Quando la Terra si muoveva

 

 

 

La storia della Terra è scritta sulle grandi tavolette delle placche tettoniche.

I movimenti delle placche plasmarono le masse terrestri, formarono oceani e crearono i vari climi e habitat che prepararono il terreno per l’evoluzione e la diversità della vita.

Ma questo grande dramma inizia con un profondo mistero: quando le placche continentali e oceaniche hanno iniziato a defluire?

La litosfera ha iniziato a muoversi poco dopo la formazione della Terra 4,5 miliardi di anni fa o solo negli ultimi miliardi di anni?

Un nuovo studio di geoscienziati di Harvard mostra la prova più antica e diretta di movimento delle placche risalente a 3,5 miliardi di anni fa.

In uno studio pubblicato il 19 marzo su Science, il team ha scoperto che i movimenti delle placche—anche se non necessariamente del tipo moderno—hanno plasmato la storia iniziale del nostro pianeta.

“È stata suggerita un’enorme gamma di età per i tempi”, ha detto l’autore principale Alec Brenner, che ha condotto la ricerca presso il Dipartimento di Scienze della Terra e Planetari (EPS) presso la Kenneth C. Griffin Graduate School of Arts and Sciences dell’Università di Harvard. “Con questo studio, possiamo dire che tre miliardi e mezzo di anni fa possiamo vedere le placche muoversi sulla superficie terrestre.”

Le nuove rivelazioni sono arrivate da alcune delle rocce più antiche e ben conservate al mondo, il cratone di Pilbara nell’Australia occidentale, che contiene formazioni dell’Eone Archeano, quando la Terra ospitava la prima vita microbica e era sottoposta a pesanti bombardamenti da parte di oggetti astronomici.

L’area di Pilbara contiene prove di alcune delle più antiche forme di vita conosciute, stromatoliti e rocce microbialite depositate da organismi unicellulari come i cianobatteri.

Un team guidato da Roger Fu, professore di Scienze della Terra e Planetarie presso l’Università di Harvard, conduce ricerche a East Pilbara dal 2017.

Fu è specializzato nel paleomagnetismo, un ramo della geofisica che esamina i cambiamenti nei campi magnetici terrestri per ricostruire la storia antica del pianeta.

L’anno scorso hanno pubblicato un articolo sull’impatto di un antico meteorite nello stesso sito.

Oltre a rivelare le proprietà del campo magnetico terrestre, il paleomagnetismo può essere utilizzato anche per tracciare i movimenti delle placche.

Analizzando i segnali magnetici dei granelli minerali antichi, i ricercatori possono dedurre l’orientamento e la latitudine delle rocce al momento della formazione—utilizzando così i campioni antichi come unità paleo GPS.

“Quasi tutto ciò che è unico sulla Terra ha a che fare con la tettonica delle placche a qualche livello,” disse Fu. “A un certo punto, la Terra è passata da qualcosa di non così speciale, semplicemente un altro pianeta nel sistema solare con materiali simili, a qualcosa di molto speciale. Un forte sospetto è che la tettonica a placche abbia fatto sì che la Terra abbia seguito questa traiettoria divergente.”

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato più di 900 campioni di roccia raccolti da più di 100 siti sparsi in un’area chiamata North Pole Dome.

Estraevano campioni cilindrici o “nuclei” usando un trapano elettrico con punta cava e denti diamantati, mantenuti freddi da uno spruzzatore da giardino a pompa manuale.

Successivamente la posizione del campione veniva registrata con precisione con uno strumento inserito nel foro contenente una bussola e un goniometro (un dispositivo per misurare gli angoli).

A Harvard, i nuclei venivano tagliati in sezioni come biscotti, allineati su vassoi e posti in un magnetometro, una macchina che può misurare segnali magnetici 100.000 volte più deboli di un ago di bussola.

I campioni venivano misurati ripetutamente mentre venivano riscaldati a temperature progressivamente più elevate fino a 590 gradi Celsius, fino a quando i minerali di magnetite persero la loro magnetizzazione.

Il riscaldamento graduale permette ai ricercatori di isolare segnali magnetici provenienti da diversi periodi della storia della roccia. In totale, l’analisi ha richiesto circa due anni.

“Abbiamo fatto una scommessa davvero grossa,” ha detto Brenner, ora postdoc a Yale. “Demagnetizzare migliaia di nuclei richiede anni. E ragazzi, ne è valsa la pena! Questi risultati sono stati oltre i nostri sogni più sfrenati.”

Nei minerali ferromagnetici, l’orientamento degli elettroni funge da un ago di bussola puntato verso il polo magnetico. L’orientamento elettronico fornisce anche indizi sulla posizione sul globo tridimensionale rispetto al polo magnetico quando la roccia si è formata—fornendo così un’indicazione della latitudine.

Analizzando una serie di rocce che si estendevano per 30 milioni di anni poco dopo 3,5 miliardi di anni fa, hanno scoperto che una parte della formazione East Pilbara si spostava di latitudine da 53 gradi a 77 gradi—una deriva di decine di centimetri all’anno per diversi milioni di anni—e ruotava in senso orario di oltre 90 gradi.

(Poiché il polo magnetico si inverte occasionalmente, rimane incerto se questo moto sia avvenuto nell’emisfero nord o sud.) Nel giro di circa 10 milioni di anni, il movimento rallentò e seguiva un periodo di scarso movimento.

Per confrontare questo movimento con siti archei altrove, i ricercatori hanno esaminato un sito contemporaneo in Sudafrica, la Barberton Greenstone Belt.

Studi paleomagnetici precedenti hanno mostrato che quest’ultimo si trovava vicino all’equatore e era quasi stazionario nello stesso intervallo di tempo. A quanto pare, le due regioni distanti avevano schemi di deriva diversi.

Nel mondo moderno, le placche nordamericane ed eurasiatiche si allontanano ora di circa 2,5 centimetri, ovvero 1 pollice, all’anno.

Rimane aperta la questione di quando e come la Terra abbia assunto la sua attuale forma di tettonica a placche, che i geofisici chiamano “coperchio attivo”.

Varie teorie ipotizzano che la Terra primitiva avesse un “coperchio stagnante” (una singola placca globale ininterrotta), un “coperchio lento” (placche che si muovono lentamente) o un “coperchio episodico” (placche che si muovono sporadicamente).

Il nuovo studio esclude un coperchio stagnante ma non riesce a distinguere quale modello di movimento della piastra fosse più probabile; il team Fu sta conducendo ulteriori studi per rispondere a questa domanda.

“Stiamo osservando il movimento delle placche tettoniche, che richiede che ci fossero confini tra quelle placche e che la litosfera non fosse un grande guscio ininterrotto in tutto il mondo, come molti hanno già sostenuto,” ha detto Brenner.

“Invece, era segmentata in pezzi diversi che potevano muoversi l’uno rispetto all’altro.”

Il team scoprì anche il caso più antico conosciuto di inversione geomagnetica—un fenomeno in cui il campo magnetico del pianeta occasionalmente si invertiva. Dopo un’inversione, un ago della bussola punterebbe verso sud invece che verso nord.

Si ritiene che questo fenomeno sia governato dall'”azione dinamo” che coinvolge la convezione del ferro fuso nel nucleo terrestre che produce correnti elettriche e campi magnetici. L’ultima inversione è avvenuta circa 780.000 anni fa.

Fu ha detto che le nuove evidenze suggeriscono che 3,5 miliardi di anni fa le inversioni avvennero meno frequentemente rispetto alla storia più recente.

“Non è conclusivo di per sé, ma suggerisce che forse la dinamo era in un regime leggermente diverso rispetto a oggi,” ha detto.