La Terra ha subito molti cambiamenti nei suoi 4,5 miliardi di anni di storia, compreso un cambiamento per iniziare a incorporare e trattenere i composti volatili dall'atmosfera nel mantello prima di espellerli di nuovo attraverso le eruzioni vulcaniche.

Questo trasporto non poteva essere iniziato molto prima di 2,5 miliardi di anni fa, secondo una nuova ricerca della Washington University di St. Louis, pubblicato nel numero del 9 agosto della rivista Natura .

"La vita sulla Terra si preoccupa dei cambiamenti nel bilancio volatile della superficie, " disse Rita Parai, assistente professore di geochimica in Earth and Planetary Sciences in Arts &Sciences e primo autore dello studio. "E c'è un'interazione tra ciò che stava facendo la Terra profonda e come l'ambiente superficiale è cambiato su scale temporali di miliardi di anni".

Volatili, come l'acqua, l'anidride carbonica e i gas nobili, escono dal mantello attraverso il vulcanismo e possono essere iniettati all'interno della Terra dall'atmosfera, una coppia di processi chiamati degasaggio e rigassaggio del mantello. Lo scambio controlla l'abitabilità del pianeta, poiché determina la disponibilità superficiale di composti critici per la vita, come il carbonio, azoto e acqua.

Il nuovo modello presentato da Parai e dal collaboratore Sujoy Mukhopadhyay, dell'Università della California, Davis, stabilisce anche un intervallo di date durante le quali la Terra è passata da un regime di degasaggio netto, di nuovo, pensa a quei vulcani melmosi, a uno che ha inclinato l'equilibrio verso il rigassaggio netto potenzialmente abilitato dalla subduzione, l'azione del nastro trasportatore delle placche tettoniche.

Le proprietà meccaniche cambiano quando l'acqua viene aggiunta o rimossa dal mantello, quindi l'inizio del rigassaggio ha avuto un effetto importante sulla zangolatura interna del mantello, noto come convezione, che controlla i movimenti delle placche in superficie, ha detto Parai.

Parai utilizza gas nobili per rispondere a domande su come si formano ed evolvono i corpi planetari nel tempo. In questa nuova ricerca, ha modellato il destino e il trasporto di composti volatili nel mantello terrestre utilizzando isotopi di xeno come traccianti.

"Xenon è un eccellente tracciante volatile, perché tutti i minerali che trasportano l'acqua trasportano anche lo xeno, " Ha detto Parai. "Quindi, se il rigassaggio allo xeno fosse trascurabile, anche il rigassaggio dell'acqua deve essere stato trascurabile durante l'Archeano (4 miliardi-2,5 miliardi di anni fa)."

Rigassamento sostanziale è iniziato qualche tempo fa tra poche centinaia di milioni e 2,5 miliardi di anni fa, i ricercatori hanno scoperto. Questo intrigante periodo della storia della Terra include anche il periodo in cui l'ossigeno respirabile iniziò ad accumularsi nell'atmosfera terrestre, ciò che gli scienziati chiamano il Grande Evento di Ossidazione.

"Sarebbe davvero interessante se tale intervallo potesse essere ridotto, e il tempo intorno al Grande Evento di Ossidazione si rivelò favorito, Parai ha detto. "Questo potrebbe dirci che c'è stato un cambiamento fondamentale nel modo in cui operava il sistema solido Terra-atmosfera.

"Ma non posso scegliere i preferiti all'interno della nostra gamma, " ha detto. "Tutto quello che possiamo dire è che qualcosa è cambiato dopo 2,5 miliardi di anni fa".

Se la tettonica a placche e la subduzione iniziassero prima di 2,5 miliardi di anni fa, allora forse a quel punto l'interno della Terra si era sufficientemente raffreddato perché i volatili rimanessero nelle placche in subduzione, piuttosto che essere rilasciato e percolando di nuovo in superficie attraverso il magmatismo, Parai suggerisce.

"La maggior parte delle persone ha raramente l'occasione di pensare ai volatili intrappolati all'interno della Terra, " Ha detto Parai. "Sono presenti a basse concentrazioni, ma il mantello è enorme in termini di massa. Quindi, per il bilancio volatile totale della Terra, il mantello è un serbatoio importante."

Ha intenzione di concentrare la sua ricerca futura sull'aumento dei limiti di precisione nelle misurazioni isotopiche dello xeno in una varietà di campioni geologici.

"Più vincoli di osservazione abbiamo, meglio è, " lei disse.