Geoscienziati della Michigan Technological University, L'Università del Wisconsin Oshkosh e l'ETH di Zurigo hanno tracciato l'età e le firme chimiche conservate in minuscoli minerali di zircone per esaminare il riciclaggio del carbonio dal mantello alla superficie nel tempo.

Una migliore comprensione di questi cambiamenti nel riciclaggio del carbonio aiuta a migliorare i modelli su come i primi processi del pianeta sono passati dalla fredda Snowball Earth con una copertura di ghiaccio quasi globale a oscillazioni più temperate tra ere glaciali e periodi di riscaldamento. La ricerca del team sarà pubblicata in Geoscienze naturali lunedi prossimo.

"La geochimica riflette uno squilibrio e la Terra deve espellere tutto questo per cercare di tornare all'equilibrio, "dice Chad Deering, uno dei coautori e un assistente professore di geologia alla Michigan Tech. "Quello che proponiamo è che una serie di eventi debbano coincidere per portare alla fine alle condizioni ottimali necessarie per rilasciare una quantità anomala di carbonio".

Il cambiamento chimico è registrato sulla scala dei continenti, ma i dettagli di quella costruzione del continente sono racchiusi nelle strutture cristalline strato per strato di minuscoli zirconi raccolti dall'Antartide. Alcuni dei minerali sono più piccoli di 100 micron, appena la larghezza di un capello umano medio.

"Ci siamo concentrati sull'osservazione degli oligoelementi in quegli zirconi, " Dice Deering. "C'è uno schema di classificazione che usiamo per determinare il tipo di roccia originale in cui è cresciuto il minerale, che poi ci dice che tipo di magma ha lasciato quella particolare firma chimica degli oligoelementi."

Il laboratorio dell'ETH di Zurigo ha quindi utilizzato la datazione dell'uranio-piombo per determinare l'età dei campioni. Date le date e gli oligoelementi, quello che Deering e il suo team hanno osservato è un picco nei tipi di magma che emettono carbonio che si è verificato tra 500 e 700 milioni di anni fa durante il periodo Ediacarano. Ciò significa che è stata probabilmente rilasciata una quantità significativa di carbonio.

I vulcani emettono molta anidride carbonica, alcuni molto più di altri. I vulcani alcalini come l'Etna in Italia e il Monte Erebus in Antartide sminuiscono la produzione di carbonio di altri vulcani da 10 a 50 volte. Ed è lo stesso tipo di vulcanismo che è stato identificato negli zirconi studiati da Deering.

"I magmi alcalini sono prodotti dalla fusione solo di una piccola parte del mantello, " lui spiega, aggiungendo che, sebbene raro e di piccolo volume, la loro importanza risiede nella quantità di anidride carbonica espulsa e nelle condizioni speciali in cui si formano. "Ciò che accade quando si verifica la subduzione è che il mantello diventa 'inquinato' con materiale volatile dalla superficie terrestre:acqua, carbonio, zolfo."

I cambiamenti che portano a questo evento significativo sono lenti, si verificano nell'arco di centinaia di milioni di anni e hanno conseguenze importanti. Man mano che la Terra si raffredda nel tempo e il mantello diventa sempre più inquinato, alla fine genererà magma alcalino che può eruttare in superficie. La subduzione più fredda e l'inquinamento del mantello possono produrre rocce note come scisti blu, ben documentato nella documentazione rock durante il periodo ediacarano, insieme al vulcanismo alcalino. Seguendo il ritmo del vulcanismo ricco di carbonio, picchi atmosferici di anidride carbonica, che è anche registrato nel record degli isotopi di carbonio, accompagnato da un periodo di riscaldamento. Tutto detto, questa serie di eventi ha dato origine all'atmosfera e ai cicli geologici che hanno modellato il pianeta come è oggi.

"Per creare una linea temporale, avevamo bisogno di avere date su un numero significativo di zirconi che abbracciano molte centinaia di milioni di anni, " Deering dice. "In sostanza, abbiamo scoperto che nel corso della storia della Terra c'è stato un impulso particolarmente significativo di carbonio emesso che ha immediatamente preceduto l'esplosione del Cambriano, l'emergere più importante della vita che deve ancora verificarsi."

Raccolto da minuscoli zirconi, il team ha utilizzato le firme chimiche di antichi vulcani per stabilire che si è verificata una serie di eventi fortunati quando i continenti più antichi sono stati costruiti e i materiali riciclati dalla superficie per modellare infine il nostro moderno ciclo del carbonio.