Minerali microscopici scavati da un antico affioramento di Jack Hills, nell'Australia occidentale, sono stati oggetto di intensi studi geologici, poiché sembrano recare tracce del campo magnetico terrestre risalenti a 4,2 miliardi di anni fa. È quasi 1 miliardo di anni prima di quando si pensava che il campo magnetico avesse avuto origine, e quasi indietro al tempo in cui si formò il pianeta stesso.

Ma per quanto intrigante possa essere questa storia di origine, un team guidato dal MIT ha ora trovato prove del contrario. In un articolo pubblicato su Progressi scientifici , il team ha esaminato lo stesso tipo di cristalli, chiamati zirconi, scavato dallo stesso affioramento, e hanno concluso che gli zirconi raccolti sono inaffidabili come registratori di antichi campi magnetici.

In altre parole, la giuria è ancora fuori se il campo magnetico terrestre esistesse prima di 3,5 miliardi di anni fa.

"Non ci sono prove solide di un campo magnetico prima di 3,5 miliardi di anni fa, e anche se ci fosse un campo, sarà molto difficile trovarne le prove negli zirconi di Jack Hills, "dice Caue Borlina, uno studente laureato presso il Dipartimento della Terra del MIT, Atmosferico, e Scienze Planetarie (EAPS). "È un risultato importante, nel senso che sappiamo cosa non cercare più".

Borlina è il primo autore dell'articolo, che include anche il professor EAPS Benjamin Weiss, Principal Research Scientist Eduardo Lima, e ricercatore Jahandar Ramezan del MIT, insieme ad altri dell'Università di Cambridge, Università di Harvard, l'Università della California a Los Angeles, l'Università dell'Alabama, e l'Università di Princeton.

un campo, agitato

Si pensa che il campo magnetico terrestre svolga un ruolo importante nel rendere abitabile il pianeta. Non solo un campo magnetico imposta la direzione degli aghi della nostra bussola, funge anche da scudo di sorta, deviando via il vento solare che altrimenti potrebbe divorare l'atmosfera.

Gli scienziati sanno che oggi il campo magnetico terrestre è alimentato dalla solidificazione del nucleo di ferro liquido del pianeta. Il raffreddamento e la cristallizzazione del nucleo sollevano il ferro liquido circostante, creando potenti correnti elettriche che generano un campo magnetico che si estende lontano nello spazio. Questo campo magnetico è noto come geodinamo.

Molteplici linee di prova hanno dimostrato che il campo magnetico terrestre esisteva almeno 3,5 miliardi di anni fa. Però, si pensa che il nucleo del pianeta abbia iniziato a solidificarsi appena 1 miliardo di anni fa, il che significa che il campo magnetico deve essere stato guidato da qualche altro meccanismo prima di 1 miliardo di anni fa. Individuare esattamente quando si è formato il campo magnetico potrebbe aiutare gli scienziati a capire da cosa è stato generato.

Borlina afferma che l'origine del campo magnetico terrestre potrebbe anche illuminare le prime condizioni in cui presero piede le prime forme di vita della Terra.

"Nel primo miliardo di anni della Terra, tra 4,4 miliardi e 3,5 miliardi di anni, in quel momento stava emergendo la vita, "Dice Borlina. "Se si dispone di un campo magnetico in quel momento ha implicazioni diverse per l'ambiente in cui è emersa la vita sulla Terra. Questa è la motivazione del nostro lavoro".

"Non posso fidarmi dello zircone"

Gli scienziati hanno tradizionalmente utilizzato i minerali nelle rocce antiche per determinare l'orientamento e l'intensità del campo magnetico terrestre indietro nel tempo. Quando le rocce si formano e si raffreddano, gli elettroni all'interno dei singoli grani possono spostarsi nella direzione del campo magnetico circostante. Una volta che la roccia si raffredda oltre una certa temperatura, nota come temperatura di Curie, gli orientamenti degli elettroni sono fissati nella pietra, per così dire. Gli scienziati possono determinare la loro età e utilizzare magnetometri standard per misurare il loro orientamento, stimare la forza e l'orientamento del campo magnetico terrestre in un dato momento.

Dal 2001, Weiss e il suo gruppo hanno studiato la magnetizzazione delle rocce di Jack Hills e dei grani di zirconi, con l'impegnativo obiettivo di stabilire se contengono antiche registrazioni del campo magnetico terrestre.

"Gli zirconi di Jack Hills sono alcuni degli oggetti più debolmente magnetici studiati nella storia del paleomagnetismo, " Weiss dice. "Inoltre, questi zirconi includono i più antichi materiali terrestri conosciuti, il che significa che ci sono molti eventi geologici che potrebbero aver ripristinato i loro record magnetici".

Nel 2015, un gruppo di ricerca separato che aveva anche iniziato a studiare gli zirconi di Jack Hills ha sostenuto di aver trovato prove di materiale magnetico negli zirconi datati a 4,2 miliardi di anni, la prima prova che il campo magnetico terrestre potrebbe essere esistito prima di 3,5 miliardi di anni fa.

Ma Borlina osserva che il team non ha confermato se il materiale magnetico rilevato si sia effettivamente formato durante o dopo che il cristallo di zircone si è formato 4,2 miliardi di anni fa, un obiettivo che lui e il suo team si sono assunti per il loro nuovo articolo.

Borlino, Weiss, e i loro colleghi avevano raccolto rocce dallo stesso affioramento di Jack Hills, e da quei campioni, estratto 3, 754 grani di zircone, ciascuno lungo circa 150 micrometri, circa la larghezza di un capello umano. Utilizzando tecniche di datazione standard, determinarono l'età di ogni grano di zircone, che variava da 1 miliardo a 4,2 miliardi di anni.

Circa 250 cristalli avevano più di 3,5 miliardi di anni. Il team ha isolato e ripreso quei campioni, alla ricerca di segni di crepe o materiali secondari, come i minerali che potrebbero essersi depositati sopra o all'interno del cristallo dopo che si era completamente formato, e ha cercato prove che fossero significativamente riscaldati negli ultimi miliardi di anni da quando si sono formati. Di questi 250, hanno identificato solo tre zirconi che erano relativamente privi di tali impurità e quindi potevano contenere registrazioni magnetiche adeguate.

Il team ha quindi condotto esperimenti dettagliati su questi tre zirconi per determinare quali tipi di materiali magnetici potrebbero contenere. Alla fine hanno determinato che un minerale magnetico chiamato magnetite era presente in due dei tre zirconi. Utilizzando un magnetometro a diamante quantistico ad alta risoluzione, il team ha esaminato le sezioni trasversali di ciascuno dei due zirconi per mappare la posizione della magnetite in ciascun cristallo.

Hanno scoperto magnetite che giace lungo crepe o zone danneggiate all'interno degli zirconi. Tali crepe, Borlina dice, sono percorsi che consentono all'acqua e ad altri elementi all'interno della roccia. Tali crepe potrebbero aver lasciato entrare magnetite secondaria che si è depositata nel cristallo molto più tardi rispetto a quando si è formato originariamente lo zircone. In entrambi i casi, Borlina dice che le prove sono chiare:questi zirconi non possono essere usati come registratori affidabili per il campo magnetico terrestre.

"Questa è la prova che non possiamo fidarci di queste misurazioni dello zircone per la registrazione del campo magnetico terrestre, " dice Borlina. "Lo abbiamo dimostrato, prima di 3,5 miliardi di anni fa, non abbiamo ancora idea di quando sia iniziato il campo magnetico terrestre".

Nonostante questi nuovi risultati, Weiss sottolinea che le precedenti analisi magnetiche di questi zirconi sono ancora molto preziose.

"Il team che ha riportato lo studio magnetico originale sullo zircone merita molto credito per aver tentato di affrontare questo problema enormemente impegnativo, " Dice Weiss. "Come risultato di tutto il lavoro di entrambi i gruppi, ora capiamo molto meglio come studiare il magnetismo degli antichi materiali geologici. Ora possiamo iniziare ad applicare questa conoscenza ad altri grani minerali e ai grani di altri corpi planetari".