500 metri, è di circa 30 gradi Celsius (90 gradi Fahrenheit). Queste rocce "non sono state abbastanza calde da uccidere tutti i microbi dal Cretaceo", l'età dei dinosauri.
Alle tre del pomeriggio, una mezza dozzina di membri dell'equipaggio si sono radunati presso la piattaforma petrolifera per una sorta di rituale che tutti attendono con intensa attenzione.
Una nuova porzione di carota, appena prelevata dalla miniera trivellata, viene calata sulle capre. Riguarda circa un cilindro di pietra alto tre metri - nel suo spessore corrisponde approssimativamente all'estremità spessa di una mazza da baseball e si trova in un cilindro di metallo.
I lavoratori hanno sollevato un'estremità di questo tubo. E il nucleo è scivolato fuori - insieme a un liquido nero e appiccicoso. Il fango nero e denso si è rovesciato a terra. Il nucleo estratto dal terreno era completamente ricoperto da questa sostanza.
"Oh mio Dio", ha detto qualcuno. - Maledetto". Tutti intorno sussurravano.
Uno degli operai pulì il nocciolo estratto, dopodiché iniziarono a formarsi piccole bolle sulla sua superficie liscia e lucida, come nell'olio bollente. Questo campione di roccia, non soggetto alla pressione che ha subito nel sottosuolo, ha emesso gas proprio davanti ai nostri occhi e le sue bolle filtravano attraverso i pori della roccia. L'odore dei liquami e della gomma bruciata ha cominciato a filtrare nell'aria, l'odore che gli scienziati presenti lì hanno immediatamente identificato.
"È un rock molto vivace", ha detto Templeton.
"Solfuro di idrogeno", disse Kelemen.
L'idrogeno solforato è un gas che si forma nelle fogne, nell'intestino e anche - ora è ovvio - nel sottosuolo dell'Oman. È prodotto da microbi che vivono in assenza di ossigeno. Privati di questo gas vivificante, fanno un trucco di cui gli animali che vivono sulla superficie del pianeta non sono capaci: iniziano a respirare qualcos'altro. In altre parole, bruciano il cibo usando altre sostanze chimiche che si trovano sottoterra.
Parte del nucleo sollevato in superficie è stato trafitto con strisce di pietra arancione-cannella: ecco come sono stati contrassegnati i luoghi attraverso i quali la lava rovente si riversava attraverso profonde fessure sulla superficie terrestre milioni di anni fa, e in quel momento questa roccia era nelle viscere della Terra a una profondità di diversi chilometri.
Queste tracce di magma pietrificato hanno gradualmente ceduto i loro componenti chimici alle acque sotterranee, comprese le molecole chiamate solfati, che consistono in un atomo di zolfo legato a quattro atomi di ossigeno. Apparentemente, i microbi hanno usato queste molecole per digerire l'idrogeno, ha detto Templeton. "Mangiano idrogeno ed esalano solfato." E poi rilasciano di nuovo i loro gas.
L'idrogeno solforato non ha solo un odore forte e sgradevole. È anche tossico. Pertanto, sono gli stessi microbi che lo producono che rischiano di essere avvelenati mentre si accumula sottoterra. E come fanno a evitare l'avvelenamento? Ancora una volta, la roccia ci fornisce la risposta.
La perforazione è continuata per i giorni successivi, ma la sostanza appiccicosa nera è gradualmente scomparsa. Ogni nuovo nucleo portato in superficie era asciutto e inodore. Tuttavia, la roccia stessa era cambiata, i suoi mosaici simili a vene e le serpentine si scurivano, i suoi colori principali diventavano grigio e nero, e sembrava una gonna scozzese intinta d'inchiostro.
"Tutto questo annerimento è un prodotto biologico", ha detto una sera Templeton mentre lei e il suo collega Eric Ellison erano in una roulotte da laboratorio piena di strumenti, a imballare campioni di roccia da spedire a casa. Alcune delle pietre erano in scatole di plexiglass sigillate, ed Ellison le spostava usando dei guanti posizionati sulle macchine delle scatole: tutto questo dava l'impressione che ci fosse qualcosa di sinistro nei campioni di roccia raccolti. Tuttavia, questa precauzione non aveva lo scopo di proteggere la persona; ciò è stato fatto per privare i microbi sensibili del contatto con l'ossigeno.
Templeton credeva che fossero questi microbi a influenzare i recenti campioni di roccia: l'idrogeno solforato che esalavano reagiva con le rocce e questo produceva solfuro di ferro, un minerale nero innocuo. Anche la pirite di zolfo che abbiamo visto in precedenza è composta da ferro e zolfo e potrebbe essersi formata allo stesso modo.
Questi minerali neri sono più di una semplice rarità accademica. Offrono uno sguardo su come i microbi non solo sono stati in grado di sopravvivere nella crosta terrestre, ma sono stati in grado di rimodellarla e, in alcuni casi, persino di creare minerali che non esistono altrove.
Alcuni dei giacimenti più ricchi di ferro, piombo, zinco, rame, argento e altri metalli si sono formati quando l'idrogeno solforato si è scontrato con quei metalli che si trovavano in profondità nel sottosuolo. Questi solfuri hanno catturato questi metalli e li hanno concentrati in minerali che si sono formati nel corso di milioni di anni, fino a quando non sono stati portati in superficie dai minatori. L'idrogeno solforato che formava questi minerali era spesso di origine vulcanica, ma in alcuni casi era formato da microbi.
Robert Hazen, mineralogista e astrobiologo del Carnegie Center di Washington, DC, ritiene che più della metà dei minerali debbano la loro esistenza a forme di vita: radici di piante, coralli, diatomee e persino microbi sotterranei. È anche pronto a suggerire che i sette continenti del nostro pianeta devono la loro esistenza in parte ai microbi che mangiano le rocce.
Quattro miliardi di anni fa, la Terra non aveva una terra permanente, solo alcune vette vulcaniche che torreggiavano sopra l'oceano. Tuttavia, i microbi sul fondo del mare hanno contribuito a cambiarlo. Hanno attaccato i depositi di basalto più o meno allo stesso modo in cui lo fanno oggi, trasformando il vetro vulcanico in minerali argillosi. E quando si ammorbidiscono, diventano di nuovo dure, trasformandosi in nuove rocce - un materiale più leggero e flessibile rispetto al resto del pianeta: il granito.
Questi graniti leggeri si unirono e si innalzarono sopra la superficie dell'oceano, creando così continenti permanenti. Questo processo sembra essere stato, in una certa misura, non assistito dai microbi, ma Hazen crede che l'abbiano accelerato. "Puoi immaginare i microbi che creano equilibrio", dice. “Sosteniamo che i microbi abbiano svolto un ruolo fondamentale”.
L'aspetto della terra ha avuto un impatto significativo sull'evoluzione della Terra. Le rocce esposte all'aria si sono erose più velocemente, rilasciando nell'oceano sostanze nutritive come molibdeno, ferro e fosforo. Questi nutrienti promuovono la crescita di alghe fotosintetiche che assorbono anidride carbonica e rilasciano ossigeno. Circa due miliardi di anni fa, le prime tracce di ossigeno apparvero nell'atmosfera terrestre. 550 milioni di anni fa, i livelli di ossigeno raggiunsero finalmente i livelli necessari per sostenere gli animali primitivi.
L'abbondanza di acqua sulla Terra, così come la sua distanza ottimale dal Sole, ne hanno fatto un promettente incubatore per la vita. Tuttavia, la sua trasformazione in un paradiso per animali intelligenti e che respirano ossigeno non è mai stata garantita. I microbi potrebbero aver portato il nostro pianeta a un punto di svolta invisibile: la formazione dei continenti, l'ossigeno e la formazione della vita come la conosciamo.
E anche oggi, i microbi continuano a creare e rifare il nostro pianeta dall'interno.
Per alcuni aspetti, i microbi sotterranei ricordano la civiltà umana, dove le "città" si formano all'incrocio. In Oman, una fiorente oasi di microbi neri odorosi si trovava a una profondità di 30 metri, vicino all'intersezione di diverse grandi fessure nella roccia: questi sono i canali che consentivano all'idrogeno e ai solfati di penetrarvi da diverse fonti.
Elisabetta Mariani, geologa strutturale dell'Università di Liverpool in Inghilterra, ha trascorso molti giorni sotto un telone per catturare queste crepe nelle rocce. Una mattina mi chiamò per mostrarmi qualcosa di speciale: un varco che correva in diagonale attraverso il nucleo, e lì si potevano vedere due superfici rocciose trafitte da strati sottilissimi di serpentino verde e giallo.
"Vedi questi solchi?" chiese in inglese con un accento che tradiva il suo italiano nativo, e indicò le crepe in due superfici serpentine. Hanno testimoniato che non si trattava solo di un crack passivo, ma di un guasto attivo. "Due blocchi di roccia si stavano muovendo, toccandosi, in questa direzione", ha detto, indicando i solchi.
Tullis Onstott, un geologo dell'Università di Princeton non coinvolto nel progetto di perforazione dell'Oman, pensa che tali rotture attive potrebbero non solo fornire percorsi per il movimento del cibo nel sottosuolo, ma potrebbero anche aver prodotto cibo. Nel novembre 2017, Onstott e i suoi colleghi hanno lanciato un audace esperimento. Hanno iniziato il loro lavoro in un tunnel a una profondità di 2.500 metri nella miniera d'oro di Moab Khotsong in Sud Africa, e da lì hanno praticato un nuovo foro in direzione della faglia, che era più profondo di altri 800 metri. Il 5 agosto 2014 un terremoto di magnitudo 5,5 ha colpito questa faglia. Onstott sperava in questo modo di mettere alla prova l'idea provocatoria che i terremoti potrebbero fornire cibo per la biosfera profonda.
Gli scienziati hanno notato da tempo che il gas idrogeno fuoriesce da faglie importanti, comprese quelle come il San Andreas in California. Parte di questo gas proviene da una reazione chimica: i minerali di silicato che si decompongono durante un terremoto reagiscono con l'acqua e rilasciano idrogeno come sottoprodotto. Per i microbi vicini alla faglia, questo tipo di reazione può portare a qualcosa come un'esplosione di energia periodica associata a una grande assunzione di zucchero.
Nel marzo 2018, quattro mesi dopo l'inizio della perforazione nella miniera di Moab Hotsong, i lavoratori hanno portato in superficie un nucleo che ha attraversato la faglia.
La roccia lungo la faglia era "abbastanza gravemente erosa", dice Onstott: nel nucleo si potevano vedere una dozzina di crepe parallele. La superficie di alcune di queste crepe si è trasformata in argilla friabile, le cui striature indicavano terremoti recenti. Altre crepe erano riempite con venature di quarzite bianca che rappresentavano fratture più antiche migliaia di anni prima.
Onstott sta attualmente cercando cellule fossilizzate in queste vene di quarzite e sta anche analizzando la roccia per il DNA, sperando di determinare che tipo di batteri vivono in questa faglia, se ce ne sono.
Inoltre, e soprattutto, lui ei suoi colleghi hanno lasciato aperti i fori praticati e stanno monitorando l'acqua, il vetro e i microbi nella faglia stessa, oltre a prelevare nuovi campioni ogni volta che si verifica una seconda scossa di assestamento. "In tal caso, puoi vedere se il vetro viene rilasciato o meno", dice, "e anche vedere se ci sono cambiamenti nella comunità microbiologica a causa del consumo di gas".
Mentre Onstott attende questi risultati, riflette anche su una possibilità più radicale: che questi batteri che vivono in profondità non solo si nutrono degli effetti dei terremoti, ma potrebbero anche essere la loro causa. Quando i microbi iniziano ad attaccare il ferro, il manganese e altri elementi nei minerali che appaiono lungo le linee di frattura, possono indebolire la roccia e preparare quelle fratture per il prossimo grande cambiamento, dice. Esplorare questa possibilità implica condurre esperimenti di laboratorio per vedere se i batteri in queste fratture sono effettivamente in grado di distruggere i minerali abbastanza velocemente da influenzare l'attività sismica. Con la caratteristica sottovalutazione del significato per uno scienziato, parla del lavoro imminente: "Questa è un'ipotesi abbastanza ragionevole per verificarla".
Il 30 gennaio, la piattaforma di perforazione a Wadi Lawayni ha raggiunto la soglia dei 60 metri. I suoi motori ruggivano, creando un suono di sottofondo mentre Templeton e il suo collega Eric Boyd sedevano su sedie da campo sotto l'albero di acacia. Accanto a loro si potevano vedere i segni di altri viaggiatori in vacanza in quest'isola d'ombra, rara in questa zona: escrementi di cammello, lisci e rotondi, come prugne coriacee.
"Riteniamo che sia l'ambiente ad essere importante per comprendere le origini della vita", ha affermato Boyd, geobiologo della Montana State University di Bozeman. Secondo lui, questo è ciò che fa studiare lui e Templeton le rocce profonde in Oman. "Amiamo l'idrogeno", dice.
Sia Boyd che Templeton credono che la vita sulla Terra abbia avuto origine in un ambiente simile a quello che esiste diversi metri sotto le loro sedie pieghevoli da campo. Secondo loro, la culla della vita è nelle fessure sotto la superficie terrestre, dove i minerali ricchi di ferro spremevano l'idrogeno dopo il contatto con l'acqua.
Di tutti i combustibili chimici che esistevano sulla Terra quattro miliardi di anni fa, l'idrogeno sembra essere stato uno degli elementi più facili da metabolizzare le cellule precoci e inefficienti. L'idrogeno non si è formato solo per serpentinizzazione, ma è stato anche prodotto - come lo è oggi - dal decadimento radioattivo di elementi come l'uranio, che scinde costantemente le molecole d'acqua nella roccia circostante. L'idrogeno è così instabile, tende a decomporsi così tanto da poter essere digerito anche da ossidanti deboli come l'anidride carbonica o lo zolfo puro. Uno studio del DNA di milioni di sequenze geniche suggerisce che il precursore della vita sulla Terra - "l'ultimo antenato comune universale" - potrebbe aver usato l'idrogeno come cibo e bruciato con anidride carbonica. Lo stesso è probabilmente vero per la vita su altri mondi.
I minerali ferrosi qui in Oman sono comuni nel sistema solare, così come il processo di serpentinizzazione. La sonda spaziale Orbiter, attualmente in orbita attorno a Marte, ha rilevato una serpentina di minerali sulla superficie di Marte. La sonda Cassini ha trovato prove chimiche di una serpentinizzazione in corso nelle profondità di Encelado, la luna coperta di ghiaccio di Saturno. Minerali simili a serpenti sono stati trovati anche sulla superficie di Cerere, un pianeta nano che orbita tra Marte e Giove. Serpentine sono state trovate anche in meteoriti, in frammenti di pianeti embrionali che esistevano 4,5 miliardi di anni fa, cioè proprio al momento della nascita della Terra, e questo può significare che la culla della vita, in effetti, esisteva anche prima la formazione del nostro pianeta.
L'idrogeno, la fonte di energia per la vita nascente, è stato trovato in tutti questi luoghi. Può ancora essere prodotto in tutto il sistema solare.
Le conclusioni di Boyd sono mozzafiato.
"Se hai questo tipo di rocce, e se hai una temperatura paragonabile alla temperatura sulla Terra, e se hai ancora acqua allo stato liquido, allora quanto pensi che sia inevitabile la vita?", chiede. “Personalmente, sono sicuro che questo sia inevitabile”.
Trovare la vita sarà una sfida. Con la tecnologia esistente, un veicolo spaziale inviato su Marte può praticare un buco profondo solo pochi piedi su una superficie ostile. Forse queste rocce superficiali conservano tracce di vita passata - forse le basi essiccate di cellule marziane trovate in tunnel microscopici che hanno rosicchiato i minerali - ma è probabile che tutti i microbi viventi siano profondi diverse centinaia di piedi. Templeton ha cercato di trovare tracce di vita passata - e anche di separare questi segni da quelle cose su cui la vita non ha avuto alcun effetto - e lo fa da 16 anni fa ha esaminato il vetro di basalto sul fondo del mare.
"Il mio lavoro è trovare le impronte digitali biologiche", dice. Usa gli stessi strumenti che usa per studiare i campioni di vetro portati dall'Oman. Emette raggi X sulle superfici minerali per capire come i microbi cambiano i minerali. Vuole anche capire: li lasciano dove sono? O li sterminano? Studiando quali microbi viventi consumano minerali, spera di trovare un modo affidabile per identificare le stesse tracce chimiche di assorbimento nelle rocce extraterrestri che non hanno avuto cellule viventi per migliaia di anni.
Un giorno, questi tipi di strumenti saranno a bordo di una specie di rover. Oppure verranno utilizzati nello studio di campioni di roccia portati da altri mondi. Nel frattempo, Templeton e i suoi colleghi hanno ancora molto lavoro da fare in Oman: dovranno scoprire cosa contiene la biosfera oscura, calda e nascosta sotto i loro piedi.
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