Le rocce più antiche della Terra offrono nuovi importanti indizi sulla storia geologica del nostro pianeta
Nuove prove geochimiche dalle più antiche rocce terrestri conosciute dipingono un quadro radicalmente diverso della storia antica della Terra. La storia geologica del nostro pianeta verrà riscritta?
Per quanto l'umanità ha potuto accertare fin dagli albori della sua esistenza, la Terra è attualmente l'unico pianeta noto per ospitare la vita, grazie in gran parte al funzionamento della tettonica a placche, che porta alla circolazione di elementi biogeochimici essenziali e contribuisce alla manutenzione di un termostato planetario.
Utilizzando modelli geodinamici numerici utilizzati in studi precedenti, gli scienziati hanno appoggiato la tesi per la quale le subduzioni e il "riciclaggio" delle rocce sono in corso da circa 4,3 miliardi di anni. Poiché la Terra stessa ha 4,5 miliardi di anni, questa affermazione protegge l'idea dell'esistenza della tettonica a placche quasi dal "primo giorno".
Lo studio che presenta questa nuova prova, pubblicato su Science Advances il 30 giugno, è stato prodotto da ricercatori guidati dal professor LI Xianhua dell'Istituto di geologia e geofisica dell'Accademia cinese delle scienze (IGGCAS), in collaborazione con colleghi australiani, canadesi e cinesi.
"I nostri campioni più antichi non mostrano segni di sostituzione del materiale superficiale 4 miliardi di anni fa", ha detto in una nota il professor LI, coautore dello studio. "E le prove più antica che abbiamo trovato di un rinnovamento della superficie nei magmi ha solo 3,8 miliardi di anni".
Perché è così difficile identificare gli isotopi di silicio nelle rocce antiche?
Affinché gli scienziati possano rilevare i marcatori di rinnovamento del materiale superficiale nel magma, usano l'analisi isotopica del silicio (Si) e dell'ossigeno (O) nelle rocce granitiche. Quando la Terra era nel suo primo stato, l'acqua di mare era satura di Si e conteneva abbondanti quantità di Si pesante, in gran parte a causa dell'assenza di forme di vita che la consumavano.
Pertanto, se parte del materiale di Si pesante sul fondo del mare si fosse riciclato nelle camere magmatiche mediante subduzione, gli isotopi di Si pesante verrebbero rilevati nei campioni di roccia granitica. Tuttavia, come sottolinea ZHANG Qing, uno scienziato dell'IGGCAS e autore principale dello studio, ci sono stati alcuni ostacoli nell'identificare la composizione isotopica del Si primario nelle rocce granitiche.
"Una delle difficoltà nell'applicare questa tecnica alle rocce antiche è identificare la composizione isotopica del Si primario. Questo perché queste rocce sono state ripetutamente rielaborate dal calore e dalla pressione nel corso della lunga storia della Terra, ha spiegato Qing.
Lo zircone, il minerale databile più abbondante nelle rocce granitiche, è anche convenientemente resistente agli agenti atmosferici e alla successiva alterazione.
Pertanto, l'applicazione di tecniche analitiche di altissima precisione allo zircone può fornire i vincoli più affidabili sul fatto che la composizione isotopica di Si rilevata rappresenti la firma primaria.
L'assenza di una pesante firma di Si nelle rocce di 4 miliardi di anni fa significa che i campioni più antichi non ebbero bisogno di subduzione.
I limiti geografici dei campioni geologici da questi dati e la loro comprensione della geodinamica terrestre
Poiché le rocce più antiche provengono da un'unica località, "(...) l'assenza di subduzione in una piccola area non significa che non ci fosse subduzione di placche sul pianeta 4 miliardi di anni fa", ha detto il coautore Allen Nutman, di l'Università di Wollongong (Australia).
Tuttavia, dopo un attento filtraggio, i dati hanno rivelato un chiaro cambiamento 3,8 miliardi di anni fa sia negli isotopi Si che O. Con questo in mente, e sulla base dei dati attuali, gli scienziati che hanno condotto questa ricerca concludono che un possibile cambiamento nella geodinamica della Terra, come l'inizio della subduzione delle placche, avvenne 3,8 miliardi di anni fa e non 4,3 miliardi di anni fa come si pensava in precedenza. A parte il fatto incredibile che le rocce terrestri più antiche siano ben conservate, abbiamo anche "(...) scoperto che (...) raccontano una storia di maturazione tettonica", come sottolinea il coautore Ross Mitchell di IGGCAS.