In uno studio pubblicato su Earth and Planetary Science Letters , Parai e la studentessa laureata Judy Zhang hanno utilizzato misurazioni dei gas nobili provenienti dalle rocce vulcaniche delle isole Cook e Australi per dimostrare che la tettonica a placche ha trasportato gas dalla superficie nelle profondità della Terra per più di 2,5 miliardi di anni.

I gas nobili sono particolarmente utili per le indagini in profondità perché sono chimicamente inerti. Alcuni dei loro isotopi furono intrappolati all’interno 4,5 miliardi di anni fa, quando la Terra si formò per la prima volta, ha detto Zhang. "Lasciano un'impronta duratura sulle rocce."

Nel laboratorio di Parai, Zhang è stato in grado di misurare diversi elementi di gas nobili e i loro isotopi, incluso il raro elemento xeno. Il modello delle abbondanze di gas nobili e le loro firme isotopiche distintive raccontano una storia importante, ha detto Zhang.

Come ha spiegato Zhang, le rocce dell'Isola Cook-Austral sono state trasportate dalle profondità del mantello del pianeta alla superficie terrestre attraverso eruzioni vulcaniche. I caratteristici gas nobili presenti nelle rocce hanno dimostrato che nel passato profondo, le placche tettoniche erano relativamente fredde quando subivano la subduzione, il processo in cui la roccia superficiale affonda nel mantello, circa 2,5 miliardi di anni fa.

Alcuni ricercatori hanno teorizzato che, allora, il pianeta avrebbe potuto essere molto più caldo e molto più rigido del mondo che conosciamo oggi. La presenza di xeno mostra che la subduzione è avvenuta in condizioni geologiche simili ai tempi moderni. "Se la roccia fosse stata subdotta a temperature molto più elevate, avrebbe perso tutti i suoi gas", ha detto Zhang. "Questa è una scoperta davvero entusiasmante."

Rilevare gli atomi di xeno non è come trovare un ago in un pagliaio; è come trovare un ago microscopico in un intero campo di fieno. I gas nobili sono già una caratteristica rara nelle rocce, e lo xeno che può tracciare l’antica tettonica a placche è esponenzialmente più sfuggente. "Ci sono solo circa 100.000 atomi di xeno per ogni grammo di materiale", ha detto Parai. Si tratta di circa 1 ogni 10 quadrilioni di atomi.

I ricercatori hanno dovuto estrarre gas da grandi quantità di minerale olivina presente in queste rocce per ottenere il segnale più debole. "È come se stessimo cercando di capire come spremere il sangue da una pietra", ha detto Parai.

Lo scorso dicembre, Zhang ha raccolto altri campioni di roccia dal fondo dell'oceano durante una crociera di ricerca di 28 giorni nel Pacifico meridionale guidata da Doug Wiens, il illustre professore di Robert S. Brookings. L'analisi delle rocce nel laboratorio di Parai dovrebbe offrire ancora più informazioni sul profondo passato della Terra. "Stiamo ampliando i confini dell'analisi per guardare indietro di miliardi di anni", ha affermato Zhang.