Una ricerca rivela i segreti chimici della crosta terrestre di 4,5 miliardi di anni fa

Le analisi effettuate per lo studio dimostrano che la prima crosta terrestre, nota come protocrosta, formatasi durante l’eone Adeano, avrebbe avuto una composizione chimica identica a quella della crosta continentale media attuale
di Simon Turner/The Conversation
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La Terra è l’unico pianeta conosciuto che oggi presenta la tettonica a placche. Il movimento costante di queste gigantesche lastre di roccia sul magma del pianeta crea i continenti e potrebbe persino aver contribuito a creare la vita. In un nuovo articolo pubblicato su “Nature”, io e i miei colleghi sveliamo i segreti della crosta terrestre di 4,5 miliardi di anni fa. In questo modo, forniamo anche un nuovo modo di affrontare uno dei più grandi misteri scientifici: quando è iniziata la tettonica delle placche?

Intimamente connessa allo sviluppo della vita
La Terra ha circa 4,5 miliardi di anni. Alcuni scienziati sostengono che nella sua forma primitiva il pianeta non avesse la tettonica a placche e fosse invece caratterizzato da una crosta stagnante (una specie di coperchio fisso), simile a quella di Marte. Secondo altri, invece, potrebbe essere stato caratterizzato da una tettonica episodica, che si è fermata. Quest’ultima potrebbe essere stata innescata da grandi impatti di meteoriti che erano frequenti all’inizio, ma che sono diminuiti di numero nel corso del tempo.

La tettonica a placche è intimamente legata alla composizione degli oceani e dell’atmosfera, perché il movimento costante delle placche sposta anche il carbonio e altri elementi. È anche strettamente legata al modo in cui il calore viene rilasciato dall’interno della Terra. Per questo motivo, si ritiene che la tettonica delle placche sia anche intimamente legata allo sviluppo della vita sulla Terra.

Un’impronta chimica distintiva
Il movimento delle placche tettoniche produce attività vulcanica ai loro confini. Ma negli archi insulari, come il cosiddetto Anello di Fuoco che circonda l’Oceano Pacifico, questo vulcanismo ha un’impronta chimica distintiva quasi identica a quella dell’attuale crosta continentale media. Per esempio, vi è un impoverimento dell’elemento niobio rispetto agli elementi delle terre rare. Per questo motivo, gli scienziati hanno a lungo pensato che la chiave per determinare l’inizio della tettonica delle placche fosse trovare la prima apparizione di questa impronta nelle rocce antiche.

Purtroppo, le azioni della tettonica delle placche comprimono, fondono e rielaborano anche le rocce della crosta terrestre. Di conseguenza, le rocce antiche sono molto rare e probabilmente non ne rimane nessuna dell’eone Adeano (4,5-4 miliardi di anni fa). È interessante notare che, nonostante gli sforzi compiuti nel corso di molti decenni, i risultati di questi tentativi di determinare la tempistica dell’inizio della tettonica a placche hanno portato a stime di età che vanno da 800 milioni a 4,5 miliardi di anni.

Un intervallo così ampio suggerisce un problema importante nell’approccio.

Un nuovo approccio

All’inizio del 2024, il gruppo di ricerca da me guidato ne ha tentato uno nuovo. Il gruppo era composto da altri quattro ricercatori dell’Università di Oxford, nel Regno Unito, della Curtin University, in Australia, della University of Technology Queensland, in Australia, e dell’Università di Lione, in Francia.

Abbiamo utilizzato modelli matematici per simulare il periodo di tempo in cui il nucleo della Terra si stava ancora formando e la sua superficie era costituita da un oceano di roccia fusa e ribollente. In particolare, abbiamo studiato il grado di fusione del mantello terrestre primordiale e il comportamento degli elementi chimici durante questo processo. I nostri risultati hanno mostrato che la prima crosta terrestre, nota come protocrosta, formatasi durante l’eone Adeano, avrebbe avuto una composizione chimica identica a quella della crosta continentale media attuale.

Per esempio, il niobio viene estratto in metallo e rimosso nel nucleo della Terra, mentre gli elementi delle terre rare salgono in superficie nei magmi che cristallizzano per formare la crosta.

L’impronta chimica è sempre stata presente
Questa scoperta ha importanti implicazioni per il modo in cui pensiamo alla storia più antica della Terra. Significa che l’impronta chimica distintiva della crosta continentale è sempre stata presente – e da allora è stata riciclata solo negli archi insulari. Ne consegue che questa firma non può essere utilizzata per determinare l’inizio della tettonica a placche, spiegando perché gli studi precedenti non sono riusciti a raggiungere un consenso.

Anche se gli impatti di grandi meteoriti avrebbero portato alla fusione e al ritrattamento della crosta più antica, tali processi avrebbero solo riciclato l’impronta chimica continentale, non l’avrebbero creata.

Alcuni di questi primi impatti di grandi dimensioni potrebbero anche aver dato il via alla subduzione periodica – il movimento laterale e verso il basso – delle placche tettoniche che alla fine sono precipitate nel modello continuo e autosufficiente che osserviamo oggi. Tuttavia, il nostro studio dimostra che determinare quando si è verificata questa transizione è più complesso di quanto si pensasse e richiederà nuovi metodi di ricerca.

È necessario modellizzare ulteriormente la geodinamica della crosta terrestre primitiva per capire meglio quando è diventata instabile e ha iniziato a subdurre. È necessario anche rivalutare le implicazioni di questo fenomeno per l’evoluzione della Terra e lo sviluppo finale della vita. Questo lavoro ci offre anche un nuovo modo di pensare a come potrebbero formarsi i continenti e la vita su altri pianeti rocciosi.

L’autore
Simon Turner è professore alla Scuola di scienze naturali della Macquarie University di Sidney, in Australia