Gennaio 17, 2001 — Gli scienziati stanno tracciando un ritratto di come appariva la Terra subito dopo la sua formazione 4,56 miliardi di anni fa, basato su indizi all’interno dei più antichi grani minerali mai trovati.
Piccoli zirconi (cristalli di silicato di zirconio) trovati in antichi depositi fluviali indicano che la Terra ha sviluppato continenti e acqua – forse anche oceani e ambienti in cui la vita microbica potrebbe emergere – da 4,3 miliardi a 4,4 miliardi di anni fa, molto presto dopo la formazione del nostro pianeta.
In basso: Dove gli zirconi appena scoperti si inseriscono nella storia della Terra. Immagine di Dan Brennan.
I risultati di due gruppi di ricerca, uno in Australia e l’altro negli Stati Uniti, suggeriscono che “l’acqua liquida si stabilizza presto su pianeti di tipo terrestre”, ha detto il geologo Stephen Mojzsis, un membro del team dell’Università del Colorado, Boulder, del NASA Astrobiology Institute. “Questo aumenta la probabilità di trovare la vita altrove nell’universo” perché le condizioni favorevoli alla vita possono evidentemente svilupparsi più velocemente e più facilmente di quanto si pensasse una volta.
Ci dà anche “una nuova visione della Terra precoce, dove la Terra si raffreddò rapidamente” dopo che il gas e la polvere nel neonato sistema solare si unirono per formare pianeti, ha detto il geologo William Peck, della Colgate University di Hamilton, New York. “Fino a circa 3,9 miliardi di anni fa, sciami di comete e meteoriti hanno colpito la giovane Terra abbastanza spesso da vaporizzare occasionalmente le zone superficiali degli oceani e cancellare qualsiasi forma di vita ivi residente. La prima prova conosciuta della vita microbica sulla Terra proviene da modelli di isotopi di carbonio studiati da Mojzsis e colleghi in sedimenti della Groenlandia di 3,85 miliardi di anni.
Ora, gli zirconi dell’Australia occidentale dimostrano che i continenti e l’acqua esistevano da 4,3 a 4,4 miliardi di anni fa. “La vita potrebbe aver avuto la possibilità di iniziare 400 milioni di anni prima di quanto precedentemente documentato”, ha detto Mojzsis.
“La vita potrebbe essere sorta molte volte, solo per essere fracassata, e prende piede solo quando i meteoriti si assottigliano”, ha aggiunto Peck.
Mojzsis e Peck appartengono a team di ricerca separati, uno che ha trovato uno zircone di 4,4 miliardi di anni nel 1999 e un altro team che ha portato alla luce una coppia di zirconi di 4,3 miliardi di anni l’anno scorso dalla stessa area della formazione rocciosa Jack Hills dell’Australia occidentale. Entrambi i gruppi hanno pubblicato i loro studi nel numero dell’11 gennaio 2001 della rivista britannica Nature.
Lo zircone di 4,4 miliardi di anni è “il nostro primo record della prima crosta” sulla Terra, ha detto Peck. Quello zircone e i grani di zircone leggermente più giovani misurano circa 250 micron di larghezza – meno di un centesimo di pollice.
“Questi zirconi sono davvero passati attraverso lo strizzacervelli”, ha detto Peck.
A sinistra: La regione di Jack Hills in Australia occidentale, dove sono stati scoperti gli zirconi. Foto di Simon Wilde.
La loro storia è iniziata qualche tempo dopo la formazione della Terra, quando “l’acqua liquida ha interagito con le rocce”, ha detto. Questa interazione può avvenire in uno dei tre modi seguenti: quando l’acqua si scambia con i minerali nelle rocce, quando i cristalli crescono dalla soluzione nelle acque sotterranee, o quando si depositano le vene minerali. L’esposizione all’acqua ha aumentato il rapporto normalmente basso delle rocce dell’isotopo non comune ossigeno-18 rispetto all’isotopo più comune ossigeno-16, ha detto.
In seguito, le rocce sono state fuse sottoterra – o forse durante un bombardamento di meteoriti – e gli zirconi si sono formati come cristalli all’interno del granito fuso che si stava raffreddando per formare roccia solida.
Il granito carico di zirconi alla fine fu spinto verso l’alto a formare montagne, che in seguito furono erose. Il granito scomparve, ma gli zirconi alla fine vennero a riposare 3 miliardi di anni fa nei sedimenti sabbiosi dei fiumi australiani. Questi sedimenti si sono poi induriti in rocce che successivamente sono state alterate dal calore e dalla pressione.
Entrambi i team di ricerca hanno usato strumenti chiamati microsonde ioniche per datare e analizzare i cristalli di zircone, che spesso contengono uranio, elementi delle terre rare e altre impurità. L’uranio decade in piombo ad un tasso noto. I rapporti uranio-piombo negli zirconi hanno mostrato che si sono formati già da 4,4 miliardi a 4,3 miliardi di anni fa quando si sono cristallizzati nel granito fuso.
In basso: Vista al microscopio di un cristallo di zircone (silicato di zirconio) di 4,4 miliardi di anni fa. Foto di John W. Valley
La crosta continentale è diversa dalla crosta che sta sotto gli oceani. Il granito è una roccia comune nei continenti. E gli zirconi cristallizzano comunemente nel granito.
Quindi gli zirconi indicano che il granito era presente da 4,3 a 4,4 miliardi di anni fa, mentre il granito indica che i continenti esistevano in quel periodo. Una roccia granitica così antica non è stata trovata; tutto è stato successivamente eroso o riciclato in altro modo. Gli antichi zirconi sono vestigia superstiti del granito crostale dei primi anni della Terra.
“Il fatto di avere uno zircone di 4,4 miliardi di anni dal granito suggerisce che doveva esserci la roccia della crosta continentale”, ha detto il geologo Sam Bowring del Massachusetts Institute of Technology.
L’analisi al microsonda ionica degli elementi delle terre rare all’interno dei cristalli di zircone ha anche trovato livelli tipici delle rocce continentali, ha detto Peck.
La presenza di acqua sulla giovane Terra è stata confermata quando entrambi i gruppi hanno analizzato gli zirconi per gli isotopi dell’ossigeno e hanno trovato la firma rivelatrice delle rocce che sono state toccate dall’acqua: un elevato rapporto di ossigeno-18 a ossigeno-16.
Come risultato, “sappiamo che c’era acqua liquida ad un certo punto prima di 4,4 miliardi di anni fa”, ha detto Peck. L’acqua liquida doveva raccogliersi da qualche parte, sollevando la possibilità di oceani, ha aggiunto.
Ha detto che è anche probabile che gli oceani esistessero perché “per fare i continenti, è necessario avere acqua”.
Peck ha detto che prima che ci fossero gli oceani, gigantesche placche della crosta terrestre potrebbero aver già iniziato a muoversi e a scontrarsi tra loro, causando l’immersione di grandi blocchi di roccia verso il basso in un processo chiamato subduzione. Senza oceani, quella roccia non avrebbe potuto fondersi per formare rocce continentali come il granito, ha detto.
In basso: Fuori campo del tipo di roccia dove sono stati scoperti gli zirconi. Il martello mostra la scala. Foto di Simon Wilde.
Una volta che c’erano gli oceani, tuttavia, l’acqua di mare avrebbe reagito con la lava idratata che eruttava dai vulcani sottomarini sulle creste medio-oceaniche. La lava si sarebbe poi raffreddata e avrebbe formato nuovi fondali marini, che in seguito si sarebbero subdotti. L’acqua intrappolata nei minerali all’interno della roccia che affondava ha abbassato il suo punto di fusione, innescando eruzioni vulcaniche che probabilmente hanno prodotto catene di isole fatte di rocce granitiche. Si pensa che tali “archi insulari” alla fine si siano raggruppati per formare i continenti.
“Oceani, atmosfera e continenti erano al loro posto da 4,3 miliardi di anni fa”, ha detto Mojzsis.
Secondo Peck, i primi oceani potrebbero essersi formati da acqua portata sulla Terra da comete o essere stati emessi durante le prime eruzioni vulcaniche da quelle che sono diventate creste medio-oceaniche.
Gli zirconi suggeriscono che la vita potrebbe essere esistita sulla Terra 4,3 miliardi di anni fa, ha detto Mojzsis, perché tre fattori chiave necessari per la vita a prendere piede erano presenti: energia, materiale organico (da comete in arrivo e reazioni atmosferiche) e – secondo gli zirconi – acqua liquida.
Credits: La scoperta dello zircone di 4,4 miliardi di anni è stata riportata da Peck, Simon Wilde al Curtin Institute of Technology in Australia; John Valley all’Università del Wisconsin, Madison; e Colin Graham dell’Università di Edimburgo nel Regno Unito. Wilde ha trovato il grano di 4,4 miliardi di anni nel 1999 mentre datava gli zirconi da una roccia raccolta nel 1984, ha detto Peck. Mojzsis e colleghi dicono di aver trovato una coppia di zirconi di 4,3 miliardi di anni l’anno scorso dalla stessa zona della formazione rocciosa Jack Hills dell’Australia occidentale. Mojzsis ha lavorato con il geochimico Mark Harrison dell’Università della California, Los Angeles, e Robert Pidgeon del Curtin Institute of Technology.