Il mantello è rimasto stabile della prima era geologica della Terra

Roma – Rocce che si pensa abbiano almeno 2,5 miliardi di anni hanno reso più chiara la storia chimica del mantello terrestre, lo strato geologico che si trova sotto la crosta del pianeta. I risultati, frutto del lavoro svolto dai ricercatori del Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian, riportati sulla rivista Nature, affinano la comprensione degli scienziati dei primi processi geologici della Terra e forniscono nuove prove in un dibattito scientifico che dura da decenni sulla storia geologica della Terra. In particolare, i dati dimostrano che lo stato di ossidazione della maggior parte del mantello terrestre è rimasto stabile nel corso del tempo geologico e non ha subito grandi transizioni, contrariamente a quanto suggerito in precedenza da altri ricercatori. “Questo studio ci dice di più su come questo luogo speciale in cui viviamo sia diventato così com’è, con la sua superficie e il suo interno unici che hanno permesso la vita e l’acqua liquida”, ha dichiarato Elizabeth Cottrell, presidente del dipartimento di scienze minerali del museo, curatrice della National Rock Collection e coautrice dello studio. “Fa parte della nostra storia di esseri umani, perché le nostre origini risalgono a come si è formata la Terra e a come si è evoluta”, ha continuato Cottrell. Lo studio si è concentrato su un gruppo di rocce raccolte dal fondo del mare che possedevano proprietà geochimiche insolite. In particolare, le rocce mostrano segni di fusione estrema con livelli di ossidazione molto bassi; l’ossidazione avviene quando un atomo o una molecola perde uno o più elettroni in una reazione chimica. Con l’aiuto di ulteriori analisi e modellizzazioni, i ricercatori hanno utilizzato le proprietà uniche di queste rocce per dimostrare che probabilmente risalgono ad almeno 2,5 miliardi di anni fa, durante l’Eone Archeano. Inoltre, la ricerca mostra che il mantello terrestre ha mantenuto uno stato di ossidazione stabile sin dalla formazione di queste rocce, contrariamente a quanto teorizzato in precedenza da altri geologi. “Le antiche rocce che abbiamo studiato sono 10.000 volte meno ossidate delle tipiche rocce del mantello moderno e presentiamo le prove che ciò è dovuto al fatto che si sono fuse in profondità nella Terra durante l’Archeano, quando il mantello era molto più caldo di oggi”, ha detto Cottrell. “Altri ricercatori hanno cercato di spiegare i livelli di ossidazione più elevati riscontrati nelle rocce del mantello odierno suggerendo che tra l’Archeano e oggi si è verificato un evento o un cambiamento di ossidazione”, ha proseguito Cottrell. “Le nostre prove suggeriscono che la differenza nei livelli di ossidazione può essere semplicemente spiegata dal fatto che il mantello terrestre si è raffreddato nel corso di miliardi di anni e non è più abbastanza caldo da produrre rocce con livelli di ossidazione così bassi”, ha aggiunto Cottrell. Il gruppo di ricerca, tra cui l’autrice principale dello studio Suzanne Birner, che ha completato una borsa di studio pre-dottorato presso il National Museum of Natural History e ora è assistente professore al Berea College nel Kentucky, ha iniziato la sua indagine per comprendere la relazione tra il mantello solido della Terra e le moderne rocce vulcaniche del fondale marino. I ricercatori hanno studiato un gruppo di rocce dragate dal fondale marino in corrispondenza di due dorsali oceaniche dove le placche tettoniche si stanno divaricando e il mantello sta risalendo in superficie producendo nuova crosta. I due luoghi da cui sono state raccolte le rocce, la dorsale di Gakkel vicino al Polo Nord e la dorsale indiana sud-occidentale tra l’Africa e l’Antartide, sono due dei confini tettonici a più lenta diffusione del mondo. Il ritmo lento della propagazione di queste dorsali oceaniche significa che sono relativamente tranquille, dal punto di vista vulcanico, rispetto alle dorsali che si propagano più velocemente e che sono costellate di vulcani, come l’East Pacific Rise. Ciò significa che le rocce raccolte da queste dorsali a diffusione lenta hanno maggiori probabilità di essere campioni del mantello stesso. Quando il gruppo di riccerca ha analizzato le rocce di mantello raccolte da queste due dorsali, ha scoperto che avevano strane proprietà chimiche in comune. In primo luogo, le rocce erano state fuse in misura molto maggiore rispetto a quella tipica del mantello terrestre odierno. In secondo luogo, le rocce erano molto meno ossidate rispetto alla maggior parte degli altri campioni di mantello terrestre. Per raggiungere un grado di fusione così elevato, i ricercatori hanno pensato che le rocce dovessero essersi fuse in profondità nella Terra a temperature molto elevate. L’unico periodo della storia geologica della Terra in cui si conoscono temperature così elevate è stato tra i 2,5 e i 4 miliardi di anni fa, durante l’Eone Archeano. Di conseguenza, i ricercatori hanno dedotto che queste rocce del mantello potrebbero essersi fuse durante l’Archeano, quando l’interno del pianeta era più caldo di 360-540 gradi Fahrenheit, ovvero circa 200-300 gradi Celsius, rispetto a oggi. L’estrema fusione avrebbe protetto queste rocce da un’ulteriore fusione che avrebbe potuto alterare la loro firma chimica, permettendo loro di circolare nel mantello terrestre per miliardi di anni senza modificare significativamente la loro chimica. “Questo fatto da solo non prova nulla”, ha sottolineato Cottrell. “Ma – ha osservato Cottrell – apre la porta alla possibilità che questi campioni siano vere e proprie capsule temporali geologiche dell’Archeano”. Per esplorare gli scenari geochimici che potrebbero spiegare i bassi livelli di ossidazione delle rocce raccolte a Gakkel Ridge e a Southwest Indian Ridge, il gruppo di scienziati ha applicato diversi modelli alle loro misurazioni. I modelli hanno rivelato che i bassi livelli di ossidazione misurati nei campioni potrebbero essere stati causati dalla fusione in condizioni estremamente calde nelle profondità della Terra. Entrambe le linee di evidenza sostengono l’interpretazione che le proprietà atipiche delle rocce rappresentano una firma chimica dovuta alla fusione in profondità della Terra durante l’Archeano, quando il mantello poteva produrre temperature estremamente elevate. Le nuove scoperte sostengono l’idea che il livello di ossidazione del mantello terrestre sia rimasto sostanzialmente costante per miliardi di anni e che la bassa ossidazione riscontrata in alcuni campioni di mantello si sia creata in condizioni geologiche che la Terra non può più produrre perché il mantello si è raffreddato. Quindi, invece di un meccanismo che ha reso il mantello terrestre più ossidato nel corso di miliardi di anni, il nuovo studio sostiene che le alte temperature dell’Archeano hanno reso parti del mantello meno ossidate. Poiché il mantello terrestre si è raffreddato dall’Archeano, non può più produrre rocce con livelli di ossidazione bassi. Cottrell ritiene che il processo di raffreddamento del mantello del pianeta fornisca una spiegazione molto più semplice: La Terra semplicemente non produce più rocce come un tempo. Cottrell e i suoi collaboratori stanno ora cercando di comprendere meglio i processi geochimici che hanno plasmato le rocce del mantello dell’Archeano provenienti dalla Gakkel Ridge e dalla Southwest Indian Ridge, simulando in laboratorio le pressioni e le temperature estremamente elevate presenti nell’Archeano.(30Science.com)