I primi 1,5 miliardi di anni di evoluzione della Terra sono soggetti a una notevole incertezza a causa della mancanza di registrazioni di rocce significative prima di quattro miliardi di anni fa e di una registrazione molto limitata fino a circa tre miliardi di anni fa. Le rocce di questa età sono generalmente ampiamente modificate, rendendo piuttosto difficili i confronti con il rock moderno. In una nuova ricerca condotta alla LSU, gli scienziati hanno trovato prove che dimostrano che i komatiiti, roccia vulcanica di tre miliardi di anni trovata all'interno del mantello terrestre, avevano una composizione diversa da quelle moderne. La loro scoperta potrebbe offrire nuove informazioni sul primo miliardo di anni di sviluppo della Terra e sulle prime origini della vita. I risultati del lavoro del team sono stati pubblicati nell'edizione di ottobre 2017 di Geoscienze naturali .

La ricerca di base proveniva da più di tre decenni di scienziati della LSU che studiavano e mappavano le montagne di Barberton in Sud Africa. Il gruppo di ricerca, compresi i professori di geologia della LSU Gary Byerly e Huiming Bao, dottore di ricerca in geologia Keena Kareem, e il ricercatore della LSU Benjamin Byerly, condotto analisi chimiche di centinaia di rocce komatiite campionate da circa 10 colate laviche.

"I primi lavoratori avevano mappato erroneamente vaste aree presumendo che fossero correlative alla molto più famosa Formazione Komati nella parte meridionale delle montagne. Abbiamo riconosciuto questo errore e abbiamo iniziato uno studio dettagliato delle rocce per dimostrare le nostre interpretazioni basate sulla mappatura, ", ha detto Gary Byerly.

Dentro le rocce, scoprirono minerali originali chiamati olivina fresca, che era stata conservata in notevole dettaglio. Sebbene il minerale si trovi raramente nelle rocce soggette a metamorfismo e alterazione superficiale, l'olivina è il principale costituente del mantello superiore della Terra e controlla la natura del vulcanismo e del tettonismo del pianeta. Utilizzando composizioni di questi minerali freschi, i ricercatori avevano precedentemente concluso che queste erano le lave più calde mai eruttate sulla superficie terrestre con temperature vicine a 1600 gradi centigradi, che è di circa 400 gradi più caldo delle moderne eruzioni alle Hawaii.

"Scoprire l'olivina fresca inalterata in queste antiche lave è stata una scoperta notevole. Il lavoro sul campo è stato meravigliosamente produttivo e non vedevamo l'ora di tornare in laboratorio per usare la chimica di questi cristalli di olivina conservati per rivelare indizi del Manto Archeano, " ha detto Kareem

I ricercatori suggeriscono che forse un pezzo di oceano di magma della prima Terra è conservato nei minerali di circa 3,2 miliardi di anni.

"La Terra moderna mostra poche o nessuna prova di questo primo oceano di magma perché la convezione del mantello ha ampiamente omogeneizzato la stratificazione prodotta nell'oceano di magma. Gli isotopi di ossigeno in queste olivine fresche supportano l'esistenza di antichi pezzi dell'oceano di magma ghiacciato. Rocce come questi sono molto rari e scientificamente preziosi.Un ovvio passo successivo è stato quello di creare isotopi di ossigeno, " disse Byerly.

Questo studio è nato dal lavoro svolto nel laboratorio della LSU per lo studio degli isotopi dell'ossigeno, una struttura di livello mondiale che attrae scienziati dagli Stati Uniti e da istituzioni internazionali per il lavoro collaborativo. I risultati dello studio sono stati così insoliti che ha richiesto un'attenzione particolare per essere certi dei risultati. Huim Bao, che è anche il capo del laboratorio di isotopi dell'ossigeno della LSU, ha detto che il team ha triplicato e quadruplicato i dati eseguendo con diversi minerali di riferimento e calibrando con altri laboratori indipendenti.

"Abbiamo tentato di riconciliare i risultati con alcune delle spiegazioni convenzionali per le lave con composizioni di isotopi di ossigeno come queste, ma niente potrebbe spiegare completamente tutte le osservazioni. È diventato evidente che queste rocce conservano le tracce di processi avvenuti oltre quattro miliardi di anni fa e che non sono ancora completamente compresi, ", ha detto Benjamin Byerly.

Gli isotopi dell'ossigeno vengono misurati mediante la conversione di roccia o minerali in un gas e misurando i rapporti dell'ossigeno con le diverse masse di 16, 17, e 18. Una varietà di processi frazionano l'ossigeno sulla Terra e nel Sistema Solare, compresa quella atmosferica, idrosferico, biologico, e ad alta temperatura e pressione.

"Diversi pianeti nel nostro sistema solare hanno diversi rapporti isotopici di ossigeno. Sulla Terra questo è modificato dall'atmosfera superficiale e dall'idrosfera, quindi le variazioni potrebbero essere dovute sia al mantello eterogeneo (accumulo originario di detriti planetari o resti di magma oceanico) sia a processi superficiali, " disse Byerly. "In entrambi i casi potrebbe essere interessante da studiare. Quest'ultimo perché fornirebbe anche informazioni sulla prima temperatura superficiale della Terra e sulle prime origini della vita".