Gli impatti di meteoriti giganti hanno giocato un ruolo chiave nella creazione dei continenti terrestri


La Terra è l’unico pianeta di cui conosciamo la presenza di continenti, le gigantesche terre emerse che ospitano il genere umano e la maggior parte della biomassa terrestre.

Tuttavia, non abbiamo ancora risposte certe ad alcune domande fondamentali sui continenti: come sono nati e perché si sono formati?

Una teoria è che si siano formati a causa di giganteschi meteoriti che si sono schiantati sulla crosta terrestre molto tempo fa. Quest’idea è stata proposta più volte, ma finora le prove a sostegno sono state poche.

In una nuova ricerca pubblicata su Nature, abbiamo studiato antichi minerali provenienti dall’Australia occidentale e abbiamo trovato indizi allettanti che suggeriscono che l’ipotesi dell’impatto gigante potrebbe essere giusta.

Come si forma un continente?

I continenti fanno parte della litosfera, il rigido involucro roccioso esterno della Terra costituito dai fondali oceanici e dai continenti, il cui strato superiore è la crosta.

La crosta sotto gli oceani è sottile e costituita da roccia basaltica scura e densa che contiene solo poca silice. La crosta continentale, invece, è spessa e costituita per lo più da granito, una roccia meno densa, di colore chiaro e ricca di silice che fa “galleggiare” i continenti.

Sotto la litosfera si trova una massa spessa, che scorre lentamente, di roccia quasi fusa, che si trova vicino alla parte superiore del mantello, lo strato della Terra tra la crosta e il nucleo.

Se una parte della litosfera viene rimossa, il mantello sottostante si fonde quando la pressione dall’alto viene rilasciata. Gli impatti di meteoriti giganti – rocce provenienti dallo spazio di decine o centinaia di chilometri – sono un modo estremamente efficiente per fare esattamente questo!

Illustrazioni geodinamiche che illustrano l’evoluzione in tre fasi del cratone di Pilbara, in Australia: (a-c) un meteorite gigante che impatta su crosta primaria alterata idrotermicamente (a) produce fusioni poco profonde e innesca la formazione di un nucleo continentale mafico-ultramafico per fusione decompressiva del mantello (b,c); (d-f) il nucleo si fraziona per produrre protoliti basaltici a basso MgO (d) che fondono per formare magmi TTG (e), che a loro volta fondono per formare granito (f).

Quali sono le conseguenze di un impatto gigante?

Gli impatti giganti fanno esplodere enormi volumi di materiale quasi istantaneamente. Le rocce vicine alla superficie si fondono per centinaia di chilometri o più intorno al luogo dell’impatto. L’impatto rilascia anche una pressione sul mantello sottostante, facendolo fondere e producendo una massa “simile a un blob” di spessa crosta basaltica.

Questa massa è chiamata altopiano oceanico, simile a quello che si trova sotto le attuali Hawaii o all’Islanda. Il processo è un po’ come quello che accade se si viene colpiti duramente alla testa da una pallina da golf o da un sassolino: l’urto o “uovo” che ne risulta è come l’altopiano oceanico.

La nostra ricerca mostra che questi altopiani oceanici potrebbero essersi evoluti per formare i continenti attraverso un processo noto come differenziazione crostale. Lo spesso altopiano oceanico formato dall’impatto può diventare abbastanza caldo alla sua base da fondere, producendo il tipo di roccia granitica che forma la crosta continentale galleggiante.

Ci sono altri modi per formare gli altopiani oceanici?

Ci sono altri modi in cui si possono formare gli altopiani oceanici. Le spesse croste sotto le Hawaii e l’Islanda non si sono formate grazie a impatti giganteschi, ma da “pennacchi di mantello”, flussi di materiale caldo che salgono dal bordo del nucleo metallico della Terra, un po’ come in una lampada di lava. Quando questo pennacchio ascendente raggiunge la litosfera, innesca una massiccia fusione del mantello per formare un altopiano oceanico.

I pennacchi potrebbero quindi aver creato i continenti?

In base ai nostri studi e all’equilibrio dei diversi isotopi dell’ossigeno nei minuscoli grani del minerale zircone, che si trova comunemente in piccole quantità nelle rocce della crosta continentale, non lo pensiamo.

Zircone delta180 rispetto all’età (Milioni di anni) per singoli grani di zircone magmatico datati provenienti dal cratone di Pilbara. La banda grigia orizzontale mostra l’intervallo di delta180 nello zircone del mantello (5,3 + o – 0,6 per mille, 2 s.d.). Le bande grigie verticali suddividono i dati in tre fasi, come discusso nell’articolo. I riquadri rosa rappresentano l’età di deposizione dei depositi da impatto ad alta energia (letti di sferule) del cratone di Pilbara e di altre zone.

Lo zircone è il più antico materiale crostale conosciuto e può sopravvivere intatto per miliardi di anni. Possiamo anche determinare con precisione quando si è formato, in base al decadimento dell’uranio radioattivo che contiene.

Inoltre, possiamo scoprire l’ambiente in cui si è formato lo zircone misurando la proporzione relativa di isotopi dell’ossigeno che contiene.

Abbiamo esaminato i grani di zircone provenienti da uno dei più antichi pezzi di crosta continentale del mondo, il cratone di Pilbara nell’Australia occidentale, che ha iniziato a formarsi più di 3 miliardi di anni fa. Molti dei grani di zircone più antichi contenevano isotopi di ossigeno più leggeri, che indicano una fusione poco profonda, mentre i grani più giovani contengono isotopi di equilibrio più simili a quelli del mantello, che indicano una fusione molto più profonda.

Questo schema “dall’alto verso il basso” degli isotopi dell’ossigeno è quello che ci si potrebbe aspettare in seguito all’impatto di un meteorite gigante. Nei pennacchi del mantello, invece, la fusione è un processo “dal basso verso l’alto”.

Sembra ragionevole, ma ci sono altre prove?

Sì, ci sono!

Gli zirconi del cratone di Pilbara sembrano essersi formati in una manciata di periodi distinti, piuttosto che in modo continuo nel tempo.

Ad eccezione dei grani più antichi, gli altri grani con zircone isotopicamente chiaro hanno la stessa età dei letti di sferule nel cratone di Pilbara e altrove.

I letti di sferule sono depositi di gocce di materiale “schizzate” dall’impatto di meteoriti. Il fatto che gli zirconi abbiano la stessa età suggerisce che potrebbero essersi formati in seguito agli stessi eventi.

Inoltre, lo schema “top-down” degli isotopi può essere riconosciuto in altre aree di antica crosta continentale, come in Canada e in Groenlandia. Tuttavia, i dati provenienti da altre zone non sono ancora stati filtrati con cura come quelli di Pilbara, quindi sarà necessario un ulteriore lavoro per confermare questo schema.

Il prossimo passo della ricerca è quello di rianalizzare queste antiche rocce provenienti da altri luoghi per confermare ciò che sospettiamo: che i continenti si siano sviluppati nei siti di impatto di giganteschi meteoriti.

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