Nel maggio 2018, l’isola di Mayotte, tra il Madagascar e il Mozambico, ha iniziato a essere colpita da una serie di terremoti che hanno portato alla scoperta di un vulcano sottomarino, ora chiamato Fani Maoré. Sono seguite numerose spedizioni scientifiche, che hanno prelevato campioni della lava eruttata di recente. Quando un team di ricercatori ha analizzato 13 campioni provenienti dal Fani Maoré e altri otto campioni dalla parte orientale di Mayotte, ha scoperto resti di un minerale chiamato bridgmanite che si ritiene risalga al periodo geologico più antico della Terra, l’eone Adeano. I loro risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature.
Il neodimio come indicatore dell’oceano di magma primordiale della Terra
Circa 4,5 miliardi di anni fa, durante l’eone Adeano, si è verificata una collisione catastrofica che si ritiene abbia espulso detriti dalla Terra che si sono poi aggregati formando la Luna. Questa collisione ha anche innescato un oceano di magma globale che si è esteso fino al confine tra nucleo e mantello dell’interno terrestre. Man mano che questo oceano di magma si solidificava nel tempo, si verificava anche la cristallizzazione all’interno del mantello. Inizialmente, si cristallizzò solo la bridgmanite, poi una miscela di bridgmanite e ferropericlasio.
Non era chiaro se tutti i minerali cristallizzati sarebbero stati completamente dispersi dalla costante convezione nel corso del tempo o se i resti dei materiali cristallizzati primordiali sarebbero stati ancora rilevabili. Un modo per rilevare la differenziazione della Terra primordiale è attraverso gli isotopi del neodimio, in particolare il 142Nd, che registra gli eventi delle prime centinaia di milioni di anni del pianeta. Questo perché l’isotopo radioattivo samario-146 decade in 142Nd.
Gli autori del nuovo studio scrivono: “in questo lavoro ci concentriamo sui sistemi isotopici Sm-Nd, che forniscono preziose informazioni sulla differenziazione dei silicati, sulla formazione dei continenti e sul loro successivo riciclo nel mantello. Il samario ha due isotopi radioattivi distinti: il 147Sm, a lunga emivita, decade in 143Nd (emivita di 106 miliardi di anni) e il 146Sm, a breve emivita, decade in 142Nd (emivita di 92 milioni di anni). La breve emivita del sistema 146Sm-142Nd offre un’opportunità unica per rilevare eventi di differenziazione dei silicati avvenuti durante i primi 500 milioni di anni della Terra”.
Fani Maoré mette in discussione l’idea di un mantello ben miscelato
Le precedenti ricerche di anomalie di 142Nd nelle lave moderne spesso raggiungono un limite di precisione in cui piccole differenze vengono facilmente trascurate. Il team ha però trovato un modo per effettuare misurazioni isotopiche più precise utilizzando un metodo sviluppato da Claudine Israel dell’Università di Cambridge. La loro analisi ha rivelato un’anomalia positiva statisticamente significativa del 142Nd nei campioni di lava provenienti da Fani Maoré.
I ricercatori affermano che ciò implica che il materiale sorgente del mantello si sia formato all’incirca nei primi 100 milioni di anni di storia della Terra e che fosse impoverito di elementi delle terre rare leggere, caratteristica tipica di una precoce separazione cristallo-fuso. Ritengono che la sorgente più probabile sia un materiale ricco di bridgmanite dell’Adeano, cristallizzato dall’oceano di magma dopo l’impatto che ha dato origine alla Luna.
Il team ha anche confrontato modelli superficiali e profondi per determinare la provenienza del campione. La loro modellizzazione suggerisce che solo il 9-11% di questa componente ricca di bridgmanite dell’Adeano nella sorgente del pennacchio sia sufficiente a riprodurre il segnale del 142Nd osservato, indicativo di un’origine profonda. D’altro canto, il modello superficiale richiede che la sorgente contenga dal 28% al 90% di materiale adeano, e gli autori affermano che è improbabile che una percentuale così elevata sia rimasta dopo più di 4 miliardi di anni. Questo risultato mette in discussione l’immagine di un mantello completamente “ben miscelato”, mostrando una memoria chimica rilevabile risalente a più di 4 miliardi di anni fa.
Gli autori dello studio scrivono: “recenti simulazioni geodinamiche hanno dimostrato che una frazione dei solidi formatisi per primi può essere preservata nel tempo durante la cristallizzazione dell’oceano di magma adeano e la successiva convezione del mantello. Pertanto, il materiale ricco di bridgmanite presente nel mantello profondo adeano potrebbe essersi conservato in un mantello ordinario convettivo, contribuendo alla sorgente di Fani Maoré, insieme all’attuale mantello ordinario”.