PARTE DECIMA: Oz e il Mondo di Attraverso lo Specchio
Nella quale vengono scoperti mondi alternativi, ancora un’altra metafora e si dipana una parabola. Viene raccontata una storia complicata sull’elio. Perché dovreste adattare la vostra teoria al mondo e non viceversa. Perché il respiro della Terra è utile, anche se vi occupate di rocce. Finalmente iniziamo a svelare il Pianeta primordiale.
I Gas Nobili
… “S’i fossi di piombato vetro,
l’imagine di fuor tua non trarrei
più tosto a me, che quella d’entro impetro.”
Inferno, XXIII, 25-27
“Il rovescio ha anche lui un rovescio.”
Proverbio giapponese
I gas nobili sono inerti, non si combinano con altri elementi, non hanno elettroni esterni liberi da condividere, quindi non reagiscono chimicamente. In quanto gas, sono volatili. Sono sei: elio, neon, argon, kripton, xeno e radon. Alcuni di questi elementi sono prodotti da uranio, torio e potassio, elementi che sono abbondanti nella crosta, in particolare nel granito. L’isotopo ⁴He è il risultato del decadimento radioattivo di uranio e torio. ³He è l’isotopo primordiale, prodotto del big-bang. L’elio, il suo nome deriva da Elios (Sole), è stato scoperto appunto in uno spettro della radiazione del sole. E’ stato poi trovato nell’aria, nell’acqua di mare e nelle rocce. I nomi degli altri gas nobili derivano anch’essi da parole greche, che significano: nuovo (neon), inattivo (argon), nascosto (kripton) e sporadico (xeno), mentre il nome del radon deriva dal radio. Altri aggettivi usati per questi gas sono inerti e rari, ma ‘nobile’ suona meglio. Il fatto che siano sei è numerologicamente appropriato. Il numero “sei” è il numero più puro, perfetto e nobile, essendo pari a 1+2+3 e 1x2x3, ovvero alla somma ed al prodotto dei primi tre numeri primi. Alcuni geochimici pensano che le rocce in cui si trovano questi gas non siano mai state alterate.
Nel Modello Standard l’elio è l’elemento chimico più importante.
Alcuni scienziati planetari ritengono invece che gli elementi volatili ed effimeri siano giunti alla Terra nella prolungata e tranquilla fase associata al rivestimento finale, l’ultimo 1% della Terra che è stato fornito da oggetti inizialmente situati nelle parti esterne fredde del Sistema Solare. Le prime violente fasi dell’accrescimento probabilmente hanno lasciato i pianeti interni privi di liquidi – erano inizialmente costituiti da ceneri calde e l’umidità è stata aggiunta in seguito. Il Cuoco sa che certi ingredienti devono essere aggiunti a fine cottura e sulla sommità.
Questi due punti di vista non potrebbero essere più diversi nelle loro conseguenze. Nel modello Primordiale la Terra è un corpo ricco di elio. L’elio, insieme ad altri gas nobili, si concentra nel profondo della Terra e di tanto in tanto sfugge, attraverso tubi stretti o pennacchi, verso isole come Tahiti, Hawaii, Islanda e Sant’Elena, isole romanzesche e storiche – Robinson Crusoe, Gli ammutinati del Bounty, Viaggio al centro della Terra. La maggior parte, tuttavia, deve essere dirottata verso il sistema dorsale globale, perché è da lì che sfugge la maggior parte di elio.
Nell’ipotesi della Glassatura Finale, i gas sono stati portati nella Terra per ultimi e sono entrati nel mantello per effetto della subduzione e dell’acqua del mare, che penetra dall’alto tra fenditure e zone di frattura. Venere e Marte, i pianeti senza tettonica delle placche, sono, molto probabilmente, anidri all’interno. Qualsiasi glassatura finale rimane per lo più sulla parte esterna.
Sulla superficie dei pianeti giunge tuttora dall’esterno nuovo materiale e quindi i pianeti sono ancora in crescita. Quella della Terra quindi non è una storia conclusa. Gigantesche meteoriti e polvere interplanetaria piovono sulle superfici dei pianeti e apportano gli elementi nobili, elio, neon, iridio, osmio, platino … La scoperta di strati ricchi di iridio nei sedimenti al confine Cretaceo-Terziario (KT) ha confermato l’ipotesi dell’impatto come causa della scomparsa dei dinosauri. Questa scoperta ha sostituito la Teoria della Costipazione come causa della scomparsa dei dinosauri.
La produzione di rocce con rapporti di isotopi di elio diversificati richiede il loro stivaggio in luoghi distinti, che differiscono per i contenuti di U e Th. Questi luoghi o serbatoi devono restare isolati gli uni dagli altri per lunghi periodi di tempo. Se le varie regioni del mantello fossero mescolate oppure comunicassero attraverso tubi, allora nella Terra ci sarebbe un ben definito rapporto ³He/⁴He, non una molteplicità di rapporti. Questo è il motivo per cui alcuni geochimici preferiscono lo scenario a mantello stratificato. Un mantello a strati può permettere l’evoluzione indipendente delle varie regioni, ma poi si pone il problema di come coinvolgere gli strati più profondi. A causa della loro densità, alcuni dei ‘serbatoi’ nella Terra sono relativamente isolati: atmosfera, oceano, sedimenti, crosta e nucleo. Alcune di queste ‘riserve’ sono isolate a causa della loro robustezza: continenti e litosfera. Alcuni sono isolati a causa della loro separazione geografica: il mantello Pacifico e quello Atlantico, per esempio, oppure il mantello sotto la Groenlandia e quello sotto l’Antartide.
Le parti più isolate della Terra sono le chiglie refrattarie delle placche. La crosta galleggia e occupa la parte solida più superficiale della Terra, ma è esposta agli ‘elementi’ ed è costantemente erosa, scaricata negli oceani e, successivamente, trascinata nella parte superiore del mantello. Quando il basalto viene rimosso dal mantello, anche il residuo refrattario tende a galleggiare, ma non è intaccato dall’erosione. E’ freddo, forte, leggero, sommerso nel mantello ed è uno dei serbatoi più isolati di tutti. Ha uno spessore maggiore sotto le vecchie placche. Alcune isole sovrastano antiche radici galleggianti nel mantello, altre costruiscono i propri vulcani su frammenti di continenti.
Quando i geochimici trovano nelle loro rocce evidenze di componenti provenienti da un serbatoio antico e isolato, pensano subito al mantello inferiore, l’Abisso di Dante. E’ lontano, quindi deve essere isolato.
La litosfera – il forte guscio esterno – si è formata, in parte, per effetto della rimozione di magma, che lascia come conseguenza una zattera galleggiante di mantello ‘sterile’. Parte della litosfera si è formata nell’Adeano e nell’Archeano, quando magmi caldi e densi, chiamati komatiti, sono stati rimossi ed hanno dato origine ad alcune delle rocce più antiche. Queste vecchie rocce calde sono simili a MORB moderni, ma sono state attribuite a pennacchi antichi. E’ stato aggiunto un nuovo emendamento: la chimica del serbatoio del pennacchio deve essere cambiata per adeguarsi ai tempi.
I magmi, quando salgono verso la superficie, perdono i gas che contengono, compresi CO2 ed elio. Alcuni di questi gas vengono immagazzinati come bolle nel mantello superficiale e nella litosfera. Dato che la litosfera ha perso, contestualmente al suo magma, anche U e Th, una volta che queste bolle sono in sito, poco ⁴He si aggiunge ad esse. Quando la litosfera si crepa o il magma risale attraverso di essa, queste bolle possono essere raccolte dai magmi. Ciò spiega bene come il serbatoio isolato, la litosfera in questo caso, può essere saggiato. Nell’ipotesi del pennacchio il serbatoio isolato è remoto ed è accessibile solo tramite pennacchi.
Ci sono due modi di interpretare alti rapporti ³He/⁴He:
- L’isotopo primordiale è in eccesso e ‘perciò’ è necessario un serbatoio primordiale;
- L’isotopo radioattivo ⁴He non è sufficientemente abbondante e ciò implica un serbatoio superficiale povero in U, come la litosfera o come una parte del mantello da cui è stato rimosso il magma (e U e Th).
Si noti che ci sono almeno due scelte in ogni punto di ramificazione di questo albero logico.
L’elio è ora l’elemento che difende l’idea del mantello primordiale proposta da DePaolo e Wasserburg: la speranza salverà quello che sembra essere un dogma condannato. Se, tra le opzioni precedenti, i sostenitori scelgono la prima, dovranno convivere con i paradossi.
Il tentativo di associare gli isotopi stabili di elio, argon ed altri gas nobili con una parte primordiale del nostro pianeta ricorda la ricerca del Santo Graal o del Vello d’oro. Va sottolineato tuttavia che gli Argonauti non cercavano l’Argon. Questo è l’equivoco. La ricerca del Vello d’oro da parte di Giasone è uno dei racconti più terrificanti della mitologia, supera anche l’Inferno di Dante. Esemplifica il costo di un singolo errore e di una singola idea.
Elios, l’omonimo di elio, fu offeso dai compagni di Odisseo e minacciò di ritirarsi all’interno della Terra. L’elio piove continuamente sulla Terra in pezzi microscopici di polvere interplanetaria. Questo sta avvenendo da eoni (miliardi di anni). Viene poi trasportato in profondità attraverso spaccature del fondo dell’oceano e nei sedimenti che finiscono nelle fosse con acque profonde. Gran parte dell’elio è evaporato, ma delle quantità sono sopravvissute nelle profondità. Sopravvive perché nel magma è più solubile rispetto ai gas nobili più pesanti. Può essere intrappolato nel mantello.
La Jolla, Paradiso
California: La costa ad ovest dello Iowa.
Joan Didion
Non c’è niente di sbagliato nella California del sud che
un aumento del livello del mare non sanerebbe.
Ross MacDonald
E’ tempo di fare una deviazione nel nostro pellegrinaggio verso la fonte della conoscenza e della tradizione del Pianeta primordiale. C’è una metropoli in miniatura, chiamata ‘villaggio’ dai suoi proprietari, scavata nella costa a nord di San Diego: La Jolla.
La Jolla è la casa della Scripps Institution of Oceanography, la struttura più importante del mondo per lo studio dell’acqua e del Mondo Acquatico. MIT e Caltech sono chiamati ‘istituti’ e nessuno sa perché i colleghi oceanografi preferiscano la parola ‘istituzioni’. Scripps germogliò dall’università UCSD, dopo aver assunto, tanto per cominciare, illustri professori in pensione da Chicago e altrove. Uno di questi era Harold Urey, il padre della moderna geochimica e instancabile cercatore del Pianeta Primordiale. Ci sono gruppi di fisici oggi che fanno simili crociate ad alta intensità; essi cercano lo sfuggente Monopolo Magnetico, Onde Gravitazionali, Materia Oscura e Neutrini. Si tratta di Santo Graal, Stele di Rosetta, Pietre Filosofali e Medaglie Nobel. Nelle scienze della Terra il Pianeta Primordiale è l’unico premio di questo tipo.
Gli scienziati della Terra a Scripps e UCSD non usano martelli e pale. I loro campioni sono tutti in bottiglie o nel computer. I loro laboratori sono pieni di professori, pompe, tubi di vetro e storte, che sbuffano delicatamente. Se vedete i loro laboratori, capirete i loro schemi della Terra: tubi, serbatoi, valvole e frecce.
In mezzo a queste attrezzature si aggirava Harmon Craig, il gigante della Chimica dei gas nobili (in realtà fisica, poiché i Gas Nobili, essendo nobili, non hanno chimica). Harmon da solo ha contato tutti gli atomi di ³He nell’oceano. Questo può sembrare impressionante, ed è impressionante, ma ce ne sono molto pochi, in particolare vicino ai tubi ipotizzati in funzione del pianeta primordiale, come Hawaii, Pasqua e Galapagos. Harmon ha utilizzato tecniche molto intelligenti per stimare il numero di atomi di elio. La maggior parte degli atomi di ³He proviene dalle fessure nel fondo marino, il sistema globale di dorsali medioceaniche, che è un condotto verso il “serbatoio degassato”. Tutto questo gas Primordiale che esce dal ‘serbatoio degassato’ è uno dei paradossi della geochimica del mantello.
Harmon Craig sapeva più di chiunque altro su ³He. La questione su ³He non è se si tratti di un isotopo primordiale, ma se la maggior parte di questi atomi siano stati portati in Terra al ‘momento della creazione’ della Terra e se essi risiedano nel mantello primordiale, rimasto inalterato dall’inizio del tempo, in profondità all’interno della Terra.
Un tempo si pensava che gli isotopi di neodimio (Nd) avessero dimostrato l’esistenza del mantello primordiale, ma si è scoperto che si trattava di frammenti sabbiosi, polvere e altri detriti, che erano o sul fondo dell’oceano o inseriti nel Contenitore Gigantesco per il Riciclaggio – le fosse oceaniche – e successivamente mescolati con normali basalti. L’elio costituisce ora la principale speranza per identificare il mantello primordiale. Harold Urey osserva il tutto con interesse, ma lui probabilmente conosce già la risposta.
Si potrebbe pensare che questa digressione a La Jolla, benché spettacolare, sia stata inutile. Questo può essere vero, ma qualsiasi libro su Terra Profonda, Terra nel suo Insieme, Filosofia o Idee Strane dovrebbe darne testimonianza, così come dovrebbero fare Harvard, MIT, Woods Hole, Chicago, Berkeley, Caltech e Research Triangle, NC.
La Jolla è uno dei posti più belli al mondo dove vivere, un paradiso, e gli scienziati della Terra profonda possono essere dogmatici in alcune occasioni, ma non sono stupidi.
Rapporti
Finta Tartaruga: ho scelto solo il corso regolare.
Alice: Di che cosa trattava?
Finta Tartaruga: Mulinelli e torsioni … e poi le diverse branche dell’Aritmetica – Ambizione, Distrazione, Imbruttimento e Derisione.
L’isotopo leggero dell’elio è chiamato elio-tre. Questo isotopo esiste dal Big Bang ed era nel Sole o in qualche stella, prima di arrivare sulla Terra. I geochimici si entusiasmano quando trovano un po’ di ³He, dal momento che è un elemento primordiale (in realtà isotopo). Questo può sembrare impressionante, ma il 90% del materiale della Terra è fatto di elementi primordiali, tra cui sabbia, ossigeno e lattine di alluminio. Il materiale della Terra è stato prodotto nel Big Bang, nelle galassie e nelle stelle. Il fatto che ³He stia ancora uscendo dalla Terra, significa che probabilmente sta uscendo per la prima volta. Potete farcire il mantello con sabbia e lattine di birra attraverso le zone di subduzione. In realtà i governi stanno guardando, come ad un sogno, alle fosse oceaniche quali potenziali siti dove scaricare regolarmente alcune delle cose terribili che i loro generali continuano a produrre. Una volta che l’elio è in aria, non torna più indietro. Solo quel poco che viene intrappolato nei sedimenti può tornare giù nel mantello. I palloncini di elio salgono per un motivo: il campo di gravità della Terra è troppo debole per trattenere l’elio.
L’elio lascia la roccia così agevolmente, che i geochimici non sono in grado di dire quanto elio c’era originariamente in una roccia. Non lo sanno. Tutto ciò che sanno, è quanto ne è rimasto, quindi discutono solo sui rapporti fra le due tipologie di elio. La roccia più comune sulla Terra è il basalto che copre il fondo dell’oceano. Tale roccia si è formata nelle dorsali medioceaniche, poi si è allontanata dalle dorsali sul nastro trasportatore del fondo oceanico, in modo tale che ora ricopre il fondo del mare. Questo materiale si chiama MORB. Ha rapporti (R) ³He/⁴He pari a circa 8 volte il rapporto atmosferico (Ra). Alcune isole oceaniche hanno R pari a circa 50 Ra e tali valori elevati di R sono chiamati “primordiali”, in quanto hanno relativamente più ³He rispetto a MORB. Alcuni geochimici pensano quindi che le rocce di tali isole provengano da un serbatoio profondo, primordiale, non degassato. Il problema è che queste rocce non contengono quasi nessun atomo di elio, solo un decimo o un centesimo di quanti ce ne sono in MORB. L’interpretazione di ciò è che abbiano perso la maggior parte del loro ³He prima che un geochimico potesse misurarli. Invece MORB è riuscito a conservare il suo gas, perché, in generale, è stato eruttato a maggiori profondità nell’oceano, dove l’alta pressione dell’acqua tiene imprigionato il gas. Il problema, con questa spiegazione, è che alcuni campioni molto profondi sono stati recuperati alla base di vulcani punto caldo, più profondi di alcuni campioni della dorsale oceanica e tuttavia non contengono quasi nessun quantitativo di ³He. Tali campioni non forniscono nessun’altra prova di aver perso più gas rispetto a MORB. Si tratta semplicemente del presupposto che questi basalti fossero una volta molto ricchi di gas e che provengano da un serbatoio profondo nel mantello che contiene la sua dose originaria di gas.
La catena di inferenza è:
alto ³He/⁴He implica alto contenuto di ³He
implica un serbatoio primordiale non degassato
implica isolamento implica mantello profondo.
Ci sono quattro possibili modi di commettere errore in questa catena di inferenza.
Un’ipotesi ausiliaria è che, quando una roccia inizia a fondere, tutto l’elio entra nel fuso, per poi entrare rapidamente nell’atmosfera. Nessun elio è intrappolato nel mantello. Nessun fuso è intrappolato nel mantello. Una catena alternativa di inferenza potrebbe essere:
alto ³He/⁴He implica basso ⁴He implica basso U e Th
implica un serbatoio superficiale povero di gas o impoverito.
La parola ‘impoverito’ è un’abbreviazione geochimica (gergo) per ‘sembra che i magmi o il gas siano stati rimossi da questa roccia (o serbatoio) perché ci sono un minor numero di volatili e di grandi ioni di quanto mi aspettassi’.
L’ipotesi ausiliaria per l’inferenza alternativa è che i fusi possano degassarsi nel mantello e che alcuni gas possano essere intrappolati. Quando un magma perde il suo gas, durante la sua risalita, questo gas può essere intrappolato in cristalli o crepe richiuse e rimanere nel mantello.
Il gas nobile immediatamente più pesante è il Neon, scoperto nel 1898 e, come detto, Neon significa ‘nuovo’. Qualsiasi elemento di recente scoperta potrebbe essere chiamato così (la mancanza di immaginazione ha sempre caratterizzato questa scienza). A questo punto è stato necessario aggiungere alla tavola periodica un’intera nuova colonna. Neon ha tre isotopi (Dante ne sarebbe contento). In questo modo è possibile confrontare il neon nelle rocce con il neon nel Sole, in meteoriti e in altri oggetti. Risulta che il neon che è sulla Terra probabilmente proveniva dal Sole o dallo spazio esterno e può aver viaggiato nei frammenti di polvere chiamati Particelle di Polvere Interplanetaria (Interplanetary Dust Particles – IDP). Se il neon è arrivato in questo modo, l’elio probabilmente ha percorso la stessa via. Così i gas nobili in Terra potrebbero essere stati pezzettini del Sole o almeno della Nebulosa Solare. Ma allora la maggior parte delle cose in Terra ha avuto origine nella Nebulosa Solare. I gas nobili probabilmente sono entrati nella Terra dall’alto, cosicché il problema, secondo il Modello Standard, è quello di portarli e poi trattenerli al fondo. E’ difficile portare il gas nella Terra, ma facile farlo uscire.
Come il maestro Zen Shoseki ha osservato “La Verità si rivela solo quando si rinuncia a tutte le idee preconcette.”
Washington Irving (1809) ci ha detto di questo maestro:
“Se trovasse il mondo non lo adatterebbe alla sua teoria, egli
saggiamente ha deciso di adattare la teoria al mondo.”
Loihi è un vulcano sottomarino circa 60 chilometri a sud del vulcano Mauna Loa, che si trova sulla grande isola di Hawaii. E’ stato scoperto nel 1979 ed oggi è considerato il più recente membro della catena hawaiana. Secondo il Modello Standard qui emergerebbe il tubo proveniente dal confine nucleo-mantello. Nel 1972 Dale Jackson, Eli Argento e Brent Dalrymple hanno introdotto l’ipotesi del pennacchio e hanno previsto, sulla base delle età dei vulcani più vecchi, che un nuovo vulcano, la cima del pennacchio, potrebbe eruttare, nel prossimo futuro, 50 chilometri a nord dei vulcani attualmente attivi. Appena sette anni dopo, il nuovo vulcano è stato scoperto a sud dei vulcani attivi e quindi il pennacchio è stato spostato. L’ipotesi del pennacchio è un’ipotesi modificabile a piacere. Recentemente le nuove datazioni disponibili per alcuni dei vulcani lungo la catena indicano che le precedenti previsioni sono affette da un errore che va dai 2 ai 10 milioni di anni. Sembra che la catena hawaiana sia una crepa permeabile che si rifiuta di morire.
E quando essa fu completamente
abbattuta al suolo, la polvere si raccolse
nella sua forma precedente
Proprio come pensavano i filosofi:
la Fenice muore e rinasce
