A grandi profondità nella crosta terrestre, l'idrogeno molecolare può reagire con minerali completamente privi di acqua e creare nuove molecole d'acqua. La scoperta, pubblicata in uno studio su Science Advances da un team di quattro università italiane in collaborazione con l'Agenzia Spaziale Europea, introduce un meccanismo finora ignorato nel ciclo idrologico globale.
Come l'idrogeno produce acqua nelle rocce profonde
Il gruppo guidato da Alberto Vitale Brovarone dell'Università di Bologna ha combinato tre approcci: analisi di campioni di roccia reali, esperimenti ad alta pressione e temperatura nel laboratorio di petrologia sperimentale della Statale di Milano, e modellizzazione termodinamica. I tre metodi convergono sulla stessa conclusione: l'idrogeno molecolare (H₂), a contatto con minerali anidri che contengono ossigeno, innesca reazioni di ossidoriduzione che producono sia acqua libera sia nuovi minerali idratati.
Simone Tumiati della Statale di Milano ha estratto e analizzato con spettrometria di massa quadrupolare i gas intrappolati nelle capsule sperimentali, identificando la formazione di questa acqua non convenzionale. Al team hanno contribuito anche Fabrizio Nestola di Padova e Donato Giovannelli del Federico II di Napoli, insieme a ricercatori di Francia, Germania e Stati Uniti.
La portata quantitativa del processo emerge dall'abstract dello studio: ogni anno, una massa d'acqua equivalente al 25-50% degli apporti idrici globali nelle zone di subduzione viene convertita in idrogeno molecolare. Una quota ritenuta in gran parte dispersa verso la superficie. Lo studio dimostra che una parte di questo H₂ può invece tornare ad essere acqua, alimentando un ciclo idrologico profondo rimasto sconosciuto fino a oggi.
Magma, terremoti e il caso Italia
Quando acqua libera compare in ambienti rocciosi inizialmente secchi, abbassa il punto di fusione dei materiali circostanti, favorendo la genesi del magma. Altera anche le proprietà meccaniche delle rocce, facilitandone la deformazione: un fattore direttamente rilevante per capire dove e come si innescano i terremoti.
L'Italia si trova in uno dei contesti più adatti per testare queste implicazioni. I Campi Flegrei, il Vesuvio e l'Etna si sviluppano sopra sistemi di subduzione attivi; le faglie dell'Appennino insistono sulla zona di convergenza tra la placca adriatica e quella euroasiatica. Il coordinamento di quattro atenei italiani nello stesso studio riflette la vocazione del Paese per la ricerca su uno dei sistemi geodinamici più complessi del Mediterraneo.
Il Mediterraneo si conferma laboratorio per fenomeni fisici estremi: il neutrino di record catturato dal telescopio sottomarino KM3NeT al largo della Sicilia ha già dimostrato le potenzialità della ricerca italiana in ambienti inaccessibili. Quantificare quanta acqua non convenzionale si generi nelle profondità del sottosuolo italiano è il prossimo obiettivo del team di Brovarone.
Dalla Terra ai pianeti: il collegamento con l'astrobiologia
L'Agenzia Spaziale Europea ha partecipato allo studio perché lo stesso meccanismo potrebbe operare su altri corpi del sistema solare. Su Marte, dove abbondano minerali ferrosi, l'idrogeno profondo potrebbe aver generato acqua in ambienti considerati aridi. Su Encelado, la luna di Saturno, reazioni chimiche simili tra roccia e acqua oceanica sono già documentate come potenziale indizio di abitabilità.
La scoperta aggiunge un meccanismo alla storia dell'acqua nel sistema solare. I meteoriti carboniosi analizzati sulla Terra mostrano che parte dell'acqua terrestre è arrivata dall'esterno; questo studio dimostra che il pianeta può produrne anche dall'interno attraverso chimica profonda. Il cratere di impatto più antico mai identificato ha già ridisegnato la storia geologica precoce: capire come idrogeno e minerali interagivano in quell'era primordiale apre nuove domande sul ciclo dell'acqua nelle prime fasi della Terra.
Il prossimo passo è quantificare il contributo di questo meccanismo nelle zone di subduzione attive. Se le reazioni di ossidoriduzione dell'idrogeno si rivelano significative nel sottosuolo italiano, i modelli con cui si prevedono eruzioni e terremoti potrebbero dover essere aggiornati. Una piccola reazione chimica a chilometri di profondità potrebbe ridisegnare le mappe del rischio vulcanico e sismico sopra di noi.