Le nostre stime più accurate sulla composizione dell’universo indicano che è principalmente costituito da materia oscura ed energia oscura, entrambe ancora non rilevate sulla Terra. Inoltre, la materia barionica, che talvolta chiamiamo “universo osservabile”, è composta per tre quarti di idrogeno e per il 23 percento di elio in massa, con una quantità ancora minore se si considerano gli atomi. Questa composizione è molto diversa da quella terrestre, dove l’elio è uno degli elementi più rari e l’idrogeno costituisce solo una piccola frazione dello uno percento della crosta terrestre e ancora meno dell’intero pianeta.
Nel contesto dell’universo, l’idrogeno è abbondante principalmente perché gran parte di esso è stato creato durante il Big Bang. Nei primi istanti dopo la sua formazione, l’universo era un caos di quark e gluoni, ma una volta che la situazione si è stabilizzata, la maggior parte della materia osservabile era composta da elettroni, protoni e neutroni, insieme ad alcune particelle subatomiche più esotiche. Gli elettroni e i protoni si sono generalmente combinati per formare l’idrogeno, con una piccola quantità di elio e ancora meno litio prodotto in quel periodo.
Gran parte del litio primordiale è stato distrutto nelle stelle, che hanno fuso l’idrogeno per formare l’elio e, in seguito, gli altri elementi della tavola periodica. Tuttavia, se consideriamo l’universo come una macchina per trasformare l’idrogeno in altri elementi, possiamo dire che è ancora giovane, con la maggior parte del suo viaggio ancora davanti a sé. Al contrario, guardando solo la Terra, sembra che questo processo sia quasi completato.
I nostri oceani sono composti da due parti di idrogeno e una parte di ossigeno, insieme a elementi come il sodio, il cloro e altri che formano il sale. Una piccola quantità di idrogeno è legata alle rocce o si trova in molecole di carbonio come il metano nell’atmosfera. Tuttavia, in proporzione agli atomi presenti nell’intero pianeta, l’idrogeno non è molto abbondante. L’elio è ancora più raro, tanto che la sua presenza è stata scoperta solo quando le sue linee spettrali sono state individuate durante un’eclissi.
Come tutti i pianeti, la Terra si è formata da un disco protoplanetario composto da idrogeno ed elio del Big Bang, insieme a una miscela di elementi più pesanti provenienti dalle generazioni precedenti di stelle, sparsi attraverso la galassia in esplosioni di supernove e kilonove. Mentre il Sole e i pianeti giganti gassosi del Sistema Solare esterno riflettono approssimativamente questa composizione, la Terra e gli altri pianeti interni hanno una composizione completamente diversa.
L’idrogeno e l’elio condividono la caratteristica di essere gas molto leggeri, il che significa che possono facilmente sfuggire alla gravità terrestre. Pianeti più grandi come Giove hanno trattenuto una maggiore quantità di gas grazie alla loro maggiore forza gravitazionale, mentre la Terra, essendo più piccola e più vicina al Sole, ha perso una parte significativa di questi gas nel corso del tempo.
L’elio è particolarmente raro perché, essendo un gas nobile, raramente si combina con altri atomi che potrebbero trattenere il gas abbastanza a lungo per impedirne la fuga. La maggior parte degli scienziati planetari dubita che l’elio originale del disco planetario sia ancora presente sulla Terra, poiché la maggior parte dell’elio attuale è il risultato del decadimento radioattivo di elementi più pesanti.
L’elio ha importanti applicazioni pratiche, come il raffreddamento di apparecchiature scientifiche e macchine a risonanza magnetica a temperature estremamente basse. Le scorte di elio dipendono da estrazioni in spazi antichi dove il gas si è accumulato per milioni di anni, spesso raccolte come sottoprodotto durante la perforazione del metano.
L’idrogeno, invece, è più abbondante sulla Terra rispetto all’elio poiché si combina facilmente con altri elementi come l’ossigeno. Tuttavia, si ritiene che la maggior parte dell’idrogeno nei planetesimi che hanno contribuito alla formazione della Terra sia sfuggita nel corso del tempo, soprattutto durante impatti che hanno trasformato la superficie terrestre in un mare di magma.
Esiste un dibattito in corso sulla presenza di idrogeno nella formazione della Terra che potrebbe essere sopravvissuto in profondità nel mantello o se la Terra si sia prosciugata in un certo momento, prima di essere rifornita di idrogeno da comete e asteroidi. Indipendentemente da ciò, la Terra è fortunata ad avere una quantità significativa di idrogeno rispetto ad altri pianeti interni come la Luna.
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