La tettonica a placche della Terra ha subito un grande cambiamento ultimamente

Ruggine-9D/iStock

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In una rivelazione sorprendente, gli scienziati suggeriscono che la tettonica a placche della Terra potrebbe aver funzionato in modo molto diverso in un lontano passato, secondo uno studio pubblicato ieri su Nature (27 luglio).

Le nuove scoperte mettono in discussione la credenza tradizionale secondo cui la convezione del mantello è iniziata subito dopo la formazione della Terra, 4,5 miliardi di anni fa, e si è verificata in tutto il mantello.

Lo studio sostiene invece che la tettonica a placche era confinata al mantello superiore nella storia primordiale della Terra.

Inoltre, supponiamo che questa stratificazione sia vera, in tal caso il mantello inferiore potrebbe ospitare materiale primordiale indisturbato, offrendo spunti sulla composizione originale della Terra e una potenziale fonte di sostanze volatili essenziali necessarie per lo sviluppo della vita.

La tettonica a placche riguarda il movimento e l'interazione delle placche tettoniche sulla superficie terrestre. Sono la ragione dietro tutti i terremoti, i vulcani e la formazione di montagne (solo per citarne alcuni).

Queste placche fanno parte della crosta terrestre e il loro lento movimento è guidato dalle correnti di convezione nel mantello, lo strato sotto la crosta. Come ripasso, ecco un'immagine della struttura interna della Terra:

Srimadhav/Wikimedia Commons

Secondo la comprensione tradizionale, la convezione del mantello è in corso sin dalla formazione della Terra 4,5 miliardi di anni fa e ha operato come un unico strato.

Tuttavia, un nuovo studio ora sostiene che questo “scenario a strato singolo” è una caratteristica relativamente recente della storia geologica della Terra.

"I nostri nuovi risultati suggeriscono che per gran parte della storia della Terra, la convezione nel mantello era stratificata in due strati distinti, vale a dire le regioni del mantello superiore e inferiore isolate l'una dall'altra", ha spiegato l'autore principale Zhengbin Deng dell'Università di Copenaghen, in uno studio. dichiarazione.

Gli autori ritengono che la stratificazione si sarebbe verificata a circa 660 chilometri (km) sotto la superficie terrestre, dove alcuni minerali subiscono una transizione di fase.

"I nostri risultati indicano che in passato, il riciclaggio e la miscelazione delle placche subdotte nel mantello erano limitati al mantello superiore, dove c'è una forte convezione", ha aggiunto il coautore e professore associato Martin Schiller.

"Questo è molto diverso da come pensiamo che operi oggi la tettonica a placche, dove le placche in subduzione affondano nel mantello inferiore."

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per analizzare la composizione isotopica del titanio nelle rocce, consentendo loro di studiare le rocce del mantello risalenti a 3,8 miliardi di anni fa, fino alle lave moderne in Australia.

Gli isotopi del titanio sono particolarmente utili perché cambiano quando si forma la crosta terrestre. Questi aiutano gli scienziati a tracciare il modo in cui il materiale superficiale viene riciclato nel mantello nel tempo.

I risultati dello studio hanno anche implicazioni interessanti sull’esistenza di un “mantello primordiale” – un serbatoio di materiale del mantello preservato sin dalla formazione iniziale della Terra.

Se il riciclaggio e la mescolanza delle placche tettoniche fossero limitati al mantello superiore, il mantello inferiore potrebbe contenere materiale primordiale indisturbato.

“I nostri nuovi dati sugli isotopi del titanio ci consentono di identificare in modo affidabile quali moderni vulcani profondi campionano il mantello primordiale della Terra”, ha sottolineato il coautore Martin Bizzarro.

“Questo è entusiasmante perché fornisce una finestra temporale sulla composizione originale del nostro pianeta, permettendoci forse di identificare la fonte delle sostanze volatili della Terra che erano essenziali per lo sviluppo della vita”.

Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per comprendere appieno le implicazioni di queste scoperte, lo studio rappresenta un significativo passo avanti nella comprensione del passato geologico e delle caratteristiche uniche della Terra.

Lo studio completo è stato pubblicato su Nature il 27 luglio e può essere trovato qui.

Estratto dello studio:

Il mantello terrestre ha una struttura a due strati, con i domini del mantello superiore e inferiore separati da una discontinuità sismica a circa 660 km (rif. 1,2). L’entità del trasferimento di massa tra questi domini del mantello nel corso della storia della Terra è, tuttavia, poco conosciuta. L'estrazione della crosta continentale provoca il frazionamento isotopico stabile del Ti, producendo residui di fusione isotopicamente leggeri3,4,5,6,7. Il riciclaggio del mantello di questi componenti può conferire una variabilità dell’isotopo Ti che è tracciabile nel tempo profondo. Riportiamo rapporti 49Ti/47Ti ad altissima precisione per condriti, antiche lave derivate dal mantello terrestre che vanno da 3,8 a 2,0 miliardi di anni fa (Ga) e moderni basalti delle isole oceaniche (OIB). La nostra nuova stima del Ti bulk silicate Earth (BSE) basata sulle condriti è 0,052 ± 0,006 ‰ più pesante del moderno mantello superiore campionato dai normali basalti della dorsale medio-oceanica (N-MORB). Il rapporto 49Ti/47Ti del mantello superiore della Terra era condritico prima di 3,5 Ga e si è evoluto in una composizione simile a N-MORB tra circa 3,5 e 2,7 Ga, stabilendo che durante questa epoca fu estratta più crosta continentale. La compensazione di +0,052 ± 0,006‰ tra BSE e N-MORB richiede che <30% del mantello terrestre sia equilibrato con materiale crostale riciclato, implicando uno scambio di massa limitato tra il mantello superiore e inferiore e, quindi, la conservazione di un serbatoio primordiale del mantello inferiore per gran parte della storia geologica della Terra. I moderni OIB registrano rapporti variabili 49Ti/47Ti che vanno dalla composizione condritica a quella N-MORB, indicando la continua disgregazione del mantello primordiale della Terra. Pertanto, la tettonica a placche di stile moderno con un elevato trasferimento di massa tra il mantello superiore e quello inferiore rappresenta solo una caratteristica recente della storia della Terra.