Un team internazionale di ricercatori guidati da geoscienziati del Virginia Tech College of Science ha recentemente scoperto che porzioni profonde del mantello terrestre potrebbero essere calde come lo era più di 2,5 miliardi di anni fa.

Lo studio, guidato da Esteban Gazel, un assistente professore presso il Dipartimento di Geoscienze della Virginia Tech, e il suo dottorando Jarek Trela ​​di Deer Park, Illinois, è pubblicato nell'ultimo numero di Geoscienze naturali . Lo studio porta nuovi, prove senza precedenti sull'evoluzione termica della Terra profonda negli ultimi 2,5 miliardi di anni, ha detto Gazel.

L'Eone Archeano, che copre da 2,5 a 4 miliardi di anni fa, è uno dei periodi più enigmatici nell'evoluzione del nostro pianeta, ha detto Gazel. Durante questo periodo di tempo, la temperatura del mantello terrestre, la regione dei silicati tra la crosta e il nucleo esterno, era più calda di oggi, a causa di una maggiore quantità di calore radioattivo prodotto dal decadimento di elementi come il potassio, torio, e uranio. Poiché la Terra era più calda durante questo periodo, questo intervallo di tempo geologico è segnato dalla diffusa presenza di una roccia unica nota come komatiite.

"I komatiti sono fondamentalmente versioni supercalde delle colate di lava in stile hawaiano, " Ha detto Gazel. "Puoi immaginare un flusso di lava hawaiano, solo i komatiiti erano così caldi da brillare di bianco invece che di rosso, e scorrevano su una superficie planetaria con condizioni atmosferiche molto diverse, più simile a Venere del pianeta su cui viviamo oggi."

La Terra ha sostanzialmente smesso di produrre abbondanti komatiiti calde dopo l'era Archean perché il mantello si è raffreddato negli ultimi 4,5 miliardi di anni a causa del raffreddamento convettivo e di una diminuzione della produzione di calore radioattivo, ha detto Gazel.

Però, Gazel e un team hanno fatto quella che chiamano una scoperta sorprendente mentre studiavano la chimica delle antiche colate laviche legate alle Galapagos, conservata oggi in Centro America:una suite di lave che mostra condizioni di fusione e cristallizzazione simili alle misteriose komatiiti Archeane.

Gazel e i suoi collaboratori hanno studiato una serie di rocce della Tortugal Suite in Costa Rica, vecchia di 90 milioni di anni, e hanno scoperto che avevano concentrazioni di magnesio alte quanto le komatiiti di Archean, così come prove strutturali per temperature di flusso di lava estremamente calde.

"Studi sperimentali ci dicono che la concentrazione di magnesio di basalti e komatiiti è correlata alla temperatura iniziale del fuso, " Ha detto Gazel. "Hanno più alta la temperatura, maggiore è il contenuto di magnesio di un basalto."

Il team ha anche studiato la composizione olivina, il primo minerale che si è cristallizzato da queste lave. L'olivina - un minerale verde chiaro che Gazel ha esplorato ossessivamente molti vulcani e regioni magmatiche alla ricerca - è uno strumento estremamente utile per studiare una serie di condizioni legate all'origine di un flusso di lava perché è la prima fase minerale che si cristallizza quando un mantello sciogliere si raffredda. Le olivine contengono anche inclusioni di vetro, che un tempo si scioglieva, e altri minerali più piccoli che sono utili per decifrare i segreti della Terra profonda.

"Abbiamo usato la composizione dell'olivina come un altro termometro per confermare quanto fossero calde queste lave quando hanno iniziato a raffreddarsi, "Ha detto Gazel. "È possibile determinare la temperatura a cui la lava basaltica ha iniziato a cristallizzare analizzando la composizione dell'olivina e delle inclusioni di un altro minerale chiamato spinello. A temperature più elevate, l'olivina incorporerà più alluminio nella sua struttura e lo spinello incorporerà più cromo. Se sai quanti di questi elementi sono presenti in ogni minerale, allora conosci la temperatura alla quale si sono cristallizzati."

Il team ha scoperto che le olivine Tortugal si sono cristallizzate a una temperatura prossima a 2, 900 gradi Fahrenheit (1, 600 gradi Celsius) - alte quanto le temperature registrate dalle olivine dai komatiiti - rendendo questo un nuovo record sulle temperature della lava negli ultimi 2,5 miliardi di anni.

Gazel e collaboratori suggeriscono nel loro studio che la Terra potrebbe essere ancora in grado di produrre fusi simili alla komatiite. I loro risultati suggeriscono che le lave di Tortugal molto probabilmente hanno avuto origine dal nucleo caldo del pennacchio del mantello delle Galapagos che ha iniziato a produrre fusioni quasi 90 milioni di anni fa e da allora è rimasto attivo.

Un pennacchio del mantello è una struttura della terra profonda che probabilmente ha origine al confine del nucleo-mantello del pianeta. Quando si avvicina alla superficie del pianeta inizia a sciogliersi, formando caratteristiche note come hotspot come quelle che si trovano alle Hawaii o alle Galapagos. I geologi possono quindi studiare questi flussi di lava hotspot e utilizzare le loro informazioni geochimiche come una finestra nelle profondità della Terra.

"Ciò che è veramente affascinante di questo studio è che mostriamo che il pianeta è ancora in grado di produrre lave calde come durante il periodo Archeano, " Ha detto Gazel. "Sulla base dei nostri risultati dalle lave Tortugal, pensiamo che i pennacchi del mantello stiano "toccando" un profondo, regione calda del mantello che non si è raffreddata molto dai tempi dell'Archeano. Pensiamo che questa regione sia probabilmente sostenuta dal calore del nucleo cristallizzato del pianeta".

"Questa è una scoperta davvero interessante e continueremo a indagare su Tortugal, "disse Trela, uno studente di dottorato e il primo autore del documento. "Sebbene la Tortugal Suite sia stata scoperta e documentata per la prima volta più di 20 anni fa, non è stato fino ad ora che abbiamo la tecnologia e il supporto sperimentale per comprendere meglio le implicazioni globali di questo luogo".

Trela ​​ha aggiunto, "I nostri nuovi dati suggeriscono che questa serie di rocce offre un'enorme opportunità di rispondere a domande chiave riguardanti l'accrescimento della Terra, la sua evoluzione termica, e i messaggi geochimici che i pennacchi del mantello portano sulla superficie del pianeta".