Zirconi studiati dal gruppo di ricerca, fotografato con catodoluminescenza, una tecnica che ha permesso al team di visualizzare l'interno dei cristalli utilizzando un microscopio elettronico a scansione specializzato. Le occhiaie sugli zirconi sono le cavità lasciate dal laser che è stato utilizzato per analizzare l'età e la chimica degli zirconi. Gli scienziati guidati da Michael Ackerson, un geologo ricercatore presso il Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian, fornire nuove prove che la moderna tettonica a zolle, una caratteristica distintiva della Terra e la sua capacità unica di sostenere la vita, emerse circa 3,6 miliardi di anni fa. Lo studio, pubblicato il 14 maggio sulla rivista Geochemical Perspective Letters, usa gli zirconi, i minerali più antichi mai trovati sulla Terra, per sbirciare nell'antico passato del pianeta. Il team ha testato più di 3, 500 zirconi, ciascuno largo solo un paio di capelli umani, facendoli esplodere con un laser e quindi misurando la loro composizione chimica con uno spettrometro di massa. Questi test hanno rivelato l'età e la chimica sottostante di ogni zircone. Delle migliaia testate, circa 200 erano adatti allo studio a causa delle devastazioni dei miliardi di anni che questi minerali hanno subito dalla loro creazione. Credito:Michael Ackerson, Smithsonian.
Scienziati guidati da Michael Ackerson, un geologo ricercatore presso il Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian, fornire nuove prove che la moderna tettonica a zolle, una caratteristica distintiva della Terra e la sua capacità unica di sostenere la vita, emerse circa 3,6 miliardi di anni fa.
La Terra è l'unico pianeta noto per ospitare la vita complessa e tale capacità è in parte basata su un'altra caratteristica che rende il pianeta unico:la tettonica a placche. Nessun altro corpo planetario noto alla scienza ha la crosta dinamica della Terra, che si divide in placche continentali che si muovono, fratturarsi e scontrarsi tra loro per eoni. La tettonica a zolle offre una connessione tra il reattore chimico dell'interno della Terra e la sua superficie che ha progettato il pianeta abitabile di cui le persone godono oggi, dall'ossigeno nell'atmosfera alle concentrazioni di anidride carbonica che regola il clima. Ma quando e come è iniziata la tettonica a zolle è rimasto misterioso, sepolto sotto miliardi di anni di tempo geologico.
Lo studio, pubblicato il 14 maggio sulla rivista Lettere di prospettive geochimiche , usa gli zirconi, i minerali più antichi mai trovati sulla Terra, per sbirciare nell'antico passato del pianeta.
Il più antico degli zirconi in studio, che proveniva dalle Jack Hills dell'Australia occidentale, avevano circa 4,3 miliardi di anni, il che significa che questi minerali quasi indistruttibili si sono formati quando la Terra stessa era nella sua infanzia, solo circa 200 milioni di anni. Insieme ad altri antichi zirconi raccolti dalle Jack Hills che abbracciano la prima storia della Terra fino a 3 miliardi di anni fa, questi minerali forniscono la cosa più vicina che i ricercatori hanno a una registrazione chimica continua del mondo nascente.
"Stiamo ricostruendo come la Terra è cambiata da una palla fusa di roccia e metallo a quella che abbiamo oggi, " Ha detto Ackerson. "Nessuno degli altri pianeti ha continenti o oceani liquidi o vita. In un modo, stiamo cercando di rispondere alla domanda sul perché la Terra è unica, e possiamo rispondere fino a un certo punto con questi zirconi."
Per guardare miliardi di anni nel passato della Terra, Ackerson e il team di ricerca hanno raccolto 15 rocce delle dimensioni di un pompelmo dalle Jack Hills e le hanno ridotte nelle loro parti costituenti più piccole, i minerali, macinandole in sabbia con una macchina chiamata scoiattolo. Fortunatamente, gli zirconi sono molto densi, il che li rende relativamente facili da separare dal resto della sabbia usando una tecnica simile al panning dell'oro.
Le Jack Hills dell'Australia occidentale, dove gli zirconi studiati sono stati campionati da 15 rocce delle dimensioni di un pompelmo raccolte dal team di ricerca. Gli scienziati guidati da Michael Ackerson, un geologo ricercatore presso il Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian, fornire nuove prove che la moderna tettonica a zolle, una caratteristica distintiva della Terra e la sua capacità unica di sostenere la vita, emerse circa 3,6 miliardi di anni fa. Lo studio, pubblicato il 14 maggio sulla rivista Geochemical Perspective Letters, usa gli zirconi, i minerali più antichi mai trovati sulla Terra, per sbirciare nell'antico passato del pianeta. Credito:Dustin Trail, Università di Rochester
Il team ha testato più di 3, 500 zirconi, ciascuno largo solo un paio di capelli umani, facendoli esplodere con un laser e quindi misurando la loro composizione chimica con uno spettrometro di massa. Questi test hanno rivelato l'età e la chimica sottostante di ogni zircone. Delle migliaia testate, circa 200 erano adatti allo studio a causa delle devastazioni dei miliardi di anni che questi minerali hanno subito dalla loro creazione.
"Svelare i segreti racchiusi in questi minerali non è un compito facile, " ha detto Ackerson. "Abbiamo analizzato migliaia di questi cristalli per ottenere una manciata di punti dati utili, ma ogni campione ha il potenziale per dirci qualcosa di completamente nuovo e rimodellare il modo in cui comprendiamo le origini del nostro pianeta".
L'età di uno zircone può essere determinata con un alto grado di precisione perché ognuno contiene uranio. La famosa natura radioattiva dell'uranio e il tasso di decadimento ben quantificato consentono agli scienziati di decodificare quanto tempo esiste il minerale.
Anche il contenuto di alluminio di ogni zircone è stato di interesse per il team di ricerca. I test sugli zirconi moderni mostrano che gli zirconi ad alto contenuto di alluminio possono essere prodotti solo in un numero limitato di modi, che consente ai ricercatori di utilizzare la presenza di alluminio per dedurre cosa potrebbe essere successo, geologicamente parlando, nel momento in cui si è formato lo zircone.
Dopo aver analizzato i risultati delle centinaia di zirconi utili tra le migliaia testate, Ackerson e i suoi coautori hanno decifrato un marcato aumento delle concentrazioni di alluminio circa 3,6 miliardi di anni fa.
"Questo cambiamento compositivo segna probabilmente l'inizio della tettonica a placche in stile moderno e potrebbe potenzialmente segnalare l'emergere della vita sulla Terra, " Ha detto Ackerson. "Ma avremo bisogno di fare molte più ricerche per determinare le connessioni di questo cambiamento geologico con le origini della vita".
Un sottile, fetta levigata di una roccia raccolta dalle Jack Hills dell'Australia occidentale. Utilizzando uno speciale microscopio dotato di lenti polarizzanti, il team di ricerca è stato in grado di esaminare l'intricata struttura interna del quarzo che costituisce la roccia, comprese le caratteristiche uniche che hanno permesso loro di identificare gli antichi zirconi (minerale magenta al centro dell'immagine del riquadro rosso nella foto a destra). Scienziati guidati da Michael Ackerson, un geologo ricercatore presso il Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian, fornire nuove prove che la moderna tettonica a zolle, una caratteristica distintiva della Terra e la sua capacità unica di sostenere la vita, emerse circa 3,6 miliardi di anni fa. Lo studio, pubblicato il 14 maggio sulla rivista Geochemical Perspective Letters, usa gli zirconi, i minerali più antichi mai trovati sulla Terra, per sbirciare nell'antico passato del pianeta. Per guardare miliardi di anni nel passato della Terra, Ackerson e il team di ricerca hanno raccolto 15 rocce delle dimensioni di un pompelmo dalle Jack Hills e le hanno ridotte nelle loro parti costituenti più piccole, i minerali, macinandole in sabbia con una macchina chiamata scoiattolo. Fortunatamente, gli zirconi sono molto densi, il che li rende relativamente facili da separare dal resto della sabbia usando una tecnica simile al panning dell'oro. Credito:Michael Ackerson, Smithsonian
La linea di inferenza che collega gli zirconi ad alto contenuto di alluminio all'insorgenza di una crosta dinamica con la tettonica a placche è la seguente:uno dei pochi modi in cui si formano gli zirconi ad alto contenuto di alluminio è fondendo le rocce più in profondità sotto la superficie terrestre.
"È davvero difficile trasformare l'alluminio negli zirconi a causa dei loro legami chimici, " Ha detto Ackerson. "È necessario disporre di condizioni geologiche piuttosto estreme".
Ackerson sostiene che questo segno che le rocce si stavano sciogliendo più in profondità sotto la superficie terrestre significava che la crosta del pianeta si stava facendo più spessa e iniziava a raffreddarsi, e che questo ispessimento della crosta terrestre era un segno che la transizione alla moderna tettonica a zolle era in corso.
Ricerche precedenti sull'Acasta Gneiss di 4 miliardi di anni nel Canada settentrionale suggeriscono anche che la crosta terrestre si stesse ispessendo e causando la fusione della roccia più in profondità all'interno del pianeta.
"I risultati dell'Acasta Gneiss ci danno più fiducia nella nostra interpretazione degli zirconi di Jack Hills, " ha detto Ackerson. "Oggi queste località sono separate da migliaia di miglia, ma ci stanno raccontando una storia abbastanza coerente, che è che circa 3,6 miliardi di anni fa stava accadendo qualcosa di significativo a livello globale".
Quest'opera fa parte della nuova iniziativa del museo denominata Our Unique Planet, un partenariato pubblico-privato, che supporta la ricerca su alcune delle domande più durature e significative su ciò che rende speciale la Terra. Altre ricerche indagheranno sulla fonte degli oceani liquidi della Terra e su come i minerali potrebbero aver contribuito a innescare la vita.
Ackerson ha detto che spera di dare seguito a questi risultati cercando tracce di vita negli antichi zirconi di Jack Hills e osservando altre formazioni rocciose estremamente antiche per vedere se anche loro mostrano segni di ispessimento della crosta terrestre circa 3,6 miliardi di anni fa.
