Ecco i campioni di roccia del mantello terrestre più profondi mai ottenuti

Nel mezzo dell’Atlantico la nave di perforazione JOIDES Resolution ha prelevato rocce fino a oltre un chilometro di profondità, fornendo una visione senza precedenti della crosta terrestre.
di Davide Castelvecchi/Nature
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Ma purtroppo il programma di ricerca che le ha ricavate sta volgendo al termineUna spedizione da record per perforare le rocce sul fondo dell’Oceano Atlantico ha dato agli scienziati la migliore visione mai ottenuta di come potrebbe essere fatta la Terra al di sotto della sua crosta.

I ricercatori e le ricercatrici hanno estratto un campione quasi ininterrotto di 1268 metri di roccia verde-marmo da una regione in cui il mantello terrestre – lo spesso strato interno che costituisce oltre l’80 per cento della massa del pianeta – si è spinto verso l’alto attraverso il fondo del mare. I campioni, descritti l’8 agosto su Science, offrono una visione senza precedenti dei processi che portano alla formazione della crosta.

“Avevamo una storia in testa” su come dovesse apparire questo tipo di roccia, ma è completamente diverso quando “la si vede su un tavolo”, dice Natsue Abe, petrologa presso la Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology di Yokohama.

I risultati della spedizione sono una “fantastica pietra miliare”, afferma Rosalind Coggon, geologa marina dell’Università di Southampton, nel Regno Unito. “Le perforazioni oceaniche ci forniscono l’unico accesso possibile a campioni dell’interno profondo della Terra che sono fondamentali per comprendere la formazione e l’evoluzione del nostro pianeta.”

I geologi temono però che ci vorrà molto tempo prima di poter effettuare altri studi, perché il decennale Programma internazionale di scoperta degli oceani (IODP, International Ocean Discovery Program) sta volgendo al termine e gli Stati Uniti stanno ritirando la loro nave da ricerca, la JOIDES Resolution.

La crosta oceanica – il tipo di crosta che si trova principalmente sotto i mari della Terra, piuttosto che nei suoi continenti – è per lo più costituita da una roccia vulcanica densa chiamata basalto. È molto più sottile e giovane della crosta continentale, perché le rocce vengono riciclate continuamente dai movimenti delle placche tettoniche.

Il basalto si forma quando il magma sale attraverso le fessure sottomarine lungo formazioni chiamate dorsali medio-oceaniche. Il magma ha origine da un processo chiamato fusione parziale del mantello, che è in gran parte costituito da minerali traslucidi verdi ricchi di magnesio. Quando il materiale nel mantello risale, la pressione su di esso si abbassa, e questo fa sì che alcuni di questi minerali si fondano e formino microscopiche pellicole di magma tra i cristalli di roccia.

Di solito, solo il magma erutta sul fondo del mare. Ma in alcuni siti anche la roccia del mantello arriva in superficie, dove interagisce con l’acqua marina in una reazione chiamata serpentinizzazione. Questa altera la struttura della roccia – conferendole un aspetto marmoreo – e rilascia varie sostanze, tra cui l’idrogeno.

Facile da perforare
Nel maggio del 2023, JOIDES Resolution ha visitato un sito in cui ciò è avvenuto: una montagna sottomarina chiamata Massiccio di Atlantide, situata subito a ovest della dorsale medio-oceanica dell’Atlantico. La nave, lunga 143 metri, è dotata di una gru alta 62 metri per la perforazione sottomarina.

I ricercatori a bordo hanno scelto di trivellare a Lost City, un sito sul lato meridionale del massiccio. La regione è costellata di bocche idrotermali dove microrganismi estremofili si nutrono dell’idrogeno che fuoriesce.

“Avevamo previsto di trivellare solo per 200 metri, perché era la profondità più elevata mai raggiunta prima nella roccia del mantello”, spiega Johan Lissenberg, petrologo dell’Università di Cardiff nel Regno Unito. Ma la perforazione è stata sorprendentemente facile e tre volte più veloce del solito, restituendo lunghi cilindri ininterrotti di roccia chiamati carote. “Così abbiamo deciso di continuare”, dice Lissenberg. Il team si è fermato solo quando la spedizione stava per terminare.

I ricercatori hanno ora pubblicato i primi risultati. “Quello che riportiamo è letteralmente tutto ciò che si può fare sulla nave. Un team di 30 scienziati ha esaminato i carotaggi 24 ore al giorno per due mesi, registrando centimetro per centimetro il materiale che emergeva”.

Quando gli scienziati hanno esaminato la struttura della roccia in dettaglio, hanno osservato “caratteristiche oblique”, un segno distintivo rivelatore della teoria prevalente su come il magma si separa dal mantello per diventare parte della crosta, dice Lissenberg. La roccia del mantello era anche inframmezzata da altri tipi di roccia, suggerendo che il confine mantello-crosta non è così netto come i dati sismografici normalmente suggeriscono, afferma Jessica Warren, geochimica dell’Università del Delaware a Newark. L’insieme di questi risultati “è fondamentale per comprendere la formazione delle placche tettoniche negli oceani”, afferma la ricercatrice.

Un futuro incerto
Il viaggio ha concluso una degna carriera di quattro decenni per la JOIDES Resolution, che la National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti aveva affittato da una società privata. Ma la NSF ha annunciato di non potersi più permettere i 72 milioni di dollari all’anno necessari per gestire la nave dopo aver adempiuto i suoi impegni riguardo all’IODP, e che il programma sarebbe stato interrotto. Secondo Aled Evans, geologo marino dell’Università di Southampton, questo lascia alcuni scienziati, soprattutto quelli all’inizio della carriera, incerti sul futuro del campo.

Una “grande sfida” che rimane ai geoscienziati è quella di perforare lo strato basaltico e attraversare il confine tra crosta e mantello, chiamato discontinuità di Mohorovičić o “Moho”. Ciò consentirebbe di accedere alla roccia incontaminata del mantello che non ha reagito con l’acqua marina. “Non abbiamo ancora perforato il vero mantello”, afferma Abe. La perforazione inaspettatamente agevole a Lost City è di buon auspicio per i tentativi futuri, che potrebbero essere effettuati dalla nave di ricerca giapponese Chikyū, aggiunge. “Le rocce del mantello costituiscono la maggior parte del nostro intero pianeta”, afferma Evans. “Campionarle ci direbbe qualcosa di fondamentale su come è fatta la Terra.”

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Nature”. Traduzione ed editing a cura di “Le Scienze”. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)