A Milano-Bicocca un ERC Consolidator Grant da 3 milioni di euro per studiare il ruolo dello zolfo nell'evoluzione della Terra

Studiare come il ciclo profondo dello zolfo, ovvero i suoi movimenti e le sue trasformazioni sotto la superficie terrestre, abbia plasmato l'evoluzione del pianeta: dalla formazione del nucleo alla generazione di composti necessari allo sviluppo della vita. E capire come questo elemento chimico possa favorire o limitare la potenziale abitabilità nel Sistema Solare. È l'obiettivo del progetto di ricerca "S-CAPE" ("The Earth's Deep Sulphur Cycle from Planetary Accretion to Present", tradotto: "Il ciclo profondo dello zolfo della Terra dall'accrescimento del pianeta fino a oggi"), coordinato da Valerio Cerantola, professore di Mineralogia al Dipartimento di Scienze dell'ambiente e della terra dell'Università di Milano-Bicocca. Il progetto è stato premiato dall'Unione Europea con un ERC da 3 milioni di euro, della durata di cinque anni, nella categoria Consolidator Grant.

Gli ERC Consolidator Grant vengono assegnati dall’European Research Council a ricercatori con circa un decennio di attività scientifica di alto livello alle spalle e promotori di progetti considerati eccellenti e innovativi. Valerio Cerantola guiderà un’équipe di circa dieci persone, tra cui tre dottorandi e tre post-doc che saranno assunti grazie al finanziamento.

Al centro di S-CAPE c’è lo zolfo. «Viene spesso erroneamente considerato un costituente minore della Terra – spiega il professore – nonostante sia certamente tra i primi otto elementi più abbondanti sul nostro pianeta, forse addirittura il quinto. Se grandi quantità di zolfo sono rimaste nel nucleo terrestre, quando il pianeta si è differenziato in strati concentrici, una frazione significativa risiede ancora oggi nella crosta e nel mantello, influenzando processi geologici, geochimici e biologici: dalle reazioni di ossidoriduzione al ciclo dei volatili, fino all’evoluzione geodinamica della Terra».

S-CAPE mira a chiarire questi meccanismi attraverso un approccio sperimentale e teorico. «Studieremo la trasformazione dei composti contenenti zolfo – prosegue Cerantola – a partire dalle condizioni dell'accrescimento terrestre, caratterizzate da impatti con pianeti e meteoriti, fino agli attuali contesti geodinamici, come le zone di subduzione e gli ambienti del mantello moderno».

Il primo obiettivo è comprendere come lo zolfo sia arrivato sulla Terra, simulando impatti meteoritici o collisioni planetarie per osservare gli effetti su solfuri, solfati e solfiti. «Utilizzeremo la compressione dinamica – precisa – con laser ad alta energia che riproducono le onde d’urto (shock waves) degli eventi alle origini del Sistema Solare. Gli esperimenti saranno condotti in grandi sorgenti a raggi X, capaci di analizzare in tempo reale la struttura atomica ed elettronica dei composti durante l’impatto».

Il secondo obiettivo riguarda la geochimica primordiale: come lo zolfo possa aver guidato reazioni responsabili della formazione dei minerali odierni. «Useremo la compressione statica tramite cella a incudine di diamante, che comprime i campioni fino a pressioni paragonabili a quelle interne al pianeta, combinata con laser in grado di modificare la temperatura e ricreare diverse ere geologiche».

Terzo e ultimo punto: la vita. «Studi biologici suggeriscono che i composti di zolfo abbiano contribuito a fornire energia ai composti monocellulari agli albori della vita, 3,7-3,8 miliardi di anni fa. Se dimostrassimo che erano stabili già nelle condizioni di formazione del pianeta, dunque ben prima dei 3,8 miliardi di anni, potremmo ipotizzare che la vita si sia formata molto prima di quanto oggi si pensi».

Gli esperimenti si svolgeranno allo European X-Ray Free-Electron Laser di Amburgo e al Sincrotone Europeo di Grenoble. A Milano-Bicocca saranno invece preparati i campioni e analizzati i materiali post-esperimento grazie alla piattaforma di microscopia avanzata. Con il finanziamento ERC verrà inoltre acquistato un FIB – Focused Ion Beam, strumento essenziale per la preparazione e l’analisi di campioni su scala micro- e nano-metrica dopo esposizione a condizioni estreme.

«Oltre a perfezionare la conoscenza dell’interno terrestre – conclude Cerantola – ci aspettiamo che i risultati di S-CAPE rivoluzionino la nostra prospettiva sul ruolo dello zolfo nell’evoluzione planetaria e su come questo elemento possa favorire o limitare la potenziale abitabilità nel Sistema Solare».

«Il progetto "The Earth's Deep Sulphur Cycle from Planetary Accretion to Present" di Valerio Cerantola, che si colloca alla frontiera tra geologia, fisica e chimica, è concepito per indagare il ruolo del ciclo profondo dello zolfo nell’evoluzione geologica del pianeta e nella formazione dei mattoni prebiotici della vita. Nell’esprimere a Valerio le mie più vive congratulazioni per il prestigioso riconoscimento, auspico che questo successo rappresenti uno stimolo ulteriore per la nostra comunità accademica a proseguire nella ricerca scientifica di alta qualità», afferma il prorettore alla Ricerca dell’Università di Milano-Bicocca, Leo Ferraris.