H2O
L’origine cosmica dell’acqua
Di
Massimo Auci
Il Big Bang
• Si pensa che con una gigantesca esplosione
l’universo sia nato da una singolarità spaziotemporale.
• Dopo 10-2 µs si sono formati protoni e neutroni.
• Dopo un minuto dall’origine protoni e neutroni
si sono combinati in nuclei complessi.
• Dopo un milione di anni nuclei ed elettroni si
sono combinati in atomi di H1, H2 ed He.
Le Galassie
• Dopo 50 milioni di anni si sono formate le
galassie.
• Dopo 5 miliardi si è formato il sistema
solare.
• Sulla Terra la specie umana ha avuto
inizio 10 miliardi di anni dopo l’istante
iniziale.
La materia
• La materia è costituita da atomi i cui nuclei si sono
formati durante le reazioni di sintesi nucleare
(fusione) avvenute durante l’evoluzione delle
stelle che popolavano le prime galassie.
• Gli elementi formati nel corso di 50 miliardi di
anni durante le fasi di evoluzione stellare, sono
tutti quelli che compaiono nella tavola periodica.
La vita
• La vita ha avuto inizio da idrogeno, carbonio,
azoto e ossigeno, che caratterizzano il ciclo di
sintesi nucleare C-N-O in stelle più massicce del
sole (M > M ) ma con vita (tempo di evoluzione)
relativamente breve. Probabilmente queste stelle
hanno popolato il nostro universo nelle prima fase
evolutiva.
• La morte mediante esplosione (supernova) di
stelle massicce, ha disseminato nell’universo gli
elementi essenziali a produrre la vita H, C, N, O,
ma non le molecole complesse di cui la vita ha
bisogno.
©
Esplosione di una gigante rossa.
Molecole e acqua
• Da misure spettrometriche di assorbimento della
luce, l’elemento più abbondante presente
nell’universo è l’idrogeno.
• 75% H + 24% He + 1% altro.
• Osservazioni spettroscopiche su frequenze nel
campo delle microonde e onde radio, hanno
evidenziato che molecole complesse come HCN,
SO2 , NH3 , CO , … , e anche H2O sono
normalmente presenti e attualmente in formazione
all’interno di nubi di gas (nebulose).
Nebula di Orione
Particolare di nube molecolare in
Orione
Particolare di nube molecolare in
Orione
La formazione dell’acqua
• Analisi spettroscopiche effettuate sul gas
presente nelle nebulose e studi teoricosperimentali hanno permesso di scoprire il
meccanismo di formazione della molecola
di H2O all’interno delle nebulose.
• Il processo si chiama:
ricombinazione dissociativa
Ricombinazione Dissociativa
•
•
•
•
•
H2 + radiazione
H2+ + e- + radiazione
H2+ + H2
H3+ + H·
H3+ + O·
OH+ + H2
OH3+ + H2
H2O+ + H·
H2O+ + H2
H3O+ + H·
Dissociazione
H 2O + H ·
OH· + H2
a)
b)
H3 O+ + e c)
d)
OH·+H·+ H·
O·+ H2 + H·
H2O
• La dissociazione (a) è favorita in quanto
rilascia più energia delle altre.
• Durante la dissociazione la percentuale di
formazione della molecola di acqua è 33%
Acqua nel Sistema Solare
• Il Sistema Solare ha avuto origine da residui
di esplosione di una stella massiccia.
• La materia aggregandosi per gravità
(accrezione) ha dato origine ad una
nebulosa dalla quale è nata la nostra stella.
• La formazione per ricombinazione
dissociativa della molecola H2O all’interno
della nebulosa, spiega la presenza di acqua
in tutto il Sistema Solare.
Acqua sulla Terra.
• Le comete sono principalmente costituite
da ghiaccio e polveri e si formano per
accrezione all’interno della nube di Oort.
• Si pensa che proprio le comete
impattando contro i pianeti abbiano
trasportato gran parte dell’acqua
presente sul nostro e su altri pianeti.