La Terra comprende un nucleo, mantello e crosta esterna. Credito:Shutterstock
La Terra è un pianeta straordinario. Per quanto ne sappiamo, è l'unico pianeta nell'universo dove esiste la vita. È anche l'unico pianeta noto per avere continenti:le masse di terra su cui viviamo e che ospitano i minerali necessari per sostenere le nostre vite complesse.
Gli esperti discutono ancora vigorosamente su come si sono formati i continenti. Sappiamo che l'acqua era un ingrediente essenziale per questo, e molti geologi hanno proposto che l'acqua provenisse dalla superficie terrestre attraverso zone di subduzione (come avviene ora).
Ma la nostra nuova ricerca mostra che quest'acqua sarebbe effettivamente arrivata dalle profondità del pianeta. Ciò suggerisce che la Terra nella sua giovinezza si sia comportata in modo molto diverso da come si comporta oggi, contenente più acqua primordiale di quanto si pensasse.
Come far crescere un continente
La Terra solida è composta da una serie di strati tra cui un denso nucleo ricco di ferro, mantello spesso e uno strato esterno roccioso chiamato litosfera.
Ma non è sempre stato così. Quando la Terra si formò per la prima volta circa 4,5 miliardi di anni fa, era una palla di roccia fusa che veniva regolarmente colpita da meteoriti.
Mentre si raffreddava per un periodo di circa un miliardo di anni, cominciarono ad emergere i primi continenti, fatto di granito di colore chiaro. Il modo esatto in cui sono nati ha incuriosito a lungo gli scienziati.
Per rendere la crosta continentale granitica capace di galleggiare, rocce vulcaniche scure note come basalti devono essere sciolte. basalti, che si formano per fusione nel mantello, avrebbe coperto la Terra quando il pianeta stava iniziando.
Immagini satellitari del Cratone Pilbara, Australia Occidentale. Le cupole di granito di colore chiaro sono circondate da basalti di colore scuro. Credito:Google Earth
Però, per fare la crosta continentale dal basalto è necessario un altro ingrediente essenziale:l'acqua. Sapere come quest'acqua è entrata nelle rocce a una profondità sufficiente è la chiave per capire come si sono formati i primi continenti.
Un meccanismo per portare l'acqua in profondità è attraverso la subduzione. È così che oggi viene prodotta la maggior parte della nuova crosta continentale, compresa la catena montuosa delle Ande in Sud America.
Nelle zone di subduzione, le placche rocciose sul fondo dell'oceano si raffreddano e diventano sempre più dense finché non vengono costrette sotto i continenti e di nuovo nel mantello sottostante, portando con sé l'acqua dell'oceano.
Quando quest'acqua interagisce con il basalto nel mantello, crea crosta granitica. Ma la Terra era molto più calda miliardi di anni fa, così tanti esperti hanno sostenuto che la subduzione (almeno nella forma che attualmente comprendiamo) non avrebbe potuto operare.
Lunghe catene montuose lineari come le Ande contrastano nettamente con la struttura della crosta granitica conservata nella regione di Pilbara, nell'entroterra dell'Australia occidentale.
Una sezione trasversale molto semplificata di una struttura a cupola e chiglia. Credito:Wikimedia Commons, CC BY-SA
Questa antica crosta vista dall'alto ha un motivo a "cupola e chiglia", con palloni (cupole) di granito di colore chiaro che si innalzano nei circostanti basalti più scuri e densi (le chiglie).
Ma da dove veniva l'acqua necessaria per produrre queste cupole?
Piccoli cristalli registrano la storia antica della Terra
La nostra ricerca, guidato da scienziati del Geological Survey of Western Australia e della Curtin University, affrontato questa domanda. Abbiamo analizzato minuscoli cristalli intrappolati negli antichi magmi che si sono raffreddati e solidificati per formare le cupole granitiche di Pilbara.
Questi cristalli, fatto di un minerale chiamato zircone, contengono uranio che si trasforma in piombo nel tempo. Conosciamo la velocità di questo cambiamento, e può misurare le quantità di uranio e piombo contenute all'interno. Come tale, possiamo ottenere una registrazione della loro età.
I cristalli contengono anche indizi sulla loro origine, che possono essere svelati misurando la loro composizione isotopica di ossigeno. È importante sottolineare che gli zirconi che si sono cristallizzati in rocce fuse idratate dall'acqua della superficie terrestre hanno composizioni diverse rispetto agli zirconi che si sono formati in profondità nel mantello.
Le misurazioni mostrano che l'acqua richiesta per i più antichi graniti WA sarebbe provenuta dalle profondità del mantello terrestre e non dalla superficie.
Cristalli di zircone cresciuti in un antico magma.
Chris Kirkland (a sinistra) e Tim Johnson caricano i campioni in uno spettrometro di massa a ioni secondari, che spara un fascio di ioni nei cristalli di zircone per determinarne l'età e la composizione dell'isotopo di ossigeno. Credito:la conversazione
Il presente è sempre la chiave del passato?
Come si formarono i primi continenti fa parte di un dibattito più ampio su uno dei principi centrali delle scienze fisiche:l'uniformitarismo. Questa è l'idea che i processi che operavano sulla Terra in un lontano passato sono gli stessi osservati oggi.
La Terra oggi perde calore attraverso la tettonica a zolle, quando le placche litosferiche increspate che formano il solido del pianeta, guscio esterno muoversi. Questo aiuta a regolare la sua temperatura interna, stabilizza la composizione atmosferica, e probabilmente ha anche facilitato lo sviluppo della vita complessa.
La subduzione è una delle componenti più importanti di questo processo. Ma diverse linee di prova non sono coerenti con la subduzione e la tettonica a zolle su una Terra primitiva. Indicano fortemente che il nostro pianeta si è comportato in modo molto diverso nei primi due miliardi di anni successivi alla sua formazione rispetto a oggi.
Quindi, mentre l'uniformitarismo è un modo utile per pensare a molti processi geologici, il presente potrebbe non essere sempre la chiave del passato.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
