Un team guidato dall’Università di Washington potrebbe aver risolto l’enigma con la scoperta di un nuovo tipo di cristallo solido che si forma quando acqua e sale si combinano in condizioni di freddo e alta pressione. I ricercatori ritengono che la nuova sostanza creata in laboratorio sulla Terra potrebbe formarsi sulla superficie e sul fondo degli oceani profondi dei pianeti e satelliti extraterrestri. Per questo motivo la comunità scientifica sospetta che le strisce rosse che attraversano la superficie di Europa, una delle lune di Giove, siano composte da una miscela congelata di acqua e sali, ma la “firma chimica” di quest miscela incuriosisce molto perché non corrisponde a nessuna sostanza conosciuta sulla Terra. Grazie a questa linea di ricerca, è stato pubblicato uno studio sui Proceedings of the National Academy of Sciences, che annuncia una nuova combinazione per due delle sostanze più comuni della Terra: l’acqua e il cloruro di sodio, o sale da cucina. “È raro al giorno d’oggi avere scoperte fondamentali nella scienza”, ha dichiarato l’autore principale Baptiste Journaux, professore di Scienze della Terra e dello Spazio dell’UW. “Il sale e l’acqua sono molto conosciuti per come si “comportano” sulla Terra. Ma al di là di questo, siamo completamente all’oscuro. E ora abbiamo questi oggetti planetari che probabilmente hanno composti a noi molto familiari, ma in condizioni molto diverse. Dobbiamo studiare tutta la scienza mineralogica fondamentale che del 1800, ma ad alta pressione e a bassa temperatura. È un momento emozionante”.

Come si comportano acqua e sale a bassa temperatura e ad alta pressione?

A basse temperature l’acqua e i sali si combinano per formare un reticolo ghiacciato salato rigido, noto come idrato, tenuto in posizione da legami idrogeno. L’unico idrato conosciuto in precedenza per il cloruro di sodio era una struttura semplice con una molecola di sale ogni due molecole d’acqua. Ma i due nuovi idrati, trovati a pressioni moderate e a basse temperature, sono sorprendentemente diversi. Uno ha due cloruri di sodio ogni 17 molecole d’acqua; l’altro ha un cloruro di sodio ogni 13 molecole d’acqua. Questo spiegherebbe perché le firme della superficie delle lune di Giove sono più “acquose” del previsto. La scoperta di nuovi tipi di ghiaccio salato ha importanza non solo per la scienza planetaria, ma anche per la chimica, la fisica e persino per la ricerca energetica, che utilizza gli idrati per l’immagazzinamento dell’energia, ha detto Journaux.

Per cercare di replicare le condizioni di Europa e come queste avrebbero potuto influenzare il rapporto chimico tra acqua e sale, l’esperimento condotto dai ricercatori di Washington si è articolato comprimendo una piccola quantità di acqua salata tra due diamanti delle dimensioni di un granello di sabbia, schiacciando il liquido fino a 25.000 volte la pressione atmosferica standard. I diamanti trasparenti hanno permesso al team di osservare il processo al microscopio. “Stavamo cercando di misurare come l’aggiunta di sale avrebbe cambiato la quantità di ghiaccio che potevamo ottenere, dato che il sale agisce come antigelo”, ha detto Baptiste Journaux. “Sorprendentemente, quando abbiamo modificato la pressione, abbiamo visto che i cristalli hanno iniziato a crescere, possibilità che non ci aspettavamo. È stata una scoperta davvero casuale”. Le condizioni di freddo e alta pressione create in laboratorio sarebbero comuni sulle lune di Giove, dove gli scienziati pensano che 5-10 chilometri di ghiaccio coprirebbero oceani profondi fino a diverse centinaia di chilometri, con fondali ricoperti di strati di ghiaccio ancora più spessi.

Il ruolo della pressione

“La pressione avvicina le molecole tra di loro e ne modifica l’interazione: questo è il motore principale della diversità delle strutture cristalline che abbiamo trovato”, ha detto Journaux. Una volta formatisi gli idrati appena scoperti, una delle due strutture è rimasta stabile anche dopo il rilascio della pressione. “Abbiamo determinato che la struttura dei cristalli di nuova formazione rimane stabile a pressione standard fino a circa -50°C. Quindi, se si dispone di un lago molto salato, ad esempio in Antartide, che potrebbe essere esposto a queste temperature, questo idrato appena scoperto potrebbe essere presente”, ha detto Journaux. Il team spera di realizzare o raccogliere un campione più grande per consentire un’analisi più approfondita e verificare se le firme delle lune ghiacciate corrispondono a quelle degli idrati appena scoperti. Due prossime missioni esploreranno le lune ghiacciate di Giove: La missione Jupiter Icy Moons Explorer dell’Agenzia Spaziale Europea, che verrà lanciata in aprile, e la missione Europa Clipper della NASA, che verrà lanciata nell’ottobre 2024. La missione Dragonfly della NASA sarà lanciata verso la luna di Saturno Titano nel 2026. Sapere quali sostanze chimiche incontreranno queste missioni aiuterà a indirizzare meglio la ricerca di tracce di vita.

 

“Questi sono gli unici corpi planetari, oltre alla Terra, in cui l’acqua allo stato liquido è stabile su tempi geologici, il che è fondamentale per la nascita e lo sviluppo della vita”, ha detto Journaux. “Sono, a mio avviso, il posto migliore nel nostro sistema solare per scoprire la vita extraterrestre, quindi dobbiamo studiare i loro oceani esotici e i loro interni per capire meglio come si sono formati, evoluti e possono conservare l’acqua liquida in regioni fredde del sistema solare, così lontane dal sole”.