Nuova prova che la tettonica a placche della Terra ha recentemente subito un cambiamento fondamentale

26 luglio 2023

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dall'Università di Copenaghen

La Terra è davvero unica tra i pianeti del nostro sistema solare. Ha vasti oceani d'acqua e una vita abbondante. Ma la Terra è unica anche perché è l’unico pianeta dotato di tettonica a zolle, che ne ha modellato la geologia, il clima e forse ha influenzato l’evoluzione della vita.

La tettonica a placche descrive il movimento e l'interazione delle placche tettoniche sulla superficie terrestre. Questo movimento è guidato dal lentissimo movimento strisciante del mantello terrestre, chiamato convezione, che trasporta il calore dall'interno alla superficie del nostro pianeta.

I ricercatori ritengono che la convezione nel mantello, iniziata poco dopo la formazione della Terra 4,5 miliardi di anni fa, avvenga su scala dell'intero mantello. Quindi, quando le placche si scontrano sulla superficie terrestre, una cede e sprofonda nel mantello caldo e finisce in una sorta di cimitero di placche sopra il nucleo metallico della Terra.

Tuttavia, un nuovo studio dell’Università di Copenaghen pubblicato sulla rivista Nature suggerisce che questo stile di tettonica a placche potrebbe essere una caratteristica più recente della storia geologica della Terra.

"I nostri nuovi risultati suggeriscono che per gran parte della storia della Terra, la convezione nel mantello era stratificata in due strati distinti, vale a dire le regioni del mantello superiore e inferiore, isolate l'una dall'altra", afferma Zhengbin Deng, ex professore assistente presso l'Università di Copenaghen e primo autore del nuovo studio.

La transizione tra il mantello superiore e quello inferiore avviene a circa 660 km sotto la superficie terrestre. A questa profondità alcuni minerali subiscono una transizione di fase. Deng e colleghi ritengono che questa transizione di fase possa essere la ragione per cui le regioni del mantello superiore e inferiore sono rimaste per lo più isolate.

"I nostri risultati indicano che in passato, il riciclaggio e la miscelazione delle placche subdotte nel mantello era limitato al mantello superiore, dove c'è una forte convezione. Questo è molto diverso da come pensiamo operi oggi la tettonica a placche, dove le placche in subduzione affondano verso quelle inferiori. mantello", afferma il professore associato Martin Schiller, autore anche del nuovo studio.

Per giungere alle loro conclusioni, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo metodo per produrre misurazioni ad altissima precisione della composizione isotopica dell'elemento titanio in varie rocce. Gli isotopi sono versioni dello stesso elemento che hanno masse leggermente diverse. La composizione isotopica del titanio viene modificata quando si forma la crosta sulla Terra.

Ciò rende gli isotopi del titanio utili per tracciare il modo in cui il materiale superficiale come la crosta viene riciclato nel mantello terrestre attraverso il tempo geologico. Usando questa nuova tecnica, hanno determinato la composizione delle rocce del mantello che si sono formate già 3,8 miliardi di anni fa fino alle lave moderne.

Se il riciclaggio e la miscelazione delle placche tettoniche fossero limitati al mantello superiore, come postulato nel nuovo studio, significa che il mantello inferiore potrebbe contenere materiale primordiale indisturbato. Il concetto di mantello primordiale si riferisce a un serbatoio di materiale del mantello che è rimasto relativamente invariato e preservato sin dalle prime fasi della formazione della Terra, circa 4,5 miliardi di anni fa.

L’idea che esista un serbatoio primordiale nelle profondità della Terra non è nuova ed è stata suggerita sulla base della composizione isotopica dei gas rari intrappolati nelle lave dei moderni vulcani profondi. Tuttavia, l’interpretazione di questi dati è ambigua e alcuni hanno suggerito che questo segnale isotopico provenga dal nucleo della Terra e non dal mantello profondo. Poiché il titanio non è presente nel nucleo della Terra, fornisce una nuova prospettiva su questo dibattito di lunga data.