L'iridio nasce dalla collisione di stelle di neutroni, e sulla crosta terrestre è quasi assente. La sua traccia in uno strato di argilla a Gubbio ci ha fatto scoprire l'asteroide che 66 milioni di anni fa cambiò per sempre la storia della vita.
L’iridio è l’elemento 77 della tavola periodica, un metallo del gruppo del platino, bianco-argenteo, durissimo, fragile, quasi intrattabile dalla chimica ordinaria. Fonde intorno a 2446 °C, resiste alla corrosione meglio della maggior parte dei metalli nobili e può rimanere indifferente perfino all’acqua regia, la miscela di acido cloridrico e acido nitrico capace di sciogliere l’oro. Il suo nome deriva da Iris, la messaggera degli dèi nella mitologia greca e personificazione dell’arcobaleno, perché i suoi sali producono composti di colori diversi: una chimica sorprendentemente cangiante per un metallo che, allo stato puro, appare discreto, privo di colori vistosi, e quasi spento. Questa inerzia chimica, che lo rende prezioso per leghe, contatti elettrici, crogioli e componenti sottoposti a temperature estreme, è la stessa proprietà che ne fece un problema per i chimici di inizio Ottocento: l’iridio comparve come residuo ostinato, una polvere nera che restava sul fondo quando il platino grezzo veniva disciolto.
Quel residuo fu studiato da Smithson Tennant nel 1803 e presentato alla Royal Society nel 1804. Tennant lavorava sulla “platina”, il platino naturale proveniente soprattutto dai depositi alluvionali sudamericani, e osservò che la polvere insolubile lasciata dal trattamento del platino conteneva ingredienti metallici sconosciuti. Da lì isolò due nuovi elementi: l’osmio, chiamato così per l’odore penetrante del suo ossido volatile, e l’iridio. Il nome nacque dal contrasto tra l’aspetto del metallo e il comportamento dei suoi composti: una sostanza quasi muta allo stato elementare, capace però di produrre sali dai colori diversi quando costretta a entrare nella chimica delle soluzioni.
La sua origine reale è molto più lontana dai laboratori londinesi. Per capire da dove viene l’iridio bisogna guardare alla storia degli elementi chimici nell’universo. Le stelle sono immense fornaci nucleari: al loro interno gli atomi più leggeri vengono trasformati in atomi più pesanti attraverso reazioni di fusione. È grazie a questi processi che l’universo si è arricchito di elementi come il carbonio, l’ossigeno o il silicio, indispensabili anche per la vita. Esiste però un limite fisico. Costruire elementi molto pesanti, come l’oro, il platino o l’iridio, richiede condizioni più estreme di quelle che alimentano normalmente una stella.
Per creare nuclei atomici così grandi servono ambienti in cui enormi quantità di neutroni vengano liberate in tempi brevissimi. In queste circostanze i nuclei atomici possono catturare neutroni uno dopo l’altro a grande velocità, crescendo rapidamente fino a diventare elementi molto pesanti. Questo meccanismo è chiamato processo r, dove la “r” sta per rapid, “rapido”. Per molti anni il luogo esatto in cui avvenisse questo processo è rimasto uno dei grandi problemi dell’astrofisica. Oggi sappiamo che uno degli ambienti più adatti è la fusione di due stelle di neutroni, resti ultracompatti lasciati da alcune esplosioni stellari: tanto dense che un cucchiaino del loro materiale peserebbe miliardi di tonnellate. Quando due di questi corpi orbitano l’uno attorno all’altro e infine si scontrano, liberano un’enorme quantità di energia e di materia ricca di neutroni. Nel 2017 gli astronomi osservarono per la prima volta un evento di questo tipo, chiamato GW170817, registrandone sia le onde gravitazionali sia la luce emessa. Le osservazioni mostrarono segnali compatibili con la formazione di grandi quantità di elementi pesanti, fornendo una conferma fisica di un’ipotesi discussa da decenni.
L’iridio appartiene proprio a questa famiglia di elementi. Gli atomi presenti oggi sulla Terra sono il risultato di eventi cosmici estremi avvenuti prima che il sistema solare esistesse. Dopo essere stati espulsi nello spazio da antiche catastrofi stellari, questi atomi si mescolarono al gas e alla polvere della nube da cui, miliardi di anni fa, nacquero il Sole, i pianeti, gli asteroidi e infine la Terra. L’iridio che Tennant trovò in una polvere nera all’inizio dell’Ottocento era materia forgiata nelle più violente esplosioni e collisioni dell’universo.
Sulla Terra superficiale l’iridio è raro per una ragione geochimica precisa. È un elemento siderofilo, tende cioè ad associarsi al ferro. Durante la differenziazione primitiva del pianeta, quando la Terra era ancora in gran parte fusa, il ferro migrò verso il centro formando il nucleo, e con esso sprofondarono molti elementi del gruppo del platino. La crosta e il mantello superiore rimasero quindi impoveriti di iridio. I meteoriti condritici, invece, sono meteoriti primitivi che conservano una composizione molto vicina a quella del materiale da cui si formò il sistema solare. Per questo mantengono concentrazioni di iridio relativamente elevate, mentre sulla superficie terrestre gran parte dell’iridio originario è stata trascinata in profondità insieme al ferro durante la formazione del nucleo. Questa differenza tra crosta terrestre e materiale extraterrestre trasformò l’iridio in un tracciante geochimico di enorme valore: quando compare in quantità anomala in uno strato sedimentario, obbliga a chiedersi da dove sia arrivato.
La svolta che trasformò l’iridio da curiosità geochimica a indizio di una catastrofe planetaria cominciò in Italia, nella gola del Bottaccione, vicino a Gubbio, dentro una successione di calcari pelagici della Scaglia Rossa. Walter Alvarez studiava quelle rocce perché conservavano una registrazione molto continua del passaggio tra Cretaceo e Paleogene, cioè tra l’ultimo periodo dell’era dei dinosauri e il primo periodo dell’era successiva alla loro scomparsa, circa 66 milioni di anni fa, leggibile attraverso i fossili microscopici dei foraminiferi planctonici e le inversioni del campo magnetico terrestre. In quella successione compariva un sottile livello argilloso, spesso circa un centimetro, collocato esattamente al limite geologico associato a una delle grandi estinzioni della storia della vita. Sotto l’argilla erano presenti molte forme di foraminiferi; sopra l’argilla, una parte importante di quelle forme era scomparsa. Walter Alvarez voleva capire quanto tempo fosse racchiuso in quello strato: un deposito lento, accumulato durante un intervallo lungo, oppure una deposizione rapida, legata a un evento concentrato nel tempo?
Luis Alvarez propose di affrontare il problema con l’iridio. La Terra riceve continuamente una piccola pioggia di polvere cosmica, e quella polvere contiene più iridio dei sedimenti terrestri ordinari. Se una superficie sedimentaria resta esposta a lungo prima di essere sepolta, continua ad accumulare quella polvere; uno strato formatosi lentamente dovrebbe quindi contenere più iridio di uno strato depositato e ricoperto in breve tempo. L’idea iniziale era usare l’iridio come una specie di cronometro geologico, misurando il contributo regolare della materia extraterrestre che arriva sulla Terra ogni anno. Per concentrazioni così basse serviva però una tecnica molto sensibile. Frank Asaro e Helen Michel, al Lawrence Berkeley Laboratory, usarono l’analisi per attivazione neutronica: il campione viene irradiato con neutroni, alcuni nuclei diventano radioattivi, e la radiazione gamma emessa permette di identificare e quantificare elementi presenti anche a livelli minimi.
La misura diede un risultato incompatibile con l’ipotesi di un semplice accumulo lento. Nel lavoro pubblicato su Science nel 1980, Luis Alvarez, Walter Alvarez, Frank Asaro e Helen Michel riportarono un picco di iridio concentrato proprio nel livello del limite Cretaceo-Paleogene. A Gubbio l’aumento era di circa 30 volte rispetto al fondo locale; in Danimarca arrivava a circa 160 volte; in Nuova Zelanda a circa 20 volte. Nei campioni italiani il livello di fondo dell’iridio nel Cretaceo superiore restava intorno a 0,3 parti per miliardo, poi cresceva bruscamente nello strato dell’estinzione. La distribuzione geografica del segnale escludeva un’anomalia locale; la coincidenza stratigrafica con il limite dell’estinzione indicava un evento globale collocato in un momento geologico preciso.
Gli Alvarez e collaboratori discussero le possibili origini di quell’eccesso. L’acqua marina, secondo le misure e i limiti disponibili, non poteva fornire abbastanza iridio per spiegare la quantità osservata nello strato danese. Un arrivo di materiale da una supernova vicina avrebbe richiesto anche altri segnali nucleari, tra cui plutonio-244; la ricerca di questo indizio aiutò a restringere ulteriormente il campo. Restava l’ipotesi di un grande impatto extraterrestre. Un asteroide o una cometa ricchi di iridio rispetto alla crosta terrestre avrebbero potuto vaporizzare e disperdere materiale su scala planetaria, lasciando nei sedimenti una sottile firma chimica globale. Gli autori stimarono un corpo di circa dieci chilometri di diametro, con incertezza di alcuni chilometri, capace di produrre un cratere dell’ordine di centinaia di chilometri.
Quella ipotesi doveva reggere su due piani diversi. Il primo era geochimico: spiegare perché uno strato sottile, distribuito in località lontane, contenesse così tanto iridio. Il secondo era biologico: spiegare perché proprio in corrispondenza di quello strato una parte enorme della biosfera fosse entrata in crisi. Un impatto di quelle dimensioni avrebbe liberato un’energia sufficiente a vaporizzare rocce, scavare un cratere gigantesco e immettere nell’atmosfera polveri, aerosol e materiale fuso o vaporizzato. Una parte di quel materiale avrebbe potuto restare sospesa abbastanza a lungo da ridurre la luce solare, colpire la fotosintesi e destabilizzare le reti alimentari marine e terrestri. La crisi dei foraminiferi planctonici osservata a Gubbio diventava così il segnale microscopico di un collasso molto più ampio. La fine dei dinosauri non aviani, delle ammoniti, di grandi rettili marini e di molti organismi planctonici entrava nella stessa sequenza causale: impatto, perturbazione atmosferica, riduzione della produttività primaria, crisi delle catene trofiche, estinzione selettiva di molti gruppi.
Nel 1980 mancava ancora il cratere, e questo rese l’ipotesi controversa. Gli Alvarez avevano un’anomalia chimica globale, un’interpretazione fisica coerente e una stima delle dimensioni dell’oggetto, ma la Terra non aveva ancora mostrato il punto della ferita. Negli anni successivi il segnale dell’iridio fu confermato in molti altri siti, mentre alla traccia chimica si aggiunsero indizi mineralogici prodotti da pressioni e temperature estreme: quarzi sottoposti a shock da impatto, microsferule, vetri da impatto, depositi di materiale espulso dall’impatto. Questi materiali rafforzavano l’ipotesi perché non indicavano soltanto una provenienza extraterrestre, ma una collisione violenta, capace di fondere, frantumare e lanciare rocce a grande distanza.
La ricerca del cratere seguì una strada meno lineare di quanto possa apparire a posteriori. In Haiti, presso Beloc, furono riconosciuti depositi di sferule da impatto molto più spessi di quelli noti in altre località, coperti da livelli ricchi di iridio e quarzo sottoposto a shock da impatto. Le sferule sono piccole gocce di roccia fusa o vaporizzata, proiettate nell’atmosfera dall’impatto e poi ricadute come particelle solidificate. Il loro spessore nei Caraibi suggeriva che il punto d’impatto dovesse trovarsi nel Golfo del Messico o nella regione proto-caraibica. La chimica e la geografia cominciavano a indicare una zona, ma serviva ancora la struttura fisica.
Quella struttura era stata intravista attraverso dati geofisici raccolti per tutt’altro scopo. Alla fine degli anni Settanta, Glen Penfield e Antonio Camargo, lavorando su dati magnetici e gravimetrici legati all’esplorazione petrolifera messicana, avevano riconosciuto nello Yucatán un’anomalia circolare sepolta. I dati disponibili indicavano una struttura di grande diametro, ma per anni quel segnale restò ai margini della discussione sull’estinzione, anche perché mancavano campioni e prove mineralogiche sufficienti. Quando Alan Hildebrand, David Kring e altri ricercatori misero insieme i depositi caraibici, i dati geofisici e i campioni di pozzi, la struttura dello Yucatán acquistò il significato che prima non poteva avere. Nel 1991 Hildebrand, Penfield, Kring e colleghi proposero che una struttura circolare sepolta sotto la penisola dello Yucatán, in Messico, fosse il cratere di Chicxulub, con diametro dell’ordine di 180 chilometri. La scoperta fornì il punto d’impatto previsto dal modello: una struttura dell’età giusta, della scala giusta, collocata nella regione da cui potevano derivare molti depositi osservati intorno al Golfo del Messico e poi riconosciuti su scala globale.
A quel punto divenne possibile collegare la fisica dell’impatto alle caratteristiche geologiche del luogo colpito. Chicxulub non cadde su un bersaglio geologicamente qualsiasi. Colpì una piattaforma carbonatica ed evaporitica, cioè un’area formata da rocce ricche di carbonati e da depositi prodotti dall’evaporazione di antichi mari, tra cui solfati. Carbonati ed evaporiti, quando vengono vaporizzati o fusi da un impatto gigantesco, possono liberare gas e aerosol capaci di modificare il clima. I solfati possono contribuire alla formazione di aerosol solforati, particelle finissime che riflettono la radiazione solare e favoriscono un raffreddamento rapido; il materiale organico e gli idrocarburi presenti nelle rocce bersaglio possono contribuire alla produzione di fuliggine; le polveri silicatiche più fini possono restare sospese e ridurre a lungo la luce disponibile per la fotosintesi. Le quantità esatte sono ancora oggetto di studio. Una stima recente ha ridotto il contributo dello zolfo rispetto ad alcuni modelli numerici precedenti, indicando circa 67 ± 39 gigatonnellate di zolfo rilasciato, un valore più basso di quanto ipotizzato in passato. Il quadro attuale attribuisce l’inverno da impatto a una combinazione di polveri fini, aerosol, fuliggine, gas climaticamente attivi e incendi, con un peso relativo dei singoli fattori ancora discusso.
La discussione scientifica successiva ha incluso il ruolo del vulcanismo del Deccan, attivo nello stesso intervallo generale, e la possibilità che gli ecosistemi fossero già sottoposti a pressioni climatiche e ambientali. Il quadro più robusto collega però la brusca estinzione di fine Cretaceo all’impatto di Chicxulub, perché la sequenza stratigrafica globale mostra uno strato ricco di materiali espulsi dall’impatto, chimicamente e temporalmente associato all’impatto, esattamente al limite K-Pg. La sintesi pubblicata su Science nel 2010 da Schulte e molti coautori ha consolidato questo punto: il limite Cretaceo-Paleogene conserva un livello globale compatibile con materiale da impatto, mentre la distribuzione degli effetti biologici corrisponde a una perturbazione rapida e planetaria.
Solo dopo l’identificazione del cratere e il consolidamento del quadro d’impatto diventa possibile formulare una domanda ulteriore: quale tipo di corpo colpì davvero la Terra? L’iridio aveva indicato l’arrivo di materiale extraterrestre; il cratere aveva mostrato il luogo e la scala dell’evento; altri elementi del gruppo del platino hanno permesso di restringere l’identità dell’impattatore. Uno dei più importanti è il rutenio. Gli isotopi sono forme dello stesso elemento con uguale numero di protoni e diverso numero di neutroni: hanno la stessa identità chimica, ma conservano una traccia fisica dell’ambiente in cui si sono formati e dei serbatoi di materia da cui provengono. Nel 2024, l’analisi isotopica del rutenio nei livelli del limite K-Pg ha indicato che l’impattatore di Chicxulub era con ogni probabilità un asteroide carbonaceo perché i rapporti isotopici del rutenio misurati nello strato dell’impatto coincidono con quelli caratteristici delle condriti carbonacee e risultano diversi da quelli osservati nelle condriti non carbonacee, che si sono formate più vicino al Sole. Questa firma isotopica funziona come una sorta di impronta digitale geochimica e permette di collegare il materiale dell’impattatore a una popolazione di asteroidi primitivi del sistema solare esterno, appartenente a una popolazione formatasi oltre l’orbita di Giove e successivamente trasferita verso il sistema solare interno. L’iridio aveva rivelato la presenza dell’impattatore; il rutenio ne ha affinato l’identikit. Il quadro che emerge è quello di un antico asteroide primitivo, ricco di materiale poco alterato fin dalle prime fasi della formazione del sistema solare, arrivato sulla Terra dopo una lunga storia dinamica fatta di perturbazioni gravitazionali e migrazioni orbitali.
Un sito del North Dakota, Tanis, ha aggiunto un dettaglio più vicino alla scala dell’evento vissuto dagli organismi. Lì sono stati descritti depositi interpretati come prodotti da onde di oscillazione generate dall’impatto, con pesci fossili conservati insieme a sferule da impatto. Alcuni studi hanno analizzato le ossa di questi pesci, leggendo le linee di crescita e i segnali isotopici come si leggerebbe una registrazione stagionale. Il risultato proposto è che l’impatto sia avvenuto durante la primavera boreale, corrispondente all’autunno australe. Le evidenze fondamentali dell’impatto derivano dall’anomalia dell’iridio, dai materiali espulsi, dal quarzo scioccato, dalla stratigrafia globale e dal cratere di Chicxulub. Tanis aggiunge invece informazioni potenzialmente preziose sulla dinamica immediata dell’evento e sulla sua collocazione stagionale, avvicinando l’analisi a una scala temporale che potrebbe arrivare fino ai giorni o alle settimane in cui il Mesozoico terminò.
Se l’iridio ha permesso di identificare l’origine extraterrestre dell’evento e il cratere di Chicxulub ne ha rivelato la scala e le conseguenze biologiche, gli studi più recenti hanno mostrato che la storia non si esaurisce con l’estinzione. Chicxulub conserva infatti anche un aspetto meno evidente della catastrofe. L’impatto devastò la superficie, ma produsse nel sottosuolo un enorme sistema idrotermale, nato dalla circolazione di acqua e calore attraverso rocce fratturate: l’acqua si infiltra, si riscalda, reagisce con i minerali, trasporta ioni e molecole, poi risale o continua a circolare in profondità. Nei crateri da impatto, il calore della roccia fusa e fratturata può alimentare questi circuiti per tempi lunghi. Le perforazioni scientifiche del cratere di Chicxulub hanno mostrato alterazione idrotermale estesa, circolazione di fluidi e modificazioni mineralogiche compatibili con ambienti potenzialmente abitabili da microrganismi. Nel 2020 un lavoro su Science Advances ha stimato un sistema idrotermale ampio, capace di modificare chimicamente e mineralogicamente un enorme volume di roccia. Nel 2026 nuove datazioni e simulazioni hanno proposto che l’attività idrotermale sia durata almeno otto milioni di anni, molto più a lungo delle stime precedenti, rendendo Chicxulub il sistema idrotermale da impatto più longevo finora documentato sulla Terra.
Pochi atomi dispersi in un centimetro di argilla hanno permesso di collegare una gola umbra, un laboratorio di Berkeley, una nube di polvere cosmica, una traccia globale nei sedimenti, un cratere sepolto, una piattaforma di carbonati ed evaporiti nello Yucatán, un asteroide nato oltre Giove, i fossili di pesci che forse registrarono la stagione dell’impatto e il destino evolutivo dei vertebrati terrestri. L’agente fisico fu l’impatto; l’iridio ne divenne la firma chimica. Nato in ambienti stellari estremi, quasi del tutto sottratto alla crosta terrestre durante la formazione del nucleo e conservato negli asteroidi come memoria del sistema solare primitivo, questo metallo raro riemerse in una sottile striscia di sedimento proprio nel momento in cui uno dei grandi capitoli della storia della vita si chiudeva.