Più di 1,2 miliardi di anni di storia geologica non sono registrati nelle rocce del Grand Canyon: un nuovo modello suggerisce che il lento movimento del mantello terrestre abbia sollevato vaste regioni, favorendo l’erosione e la rimozione dei sedimenti. La ricerca, pubblicata il 4 novembre sulla rivista Nature, propone così una spiegazione per la cosiddetta Grande Discordanza, una lacuna negli strati rocciosi osservabile non solo nel Grand Canyon, ma anche in ampie zone del Nord America, nella regione baltica e nella Cina settentrionale.
Nel Grand Canyon, rocce metamorfiche e ignee formatesi circa 1,7 miliardi di anni fa si trovano direttamente sotto rocce sedimentarie depositatesi circa 500 milioni di anni fa. Tra i due gruppi manca quindi una registrazione di circa 1,2 miliardi di anni. Il confine è ben visibile tra l’arenaria cambriana di Tapeats e lo scisto proterozoico di Brahma.
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La lacuna comprende un periodo cruciale della storia terrestre, che precedette e accompagnò l’esplosione cambriana, quando la vita si diversificò rapidamente. Da tempo gli scienziati discutono su come si siano formate queste interruzioni nella documentazione geologica.
Il nuovo studio ricostruisce i movimenti del mantello, lo strato di roccia calda che si trova sotto la crosta terrestre. Secondo il modello, la circolazione del mantello avrebbe spinto verso l’alto il Nord America, la regione baltica e la Cina settentrionale nel periodo in cui si formò la Grande Discordanza. Il sollevamento avrebbe favorito l’erosione, facendo sì che i sedimenti venissero rimossi dai continenti e trasportati negli oceani.
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Il modello indica anche che, negli ultimi 540 milioni di anni, le stesse regioni hanno cominciato ad abbassarsi. Questo avrebbe creato condizioni favorevoli all’accumulo dei sedimenti e alla loro deposizione in strati successivi, segnando la fine della Grande Discordanza. I risultati sono coerenti con le osservazioni geologiche nelle tre aree.
«Abbiamo cercato di capire quali fossero i luoghi in cui il mantello avrebbe potuto contribuire maggiormente alla formazione di una Grande Discordanza», ha dichiarato a Live Science il coautore Nicolas Flament, geoscienziato dell’Università di Wollongong, in Australia. «E questi tre luoghi si sono rivelati proprio quelli in cui è noto che la discordanza è particolarmente estesa».
La causa della Grande Discordanza è oggetto di dibattito. Una delle ipotesi attribuisce un ruolo importante alla glaciazione globale nota come “Terra a palla di neve”, durante la quale i ghiacci avrebbero eroso i sedimenti continentali. Flament ritiene che la glaciazione abbia probabilmente contribuito, ma lo studio indica che il sollevamento dovuto al mantello potrebbe essere stato il fattore decisivo: senza una pendenza, ha spiegato, i ghiacciai e gli altri agenti erosivi non avrebbero potuto trascinare via i sedimenti nello stesso modo.
La crosta terrestre viene continuamente riciclata dalla tettonica a placche, il movimento delle grandi porzioni rigide che la compongono. La crosta oceanica può sprofondare nel mantello attraverso la subduzione, cioè quando una placca scivola sotto un’altra. Le sostanze chimiche trasportate in profondità possono poi tornare nell’atmosfera attraverso le eruzioni vulcaniche, collegando i processi interni della Terra a quelli che avvengono in superficie.
La tettonica, però, cambia nel tempo. I continenti si separano e si riuniscono, e con essi variano i materiali che vengono trascinati nel mantello. Shanan Peters, geologo dell’Università del Wisconsin-Madison non coinvolto nello studio, ha ricordato che l’antico oceano Paleo-Tetide, che lambiva le coste del supercontinente Pangea prima di chiudersi circa 200 milioni di anni fa, era ricco di sedimenti contenenti carbonio, erosi dai continenti. Quando il fondale oceanico sprofondò nel mantello, portò con sé quel carbonio.
Oggi, invece, gran parte della subduzione avviene lungo il margine del Pacifico, dove ampie porzioni di fondale oceanico sono lontane dai continenti e relativamente povere di carbonio. Di conseguenza, i materiali che entrano nel mantello hanno una composizione diversa rispetto a quelli trascinati in profondità in passato.
Per Peters, parlare di “informazioni mancanti” è quindi fuorviante: l’assenza di rocce in un certo luogo e periodo è essa stessa un indizio dei processi geologici in corso e dei loro possibili effetti sull’atmosfera e sulla vita. I processi legati alla Grande Discordanza potrebbero aver contribuito a preparare le condizioni per l’esplosione cambriana. Le rocce cristalline esposte in superficie, per esempio, potrebbero aver rilasciato nei mari quantità maggiori di potassio, ferro, manganese e carbonio. Questi elementi potrebbero aver favorito la biomineralizzazione, cioè la formazione di strutture minerali come le conchiglie, e forse aver contribuito a rendere l’atmosfera più ricca di ossigeno.
Flament concorda sul fatto che i cambiamenti geologici abbiano avuto conseguenze per la vita: «Contribuisce all’ambiente in cui si è evoluta la vita complessa», ha affermato.
Un aspetto importante della Grande Discordanza è che documenta sia una fase di erosione sia il successivo ritorno alla deposizione dei sedimenti. Secondo Peters, il nuovo studio propone una spiegazione per entrambi i fenomeni, individuando nei cambiamenti del mantello un processo su scala planetaria capace di collegarli.
Restano da chiarire altri aspetti dei movimenti dei continenti in quel periodo. Peters dirige Macrostrat, un progetto che raccoglie osservazioni sugli strati rocciosi di tutto il mondo. Flament spera che il database possa aiutare a verificare sul campo le previsioni dei nuovi modelli. «Per ora non disponiamo di un database altrettanto completo per l’Africa e la Russia», ha detto. «Una volta completato, potremo verificare se l’ipotesi funziona».
Fonte: livescience.com
