Queste antiche rocce metamorfiche chiamate gneiss, trovate sulla costa artica, rappresentano le radici dei continenti ora esposte in superficie. Secondo gli scienziati, le rocce sedimentarie intersecate a questo tipo di rocce avrebbero fornito un motore termico per la stabilizzazione dei continenti.
Antichi ed estesi tratti di crosta continentale chiamati cratoni hanno contribuito a mantenere stabili i continenti della Terra per miliardi di anni, anche quando le terre emerse si spostano, le montagne si innalzano e gli oceani si formano. Un nuovo meccanismo proposto dagli scienziati della Penn State potrebbe spiegare come si sono formati i cratoni circa 3 miliardi di anni fa, una questione sempre attuale nello studio della storia della Terra.
Secondo gli scienziati, l’articolo è pubblicato sulla rivista Nature, i continenti potrebbero non essere emersi dagli oceani della Terra come masse terrestri stabili, il cui segno distintivo è una crosta superiore arricchita in granito. Piuttosto, l’esposizione della roccia fresca al vento e alla pioggia circa 3 miliardi di anni fa ha innescato una serie di processi geologici che alla fine hanno stabilizzato la crosta, consentendole di sopravvivere per miliardi di anni senza essere distrutta o ripristinata.
I risultati potrebbero rappresentare una nuova comprensione di come si evolvono i pianeti potenzialmente abitabili simili alla Terra, hanno detto gli scienziati.
“Per creare un pianeta come la Terra è necessario creare una crosta continentale e stabilizzarla“, ha dichiarato Jesse Reimink, professore assistente di geoscienze alla Penn State e autore dello studio. “Gli scienziati hanno sempre pensato che fossero la stessa cosa: i continenti sono diventati stabili e poi sono emersi sopra il livello del mare. Ma quello che stiamo dicendo è che questi processi sono separati“.
Gli scienziati hanno spiegato che i cratoni si estendono per oltre 150 chilometri dalla superficie terrestre fino al mantello superiore, dove agiscono come la chiglia di una barca, mantenendo i continenti a livello del mare o quasi nel corso del tempo geologico.
Gli agenti atmosferici potrebbero aver concentrato gli elementi che producono calore, come l’uranio, il torio e il potassio, nella crosta superficiale, permettendo alla crosta più profonda di raffreddarsi e indurirsi. Questo meccanismo ha creato uno strato di roccia spessa e dura che potrebbe aver protetto il fondo dei continenti da una successiva deformazione, caratteristica dei cratoni.
“La ricetta per la formazione e la stabilizzazione della crosta continentale prevede la concentrazione di questi elementi che producono calore – che possono essere considerati come piccoli motori di calore – molto vicino alla superficie“, ha dichiarato Andrew Smye, professore associato di geoscienze alla Penn State e autore dello studio. “È necessario farlo perché ogni volta che un atomo di uranio, torio o potassio decade, rilascia calore che può aumentare la temperatura della crosta. La crosta calda è instabile: è soggetta a deformarsi e non resiste“.
Quando il vento, la pioggia e le reazioni chimiche hanno disgregato le rocce dei primi continenti, i sedimenti e i minerali argillosi sono stati trascinati nei corsi d’acqua e nei fiumi e trasportati in mare, dove hanno creato depositi sedimentari come gli scisti, con alte concentrazioni di uranio, torio e potassio, hanno spiegato gli scienziati.
Le collisioni tra le placche tettoniche hanno seppellito queste rocce sedimentarie in profondità nella crosta terrestre, dove il calore radiogeno rilasciato dagli scisti ha innescato la fusione della crosta inferiore. Le fusioni erano galleggianti e risalivano verso la crosta superiore, intrappolando gli elementi che producevano calore in rocce come il granito e permettendo alla crosta inferiore di raffreddarsi e indurirsi.
Si ritiene che i cratoni si siano formati tra i 3 e i 2,5 miliardi di anni fa, un’epoca in cui elementi radioattivi come l’uranio sarebbero decaduti a una velocità circa doppia e avrebbero rilasciato il doppio del calore rispetto a oggi.
Il lavoro evidenzia che il periodo in cui i cratoni si sono formati sulla Terra di mezzo era unico per i processi che possono averli portati a diventare stabili, ha detto Reimink.
“Possiamo pensare a questo come a una questione di evoluzione planetaria“, ha detto Reimink. “Uno degli ingredienti chiave necessari per creare un pianeta come la Terra potrebbe essere la comparsa dei continenti relativamente presto nella sua vita. Perché si creeranno sedimenti radioattivi molto caldi che produrranno un tratto di crosta continentale davvero stabile che vive proprio intorno al livello del mare ed è un ottimo ambiente per la propagazione della vita“.
I ricercatori hanno analizzato le concentrazioni di uranio, torio e potassio di centinaia di campioni di rocce del periodo Archeano, quando si sono formati i cratoni, per valutare la produttività di calore radiogeno in base alle composizioni reali delle rocce. Hanno utilizzato questi valori per creare modelli termici della formazione dei cratoni.
“In precedenza sono stati esaminati e considerati gli effetti della variazione della produzione di calore radiogeno nel tempo“, ha detto Smye. “Ma il nostro studio collega la produzione di calore da parte delle rocce alla nascita dei continenti, alla generazione dei sedimenti e alla differenziazione della crosta continentale”.
Tipicamente presenti all’interno dei continenti, i cratoni contengono alcune delle rocce più antiche della Terra, ma restano difficili da studiare. Nelle aree tettonicamente attive, la formazione di cinture montuose potrebbe portare in superficie rocce un tempo sepolte in profondità.
Ma le origini dei cratoni rimangono in profondità nel sottosuolo e sono inaccessibili. Gli scienziati hanno detto che il lavoro futuro comporterà il campionamento degli antichi interni dei cratoni e, forse, la perforazione di campioni di carote per testare il loro modello.
“Queste rocce sedimentarie metamorfosate che si sono fuse e hanno prodotto graniti che concentrano uranio e torio sono come registratori di volo a scatola nera che registrano pressione e temperatura“, ha detto Smye. “E se riusciamo a sbloccare quell’archivio, possiamo testare le previsioni del nostro modello sulla traiettoria di volo della crosta continentale“.
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