Pennacchi di magma caldo dal punto caldo vulcanico che ha formato l'isola di Réunion nell'Oceano Indiano sorgono da una fonte insolitamente primitiva nelle profondità della superficie terrestre, secondo il nuovo lavoro in Natura da Bradley Peters di Carnegie, Richard Carlson, e Mary Horan insieme a James Day della Scripps Institution of Oceanography.

La Riunione segna l'attuale posizione del punto caldo che 66 milioni di anni fa eruttò i basalti alluvionali del Deccan Traps, che coprono la maggior parte dell'India e potrebbero aver contribuito all'estinzione dei dinosauri. Si pensa che i basalti alluvionali e altre lave calde abbiano origine da diverse parti dell'interno profondo della Terra rispetto alla maggior parte dei vulcani sulla superficie terrestre e lo studio di questo materiale può aiutare gli scienziati a comprendere l'evoluzione del nostro pianeta natale.

Il calore del processo di formazione della Terra ha causato un esteso scioglimento del pianeta, portando la Terra a separarsi in due strati quando il metallo di ferro più denso affondò verso l'interno verso il centro, creando il nucleo e lasciando galleggiare il mantello ricco di silicati.

Nei successivi 4,5 miliardi di anni di evoluzione della Terra, porzioni profonde del mantello si ergerebbero verso l'alto, sciolto, e poi separare ancora una volta per densità, creando la crosta terrestre e modificando la composizione chimica dell'interno della Terra nel processo. Mentre la crosta sprofonda nell'interno della Terra, un fenomeno che sta accadendo oggi lungo il confine dell'Oceano Pacifico, il movimento lento del mantello terrestre lavora per mescolare questi materiali, insieme alla loro chimica distinta, di nuovo nelle profondità della Terra.

Ma non tutto il mantello è così ben amalgamato come questo processo indicherebbe. Esistono ancora alcuni cerotti più vecchi, come tasche polverose in una ciotola di pastella per torta mal mescolata. L'analisi della composizione chimica delle rocce vulcaniche dell'isola di Réunion indica che il loro materiale di partenza è diverso da altri, parti meglio miste del mantello moderno.

Utilizzando nuovi dati sugli isotopi, il team di ricerca ha rivelato che le lave di Réunion provengono da regioni del mantello isolate dal più ampio, mantello ben amalgamato. Queste sacche isolate si sono formate nel primo dieci percento della storia della Terra.

Gli isotopi sono elementi che hanno lo stesso numero di protoni, ma un diverso numero di neutroni. Qualche volta, il numero di neutroni presenti nel nucleo rende instabile un isotopo; per ottenere stabilità, l'isotopo rilascerà particelle energetiche nel processo di decadimento radioattivo. Questo processo altera il suo numero di protoni e neutroni e lo trasforma in un elemento diverso. Questo nuovo studio sfrutta questo processo per fornire un'impronta digitale per l'età e la storia delle distinte tasche del mantello.

Samario-146 è uno di questi instabile, o radioattivo, isotopo con un'emivita di soli 103 milioni di anni. Decade nell'isotopo neodimio-142. Sebbene il samario-146 fosse presente quando si formò la Terra, si estinse molto presto nell'infanzia della Terra, il che significa che il neodimio-142 fornisce un buon resoconto della prima storia della Terra, ma nessuna registrazione della Terra dal periodo dopo tutto il samario-146 trasformato in neodimio-142. Le differenze nell'abbondanza di neodimio-142 rispetto ad altri isotopi del neodimio potrebbero essere state generate solo da cambiamenti nella composizione chimica del mantello avvenuti nei primi 500 milioni di anni dei 4,5 miliardi di anni di storia della Terra.

Il rapporto tra neodimio-142 e neodimio-144 nelle rocce vulcaniche della Riunione, insieme ai risultati degli studi di mimetismo e modellizzazione basati sul laboratorio, indicano che nonostante miliardi di anni di mescolanza del mantello, Il magma del pennacchio di Réunion probabilmente proviene da una tasca preservata del mantello che ha subito un cambiamento compositivo causato dalla fusione su larga scala del primo mantello terrestre.

I risultati del team potrebbero anche aiutare a spiegare l'origine di regioni dense proprio al confine del nucleo e del mantello chiamate grandi province a bassa velocità di taglio (LLSVP) e zone a velocità ultrabassa (ULVZ), reflecting the unusually slow speed of seismic waves as they travel through these regions of the deep mantle. Such regions may be relics of early melting events.

"The mantle differentiation event preserved in these hotspot plumes can both teach us about early Earth geochemical processes and explain the mysterious seismic signatures created by these dense deep-mantle zones, " said lead author Peters.