Le montagne Tehachapi, all'interno della Sierra Nevada e dove è stata fatta la ricerca, sono relativamente secchi e robusti. Gli affioramenti in questo terreno sono molto più scarsi che nelle altitudini più elevate della Sierra Nevada. Credito:Benjamin Klein
Anche se non possiamo vederlo in azione, la Terra sforna costantemente nuove terre. Questo avviene nelle zone di subduzione, dove le placche tettoniche si schiacciano l'una contro l'altra e nel processo sollevano catene di vulcani attraverso cui il magma può risalire. Parte di questo magma non viene vomitato, ma invece si mescola e si trasforma appena sotto la superficie. Si cristallizza poi come nuova crosta continentale, sotto forma di catena montuosa.
Gli scienziati hanno pensato che le catene montuose della Terra si siano formate attraverso questo processo nel corso di molti milioni di anni. Ma i geologi del MIT hanno ora scoperto che il pianeta può generare nuova terra molto più rapidamente di quanto si pensasse in precedenza.
In un articolo pubblicato sulla rivista Geologia , il team mostra che parti della catena montuosa della Sierra Nevada in California sono aumentate sorprendentemente velocemente, in un periodo di appena 1,39 milioni di anni, più del doppio di quanto previsto per la regione. I ricercatori attribuiscono la rapida formazione della terra a una massiccia esplosione di magma.
"La cosa veramente eccitante delle nostre scoperte è che, con la nuova geocronologia ad alta precisione, siamo stati in grado di datare quanto velocemente si è verificato il processo di formazione della crosta, e abbiamo mostrato che questo grande volume di nuova crosta è stato messo in posizione a un ritmo estremamente rapido, " dice l'autore principale dello studio Benjamin Klein Ph.D. '19, che ha svolto la ricerca come studente laureato presso il Dipartimento della Terra del MIT, Scienze atmosferiche e planetarie (EAPS). "È stato una specie di istante. È stato poco più di 1 milione di anni, ma in tempi geologici, è stato velocissimo".
I coautori di Klein sono il professore associato Oliver Jagoutz e il ricercatore Jahandar Ramezani, entrambi in EAPS.
Uno spaccato completo
La catena montuosa della Sierra Nevada è un prodotto della collisione di due placche tettoniche:la placca nordamericana che si muove verso ovest e quella che all'epoca era la placca Farallon, che macinava lentamente sotto la placca nordamericana, alla fine scivolando completamente nel mantello terrestre.
Circa 100 milioni di anni fa, quando entrambe le placche si scontrarono, crearono prima una catena di vulcani, poi un'imponente catena montuosa che è oggi la Sierra Nevada.
"Quello che è oggi la costa occidentale degli Stati Uniti probabilmente sembrava, allora, come le Ande oggi, con altitudini elevate e una catena di grandi vulcani, " dice Klein.
Per il loro studio, i ricercatori si sono concentrati su una caratteristica geologica della Sierra Nevada nota come suite intrusiva, un grande volume di roccia che originariamente si è formato nelle profondità dell'interno della Terra. Una volta cristallizzato, le rocce formano una nuova, colonna verticale della crosta continentale.
Un affioramento roccioso simile a quelli analizzati dai ricercatori da una porzione più profonda della crosta. Credito:Benjamin Klein
Si sono concentrati in particolare sulla Bear Valley Intrusive Suite, una formazione unica in quanto rappresenta le vestigia di nuova crosta continentale oggi esposta in superficie, come un tratto di granito di 40 miglia. Queste rocce, che oggi giacciono orizzontalmente lungo la catena montuosa, originariamente formato come una colonna verticale. Col tempo, questa torre di nuova crosta continentale erosa, allungandosi e inclinandosi nella sua attuale configurazione orizzontale.
"La Bear Valley Intrusive Suite ci offre una sezione trasversale completa di come apparivano questi sistemi idraulici di magma sottostanti i grandi vulcani, dove normalmente avremmo un'istantanea limitata, " dice Klein. "Questo ci permette di pensare in modo molto più completo a quanto velocemente si stava costruendo la nuova crosta".
Un limite di velocità per la nuova crosta
Il team ha raccolto campioni di roccia in una regione del Batholith della Sierra Nevada e li ha portati al MIT per analizzarne la composizione. Sono stati in grado di determinare l'età di nove campioni, utilizzando la geocronologia dell'uranio-piombo, una tecnica di datazione ad alta precisione introdotta dal compianto professore emerito del MIT Sam Bowring. Da ogni campione, i ricercatori hanno isolato singoli grani di zircone, un minerale comune nelle rocce che contiene uranio e un po' di piombo, il rapporto di cui gli scienziati possono misurare per ottenere una stima dell'età della roccia.
Dalle loro analisi, Klein e i suoi colleghi hanno scoperto che l'età di tutti e nove i campioni abbracciava un intervallo sorprendentemente breve, di appena 1,39 milioni di anni. Il team ha calcolato una stima della quantità di magma che deve essersi cristallizzata per formare la nuova crosta rappresentata dai campioni. Hanno scoperto che circa 250 chilometri cubi di magma probabilmente si sono sollevati dall'interno della Terra e si sono trasformati in nuova crosta, in appena 1,39 milioni di anni.
"È circa due volte e mezzo più veloce rispetto alle stime precedenti per la formazione di crosta nelle Sierras, che è una bella differenza, " dice Klein. "Ci dà un limite di velocità massimo per quanto velocemente queste cose possono effettivamente accadere".
Klein dice che data la velocità di questa nuova formazione della crosta, la probabile causa era una fiammata di magma, o improvviso scoppio di attività magmatica.
"L'intero batolite è stato costruito in quasi 200 milioni di anni, ma sappiamo in quel periodo di tempo, c'erano periodi in cui era molto attivo e periodi più tranquilli, con meno nuovo materiale aggiunto, " dice Klein. "Ciò che siamo stati in grado di mostrare in questo settore è stato che, almeno a livello locale, la velocità con cui è stato portato il magma è molto più veloce dei tassi medi che sono stati documentati nelle Sierras."
I geologi hanno pensato che le fiammate di magma si verificano a causa di un'attività insolita nella Terra, come le placche tettoniche che si scontrano improvvisamente a un ritmo più veloce. Secondo tutto ciò che i ricercatori hanno documentato sulla Bear Valley Intrusive Suite, però, nessuna tale attività è trapelata al momento della formazione della catena montuosa.
"Non c'è un innesco evidente, " dice Klein. "Il sistema sta andando avanti, e poi vediamo questa grande esplosione di magma. Quindi questo sfida alcune nozioni di base nel campo, e dovrebbe informare come la gente pensa di quanto velocemente queste cose potrebbero accadere oggi, in posti come le Ande o i vulcani in Giappone."
