Questa vista del Grand Canyon mostra la Grande Discordanza, un confine dove quasi un miliardo di anni di depositi sedimentari manca dalla documentazione geologica. Il confine può essere visto all'incirca a metà di questa immagine, separando i più anziani, rocce bitorzolute e angolose sotto dagli strati orizzontali più giovani sopra. Una nuova ricerca suggerisce che i sedimenti mancanti, probabilmente spazzato via dai ghiacciai durante la "Terra palla di neve" globale che si è conclusa circa 635 milioni di anni fa, lavato via negli oceani, dove lubrificarono le faglie di subduzione e diedero il via all'era moderna della tettonica a zolle. Credito:USGS/Alex Demas
Lo strato esterno della Terra è composto da placche giganti che si frantumano insieme, scivolando oltre o immergendosi l'uno sotto l'altro, dando origine a terremoti e vulcani. Queste placche si separano anche sulle creste montuose sottomarine, dove la roccia fusa si diffonde dai centri dei bacini oceanici.
ma questo non era sempre il caso. All'inizio della storia della Terra, il pianeta era coperto da un unico guscio punteggiato di vulcani, proprio come la superficie di Venere oggi. Mentre la Terra si raffreddava, questo guscio cominciò a piegarsi e rompersi, creando infine il sistema terrestre di tettonica a zolle.
Secondo una nuova ricerca, la transizione alla tettonica a zolle è iniziata con l'aiuto di sedimenti lubrificanti, raschiato dai ghiacciai delle pendici dei primi continenti della Terra. Poiché questi sedimenti si sono raccolti lungo le giovani coste del mondo, hanno contribuito ad accelerare il movimento delle faglie di subduzione di nuova formazione, dove una placca oceanica più sottile si immerge sotto una placca continentale più spessa.
Il nuovo studio, pubblicato il 6 giugno 2019 sulla rivista Natura , è il primo a suggerire un ruolo per i sedimenti nell'emergenza e nell'evoluzione della tettonica globale delle placche. Michele Marrone, professore di geologia all'Università del Maryland, co-autore del documento di ricerca con Stephan Sobolev, professore di geodinamica presso il Centro di ricerca tedesco per le geoscienze GFZ a Potsdam.
I risultati suggeriscono che la lubrificazione dei sedimenti controlla la velocità con cui la crosta terrestre si macina e si agita. Sobolev e Brown hanno scoperto che due importanti periodi di glaciazione mondiale, che ha provocato massicci depositi di sedimenti dilavati dai ghiacciai, ognuno probabilmente ha causato un successivo aumento del tasso globale della tettonica a zolle.
L'episodio più recente di questo tipo ha seguito la "Terra palla di neve" che si è conclusa circa 635 milioni di anni fa, risultante nel moderno sistema tettonico a placche della Terra.
"La Terra non ha sempre avuto una tettonica a placche e non è sempre progredita allo stesso ritmo, "Ha detto Brown. "Ha attraversato almeno due periodi di accelerazione. Ci sono prove che suggeriscono che anche la tettonica ha rallentato a un ritmo relativo per quasi un miliardo di anni. In ogni caso, abbiamo trovato una connessione con la relativa abbondanza, o scarsità, di sedimenti glaciali".
Proprio come una macchina ha bisogno di grasso per mantenere le sue parti in movimento liberamente, la tettonica a zolle funziona in modo più efficiente con la lubrificazione. Anche se può essere difficile confondere la consistenza granulosa dell'argilla, limo, sabbia e ghiaia con un grasso scivoloso, l'effetto è in gran parte lo stesso su scala continentale, nelle fosse oceaniche dove si incontrano le placche tettoniche.
"La stessa dinamica esiste quando si perfora la crosta terrestre. Devi usare il fango, un'argilla molto fine mescolata con acqua o olio, perché l'acqua o il petrolio da soli non funzioneranno altrettanto bene, " Brown ha detto. "Le particelle di fango aiutano a ridurre l'attrito sulla punta del trapano. I nostri risultati suggeriscono che anche le placche tettoniche hanno bisogno di questo tipo di lubrificazione per continuare a muoversi".
Precedenti ricerche sulla costa occidentale del Sud America sono state le prime a identificare una relazione tra la lubrificazione dei sedimenti e l'attrito lungo una faglia di subduzione. Al largo della costa del Cile settentrionale, una relativa mancanza di sedimenti nella fossa di faglia crea un elevato attrito mentre la placca oceanica di Nazca si immerge sotto la placca continentale del Sud America. Questo attrito ha contribuito a spingere verso il cielo le vette più alte delle Ande centrali mentre la placca continentale si schiacciava e si deformava.
In contrasto, più a sud c'è un carico di sedimenti più elevato in trincea, con conseguente minor attrito. Ciò ha causato una minore deformazione della placca continentale e, di conseguenza, creò cime montuose più piccole. Ma questi risultati erano limitati a un'area geografica.
Per il loro studio, Sobolev e Brown hanno utilizzato un modello geodinamico della tettonica a zolle per simulare l'effetto della lubrificazione dei sedimenti sulla velocità di subduzione. Per verificare la loro ipotesi, hanno verificato le correlazioni tra periodi noti di glaciazione diffusa e dati precedentemente pubblicati che indicano la presenza di sedimenti continentali negli oceani e nelle fosse. Per questo passaggio, Sobolev e Brown si sono basati su due linee di evidenza principali:la firma chimica dell'influenza dei sedimenti continentali sulla chimica degli oceani e gli indicatori di contaminazione dei sedimenti nei vulcani legati alla subduzione, molto simili a quelli che costituiscono l'attuale "anello di fuoco" intorno all'Oceano Pacifico.
Secondo l'analisi di Sobolev e Brown, la tettonica a zolle probabilmente è emersa sulla Terra tra 3 e 2,5 miliardi di anni fa, nel periodo in cui iniziarono a formarsi i primi continenti della Terra. Questo lasso di tempo coincide anche con la prima glaciazione continentale del pianeta.
Tra 2,2 e 1,8 miliardi di anni fa si verificò un notevole incremento della tettonica a zolle, in seguito a un'altra era glaciale globale che ha trascinato enormi quantità di sedimenti nelle fosse di faglia ai bordi dei continenti.
Il prossimo miliardo di anni, da 1,75 miliardi a 750 milioni di anni fa, ha visto una riduzione globale del tasso di tettonica a zolle. Questa fase della storia della Terra era così tranquilla, comparativamente parlando, che si è guadagnato il soprannome di "il miliardo noioso" tra i geologi.
Dopo, in seguito alla glaciazione globale della "Terra a palla di neve" terminata circa 635 milioni di anni fa, il più grande evento di erosione superficiale nella storia della Terra potrebbe aver rimosso più di un miglio verticale di spessore dalla superficie dei continenti. Secondo Sobolev e Brown, quando questi sedimenti raggiunsero gli oceani, hanno dato il via alla fase moderna della tettonica a zolle attiva.
Il documento di ricerca, "Gli eventi di erosione superficiale hanno controllato l'evoluzione della tettonica a zolle sulla Terra, "Stephan Sobolev e Michael Brown, è stato pubblicato sulla rivista Natura il 6 giugno, 2019.
