C’è un legame tra l’idrogeno bianco e l’origine della vita sulla Terra?

Sappiamo che gli organismi non popolano soltanto la superficie terrestre, ma anche il suolo. Ciò che è difficile da immaginare è che la vita possa spingersi addirittura oltre i 10 km di profondità nel sottosuolo. Eppure esistono prove dell’esistenza di microrganismi anche a queste profondità: come è possibile? Le loro fonti di energia sono l’idrogeno bianco e il metano presenti nel sottosuolo e derivanti da processi di origine geologica. Questi gas sono al centro delle ricerche del laboratorio Deep Carbon Lab dell’Università di Bologna, che nasce dal progetto DeepSeep, finanziato dall’European Research Council (ERC). Per studiare le rocce che ospitano l’idrogeno bianco e il metano di origine geologica, il team guidato da Alberto Vitale Brovarone, Professore ordinario di Petrografia al Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali di Bologna, negli ultimi anni ha compiuto spedizioni in tutto il mondo. Questi studi sono fondamentali per il ruolo che l’idrogeno potrebbe giocare nell’origine della vita sulla Terra, oltre che nella transizione energetica come fonte di energia pulita.

Come e dove si formano l’idrogeno e il metano di origine geologica

L’idrogeno bianco (H₂) è idrogeno libero, cioè non legato ad altri elementi per formare composti, che si origina principalmente durante il processo di serpentinizzazione. Questo processo consiste nella trasformazione delle rocce del mantello terrestre, che sono peridotiti costituite dal minerale olivina, in serpentiniti composte dal minerale serpentino. Ciò accade quando, a temperature e pressioni elevate, l’acqua circolante nel mantello reagisce chimicamente con l’olivina: a contatto con l’acqua il ferro dell’olivina si ossida e si libera idrogeno bianco. Se poi è presente carbonio, l’idrogeno si combina con esso per formare metano (CH₄).

Ma quali sono le aree della Terra in cui l’acqua e le rocce del mantello possono interagire? Si tratta delle zone di subduzione, in cui una placca litosferica sprofonda al di sotto di un’altra placca sul fondale oceanico originando le fosse oceaniche, e delle dorsali oceaniche, dove emergono le rocce del mantello superiore. Recentemente presso la dorsale medio-atlantica è stato prelevato dal mantello terrestre un cilindro di roccia lungo ben 1268 m, il più profondo mai ottenuto, in cui sono state ritrovate tracce di serpentinizzazione. Accedere alle rocce del mantello con le perforazioni è molto complicato a causa delle elevatissime temperature e pressioni, ma ci sono luoghi in cui i movimenti della litosfera le hanno portate alla luce: sono le catene montuose, dove si concentrano le ricerche del progetto Deep Carbon Lab.

Il progetto Deep Carbon Lab e il ruolo dell’idrogeno nell’origine della vita

Mongolia, Stati Uniti, Corsica e Groenlandia: sono solo alcune delle regioni esplorate dai ricercatori del Deep Carbon Lab di Bologna, che hanno come obiettivo quello di comprendere meglio come si formano l’idrogeno bianco e il metano di origine geologica (cioè abiotico, diverso da quello di origine biologica) e in che modo questi risalgono nella litosfera a profondità compatibili con la vita. Per farlo, i ricercatori per prima cosa raccolgono campioni di antiche rocce del mantello affiorate in corrispondenza delle catene montuose. In laboratorio le rocce vengono poi datate e analizzate al microscopio per individuare bolle di idrogeno e metano rimaste intrappolate nei minerali, che prendono il nome di inclusioni fluide. Attraverso le analisi di rocce e gas e simulazioni teoriche è possibile risalire alle modalità e ai tempi di formazione dei gas.

Le rocce ritrovate in Groenlandia hanno fino a 3,8 miliardi di anni e presentano al loro interno bolle di idrogeno e metano. Si ritiene che a quel tempo fossero già attivi i meccanismi della subduzione, in grado di favorire la formazione di idrogeno. Si ipotizza anche che questo gas, risalendo attraverso le fratture delle rocce, abbia potuto raggiungere profondità caratterizzate da temperature compatibili con la vita (non superiori a 122 °C). Qui avrebbe costituito, insieme al metano, una fonte di energia per i microrganismi, di cui le prime testimonianze risalgono anch’esse a circa 3,8 miliardi di anni fa. La vita potrebbe quindi essersi sviluppata prima in profondità nella crosta terrestre e solo in seguito essersi trasferita in superficie. Una testimonianza di come questi gas favoriscano la vita è rappresentata dai camini idrotermali presenti presso le dorsali oceaniche, particolari strutture da cui fuoriesce acqua riscaldata dal magma sottostante e dove abbondano comunità microbiche primordiali, associate a rocce del mantello che hanno subìto la serpentinizzazione.

Gli studi del Deep Carbon Lab hanno implicazioni anche nella ricerca della vita microbica su altri pianeti: anche qui, infatti, sarebbe coinvolto il processo di serpentinizzazione. Inoltre, tutte le informazioni raccolte sull’idrogeno bianco sono fondamentali per comprendere quale potrebbe essere in futuro il suo ruolo come fonte di energia pulita.

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