Potresti pensare che per comprendere le grandi catene montuose siano necessarie grandi misurazioni, forse immagini satellitari su decine o centinaia di migliaia di miglia quadrate. Sebbene gli scienziati utilizzino sicuramente i dati satellitari, molti di noi, me compreso, studiano le catene montuose più grandi facendo affidamento sulle misurazioni più piccole effettuate su minuscoli minerali che crescevano man mano che la catena montuosa si formava.

Questi minerali si trovano nelle rocce metamorfiche, rocce trasformate dal calore, dalla pressione o da entrambi. Una delle grandi gioie nello studio delle rocce metamorfiche risiede nella microanalisi dei loro minerali. Con misurazioni su scale inferiori allo spessore di un capello umano, possiamo svelare l'età e le composizioni chimiche nascoste all'interno di minuscoli cristalli per comprendere i processi che si verificano su scala colossale.

Misurazione di elementi radioattivi

I minerali contenenti elementi radioattivi sono di particolare interesse perché questi elementi, chiamati genitori, decadono a velocità note per formare elementi stabili, chiamati figlie. Misurando il rapporto tra genitore e figlia, possiamo determinare quanti anni ha un minerale.

Con la microanalisi possiamo persino misurare età diverse in diverse parti di un cristallo per determinare diversi stadi di crescita. Collegando la chimica delle diverse zone all'interno di un minerale agli eventi della storia di una catena montuosa, i ricercatori possono dedurre come è stata assemblata la catena montuosa e quanto velocemente.

Io e il mio gruppo di ricerca abbiamo analizzato e fotografato un singolo granello di monazite metamorfica proveniente da rocce che abbiamo raccolto nella regione dell'Annapurna, nel Nepal centrale. Sebbene sia lungo solo 0,07 pollici (1,75 mm), questo è un cristallo gigantesco per gli standard dei geologi:circa 30 volte più grande dei tipici cristalli di monazite. L'abbiamo soprannominato "Mozilla".

Utilizzando un microanalizzatore a sonda elettronica, abbiamo raccolto e visualizzato i dati sulla concentrazione di torio, un elemento radioattivo, simile all'uranio, nel cristallo. I colori mostrano la distribuzione del torio, dove il bianco e il rosso indicano concentrazioni più elevate, mentre il blu e il viola indicano concentrazioni più basse. I numeri sovrapposti all'immagine rappresentano l'età in milioni di anni.

La datazione con piombo torio misura il rapporto tra il torio genitore e il piombo figlia; questo rapporto dipende dalla velocità di decadimento del torio e dall'età del cristallo. Vediamo che nel campione sono presenti due zone diverse:un nucleo di circa 30 milioni di anni con elevate concentrazioni di torio e un bordo informe di circa 10 milioni di anni con basse concentrazioni di torio.

Cosa significano queste età?

Mentre la placca tettonica indiana si spinge verso nord nell’Asia, le rocce vengono prima sepolte in profondità, poi spinte verso sud su enormi faglie. Queste faglie sono attualmente responsabili di alcuni dei terremoti più catastrofici del nostro pianeta. Ad esempio, nel 2015, il terremoto di Gorkha di magnitudo 7,8 nel Nepal centrale ha innescato frane che hanno distrutto la città di Langtang, dove avevo lavorato circa una dozzina di anni prima. Si stima che lì morirono 329 persone e solo 14 sopravvissero.

Le nostre analisi chimiche di questo cristallo di monazite e dei campioni vicini indicano che queste rocce erano sepolte in profondità sotto le faglie di spinta, causandone la parziale fusione e la formazione del nucleo di monazite di circa 30 milioni di anni. Circa 10 milioni di anni fa, le rocce furono trasportate su un'importante faglia di spinta, formando il bordo della monazite. Questi dati mostrano che la costruzione delle catene montuose richiede molto tempo, in questo caso almeno 30 milioni di anni, e che le rocce sostanzialmente le attraversano ciclicamente.

Studiando le rocce in altri luoghi, possiamo tracciare il movimento di queste spinte e comprendere meglio le origini dell'Himalaya.