Microsferule extraterrestri

Fiamme immense nel cielo, tali da vincere il chiarore della luna, ed un impeto di vento: così viene descritto un cataclisma osservato in Belgio nella notte del 18 febbraio 1564. Dal racconto, accompagnato da un'eloquente figura (figura 1), potremmo pensare alla caduta di una meteorite. Eventi di questa portata, fortunatamente per noi, non sono frequenti. Nonostante la Terra sia colpita da oggetti provenienti dallo spazio, la maggior parte di tale materiale cosmico è costituito da minuscole particelle che hanno un diametro intorno a 200 m m. Si stima comunque che almeno 40.000 tonnellate di detriti, originati da comete o asteroidi, ma anche costituiti da polvere interstellare, colpiscano ogni anno il nostro pianeta. Le meteoriti entrano nell'atmosfera ad altissima velocità, anche di 70 km/sec; alcune vaporizzano per l'attrito generato con l'impatto atmosferico, ma altre possono sopravvivere e giungere fino alla superficie terrestre. Una forma molto particolare di meteoriti è costituita dalle cosiddette “sferule cosmiche”. Si tratta di particelle sferiche di dimensioni submillimetriche, formate a seguito della fusione del materiale cosmico durante l'ingresso nell'atmosfera terrestre. Queste strutture mostrano forma e superficie che sono il risultato di una complessa storia di fusione/raffreddamento, non escludendo fenomeni di collisione multipla tra queste stesse particelle o di interazione con aerosol nell'atmosfera. Micrometeoriti con dimensioni molto piccole, inferiori in genere a 15 m m, che fanno parte della cosiddetta “polvere interplanetaria”, entrano nell'atmosfera senza fondere e possono essere raccolte nella stratosfera praticamente intatte; quando esse giungono al suolo si mescolano con detriti di origine terrestre e divengono quindi di difficile identificazione.

Microsferule di varia natura (metallica, rocciosa o vetrosa) rinvenute in vari sedimenti possono avere origine differente (Solt et al, 2000). Esistono microsferule terrestri, formate a seguito di attività vulcanica, sedimentologica, batterica; ancora si possono trovare microsferule originate da attività umane (fornaci, altiforni, esplosioni nucleari) o formate a seguito della fusione di rocce terrestri dopo l'impatto di una meteorite. Infine rimangono le microsferule di vera origine cosmica. Da alcuni studiosi, per far notare che talora non si tratta di materiale extraterrestre (in inglese “meteorite” ha la stessa pronuncia di “meteoright”, che potremmo tradurre come “meteorite vera”) è stato coniato, come gioco di parole, il termine “meteorong” o “meteowrong” per indicare, in contrapposizione, una “meteorite finta”. Questo per dire che non è sempre agevole discernere a prima vista tra materiale terrestre ed extraterrestre.

La prima descrizione di sferule microscopiche di origine extraterrestre risale al 1876 a opera di Sir John Murray il quale le rinvenne in sedimenti oceanici recuperati nel corso della spedizione scientifica a bordo della nave Challenger , che dal dicembre 1872 al maggio 1876 fece ben 362 operazioni di campionatura oceanografica. Per inciso va rilevato che tutte le osservazioni sul materiale raccolto, effettuate da oltre 100 scienziati sotto la direzione dello stesso Murray, furono pubblicate in un'opera monumentale di 50 volumi dal titolo "The Report of the Scientific Results of the Exploring Voyage of H.M.S. Challenger during the years 1873-76” .

Sferule cosmiche sono state trovate nel ghiaccio dell'Antartide e della Groenlandia e talora in rocce sedimentarie (Marette et al., 1987; Taylor et al., 1998). Molto studiata è la “cryoconite”: si tratta di un sedimento scuro (“cryo” significa “freddo” e “conite” indica “polvere di roccia”) che si rinviene spesso nei laghi ghiacciati della Groenlandia. La cryoconite consiste di polvere, detriti, alghe, batteri; essa si raccoglie nel ghiaccio perché i detriti assorbono la radiazione solare (figura 2), causando così il riscaldamento del ghiaccio, fino a fusione. Ogni kg di tale sedimento contiene circa 10 g di sabbia di origine terrestre e circa 800 sferule cosmiche e 200 micrometeoriti non fuse o parzialmente fuse. Le sferule cosmiche sono rappresentative dell'intero spettro di materiali che collidono con la Terra, e addirittura molto più rappresentative delle stesse meteoriti di dimensioni macroscopiche. Micrometeoriti e sferule cosmiche sono oggi considerate l'unico vero mezzo scientifico per poter ricavare correlazioni interplanetarie, poiché si ritiene siano costituite da materia presente in ogni pianeta del Sistema Solare. Uno studio sistematico delle micrometeoriti e sferule raccolte in diversi orizzonti geologici può rivelare periodi di maggiore o minore impatto nelle diverse epoche. Purtroppo il materiale fossile di origine cosmica va incontro a degradazione o alterazione chimica più o meno importante già entro mezzo milione di anni; i dati più antichi oggi noti sono limitati a sferule cosmiche rinvenute in alcuni sedimenti Eocenici (Taylor & Brownlee, 1991) e Giurassici (Jéhanno et al., 1988). Qualche anno fa è stata però segnalata la presenza, eccezionale, di queste sferule nei sedimenti di Satakunta della Finlandia sud-occidentale, risalenti a circa 1.4 miliardi di anni fa (Deutsch et al., 1998).

Nel 1999 è sorta un'Associazione scientifica internazionale che si interessa con estremo rigore metodologico di sferule cosmiche e terrestri. Si tratta del TE.CO.S., ossia il Terrestrial and Cosmic Spheres research group , che si propone di coordinare gli studi su questo nuovo argomento nell'ambito delle Scienze della Terra. Molto appropriato è il motto dell'Associazione: “Quae ratiost igitur?” ( Qual è dunque la spiegazione?) (Lucrezio, De Rerum Natura, VI 848-861) che vuol essere un incitamento a indagare l'origine di queste sferule. In un documento programmatico (reperibile in Internet all'indirizzo http://www.tecos.org/Presentation.htm) si raccomanda che lo studio delle sferule sia globale, in quanto non basta aver trovato queste strutture a livello ubiquitario, ma è necessario creare ordine in questo nuovo e stimolante campo di ricerca, iniziando a classificare le diverse sferule rinvenute, e analizzandone la distribuzione in diversi sedimenti. A chi voglia approfondire l'argomento, consigliamo senz'altro di entrare nelle splendide pagine Internet dell'Associazione (http://www.tecos.org).

Un articolo apparso qualche tempo fa su questa Rivista ha puntato l'attenzione su microsferule metalliche rinvenute nelle sabbie di fiumi del Piemonte (Albano, 1999). L'interessante studio condotto dall'Autore ha permesso di suggerire una probabile origine cosmica di queste particelle. Sulla scia di tale segnalazione abbiamo voluto verificare la presenza di queste sferule anche in altre località.

Secondo le informazioni tratte dal documento del Jet Propulsion Laboratory della NASA (si veda ad esempio il sito Internet http://www.solarviews.com/eng/edu/micromet.htm), un facile modo di trovare micrometeoriti e sferule cosmiche è semplicemente guardare tra il detrito che si raccoglie alle estremità delle grondaie: la polvere cosmica che giunge sul tetto delle nostre case, dopo un temporale viene infatti lavata via e si concentra al termine del percorso attraverso le grondaie. Con una calamita è facilissimo catturare il materiale magnetico, che in questo caso è ad alta probabilità di essere di origine cosmica. Abbiamo messo in pratica questo suggerimento ed abbiamo effettivamente potuto reperire moltissime sferule metalliche, del tutto analoghe a quelle descritte in precedenza.

Passando con una calamita sulla sabbia della spiaggia dell'Adriatico, a Sottomarina (VE), abbiamo avuto modo di raccogliere una discreta quantità di polvere ferromagnetica. Osservando il materiale al microscopio, tra i molti frammenti di magnetite abbiamo potuto rinvenire diverse sferule, di dimensioni variabili tra 20 e 350 m m. Il problema di definire l'origine di tali corpuscoli si ripropone anche con la sabbia marina da noi analizzata. Una prima osservazione al microscopio ottico ha permesso di differenziare varie morfologie nell'ambito delle strutture sferiche; molte mostrano una superficie lucente e apparentemente compatta, ma altre sono strutture cave con un foro chiaramente visibile (figura 3), piuttosto fragili. Altre volte si tratta di strutture non perfettamente sferiche, ma un po' allungate, con un “picciolo” ad una estremità. Pur essendo metalliche, non presentano segni evidenti di degradazione.

Particolarmente interessante è la struttura delle sferule cave, la cui dinamica di formazione è stata descritta da Bi-Dong et al. (1993). Un corpo meteoritico ferroso (figura 4), al suo impatto con l'atmosfera terrestre, per attrito va incontro a riscaldamento fino a fusione. Nelle parti più alte dell'atmosfera, a contatto con l'ossigeno, la superficie delle gocce metalliche fuse subisce ossidazione, formando un guscio di ossidi. Per il persistere di elevate temperature, si vengono a formare wustite (FeO), ematite (Fe₂O₃) e magnetite (Fe₃O₄). Il nichel, presente nelle meteoriti ferrose, essendo più refrattario all'ossidazione, rimane all'interno della fusione; qui costituisce un nucleo interno in lega Fe-Ni, che si arricchisce sempre più in nichel, al procedere dell'ossidazione del ferro. Quando la goccia metallica viene a contatto con gli strati più bassi dell'atmosfera, si ha un veloce raffreddamento del materiale stesso e una rapida decelerazione. Per effetto di forze inerziali e centrifughe, talora il nucleo più denso di Fe-Ni si disloca e può essere espulso dalla struttura originaria. Rimane così un “involucro” cavo, costituito da ossidi di ferro.

Come accennato in precedenza, non tutte le sferule magnetiche hanno un'origine extraterrestre; materiale particellare costituito in parte da magnetite (Fe₃O₄) può derivare da processi industriali, ma in genere le dimensioni sono inferiori a 20 µm. Sferule possono derivare da gocce di saldatura, ma in tal caso hanno elevati contenuti in manganese e cromo. La presenza di wustite (FeO) è considerata tipica delle sferule cosmiche, in quanto è rarissima nell'ambiente fortemente ossidante presente sulla Terra.

La prima idea quindi è stata di definire la composizione delle sferule rinvenute. Impiegando una microsonda elettronica (Electron MicroProbe Analysis, o EMPA) è stato possibile condurre una analisi elementare, per ora del tutto preliminare, in alcuni punti della superficie di due sferule. Entrambe mostravano un elevato contenuto in ferro (Figura 5) e suoi ossidi, compatibile con un arricchimento superficiale in questo elemento, in linea con il modello descritto da Bi-Dong, mentre assente è il nichel. Sfruttando le possibilità offerte dal microscopio elettronico a scansione (SEM), sono state ottenute alcune immagini tridimensionali di notevole impatto visivo (Figura 6). Una delle sferule, di diametro di 300 m m, a basso ingrandimento mostra una superficie piuttosto liscia, con qualche incavatura (figura 6A). Ad alto ingrandimento la superficie si è dimostrata invece altamente disomogenea, costituita dall'aggregazione di una miriade di componenti irregolari (figura 6 B-C). L'ipotesi di una fusione di microparticelle di polvere cosmica durante il rientro nell'atmosfera si fa qui piuttosto probabile. La seconda sferula, dimostratasi molto fragile tanto da sfaldarsi durante le procedure d'indagine, è risultata composta di simili microparticelle (Figura 6 D-E-F); la loro superficie, osservata ad alto ingrandimento (10.000x, figura 6F), appare disseminata di numerose microcavità a contorno circolare di diametro inferiore a 1 mm.

Molto probabilmente si tratta di strutture formatesi durante la fusione della micrometeorite. Forte però è la tentazione di collegare queste minuscole cavità delle nostre microsferule a recenti osservazioni apparse in letteratura. Vari studi sulla famosa meteorite ALH84001 di origine marziana propongono l'ipotesi della presenza di batteri extraterrestri fossilizzati (McKay et al., 1996; Friedmann et al., 2001); questa ipotesi da alcuni è stata vista con scetticismo, e non mancano studi che smentirebbero un'origine biologica di tali formazioni (Golden et al., 2001). Al contrario, alcuni studiosi delle Università di Caltech, Vanderbildt e McGill (USA) avrebbero condotto indagini a dimostrazione addirittura della possibile sopravvivenza di microbi ad un viaggio interplanetario. Un pensiero non può a questo punto non andare anche alla recente segnalazione, da parte di ricercatori italiani, di possibili batteri provenienti dallo spazio, i “cryms” o “cristallomicrobi”, giunti sulla Terra attraverso meteoriti. La teoria della “panspermia”, ossia dell'origine interplanetaria della vita, non è certo nuova, essendo stata formulata più di un secolo fa da Arrhenius (1908). Simulazioni condotte con modelli di laboratorio hanno dimostrato che la struttura di una meteorite può permettere l'efficace protezione di un microrganismo nei confronti del riscaldamento ad alte temperature (600 °C), ed anche verso altissime forze di accelerazione (45 GPa) (Mastrapa et al., 2001), paragonabili a quelle necessarie all'espulsione di materiale da un corpo celeste. Studi condotti nello spazio dalla NASA hanno poi dimostrato che spore batteriche di Bacillus subtilis (lo stesso microrganismo che possiamo assumere a scopo terapeutico per contrastare in modo biologico la proliferazione di batteri patogeni intestinali causa di gastroenteriti) possono resistere addirittura al vuoto cosmico anche per 6 anni (Horneck, 1993) e probabilmente molto più a lungo. Alla luce di nuovi dati, forse dovremmo riconsiderare molti concetti scientifici finora ritenuti poco probabili o addirittura impossibili.

Figura 6. Immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) di microsferule rinvenute sulla sabbia del litorale adriatico. A-B-C: immagini di una sferula metallica del diametro di circa 300 µm; si notino i dettagli a ingrandimento crescente (200x, 2000x, 10.000x). D-E-F: immagini di frammenti ottenuti da una seconda sferula metallica (ingrandimenti 500x, 2000x, 10.000x). Da rilevare le numerose cavità di diametro inferiore a 1µm, evidenti ad alto ingrandimento.

Bibliografia

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(articolo pubblicato sul Notiziario di Mineralogia e Paleontologia della FESPEM n.23, settembre 2001)

Eugenio e Andrea Ragazzi

32 - APRILE 2002