Stabile come una roccia: uno studio rivela un nuovo meccanismo per spiegare come si sono stabilizzati i continenti

Gli scienziati hanno riferito oggi (8 maggio) sulla rivista Natura che i continenti potrebbero non essere emersi dagli oceani terrestri come masse continentali stabili, la cui caratteristica è una crosta superiore arricchita di granito. Piuttosto, l’esposizione della roccia fresca al vento e alla pioggia circa 3 miliardi di anni fa ha innescato una serie di processi geologici che alla fine hanno stabilizzato la crosta, consentendole di sopravvivere per miliardi di anni senza essere distrutta o ripristinata.

I risultati potrebbero rappresentare una nuova comprensione di come si evolvono i pianeti potenzialmente abitabili, simili alla Terra, hanno detto gli scienziati.

“Per creare un pianeta come la Terra è necessario creare una crosta continentale e stabilizzarla”, ha affermato Jesse Reimink, assistente professore di geoscienze alla Penn State e autore dello studio. “Gli scienziati hanno pensato che questi fossero la stessa cosa: i continenti sono diventati stabili e poi sono emersi sopra il livello del mare. Ma quello che stiamo dicendo è che questi processi sono separati.”

I cratoni si estendono per più di 150 chilometri, o 93 miglia, dalla superficie terrestre al mantello superiore, dove agiscono come la chiglia di una barca, mantenendo i continenti galleggianti al livello del mare o vicino ad esso attraverso il tempo geologico, hanno detto gli scienziati.

Gli agenti atmosferici potrebbero aver concentrato elementi produttori di calore come uranio, torio e potassio nella crosta superficiale, consentendo alla crosta più profonda di raffreddarsi e indurirsi. Questo meccanismo ha creato uno strato spesso e duro di roccia che potrebbe aver protetto il fondo dei continenti da eventuali deformazioni successive, una caratteristica dei cratoni, hanno detto gli scienziati.

“La ricetta per creare e stabilizzare la crosta continentale prevede la concentrazione di questi elementi che producono calore – che possono essere pensati come piccoli motori termici – molto vicino alla superficie”, ha affermato Andrew Smye, professore associato di geoscienze alla Penn State e autore. dello studio. “Devi farlo perché ogni volta che un atomo di uranio, torio o potassio decade, rilascia calore che può aumentare la temperatura della crosta. La crosta calda è instabile: tende a deformarsi e non si attacca.”

Quando il vento, la pioggia e le reazioni chimiche distrussero le rocce nei primi continenti, i sedimenti e i minerali argillosi furono trasportati nei corsi d’acqua e nei fiumi e trasportati verso il mare dove crearono depositi sedimentari come scisti ad alta concentrazione di uranio, torio e potassio, il hanno detto gli scienziati.

Le collisioni tra placche tettoniche hanno seppellito queste rocce sedimentarie in profondità nella crosta terrestre, dove il calore radiogenico rilasciato dallo scisto ha innescato la fusione della crosta inferiore. I fusi erano galleggianti e risalivano verso la crosta superiore, intrappolando gli elementi che producevano calore in rocce come il granito e consentendo alla crosta inferiore di raffreddarsi e indurirsi.

Si ritiene che i cratoni si siano formati tra 3 e 2,5 miliardi di anni fa, un periodo in cui gli elementi radioattivi come l’uranio sarebbero decaduti a una velocità circa due volte più veloce e avrebbero rilasciato il doppio del calore di oggi.

Il lavoro evidenzia che il periodo in cui i cratoni si formarono sulla Terra di mezzo era particolarmente adatto per i processi che potrebbero averli portati a diventare stabili, ha detto Reimink.

“Possiamo pensare a questo come a una questione di evoluzione planetaria”, ha detto Reimink. “Uno degli ingredienti chiave di cui hai bisogno per creare un pianeta come la Terra potrebbe essere l’emergere dei continenti relativamente presto nella sua vita. Perché creerai sedimenti radioattivi che sono molto caldi e che producono un tratto davvero stabile di crosta continentale.” che vive proprio intorno al livello del mare ed è un ottimo ambiente per la propagazione della vita.”

I ricercatori hanno analizzato le concentrazioni di uranio, torio e potassio da centinaia di campioni di rocce del periodo Archeano, quando si formarono i cratoni, per valutare la produttività del calore radiogenico sulla base delle effettive composizioni delle rocce. Hanno usato questi valori per creare modelli termici della formazione dei cratoni.

“In precedenza le persone hanno osservato e considerato gli effetti del cambiamento della produzione di calore radiogenico nel tempo”, ha detto Smye. “Ma il nostro studio collega la produzione di calore basata sulle rocce all’emergere dei continenti, alla generazione di sedimenti e alla differenziazione della crosta continentale”.

Tipicamente presenti all’interno dei continenti, i cratoni contengono alcune delle rocce più antiche della Terra, ma rimangono difficili da studiare. Nelle aree tettonicamente attive, la formazione di cinture montuose potrebbe portare in superficie rocce che un tempo erano sepolte in profondità nel sottosuolo.

Ma le origini dei cratoni rimangono nelle profondità sotterranee e sono inaccessibili. Gli scienziati hanno affermato che il lavoro futuro comporterà il campionamento degli antichi interni dei cratoni e, forse, la perforazione di carotaggi per testare il loro modello.

“Queste rocce sedimentarie metamorfizzate che si sono sciolte e hanno prodotto graniti che concentrano uranio e torio sono come registratori di volo a scatola nera che registrano pressione e temperatura”, ha detto Smye. “E se riusciamo a sbloccare quell’archivio, possiamo testare le previsioni del nostro modello per la traiettoria di volo della crosta continentale.”

Penn State e la National Science Foundation degli Stati Uniti hanno fornito finanziamenti per questo lavoro.