"Il meccanismo che ha causato l'affondamento nel mantello della crosta che era stata alterata dall'acqua di mare ha funzionato oltre 3,3 miliardi di anni fa. Ciò significa che un ciclo globale della materia, che è alla base della moderna tettonica a zolle, è stato stabilito entro il primo miliardo di anni dall'esistenza della Terra, e l'acqua in eccesso nella zona di transizione del mantello proveniva dall'antico oceano sulla superficie del pianeta, " ha detto il capo progetto e coautore dell'articolo Alexander Sobolev, un membro dell'Accademia Russa delle Scienze (RAS) e Dottore in Scienze Geologiche e Mineralogiche che è Professore all'Istituto Vernadsky di Geochimica e Chimica Analitica sotto l'Accademia Russa delle Scienze.

La crosta terrestre è costituita da grandi blocchi in continuo movimento noti come placche tettoniche. Le montagne vengono prodotte quando queste placche si scontrano e si sollevano, e lo shock delle collisioni porta a terremoti e tsunami. Queste placche si muovono molto attivamente sotto l'Oceano Mondiale:vecchia crosta oceanica, compresi i minerali che hanno assorbito l'acqua di mare, affonda in profondità nel mantello terrestre. Parte di quest'acqua viene nuovamente rilasciata per effetto delle alte temperature e svolge un ruolo nelle eruzioni vulcaniche, come quelli che si verificano in Kamchatka, le isole Curili e il Giappone. L'acqua che rimane nei minerali della crosta oceanica a temperature più elevate continua a scendere nel mantello profondo e si accumula a una profondità di 410-660 km nella struttura dei minerali wadsleyite e ringwoodite e nelle modificazioni ad alta pressione dell'olivina (silicato di ferro di magnesio ), il principale minerale del mantello. Gli esperimenti hanno dimostrato che questi minerali possono contenere quantità significative di acqua e cloro. È così che la maggior parte dell'Oceano Mondiale potrebbe essere "pompata" all'interno del pianeta durante i miliardi di anni della sua esistenza.

Questo processo è solo una parte del ciclo globale della materia terrestre, che si chiama convezione e sostiene la tettonica a zolle, una caratteristica che distingue il nostro pianeta da tutti gli altri corpi del Sistema Solare. Molti scienziati studiano questo meccanismo, cercando di capire in quale fase della storia della Terra è apparso.

Per studiare il mantello del nostro pianeta e studiarne la composizione, i geochimici (scienziati specializzati nella composizione chimica della Terra e nei processi di formazione delle rocce) utilizzano campioni di rocce vulcaniche costituiti da magma solidificato del mantello. Si tratta di un silicato fuso arricchito in componenti volatili, come l'acqua, diossido di carbonio, cloro e zolfo. Esistono diversi tipi di magma:gli scienziati usano comunemente la lava basaltica (con una temperatura di circa 1200°C), ma magma komatiitico, che è stato eruttato durante la prima storia della Terra, è più caldo (a 1500-1600°C). Può aiutare a descrivere l'evoluzione degli strati interni della Terra, in quanto si adatta più completamente alla composizione del mantello.

I komatiiti sono un tipo di roccia vulcanica che si è formata da magma komatiitic miliardi di anni fa e la cui composizione è cambiata radicalmente nelle epoche successive. Non fornisce più informazioni sul contenuto di componenti volatili, come acqua e cloro. Ma queste rocce contengono ancora i resti del minerale magmatico olivina, che intrappolavano inclusioni di magma solidificato durante il processo di cristallizzazione e le proteggevano da successive modificazioni. Tali inclusioni, solo decine di micron di diametro, conservare informazioni dettagliate sulla composizione dei fusi komatiitici, compreso il contenuto di acqua e cloro e la composizione isotopica dell'idrogeno. Per estrarre queste informazioni, le inclusioni di magma solidificato devono essere riscaldate fino al punto di fusione naturale di oltre 1500°C e quindi immediatamente temprate per produrre vetro temperato trasparente che può essere successivamente utilizzato per analisi chimiche.

Nel 2016, un gruppo internazionale guidato da scienziati del Vernadsky Institute for Geochemistry and Analytical Chemistry ha studiato il magma komatiitico della cintura di pietre verdi Abitibi in Canada, che ha 2,7 miliardi di anni. Le cinture di pietre verdi sono territori costituiti da rocce magmatiche che contengono minerali verdastri. Questo è stato il primo articolo in cui il team ha pubblicato Natura nell'ambito del progetto sostenuto dalla sovvenzione della Russian Science Foundation. A quel tempo, gli scienziati hanno raccolto dati iniziali sul contenuto di acqua e su una varietà di elementi labili, come il cloro, piombo e bario, nella zona di transizione tra gli strati del mantello superiore e inferiore a una profondità di 410-660 km, il che li ha portati a ipotizzare che un tempo esistesse un antico serbatoio idrico sotterraneo paragonabile in massa all'attuale Oceano Mondiale. Gli scienziati ritengono che una tale quantità di acqua sia stata accumulata nelle prime fasi dello sviluppo della Terra.

"Nel nuovo articolo, abbiamo presentato dati geochimici che indicano che il ciclo di immersione globale della crosta oceanica nel mantello è iniziato molto prima di quanto credessero la maggior parte degli esperti, e avrebbe potuto funzionare già nel primo miliardo di anni della storia della Terra, " ha osservato Alexander Sobolev.

Nel corso dei lavori, gli scienziati hanno studiato ancora una volta la composizione del magma di komatiite, ma di origine diversa:è stato raccolto dalla cintura di Greenstone Barberton in Sud Africa, che ha 3,3 miliardi di anni. Il magma è stato riscaldato utilizzando un apparato specializzato ad alta temperatura in grado di resistere a temperature fino a 1700°C. I geochimici hanno scoperto che il serbatoio di acque profonde precedentemente scoperto era già presente nel mantello terrestre nell'era paleoarchea, 600 milioni di anni prima di quanto stabilito nello studio precedente.