Una nuova ricerca condotta dall'Università di Cambridge ha trovato prove rare, conservate nella chimica delle antiche rocce della Groenlandia, che raccontano di un'epoca in cui la Terra era quasi interamente fusa.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , fornisce informazioni su un periodo importante nella formazione del nostro pianeta, quando un mare profondo di magma incandescente si estendeva sulla superficie terrestre e si estendeva per centinaia di chilometri al suo interno.

È il graduale raffreddamento e cristallizzazione di questo "oceano di magma" che determina la chimica dell'interno della Terra, una fase determinante nell'assemblaggio della struttura del nostro pianeta e nella formazione della nostra atmosfera primitiva.

Gli scienziati sanno che gli impatti catastrofici durante la formazione della Terra e della Luna avrebbero generato energia sufficiente per fondere l'interno del nostro pianeta. Ma non sappiamo molto di questa fase lontana e infuocata della storia della Terra perché i processi tettonici hanno riciclato quasi tutte le rocce più vecchie di 4 miliardi di anni.

Ora i ricercatori hanno trovato i resti chimici dell'oceano di magma in rocce di 3,6 miliardi di anni dalla Groenlandia sudoccidentale.

I risultati supportano la teoria di vecchia data secondo cui la Terra una volta era quasi interamente fusa e forniscono una finestra su un momento in cui il pianeta ha iniziato a solidificarsi e a sviluppare la chimica che ora governa la sua struttura interna. La ricerca suggerisce che anche altre rocce sulla superficie terrestre potrebbero conservare prove di antichi oceani di magma.

"Ci sono poche opportunità per ottenere vincoli geologici sugli eventi nel primo miliardo di anni della storia della Terra. È sorprendente che possiamo persino tenere queste rocce nelle nostre mani, figuriamoci ottenere così tanti dettagli sulla storia antica del nostro pianeta, " ha detto l'autore principale Dr. Helen Williams, dal Dipartimento di Scienze della Terra di Cambridge.

Lo studio unisce l'analisi chimica forense alla modellazione termodinamica alla ricerca delle origini primordiali delle rocce della Groenlandia, e come sono arrivati ​​in superficie.

A prima vista, le rocce che compongono la fascia sopracrostale di Isua della Groenlandia assomigliano a qualsiasi basalto moderno che potresti trovare sul fondo del mare. Ma questo affioramento, che è stato descritto per la prima volta negli anni '60, è la più antica esposizione di rocce sulla Terra. È noto per contenere le prime prove di vita microbica e tettonica a zolle.

La nuova ricerca mostra che le rocce di Isua conservano anche rare prove che precedono persino la tettonica delle placche:i residui di alcuni dei cristalli lasciati indietro mentre l'oceano di magma si raffreddava.

"È stata una combinazione di alcune nuove analisi chimiche che abbiamo fatto e dei dati precedentemente pubblicati che ci hanno segnalato che le rocce di Isua potrebbero contenere tracce di materiale antico. Gli isotopi di afnio e neodimio erano davvero allettanti, perché quei sistemi di isotopi sono molto difficili da modificare, quindi abbiamo dovuto esaminare la loro chimica in modo più dettagliato, " ha detto il co-autore Dr. Hanika Rizo, dalla Carleton University.

La sistematica isotopica del ferro ha confermato a Williams e al team che le rocce di Isua derivano da parti dell'interno della Terra che si sono formate come conseguenza della cristallizzazione del magma oceanico.

La maggior parte di questa roccia primordiale è stata mischiata per convezione nel mantello, ma gli scienziati pensano che alcune zone isolate in profondità al confine del nucleo del mantello - antichi cimiteri di cristallo - potrebbero essere rimaste indisturbate per miliardi di anni.

Sono le reliquie di questi cimiteri di cristallo che Williams e i suoi colleghi hanno osservato nella chimica del rock di Isua. "Quei campioni con l'impronta di ferro hanno anche un'anomalia di tungsteno, una firma della formazione della Terra, che ci fa pensare che la loro origine possa essere fatta risalire a questi cristalli primordiali, " ha detto Williams.

Ma come hanno fatto questi segnali dal mantello profondo a raggiungere la superficie? La loro composizione isotopica mostra che non sono stati solo incanalati dalla fusione al confine tra nucleo e mantello. Il loro viaggio fu più tortuoso, coinvolgendo diverse fasi di cristallizzazione e rifusione, una sorta di processo di distillazione. Il mix di antichi cristalli e magma sarebbe prima migrato nel mantello superiore, dove veniva agitato per creare una 'torta di marmo' di rocce provenienti da diverse profondità. La successiva fusione di quell'ibrido di rocce è ciò che ha prodotto il magma che ha alimentato questa parte della Groenlandia.

I risultati del team suggeriscono che i moderni vulcani hotspot, che si pensa si siano formati relativamente di recente, potrebbe effettivamente essere influenzato da antichi processi.

"I segnali geochimici che riportiamo nelle rocce della Groenlandia hanno somiglianze con le rocce eruttate da vulcani hotspot come le Hawaii - qualcosa che ci interessa è se potrebbero anche attingere alle profondità e accedere a regioni dell'interno solitamente fuori dalla nostra portata, " ha detto il dottor Oliver Shorttle, che ha sede congiuntamente presso il Dipartimento di Scienze della Terra e l'Istituto di Astronomia di Cambridge.

I risultati del team sono scaturiti da un progetto finanziato da Deep Volatiles, un programma di ricerca quinquennale finanziato dal NERC. Ora hanno in programma di continuare la loro ricerca per comprendere l'oceano di magma ampliando la loro ricerca di indizi nelle rocce antiche e modellando sperimentalmente il frazionamento isotopico nel mantello inferiore.

"Siamo stati in grado di scoprire cosa stava facendo una parte dell'interno del nostro pianeta miliardi di anni fa, ma per riempire ulteriormente il quadro dobbiamo continuare a cercare ulteriori indizi chimici nelle rocce antiche, ", ha affermato il co-autore Dr. Simon Matthews dell'Università dell'Islanda.

Gli scienziati sono stati spesso riluttanti a cercare prove chimiche di questi antichi eventi. "Le prove sono spesso alterate dal corso del tempo. Ma il fatto che abbiamo scoperto ciò che abbiamo fatto suggerisce che la chimica di altre rocce antiche potrebbe fornire ulteriori informazioni sulla formazione e l'evoluzione della Terra, e questo è immensamente eccitante, " ha detto Williams.