L’amplificazione di un serbatoio di mantello primordiale da parte di un mantle plume è evidenziata dai record isotopici di Ti e Sr degli OIB moderni provenienti dai punti caldi di Islanda, Samoa e Caroline.
La Terra è davvero unica tra i pianeti del nostro sistema solare. Ha vasti oceani d’acqua e vita in abbondanza. Ma la Terra è unica anche perché è l’unico pianeta con la tettonica a placche, che ne ha plasmato la geologia, il clima e forse ha influenzato l’evoluzione della vita.
La tettonica a placche descrive il movimento e l’interazione delle placche tettoniche sulla superficie terrestre. Questo movimento è guidato dal lentissimo movimento strisciante del mantello terrestre, chiamato convezione, che trasporta il calore dall’interno alla superficie del nostro pianeta.
I ricercatori ritengono che la convezione nel mantello, iniziata poco dopo la formazione della Terra 4,5 miliardi di anni fa, avvenga su scala dell’intero mantello. Pertanto, quando le placche si scontrano sulla superficie terrestre, una cede e sprofonda nel mantello caldo, finendo in una sorta di cimitero di placche in cima al nucleo metallico della Terra.
Tuttavia, un nuovo studio dell’Università di Copenaghen pubblicato sulla rivista Nature suggerisce che questo stile di tettonica a placche potrebbe essere una caratteristica più recente della storia geologica della Terra.
“I nostri nuovi risultati suggeriscono che per la maggior parte della storia della Terra, la convezione nel mantello era stratificata in due strati distinti, ovvero regioni del mantello superiore e inferiore isolate l’una dall’altra“, spiega Zhengbin Deng, ex assistente all’Università di Copenhagen e primo autore del nuovo studio.
La transizione tra mantello superiore e mantello inferiore avviene a circa 660 km sotto la superficie terrestre. A questa profondità alcuni minerali subiscono una transizione di fase. Deng e colleghi ritengono che questa transizione di fase possa essere il motivo per cui le regioni del mantello superiore e inferiore sono rimaste per lo più isolate.
“I nostri risultati indicano che in passato il riciclo e il mescolamento delle placche subdotte nel mantello era limitato al mantello superiore, dove c’è una forte convezione. Questo è molto diverso da come pensiamo che operi oggi la tettonica a placche, dove le placche in subduzione affondano nel mantello inferiore“, afferma il professore associato Martin Schiller, autore del nuovo studio.
Per giungere alle loro conclusioni, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo metodo per produrre misure di altissima precisione della composizione isotopica dell’elemento titanio in varie rocce. Gli isotopi sono versioni dello stesso elemento con masse leggermente diverse. La composizione isotopica del titanio si modifica quando si forma la crosta terrestre.
Questo rende gli isotopi del titanio utili per tracciare il modo in cui il materiale superficiale come la crosta viene riciclato nel mantello terrestre attraverso il tempo geologico. Utilizzando questa nuova tecnica, hanno determinato la composizione delle rocce del mantello che si sono formate già 3,8 miliardi di anni fa, fino alle lave moderne.
Un brodo primordiale conservato nella Terra profonda?
Se il riciclo e il mescolamento delle placche tettoniche fosse limitato al mantello superiore, come ipotizzato nel nuovo studio, ciò significa che il mantello inferiore potrebbe contenere materiale primordiale indisturbato. Il concetto di mantello primordiale si riferisce a un serbatoio di materiale del mantello che è rimasto relativamente invariato e conservato dalle prime fasi della formazione della Terra, circa 4,5 miliardi di anni fa.
L’idea che esista un serbatoio primordiale nella Terra profonda non è nuova ed è stata suggerita sulla base della composizione isotopica dei gas rari intrappolati nelle lave dei moderni vulcani in profondità. Tuttavia, l’interpretazione di questi dati è ambigua e alcuni hanno suggerito che questo segnale isotopico provenga dal nucleo della Terra e non dal mantello profondo. Il titanio, non essendo presente nel nucleo terrestre, fornisce una nuova prospettiva su questo dibattito di lunga data.
“I nostri nuovi dati sull’isotopo del titanio consentono di identificare con certezza quali vulcani moderni in profondità sono un campione del mantello primordiale della Terra. Questo è entusiasmante perché fornisce una finestra temporale sulla composizione originaria del nostro pianeta, permettendoci forse di identificare la fonte dei volatili terrestri che sono stati essenziali per lo sviluppo della vita“, conclude il professor Martin Bizzarro, anch’egli autore dello studio.
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