L'attività della Terra solida, per esempio, vulcani di Giava, terremoti in Giappone, ecc. - è ben compreso nel contesto della teoria della tettonica a zolle vecchia di 50 anni. Questa teoria postula che il guscio esterno della Terra (la "litosfera" terrestre) sia suddiviso in placche che si muovono l'una rispetto all'altra, concentrando la maggior parte dell'attività lungo i confini tra le placche. Può essere sorprendente, poi, che la comunità scientifica non ha un concetto preciso su come sia iniziata la tettonica a zolle. Questo mese, una nuova risposta è stata avanzata dal Dr. Alexander Webb della Division of Earth and Planetary Science &Laboratory for Space Research presso l'Università di Hong Kong, in collaborazione con un team internazionale in un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura . Webb funge da autore corrispondente sul nuovo lavoro.

Il dottor Webb e il suo team hanno proposto che il primo guscio della Terra si sia riscaldato, che ha causato l'espansione che ha generato crepe. Queste crepe sono cresciute e si sono fuse in una rete globale, suddividendo il guscio della Terra primitiva in placche. Hanno illustrato questa idea tramite una serie di simulazioni numeriche, utilizzando un codice di meccanica della frattura sviluppato dal primo autore dell'articolo, Professor Chunan Tang della Dalian University of Technology. Ogni simulazione tiene traccia dello stress e della deformazione subiti da un guscio in espansione termica. I gusci possono generalmente resistere a circa 1 km di espansione termica (il raggio della Terra è ~6371 km), ma un'ulteriore espansione porta all'inizio della frattura e alla rapida creazione della rete globale di fratture (Figura 1).

Sebbene questo nuovo modello sia abbastanza semplice:il primo guscio della Terra si è riscaldato, allargato, e incrinato:superficialmente questo modello assomiglia a idee a lungo screditate e contrasta con i precetti fisici di base delle scienze della Terra. Prima della rivoluzione tettonica a zolle degli anni '60, Le attività della Terra e la distribuzione degli oceani e dei continenti sono state spiegate da una varietà di ipotesi, compresa la cosiddetta ipotesi della Terra in espansione. Luminari come Charles Darwin postularono che i grandi terremoti, costruzione di montagna, e si pensava che la distribuzione delle masse terrestri fosse il risultato dell'espansione della Terra. Però, perché la principale fonte di calore interna della Terra è la radioattività, e il continuo decadimento degli elementi radioattivi significa che c'è meno calore disponibile col passare del tempo, l'espansione termica potrebbe essere considerata molto meno probabile del suo opposto:la contrazione termica. Come mai, poi, Il dottor Webb ei suoi colleghi pensano che la litosfera della Terra primitiva abbia subito un'espansione termica?

"La risposta sta nella considerazione dei principali meccanismi di perdita di calore che potrebbero essersi verificati durante i primi periodi della Terra, " disse il dottor Webb. "Se l'avvezione vulcanica, trasportare materiale caldo dalla profondità alla superficie, era la principale modalità di perdita di calore precoce, che cambia tutto." Il dominio del vulcanismo avrebbe un effetto inaspettatamente agghiacciante sul guscio esterno della Terra, come documentato nel precedente lavoro del Dr. Webb e coautore Dr. William Moore (pubblicato in Natura nel 2013).

Questo perché nuovo materiale vulcanico caldo prelevato dalle profondità della Terra si sarebbe depositato come materiale freddo in superficie:il calore sarebbe stato disperso nello spazio. L'evacuazione in profondità e l'accumulo in superficie avrebbero eventualmente richiesto che il materiale di superficie affondasse, portando il materiale freddo verso il basso. Questo continuo movimento verso il basso del materiale superficiale freddo avrebbe avuto un effetto raggelante sulla prima litosfera. Poiché la Terra si stava raffreddando nel complesso, la produzione di calore e il relativo vulcanismo sarebbero rallentati. Di conseguenza, il moto discendente della litosfera sarebbe rallentato nel tempo, e quindi anche mentre il pianeta si raffreddava, la litosfera raffreddata sarebbe stata sempre più riscaldata per conduzione da materiale caldo e profondo sottostante. Questo riscaldamento sarebbe stato la fonte dell'espansione termica invocata nel nuovo modello. Il nuovo modello illustra che se la litosfera solida della Terra è sufficientemente espansa termicamente, si spezzerebbe, e la rapida crescita di una rete di fratture dividerebbe la litosfera terrestre in placche.

Il Dr. Webb e i suoi colleghi continuano a esplorare lo sviluppo iniziale del nostro pianeta, e degli altri pianeti e lune del sistema solare, via campo integrato, analitico, e studi teorici. Le loro esplorazioni sul campo li portano in siti remoti in Australia, Groenlandia, e Sud Africa; la loro ricerca analitica sonda la chimica delle rocce antiche e dei loro componenti minerali; ei loro studi teorici simulano vari processi geodinamici proposti. Insieme, questi studi eliminano uno dei più grandi misteri rimasti della scienza planetaria:come e perché la Terra è passata da una palla fusa alla tettonica a placche?