Nuove evidenze isotopiche stanno riscrivendo la storia dei primi continenti terrestri. Immaginate il pianeta circa 3,8 miliardi di anni fa: un mondo acquatico circondato da isole vulcaniche. Come si sono formati i continenti solidi in un mondo così alieno? Un nuovo studio, pubblicato su Nature Communications, suggerisce una svolta sorprendente: queste antiche masse continentali si sono formate in gran parte da rocce superficiali riciclate, non solo da materiale fresco del mantello. Analizzando rari atomi di zolfo e silicio in graniti di 3 miliardi di anni, i ricercatori hanno scoperto le impronte di un’antica origine oceanica per la crosta più antica del nostro pianeta.
Durante il periodo Archeano, la crosta continentale terrestre era caratterizzata da rocce chiamate tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG), che hanno offerto alcuni spunti sulla storia primordiale del pianeta. Gli scienziati sanno da tempo che le TTG si sono formate attraverso la fusione di rocce mafiche idrate, ma il dibattito sulle loro rocce di origine è stato acceso.
Gli studi su singoli atomi hanno fornito indicazioni contrastanti: alcuni campioni sembravano “simili al mantello terrestre”, altri mostravano segni di alterazione da acqua marina. Il nuovo approccio consisteva nel combinare diversi tipi di atomi: zolfo e silicio. Questi due elementi fissano impronte distintive dei processi superficiali, difficili da cancellare anche da successivi processi di calore e pressione.
Cosa hanno sussurrato le antiche rocce agli scienziati
Nello studio, gli scienziati hanno raccolto rocce archeane dal Cratone della Cina settentrionale, uno dei frammenti crostali più antichi della Terra. Hanno analizzato 22 rocce granitiche e diverse anfiboliti (rocce basaltiche) datate a circa 2,7-2,5 miliardi di anni fa. Per ciascuna, hanno misurato diverse forme di atomi di zolfo (inclusa una forma speciale chiamata Δ33S indipendente dalla massa) e atomi di silicio.
I risultati sono stati sorprendenti: tutti i granitoidi mostravano sottili ma evidenti anomalie di zolfo (il che significa che il Δ33S, indipendente dalla massa, non era zero, cosa insolita) e silicio leggermente “pesante” (ovvero, gli atomi di silicio presentavano una proporzione maggiore di varietà più pesanti rispetto a quanto tipico per le rocce provenienti dalle profondità della Terra).
Queste impronte atomiche uniche non possono essere prodotte dalla semplice fusione di rocce del mantello secco. Richiedono invece apporti dalla superficie terrestre – crosta oceanica alterata o sedimenti – che portavano l’impronta atomica dell’atmosfera primordiale e dell’acqua marina. In breve, le rocce richiedevano una fonte originaria della superficie terrestre, ribaltando l’ipotesi di un’origine puramente profonda.
Due piccoli indizi, una grande storia
L’indizio risiede in queste particolari impronte atomiche. Sotto il cielo archeano privo di ossigeno, la luce ultravioletta creò insoliti pattern di atomi di zolfo nell’aria, pattern che in seguito si fissarono nelle rocce in superficie. Un Δ33S (e un Δ36S) diverso da zero e indipendente dalla massa è un segno inequivocabile di questa antica fotochimica, praticamente assente nelle rocce provenienti dalle profondità della Terra. Allo stesso modo, gli atomi di silicio diventano più pesanti (il che significa una maggiore proporzione di varietà di silicio più pesanti) quando il basalto reagisce con l’acqua di mare o quando la silice si deposita dalla soluzione.
Il punto cruciale è la combinazione: singolarmente, ciascuna impronta atomica potrebbe essere alterata da altri processi, ma insieme formano un'”impronta digitale” del materiale superficiale. Come notano gli autori, “la covariazione degli isotopi quadrupli dello zolfo e degli isotopi del silicio fornisce quindi una prova convincente del riciclo di materiali supracrustali nelle sorgenti magmatiche della crosta continentale archeana“.
In altre parole, trovare entrambe le anomalie nelle stesse rocce è come trovare le impronte digitali dell’antico oceano nel cuore dei primi continenti.
Riciclo dei primi continenti della Terra
Quando il primo autore Shang e colleghi hanno confrontato i dati cinesi con le registrazioni globali dell’Archeano, è emerso uno schema: tutti i graniti continentali conosciuti, formatisi dopo circa 3,8 miliardi di anni fa, mostrano questi stessi segni atomici. Ciò significa che quasi ogni frammento di crosta archeana conservata reca prove di riciclo superficiale. “I nostri risultati mostrano che la maggior parte, se non tutte, le croste continentali archeane derivano dalla fusione parziale di sorgenti supracrustali piuttosto che da cumulati mafici inalterati”, scrivono i ricercatori. In altre parole, i primi continenti della Terra si sono formati in gran parte da crosta oceanica e sedimenti riciclati.
Le implicazioni per la Terra
Quali sono quindi le implicazioni per il nostro pianeta? Ciò suggerisce un ciclo precoce di materiale crostale nella crosta profonda o persino nel mantello terrestre, probabilmente attraverso la proto-tettonica delle placche primordiale, o tramite la messa in posto di una crosta fortemente vulcanica. Tale ciclo presentava connessioni uniche tra l’atmosfera, l’oceano e l’interno della Terra, suggerendo un “accoppiamento” unico tra questi elementi. Si ipotizza che questo processo abbia stabilito la prima abitabilità sulla Terra circa 3,8 miliardi di anni fa. Tuttavia, fornisce un’affascinante visione dei mattoni costitutivi del nostro ambiente, ovvero la miscelazione di crosta marina alterata con i precursori dei continenti moderni.
In conclusione, la ricerca offre una nuova teoria sull’origine della Terra, secondo la quale le prime croste continentali si sarebbero formate dalla fusione di rocce superficiali modificate, piuttosto che esclusivamente da magmi provenienti dal sottosuolo. Questa insolita scoperta sui primi tempi del nostro pianeta fornisce una nuova comprensione di come la superficie e l’interno della Terra interagissero.