Esobiologia: studio sulla presenza di acqua "abitabile" sulla Terra e sugli esopianeti

Posted on maggio 21, 2010

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L’acqua è indispensabile per la vita come noi la conosciamo. Ma non tutta l’acqua ha i requisiti per ospitarla. Secondo i dati  provenienti da molti ambienti estremi, i ricercatori hanno trovato i limiti di ciò che costituisce le condizioni di abitabilità nell’acqua sul nostro pianeta. Questo potrebbe aiutarci a capire quali tipi di acqua sugli altri pianeti sarebbe idonei ad ospitare la vita.
“Cerchiamo l’acqua calda o forse l’acqua fredda?” si chiede Eriita Jones della Australian National University, principale autore dello studio che appare sull’ultimo numero della rivista Astrobiologia.
Il principio guida nella nostra ricerca in corso per la biologia aliena è “seguire l’acqua”. Ma la nuova ricerca suggerisce questo obiettivo deve essere affinato e da solo non è sufficiente.
Sulla Terra, sappiamo che la vita può esistere ad una vasta gamma di temperature e pressioni, eppure vi sono luoghi in cui non è stata trovata. Jones e il suo collega Carlo Lineweaver hanno condotto un’indagine globale per capire fino a che punto è presente la vita nel “territorio d’acqua” sulla Terra.
I loro risultati indicano che solo il 12% del volume di acqua liquida della Terra ospita la vita. Per quanto riguarda il resto di questo volume, la vita non ha mai trovato il modo di adattarsi, pur avendo avuto diversi miliardi di anni di evoluzione per poterlo fare.
Questo può significare che qualche frazione di acqua liquida è strettamente inabitabile, sia qui che su altri mondi lontani.

Diagramma dell’acqua
La regione blu-grigio indica l’intervallo di temperatura e pressione in cui l’acqua è nella sua forma liquida. La regione verde ombreggiata mostra nella misura in cui la vita sulla Terra è popolata spazio parametrico di acqua liquida. Immagine di credito: Jones & Lineweaver / Australian National University  
Per quantificare ciò che costituisce l’acqua abitabile, Jones e Lineweaver, hanno tracciato un diagramma delle condizioni di pressione e temperatura dell’acqua. “Questo è un modo molto naturale di parametrizzare ogni pianeta”, dice Jones.

Solo circa il 3,5% del volume della Terra ha la giusta temperatura e  pressione per mantenere l’acqua allo stato liquido. E di questa regione, solo il 12% contiene la vita. Immagine di credito: Jones & Lineweaver / Università Nazionale Australiana
Anche se noi solitamente pensiamo che l’acqua liquida esiste tra zero e 100 gradi Celsius, questo è vero solo per l’acqua pura alla pressione atmosferica al livello del mare (circa 14.7 libbre per pollice quadrato o di 1014 millibar). Se è presente il sale, per esempio, il punto di congelamento scende sotto già sotto gli zero gradi e il punto di ebollizione sale oltre i 100 gradi. Ad alte pressioni, l’acqua rimane liquida sopra i 100 gradi Celsius. In realtà, gli autori stimano che l’acqua liquida può esistere per una profondità massima di 75 km sotto la superficie terrestre, dove la temperatura è superiore a 400 gradi centigradi e la pressione è di 30.000 volte superiore a quella in superficie.

Ma è possibile che esista la vita in questo tipo di acqua? Probabilmente no. La temperatura più alta conosciuta per sostenere la vita è di 121 gradi Celsius. Alcuni biologi ritengono che gli organismi potrebbero sopravvivere a temperature ancora più elevate, ma non ci sono prove in merito.

Le condizioni sulla Terra non consentono all’acqua liquida di esistere sotto una profondità di circa 75 km e quindi, quel che resta è soltanto un sottile guscio esterno. Fuori del volume, tutta la Terra, soltanto il 3,3% dell’acqua possiede le condizioni giuste esistere allo stato liquido, mentre solo lo 0,2% può ospitare la vita [credito: Jones & Lineweaver / Australian National University]

 

Jones e Lineweaver assumono l’attuale limite di 122 gradi centigradi come limite di temperatura per l’acqua abitabile. All’altra estremità del termometro, l’acqua allo stato liquido può essere trovato sulla Terra a -89 gradi in film sottili. Tuttavia, la temperatura dell’acqua più fredda capace di sostenere la vita attiva è di -20 gradi, che è ciò che i ricercatori prendono come loro limite abitabile inferiore.

I ricercatori hanno anche esaminato i limiti di pressione. La vita è stata trovata fino a 5,3 km sotto la superficie, dove la pressione è di 1500 volte superiore a quella in superficie. Se questa è veramente la più alta pressione per l’acqua abitabile, bisognerà accertarlo, perchè nessuno ha ancora scavato oltre in cerca di vita.
Quanto alla bassa pressione, la vita è stata trovata in alto nell’atmosfera dove l’aria è sottile, grazie alla presenza di microrganismi volatili. Gli autori quindi assumono il limite di bassa pressione per la vita quello di  un terzo della pressione atmosferica, che corrisponde alla quota nella parte superiore di mt. Everest.

Limiti della biosfera
Secondo questi limiti appena posti, la vita sul nostro pianeta è limitata a un guscio sottile che si estende da circa 10 km sopra la superficie e va fino a 5 km sotto terra (o fino a una profondità di 10 chilometri nel mare). Questo lascia disabitato l’88% del volume in cui esiste l’acqua sulla Terra.

Questo microrganismo, chiamato “Strain 121,” è un Archaea che sopravvive in acqua a 121 gradi Celsius, che è la temperatura più alta conosciuta per una essere vivente. Credit immagine: Derek Lovley, U. Messa., Amherst
“Questo dimostra che la vita e l’acqua non sono equivalenti e può pertanto esistere l’liquida ostile alla vita”.
Quasi tutta l’acqua liquida della Terra si trova in regioni abitabili. Il punto è che solo una piccola frazione di questa acqua è cordiale alla vita.
“Tutto ciò sembra sorprendente e sembra suggerire che la strategia di ‘seguire l’acqua’ ha bisogno di essere rivista” afferma Chris McKay della NASA Ames Research Center.
Ma egli anche che che questo sia un po fuorviante. L’unico fattore veramente limitante in questa analisi è l’osservazione che la vita apparentemente non può sopravvivere oltre i 122 gradi Celsius.

“Nessuno degli altri mondi, eccetto Venere,  hanno temperature di superficie abbastanza calde per rendere questo limite pertinenti”, dice McKay. Tuttavia, le temperature più calde si trovano sotto la superficie. Marte, per esempio, può essere troppo freddo per l’acqua liquida sulla sua superficie, ma non vi è ragione di credere che ci sia acqua liquida sotterranea . Jones e Lineweaver stanno attualmente esaminando la crosta, il mantello e il nucleo di Marte utilizzando le stime del flusso di calore per la costruzione di un diagramma marziano dell’acqua, come quello che hanno fatto con la Terra. I risultati mostrano a quale profondità l’acqua è potenzialmente abitabile (come definito dallo studio in corso) su Marte.
Un modello interno di Europa (la luna di Giove), con l’ipotesi che abbia oceano interno globale che sarebbe 10 volte più profondo di qualsiasi oceano sulla Terra, e conterrà il doppio di acqua rispetto agli oceani della Terra e dei fiumi messi insieme. Credit: NASA / JPL
Questa sorta di “analisi abitabile dell’acqua” potrebbe essere utilizzata anche per gli oceani liquidi che si pensa si trovano sotto la crosta ghiacciata della luna di Giove Europa e la luna di Saturno Encelado. Potrebbe inoltre contribuire a caratterizzare un diagramma di fase anche per  gli esopianeti, mostrando dove concentrare la nostra ricerca di vita”, ha detto Jones.

A cura di Arthur McPaul

Fonte: http://www.astrobio.net/exclusive/3499/water-water-everywhere-but-not-all-drops-have-life

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