Mentre studi precedenti avevano sostenuto che la crosta terrestre 3,5 miliardi di anni fa assomigliava a queste lave hawaiane, un nuovo studio condotto dagli scienziati di UChicago suggerisce che a quel punto gran parte di essa fosse già stata trasformata in roccia felsica di colore più chiaro dalla tettonica a zolle. Credito:Università di Chicago
La storia della Terra è scritta nei suoi elementi, ma mentre le placche tettoniche scivolano e scivolano l'una sopra e sotto l'altra nel tempo, confondono queste prove e con esse i segreti del perché la Terra può sostenere la vita.
Un nuovo studio condotto dai geochimici di UChicago riorganizza l'immagine della Terra primordiale tracciando il percorso dell'elemento metallico titanio attraverso la crosta terrestre nel tempo. La ricerca, pubblicato il 22 settembre in Scienza , suggerisce che un'azione tettonica significativa stava già avvenendo 3,5 miliardi di anni fa, circa mezzo miliardo di anni prima di quanto si pensi attualmente.
La crosta un tempo era di pasta uniformemente scura, minerali mafici ricchi di magnesio e ferro. Ma oggi la crosta sembra molto diversa tra terra e oceano:la crosta terrestre è ora un felsico di colore più chiaro, ricco di silicio e alluminio. Il punto in cui queste due divergenze è importante, poiché la composizione dei minerali influisce sul flusso di nutrienti disponibili per la vita nascente che lotta per sopravvivere sulla Terra.
"Questa domanda è stata discussa da quando i geologi hanno iniziato a pensare alle rocce, ", ha affermato l'autore principale Nicolas Dauphas, il Louis Block Professor e responsabile del Laboratorio delle Origini del Dipartimento di Scienze Geofisiche e dell'Istituto Enrico Fermi. "Questo risultato è una sorpresa e certamente uno sconvolgimento in quella discussione".
Per ricostruire la crosta cambiando nel tempo, i geologi guardano spesso a un particolare tipo di roccia chiamata scisti, costituito da minuscoli frammenti di altre rocce e minerali che vengono trasportati dall'acqua nei depositi di fango e compressi nella roccia. L'unico problema è che gli scienziati devono adeguare i numeri per tenere conto dei diversi tassi di invecchiamento e trasporto. "Ci sono molte cose che possono rovinarti, " disse Dauphas.
Per evitare questo problema, Dauphas e il suo team hanno esaminato il titanio negli scisti nel tempo. Questo elemento non si dissolve in acqua e non viene assorbito dalle piante nei cicli dei nutrienti, quindi pensavano che i dati avrebbero avuto meno pregiudizi con cui lottare.
Hanno frantumato campioni di rocce di scisto di diverse età provenienti da tutto il mondo e hanno verificato in quale forma apparisse il suo titanio. Le proporzioni degli isotopi di titanio presenti dovrebbero cambiare man mano che la roccia cambia da mafica a felsica. Anziché, hanno visto pochi cambiamenti in tre miliardi e mezzo di anni, suggerendo che la transizione deve essere avvenuta prima di allora.
Queste cime granitiche sono un esempio di roccia felsica, creato tramite la tettonica a zolle. Credito:Basil Greber
Questo segnerebbe anche l'inizio della tettonica a zolle, poiché si ritiene che tale processo sia necessario per creare roccia felsica.
"Con una risposta nulla del genere, non vedendo alcun cambiamento, è difficile immaginare una spiegazione alternativa, " disse Matouš Ptáček, uno studente laureato dell'UChicago che è stato coautore dello studio.
"I nostri risultati possono essere utilizzati anche per tracciare la composizione media della crosta continentale nel tempo, permettendoci di studiare la fornitura di nutrienti agli oceani che risale a 3,5 miliardi di anni fa, " ha detto Nicolas Greber, il primo autore del saggio, poi ricercatore post-dottorato presso UChicago e ora presso l'Università di Ginevra.
Il fosforo porta alla vita
La domanda sui nutrienti è importante per la nostra comprensione delle circostanze intorno a un misterioso ma cruciale punto di svolta chiamato il grande evento di ossigenazione. Questo è quando l'ossigeno ha iniziato ad emergere come un importante costituente dell'atmosfera terrestre, provocando un enorme cambiamento sul pianeta e rendendo possibile l'evoluzione degli esseri multicellulari.
Il flusso di ossigeno proveniva da un'ondata di microrganismi fotosintetici; e a sua volta il loro lavoro è stato favorito da un'ondata di sostanze nutritive negli oceani, in particolare il fosforo. "Il fosforo è il più importante nutriente limitante nell'oceano moderno. Se fertilizzi l'oceano con il fosforo, la vita fiorirà, " disse Dauphas.
La cronologia del titanio suggerisce che l'innesco principale dell'ondata di fosforo sia stato il cambiamento nella composizione della roccia mafica nel tempo. Mentre la Terra si raffreddava, la roccia mafica che esce dai vulcani e dai fusi sotterranei diventa più ricca di fosforo.
"Sappiamo da molto tempo che il rock mafico è cambiato nel tempo, ma quello che non sapevamo era che il loro contributo alla crosta è rimasto piuttosto consistente, " Disse Ptacek.
