Tracce di vita nel mantello profondo della Terra

? facile riconoscere che i processi all'interno della Terra influenzano ciò che accade sulla sua superficie. I vulcani, ad esempio, portano rocce magmatiche in superficie ed emettono gas in atmosfera, influenzando così i cicli biologici e geochimici del nostro pianeta.

Ciò che è meno ovvio è che è vero anche il contrario: ciò che accade sulla superficie terrestre ha un effetto sull'interno della Terra, fino a grandi profondità. ? questa la conclusione a cui è giunto un gruppo di ricerca internazionale guidato da Andrea Giuliani, borsista di SNSF Ambizione presso il Dipartimento di scienze Terrestri, in un nuovo studio pubblicato nella rivista scientifica Avanzamenti scientifici. Secondo questo studio, lo sviluppo della vita sul nostro pianeta ha un impatto fino al mantello inferiore.

Il carbonio come messaggero

I ricercatori hanno analizzato le cosiddette kimberlites, rare rocce vulcaniche che contengono diamanti, provenienti da diverse epoche della storia della Terra. Queste rocce speciali sono messaggeri delle parti più basse del mantello terrestre. Gli scienziati hanno misurato la composizione degli isotopi del carbonio in circa 150 campioni di queste rocce. Hanno scoperto che la composizione isotopica delle kimberliti che hanno meno di 250 milioni di anni varia molto di più rispetto a quelle molto più antiche. In molti dei campioni più giovani, la composizione degli isotopi del carbonio non rientra nell'intervallo che ci si aspetterebbe per le rocce provenienti dal mantello terrestre.

I ricercatori vedono la causa scatenante di questo cambiamento di composizione nelle rocce più giovani nell'esplosione delle specie del Cambriano. In termini geologici, si tratta di una breve fase di poche decine di milioni di anni all'inizio del periodo Cambriano, circa 540 milioni di anni fa. Durante questa fase critica, quasi tutti i phyla animali della Terra oggi esistenti apparvero per la prima volta negli oceani. "L'enorme aumento delle forme di vita negli oceani ha cambiato in modo decisivo ciò che accadeva sulla superficie terrestre", spiega Giuliani. "E questo, a sua volta, ha influenzato la composizione dei sedimenti sul fondo marino".

Dagli oceani al mantello terrestre e ritorno

Questo cambiamento è rilevante per il mantello inferiore della Terra perché una parte dei sedimenti del fondo marino, in cui è immagazzinato il materiale degli organismi morti, raggiunge il mantello terrestre come risultato della tettonica a placche. Lungo le zone di subduzione, questi sedimenti - insieme alla crosta oceanica sottostante - vengono trasportati a grandi profondità. Di conseguenza, anche il carbonio, immagazzinato come materiale organico nei sedimenti, raggiunge il mantello terrestre. Lì i sedimenti si mescolano con altro materiale roccioso proveniente dal mantello terrestre e dopo un certo periodo di tempo, che dura almeno 200-300 milioni di anni, risalgono in superficie in altri luoghi, ad esempio sotto forma di kimberliti.

Il fatto che i cambiamenti nei sedimenti marini lascino tracce così profonde è notevole. Dopo tutto, solo piccole quantità di sedimenti vengono trasportate in profondità durante una zona di subduzione. "Questo conferma che il materiale roccioso subdotto nel mantello terrestre non è distribuito in modo omogeneo, ma si muove lungo determinati percorsi", spiega Giuliani.

La Terra come sistema complessivo

Oltre al carbonio, i ricercatori hanno analizzato la composizione isotopica di altri elementi chimici. Gli elementi stronzio e afnio hanno mostrato un andamento simile a quello del carbonio. "Questo significa che la firma isotopica del carbonio non può essere spiegata da processi alternativi come il degassamento, altrimenti gli altri elementi mostrerebbero un andamento diverso", afferma Giuliani.

Le nuove scoperte aprono la strada a ulteriori studi. Ad esempio, elementi come il fosforo o lo zinco, anch'essi influenzati da processi biologici, potrebbero fornire indizi su come i processi sulla superficie terrestre influenzino l'interno della Terra. "La Terra è un sistema complesso", afferma Giuliani. "E noi vogliamo capirla ancora meglio".