Un nuovo studio degli scienziati della Scripps Institution of Oceanography dell'UC San Diego e dell'Università di Chicago fa luce su un dibattito molto discusso nelle scienze della Terra:quando è iniziata la subduzione delle placche?

Secondo i risultati pubblicati il ​​9 dicembre sulla rivista Progressi scientifici , questo processo potrebbe essere iniziato 3,75 miliardi di anni fa, rimodellando la superficie terrestre e ponendo le basi per un pianeta ospitale alla vita.

Per geochimici come l'assistente professore di Scripps e l'autrice principale dello studio Sarah Aarons, gli indizi sulla prima abitabilità della Terra si trovano negli elementi di cui sono composte le antiche rocce, in particolare il titanio. Aarons ha analizzato campioni delle rocce più antiche conosciute della Terra dal Complesso di Acasta Gneiss nella tundra canadese, un affioramento di gneiss vecchio di 4,02 miliardi di anni. Queste rocce sono datate dall'Eone Adeano, che è iniziato all'inizio della formazione della Terra ed è stato definito da condizioni infernali su un pianeta che sembrerebbe estraneo ai nostri occhi moderni.

La ricerca di Aarons si è concentrata sugli isotopi, che sono variazioni dello stesso elemento in base al numero di neutroni che hanno. Prendendo i campioni da Acasta Gneiss forniti da Jesse Reimink, un assistente professore alla Penn State University, ha frantumato i pezzi della roccia in una polvere che è stata poi riscaldata per formare una perla di vetro, un processo che consente la dissoluzione del titanio che ha cercato di analizzare. Una volta raffreddato, la perla è stata sciolta in acido e il titanio è stato separato chimicamente dagli altri elementi. Aarons è stata quindi in grado di determinare le variazioni degli isotopi di titanio presenti nel campione utilizzando uno spettrometro di massa nel laboratorio Origins guidato dal suo collaboratore Nicolas Dauphas presso l'Università di Chicago.

Aarons ha confrontato questi campioni con quelli più recenti, rocce moderne formate in zone di subduzione. Nei campioni di età compresa tra 3,75 miliardi di anni, notò somiglianze nella struttura e nella composizione con quelle moderne, suggerendo che la subduzione delle placche iniziò in quel periodo.

"Molto lavoro precedente è stato fatto su queste rocce per datarle con cura, e fornire il contesto geochimico e petrologico, " ha detto Aarons. "Siamo stati molto fortunati ad avere l'opportunità di misurare le composizioni di isotopi di titanio, un fiorente sistema di isotopi in questi campioni."

Studiare la storia e l'inizio delle antiche zone di subduzione è notoriamente difficile. Le rocce vengono costantemente distrutte mentre la crosta viene spinta verso l'interno nel mantello, lasciando dietro di sé pochi campioni che risalgono alla prima storia della Terra. Gli scienziati hanno a lungo dibattuto quando è iniziata la tettonica a zolle e la subduzione, con stime che vanno da 0,85 a 4,2 miliardi di anni fa, più di due terzi della storia del pianeta. Scoprire quando è iniziata la subduzione delle placche significa individuare quando la Terra è passata da un pianeta dominato da masse continentali transitorie che attraversano la superficie degli oceani a uno composto da continenti longevi in ​​cui i cicli biogeochimici a lungo termine sono controllati dal degassamento vulcanico e dal riciclaggio all'interno della Terra.

La subduzione delle placche si verifica quando la crosta oceanica e la crosta continentale si scontrano. Poiché la crosta continentale è più spessa e meno densa, la crosta oceanica viene spinta verso il basso nel mantello terrestre, ad una velocità media di pochi centimetri ogni anno. Questo contatto con il mantello crea aree abbastanza calde da permettere al magma di fuoriuscire in superficie, creando vulcani come Mount St. Helens e altri trovati lungo il Pacific Rim.

La tettonica a zolle e le zone di subduzione sono responsabili dell'aspetto della Terra, guidando la creazione delle placche continentali e dei bacini che si sarebbero riempiti per diventare oceani. Sono anche il controllo primario sulle caratteristiche chimiche della superficie del pianeta, e sono probabilmente responsabili della capacità della Terra di sostenere la vita. Queste zone tettoniche sono responsabili della formazione dei continenti emersi e forniscono un importante controllo sul clima regolando le quantità di anidride carbonica a effetto serra nell'atmosfera.

In campioni di roccia di quattro miliardi di anni fa, Aarons ha visto somiglianze con le rocce moderne che si formano in ambienti di pennacchi, come le Hawaii e l'Islanda, dove una massa continentale è alla deriva su un punto caldo. Però, nelle rocce invecchiate a 3,75 miliardi di anni, ha notato un cambiamento di tendenza verso le rocce che si formano nelle moderne zone di subduzione, suggerendo che in quel periodo nella storia della Terra queste aree iniziarono a formarsi.

"Mentre l'andamento dei dati sugli isotopi di titanio non fornisce prove che la tettonica a placche si stesse verificando a livello globale, indica la presenza di magmatismo umido, che supporta la subduzione in questo momento, " ha detto Aronne.