La vita è nata dal “mantello stagnante”, non dalla tettonica a placche

Uno studio dell’Università di Rochester, utilizzando cristalli di zircone, ha scoperto che le placche tettoniche erano inattive durante il periodo in cui la vita apparve per la prima volta sulla Terra. Invece, era in funzione un meccanismo di “cappuccio stagnante”, che rilasciava calore attraverso le fessure superficiali. Questa scoperta sfida la credenza tradizionale che la tettonica a placche sia essenziale per l’origine della vita e potenzialmente rimodella la nostra comprensione delle condizioni richieste per la vita su altri pianeti.

Gli scienziati hanno fatto un viaggio indietro nel tempo per svelare i misteri della storia antica della Terra, utilizzando minuscoli cristalli minerali chiamati zirconi per studiare la tettonica delle placche miliardi di anni fa. La ricerca fa luce sulle condizioni che esistevano nella Terra primordiale, rivelando una complessa interazione tra la crosta terrestre, il nucleo e l’emergere della vita.

La tettonica a placche consente al calore proveniente dall’interno della Terra di fuoriuscire in superficie, formando i continenti e altre caratteristiche geologiche necessarie per l’emergere della vita. Di conseguenza, “si presumeva che la tettonica a placche fosse essenziale per la vita”, afferma John Tarduno, professore presso il Dipartimento di Scienze della Terra e Ambientali dell’Università di Rochester. Ma una nuova ricerca mette in dubbio questa ipotesi.

Tarduno, Professore di Geofisica presso il William R. Keenan Jr., che è l’autore principale di un articolo pubblicato sulla rivista. natura Studia la tettonica a placche 3,9 miliardi di anni fa, quando gli scienziati ritengono che le prime tracce di vita siano apparse sulla Terra. I ricercatori hanno scoperto che durante questo periodo non si verificava alcun movimento di placche tettoniche mobili. Invece, hanno scoperto, la Terra rilascia calore attraverso quello che è noto come un sistema di mantello stagnante. I risultati indicano che sebbene la tettonica a placche sia un fattore chiave per la continuazione della vita sulla Terra, non è una condizione per l’emergere della vita su un pianeta simile alla Terra.

“Abbiamo scoperto che non esisteva la tettonica a placche quando si pensava per la prima volta che la vita sorgesse, e non c’era tettonica a placche per centinaia di milioni di anni dopo”, dice Tarduno. “I nostri dati suggeriscono che quando cerchiamo esopianeti che ospitano la vita, i pianeti non hanno necessariamente bisogno della tettonica a placche”.

Una svolta inaspettata dallo studio degli zirconi

Inizialmente i ricercatori non si erano proposti di studiare la tettonica a placche.

“Stavamo studiando la magnetizzazione degli zirconi perché stavamo studiando il campo magnetico terrestre”, dice Tarduno.

Gli zirconi sono minuscoli cristalli che contengono particelle magnetiche che possono intrappolare la magnetizzazione della Terra al momento della formazione degli zirconi. Datando gli zirconi, i ricercatori possono creare una linea temporale per tracciare l’evoluzione del campo magnetico terrestre.

La forza e la direzione del campo magnetico terrestre cambiano a seconda della latitudine. Ad esempio, l’attuale campo magnetico è più forte ai poli e più debole all’equatore. Armati di informazioni sulle proprietà magnetiche degli zirconi, gli scienziati possono dedurre le latitudini relative alle quali si sono formati gli zirconi. Cioè, se l’efficienza della geodinamo – il processo che genera il campo magnetico – è costante e l’intensità del campo cambia in un periodo, allora anche la latitudine alla quale si sono formati gli zirconi deve cambiare.

Ma Tarduno e il suo team hanno scoperto il contrario: gli zirconi che hanno studiato in Sud Africa hanno indicato che da circa 3,9 a 3,4 miliardi di anni fa, l’intensità del campo magnetico non è cambiata, il che significa che nemmeno le latitudini sono cambiate.

Poiché la tettonica a placche comporta cambiamenti di latitudine per diverse masse terrestri, dice Tarduno, “è probabile che durante questo periodo non si siano verificati movimenti tettonici a placche e ci deve essere qualche altro modo per rimuovere il calore dalla Terra”.

Per rafforzare le loro scoperte, i ricercatori hanno trovato gli stessi modelli negli zirconi che hanno studiato nell’Australia occidentale.

“Non stiamo dicendo che gli zirconi si siano formati nello stesso continente, ma sembra che si siano formati alla stessa immutabile latitudine, il che rafforza la nostra tesi secondo cui in quel momento non era in corso alcuna tettonica a placche”, afferma Tarduno.

Tettonica a calotta stagnante: un’alternativa alla tettonica a placche

La Terra è un motore termico e la tettonica a placche è in definitiva il rilascio di calore dalla Terra. Ma il ristagno tettonico del mantello, che si traduce in crepe nella superficie terrestre, è un altro modo per consentire al calore di fuoriuscire dall’interno del pianeta per formare continenti e altre caratteristiche geologiche.

La tettonica a placche coinvolge il movimento orizzontale e l’interazione tra grandi placche sulla superficie terrestre. Tarduno e i suoi colleghi riferiscono che, in media, le lastre degli ultimi 600 milioni di anni si sono spostate di almeno 8.500 chilometri (5.280 miglia) di latitudine. Al contrario, la tettonica del mantello stagnante descrive come lo strato più esterno della Terra si comporta come un mantello stagnante, senza movimento orizzontale attivo delle placche. Invece, lo strato esterno rimane al suo posto mentre l’interno del pianeta si raffredda. Grandi pennacchi di materiale fuso che si alzano in profondità all’interno della Terra possono causare la frattura dello strato esterno. Il movimento tettonico del mantello stagnante non è efficiente come il movimento delle placche tettoniche nel rilasciare calore dal mantello terrestre, ma porta comunque alla formazione dei continenti.

“La Terra primordiale non era un pianeta in cui tutto era morto in superficie”, dice Tarduno. Le cose stavano ancora accadendo sulla superficie della terra; La nostra ricerca indica che non si verificavano attraverso la tettonica a placche. Avevamo almeno una quantità sufficiente di cicli geochimici forniti dai processi di calotta stagnante per produrre condizioni adatte all’origine della vita”.

Preservare un pianeta abitabile

Mentre la Terra è l’unico pianeta conosciuto a sperimentare la tettonica a placche, altri pianeti come[{” attribute=””>Venus, experience stagnant lid tectonics, Tarduno says.

“People have tended to think that stagnant lid tectonics would not build a habitable planet because of what is happening on Venus,” he says. “Venus is not a very nice place to live: it has a crushing carbon dioxide atmosphere and sulfuric acid clouds. This is because heat is not being removed effectively from the planet’s surface.”

Without plate tectonics, Earth may have met a similar fate. While the researchers hint that plate tectonics may have started on Earth soon after 3.4 billion years, the geology community is divided on a specific date.

“We think plate tectonics, in the long run, is important for removing heat, generating the magnetic field, and keeping things habitable on our planet,” Tarduno says. “But, in the beginning, and a billion years after, our data indicates that we didn’t need plate tectonics.”

Reference: “Hadaean to Palaeoarchaean stagnant-lid tectonics revealed by zircon magnetism” by John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, Richard K. Bono, Nicole Rayner, William J. Davis, Tinghong Zhou, Francis Nimmo, Axel Hofmann, Jaganmoy Jodder, Mauricio Ibañez-Mejia, Michael K. Watkeys, Hirokuni Oda and Gautam Mitra, 14 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06024-5

The team included researchers from four US institutions and institutions in Canada, Japan, South Africa, and the United Kingdom. The research was funded by the US National Science Foundation.