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Posa delle basi geologiche per la vita sulla Terra – Tettonica delle prime placche, ribaltamento dei poli geomagnetici

Sezione della prima terra che evidenzia importanti processi geodinamici

Una fetta dell’interno della Terra primordiale, che mette in evidenza i suoi principali processi geodinamici. Le linee del campo magnetico sono disegnate in blu e rosso, emanate dal nucleo liquido che le ha create, mentre le forze tettoniche delle placche riorganizzano la superficie e svolgono un ruolo nella circolazione agitata del mantello roccioso sottostante. Credito: Alec Brenner

La ricerca condotta dall’Università di Harvard fornisce prove nuove e più forti della tettonica a placche precoce e del ribaltamento dei poli geomagnetici.

Nuove prove indicano il ruolo della tettonica a zolle nel rilascio di calore interno e nello scambio dei poli geomagnetici nella Terra primordiale.

Alcune delle prove più evidenti che la crosta terrestre stesse spingendo e tirando in modi simili alla moderna tettonica a placche almeno 3,25 miliardi di anni fa sono state rivelate da una nuova ricerca che analizza porzioni delle rocce più antiche del pianeta. Inoltre, lo studio fornisce le prime prove di quando i poli magnetici nord e sud del pianeta si sono scambiati di posto. I due risultati forniscono indizi su come tali cambiamenti geologici possano aver portato a un ambiente più favorevole all’emergere della vita sul nostro pianeta.

Descritto nel diario PNAS Il 24 ottobre, il lavoro guidato dai geologi di Harvard Alec Brenner e Roger Fu si è concentrato su una parte del cratone Pilbara nell’Australia occidentale. Questa è una delle parti più antiche e stabili della crosta terrestre. Utilizzando tecniche e attrezzature all’avanguardia, gli scienziati dimostrano che alcune delle prime superfici della Terra si muovevano a una velocità di 6,1 centimetri (2,4 pollici) all’anno e di 0,55 gradi ogni milione di anni.

Quella velocità è più del doppio del movimento dell’antica crosta in uno studio precedente degli stessi ricercatori. Sia la velocità che la direzione di questo spostamento di latitudine consentono alla tettonica delle placche di essere la spiegazione più logica e più forte per questo.

“C’è molto lavoro che sembra indicare che all’inizio della storia della Terra, la tettonica a zolle non era il modo dominante in cui viene rilasciato il calore interno del pianeta, come fa oggi lo spostamento delle placche”, ha affermato Brenner, Ph.D. Candidato alla Graduate School of Arts and Sciences e membro dell’Harvard Paleomagnetics Laboratory. “Questa prova ci consente di escludere le spiegazioni della tettonica non a placche in modo molto più sicuro”.

Pilbara Craton nell'Australia occidentale

I geologi Alec Brenner e Roger Fu si sono concentrati su una parte del cratere Pilbara nell’Australia occidentale, una delle parti più antiche e stabili della crosta terrestre. Credito: Foto di Roger Fu

Ad esempio, i ricercatori possono ora argomentare contro fenomeni chiamati “vera migrazione polare” e “tettonica stagnante delle palpebre”, che possono entrambi spostare la superficie terrestre ma non fanno parte della moderna tettonica a placche. Poiché il tasso di velocità più elevato scoperto di recente non è coerente con gli aspetti di questi due processi, i risultati si orientano maggiormente verso il movimento tettonico delle placche.

Nel documento, gli autori descrivono anche quella che si ritiene essere la più antica prova di quando la Terra ha invertito i suoi campi geomagnetici, il che significa che i poli magnetici nord e sud sono stati invertiti. Questo stile di infradito è comune in tutta la storia geologica della Terra. In effetti, secondo la NASA, i poli si sono capovolti 183 volte negli ultimi 83 milioni di anni e forse diverse centinaia di volte negli ultimi 160 milioni di anni.

L’inversione dice molto sul campo magnetico del pianeta 3,2 miliardi di anni fa. Tra le implicazioni chiave c’è che il campo magnetico era probabilmente stabile e abbastanza forte da impedire ai venti solari di erodere l’atmosfera. Questa scoperta, combinata con le scoperte sulla tettonica a zolle, fornisce indizi sulle condizioni in cui si sono evolute le prime forme di vita.

“Dipinge questo quadro di una Terra primordiale che era geodinamicamente molto matura”, ha detto Brenner. “Ci sono stati molti degli stessi tipi di processi dinamici che hanno portato a una Terra che ha condizioni ambientali e di superficie significativamente più stabili, rendendo più facile l’evoluzione e l’evoluzione della vita”.

Oggi, il guscio esterno della Terra è costituito da circa 15 blocchi mobili di crosta, o placche, che supportano i continenti e gli oceani del pianeta. Per eoni, le placche si sono spostate dentro e fuori, formando nuovi continenti e montagne ed esponendo nuove rocce all’atmosfera, portando a reazioni chimiche che hanno stabilizzato la temperatura della superficie terrestre per miliardi di anni.

La prova dell’inizio della tettonica a zolle è difficile da trovare poiché i pezzi più antichi di crosta vengono spinti nel mantello interno, per non riemergere mai. Solo il 5% di tutte le rocce sulla Terra ha più di 2,5 miliardi di anni e nessuna roccia è più vecchia di circa 4 miliardi di anni.

Nel complesso, lo studio si aggiunge a un numero crescente di ricerche che dimostrano che i movimenti tettonici si sono verificati relativamente presto nei 4,5 miliardi di anni di storia della Terra e che le prime forme di vita sono emerse in un ambiente più temperato. Nel 2018, i membri del progetto hanno rivisitato il cratere Pilbara, che si estende per circa 300 miglia. Hanno perforato la piastra crostale originale e spessa lì per raccogliere campioni, che sono stati analizzati a Cambridge per la loro storia magnetica.

Utilizzando magnetometri, apparecchiature di smagnetizzazione e il microscopio Quantum Diamond, che mappa i campi magnetici di un campione e identifica con precisione il tipo di particelle magnetizzate, i ricercatori hanno sviluppato una serie di nuove tecniche per determinare l’età e il modo in cui i campioni sono stati magnetizzati. Ciò consente ai ricercatori di determinare come, quando e in quale direzione si è spostata la crosta, nonché l’influenza magnetica emanata dai poli geomagnetici della Terra.

Il Quantum Diamond Microscope è stato sviluppato in collaborazione tra i ricercatori di Harvard dei Dipartimenti di Scienze della Terra e Planetarie (EPS) e dei Dipartimenti di Fisica.

Per studi futuri, Fu e Brenner hanno in programma di continuare a concentrarsi sul cratone Pilbara mentre guardano oltre ad altre antiche croste in tutto il mondo. Sperano di trovare prove più antiche del moderno movimento delle placche, quando i poli magnetici della Terra sono stati capovolti.

“Finalmente essere in grado di leggere in modo affidabile queste rocce molto antiche apre così tante opportunità per osservare un periodo di tempo che è spesso conosciuto più attraverso la teoria che i dati solidi”, ha affermato Fu, professore di EPS alla Facoltà di Lettere e Scienze. “In definitiva, abbiamo buone possibilità di ricostruire non solo quando le placche tettoniche hanno iniziato a muoversi, ma anche come i loro movimenti – e quindi i processi profondi all’interno della Terra che le guidano – sono cambiati nel tempo”.

Riferimento: “Plate Motion and a Dipolar Geomagnetic Field at 3.25 Ga” di Alec R. Brenner, Roger R. Fu, Andrew RC Kylander-Clark, George J. Hudak e Bradford J. Foley, 24 ottobre 2022 Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.
DOI: 10.1073/pnas.2210258119

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