Tranne forse per alcuni abitanti delle isole remote, la maggior parte delle persone ha una tendenza naturale a vedere i continenti come caratteristiche fondamentali, permanenti e persino caratteristiche della Terra. Si dimentica facilmente che le piattaforme continentali dei mondi ammontano solo a masse sparse e isolate su un pianeta che è in gran parte coperto dall’acqua. Ma se visto dallo spazio, l’immagine corretta della Terra diventa immediatamente chiara. È un pianeta blu., Da questo punto di vista sembra del tutto straordinario che nel corso della sua lunga storia la Terra sia riuscita a mantenere una piccola parte della sua superficie sempre sopra il mare enabling consentendo, tra le altre cose, all’evoluzione umana di procedere sulla terraferma.
La persistenza di continenti di alto livello è solo fortuita? Come è nata la crosta complicata delle terre? È stato lì tutto il tempo, come una ciliegina primordiale su una torta planetaria, o si è evoluto attraverso i secoli?, Tali domande hanno generato dibattiti che hanno diviso gli scienziati per molti decenni, ma l’affascinante storia di come la superficie terrestre è arrivata a prendere la sua forma attuale è ora essenzialmente risolta. Questa comprensione mostra, abbastanza sorprendentemente, che le condizioni necessarie per formare i continenti della Terra possono essere ineguagliate nel resto del sistema solare.
La Terra e Venere, essendo più o meno le stesse dimensioni e la stessa distanza dal sole, sono spesso considerati pianeti gemelli. Quindi è naturale chiedersi come la crosta di Venere si confronta con quella del nostro mondo., Anche se secoli di osservazioni telescopiche dalla Terra non potevano dare alcuna intuizione, a partire dal 1990 le sonde spaziali di Magellano in orbita radar penetrarono le spesse nuvole che avvolgono Venere e rivelarono la sua superficie con sorprendente chiarezza. Dalle immagini dettagliate delle morfologie, gli scienziati planetari possono supporre il tipo di roccia che copre Venere.
Il nostro pianeta fratello sembra essere ricoperto da rocce di composizione basaltica-proprio come le rocce scure a grana fine che costeggiano i bacini oceanici sulla Terra. Magellans mappatura, tuttavia, non è riuscito a trovare vaste aree analoghe a terre crosta continentale., Le regioni elevate chiamate Afrodite Terra e Ishtar Terra sembrano essere resti di lave basaltiche accartocciate. Più piccolo, tumuli a forma di cupola si trovano su Venere, e queste forme potrebbero indicare che rocce vulcaniche con la composizione di granito esistono in alcuni luoghi, ma i riflessi radar mostrano che queste caratteristiche pancakelike possono essere composti solo di più basalto.,
Dopo aver analizzato la ricchezza di dati radar forniti da Magellano, gli scienziati hanno concluso che la tettonica a placche (cioè la continua creazione, movimento e distruzione di parti della superficie del pianeta) non sembra operare su Venere. Non ci sono equivalenti evidenti alle estese creste medio-oceaniche o ai grandi sistemi di trincea della Terra. Pertanto, è improbabile che la crosta di Venere ricicla regolarmente nel mantello di quel pianeta., Né sembra che ci sia molto bisogno di fare spazio a una nuova crosta: la quantità di lava attualmente in eruzione su Venere è approssimativamente equivalente all’uscita di un vulcano hawaiano, Kilauea a un semplice palleggio per il pianeta nel suo complesso. Questi risultati da Venere e indagini simili di altri corpi solidi nel sistema solare mostrano che le croste planetarie possono essere convenientemente divise in tre tipi fondamentali.
Le cosiddette croste primarie risalgono agli inizi del sistema solare., Sono emersi dopo che grossi pezzi di materiale primordiale si sono schiantati su un pianeta in crescita, rilasciando abbastanza energia da far fondere il protopianeta originale. Mentre la roccia fusa cominciava a raffreddarsi, i cristalli di alcuni tipi di minerali si solidificavano relativamente presto e potevano separarsi dal corpo del magma. Questo processo, ad esempio, probabilmente ha creato gli altopiani bianchi della luna dopo che i grani a bassa densità del feldspato minerale galleggiavano in cima a un “oceano” lunare iniziale di basalto fuso., Le croste di molti satelliti dei pianeti esterni giganti, composte da miscele di roccia con acqua, metano e ammoniaca, potrebbero anche essere sorte dalla fusione catastrofica durante l’accrescimento iniziale.
In contrasto con il prodotto di tali improvvisi episodi di fusione su larga scala, si formano croste secondarie dopo che il calore del decadimento di elementi radioattivi si accumula gradualmente all’interno di un corpo planetario. Tale riscaldamento lento fa sciogliere una piccola frazione del mantello roccioso dei pianeti e di solito provoca l’eruzione delle lave basaltiche., Le superfici di Marte e Venere e i fondali oceanici della Terra sono coperti da croste secondarie create in questo modo. Anche la maria lunare (i” mari ” degli antichi astronomi) si formava da lave basaltiche che si originavano in profondità nell’interno delle lune. Il calore causato dalla radioattività may o forse dalla flessione indotta dalle forze di marea may su alcune lune ghiacciate del sistema solare esterno potrebbe anche aver generato croste secondarie.
A differenza di questi tipi relativamente comuni, la cosiddetta crosta terziaria può formarsi se gli strati superficiali vengono restituiti nel mantello di un pianeta geologicamente attivo., Come una forma di distillazione continua, il vulcanismo può quindi portare alla produzione di magma altamente differenziato di una composizione distinta dal basalto closer più vicina a quella del granito di roccia ignea di colore chiaro. Poiché il riciclaggio necessario per generare magmi granitici può avvenire solo su un pianeta in cui opera la tettonica a placche, tale composizione è rara nel sistema solare. La formazione di crosta continentale sulla Terra può essere la sua unica posizione.,
Nonostante il piccolo numero di esempi all’interno di ogni categoria, una generalizzazione sulla genesi delle superfici planetarie sembra facile da fare: ci sono chiare differenze nelle velocità con cui si formano croste primarie, secondarie e terziarie. La luna, per esempio, ha generato la sua crosta primaria bianca e ricca di feldspati-circa il 9% del volume lunare-in pochi milioni di anni. Le croste secondarie si evolvono molto più lentamente., Le lune basaltiche maria (crosta secondaria) sono spesse solo poche centinaia di metri e costituiscono solo un decimo dell ‘ 1 per cento del volume delle lune, eppure questi cosiddetti mari hanno richiesto più di un miliardo di anni per formarsi. Un altro esempio di crosta secondaria, i bacini oceanici basaltici del nostro pianeta (che costituiscono circa un decimo dell ‘ 1 per cento della massa Terrestre), si sono formati in un periodo di circa 200 milioni di anni. Lento come questi tassi sono, la creazione di crosta terziaria è ancora meno efficiente. La Terra ha impiegato diversi miliardi di anni per produrre la sua crosta terziaria continents i continenti., Queste caratteristiche ammontano a circa la metà dell ‘ 1 per cento della massa del pianeta.
Continenti galleggianti
MOLTI ELEMENTI che altrimenti raramente si trovano sulla Terra sono arricchiti in rocce granitiche, e questo fenomeno conferisce alla crosta continentale un’importanza sproporzionata rispetto alla sua piccola massa. Ma i geologi non sono stati in grado di stimare la composizione complessiva della crosta-un punto di partenza necessario per qualsiasi indagine sulla sua origine ed evoluzione-per osservazione diretta. Un metodo concepibile potrebbe essere quello di compilare le descrizioni esistenti di rocce che affiorano in superficie., Anche questa grande quantità di informazioni potrebbe rivelarsi insufficiente. Un programma di esplorazione su larga scala che potrebbe raggiungere abbastanza profondamente nella crosta per un campione significativo spingerebbe i limiti della moderna tecnologia di perforazione e sarebbe, in ogni caso, proibitivo.
Fortunatamente, una soluzione più semplice è a portata di mano. La natura ha già compiuto un campionamento diffuso attraverso l’erosione e la deposizione di sedimenti. I fanghi umili, ora trasformati in solida roccia sedimentaria, danno una composizione media sorprendentemente buona per la crosta continentale esposta., Questi campioni sono, tuttavia, mancano quegli elementi che sono solubili in acqua, come sodio e calcio. Tra i materiali insolubili che vengono trasferiti dalla crosta nei sedimenti senza distorsioni nelle loro abbondanze relative ci sono i 14 elementi delle terre rare, noti ai geochimici come REEs. Questi tag elementali sono unicamente utili per decifrare la composizione crostale perché i loro atomi non si adattano perfettamente alla struttura cristallina dei minerali più comuni. Tendono invece ad essere concentrati nei prodotti granitici tardivi di un magma di raffreddamento che costituiscono la maggior parte della crosta continentale.,
Poiché i modelli REE trovati in una varietà di sedimenti sono così simili, i geochimici ipotizzano che agenti atmosferici, erosione e sedimentazione debbano mescolare diverse rocce di origine ignea in modo abbastanza efficiente da creare un campione complessivo della crosta continentale. Tutti i membri del gruppo REE stabiliscono una firma della composizione crostale superiore e conservano, nelle forme dei modelli di abbondanza elementale, una registrazione degli eventi ignei che possono aver influenzato la composizione della crosta.,
Utilizzando questi traccianti geochimici, i geologi hanno, ad esempio, determinato che la composizione della parte superiore della crosta continentale si avvicina a quella della granodiorite, una roccia ignea ordinaria che consiste in gran parte di quarzo e feldspato di colore chiaro, insieme a una pepatura di vari minerali scuri. In profondità all’interno della crosta continentale, al di sotto di circa 10 a 15 chilometri, roccia di una composizione più basaltica è probabilmente comune., L “esatta natura di questo materiale rimane controversa, e geologi stanno attualmente testando le loro idee utilizzando misurazioni del calore prodotto all” interno della crosta dagli importanti elementi radioattivi uranio, torio e 40K, l ” isotopo radioattivo di potassio. Ma sembra ragionevole che almeno parti di questa regione inaccessibile ed enigmatica possano essere costituite da basalto intrappolato e sottopiatto sotto i continenti a bassa densità.
È questa proprietà fisica della roccia granitica-bassa densità-che spiega perché la maggior parte dei continenti non sono sommersi., Crosta continentale sorge in media 125 metri sul livello del mare, e circa il 15 per cento della zona continentale si estende su due chilometri di altitudine. Queste grandi altezze contrastano marcatamente con le profondità dei fondali oceanici, che in media circa quattro chilometri sotto il livello del mare-una diretta conseguenza del loro essere fiancheggiata da densa crosta oceanica composta per lo più di basalto e una sottile patina di sedimenti.
Alla base della crosta si trova la cosiddetta discontinuità mohorovicica (un nome che si torce la lingua i geologi si accorciano invariabilmente a “Moho”)., Questa superficie profonda segna un cambiamento radicale nella composizione di una roccia estremamente densa ricca di olivina minerale che ovunque è alla base sia degli oceani che dei continenti. Studi geofisici utilizzando onde sismiche hanno tracciato il Moho in tutto il mondo. Tale ricerca ha anche indicato che il mantello sotto i continenti può essere permanentemente attaccato nella parte superiore. Queste “chiglie” subcrustali relativamente fredde possono essere spesse fino a 400 chilometri e sembrano cavalcare con i continenti durante le loro peregrinazioni tettoniche., Il supporto per questa nozione deriva dall’analisi di minuscole inclusioni minerali trovate all’interno dei diamanti, che si pensa abbiano origine in profondità in questa regione subcrustale. Le misurazioni mostrano che i diamanti possono avere fino a tre miliardi di anni e quindi dimostrare l’antichità delle profonde radici continentali.
È curioso riflettere che meno di 50 anni fa, non c’era alcuna prova che le rocce che rivestivano i bacini oceanici differissero in modo fondamentale da quelle trovate sulla terra. Gli oceani sono stati semplicemente pensato per essere pavimentato con continenti affondati o affondate., Questa percezione è cresciuta abbastanza naturalmente dal concetto che la crosta continentale era una caratteristica che circonda il mondo che era sorta come una sorta di feccia su un pianeta inizialmente fuso. Anche se ora sembra certo che la Terra si sia effettivamente sciolta molto presto, sembra che una crosta granitica primaria, del tipo presunto decenni fa,non sia mai esistita.
L’evoluzione della geodiversità
COME È stato possibile che due tipi così distinti di crosta, continentale e oceanica, siano riusciti a sorgere sulla Terra? Per rispondere a questa domanda, è necessario considerare la prima storia del sistema solare., Nella regione della nebulosa solare primordiale occupata dall’orbita Terrestre, il gas è stato per lo più spazzato via e solo detriti rocciosi abbastanza grandi da sopravvivere all’intensa attività solare iniziale accumulata. Questi oggetti stessi devono essere cresciuti per accrescimento, prima di cadere finalmente insieme per formare il nostro pianeta, un processo che ha richiesto circa 50 milioni a 100 milioni di anni.
Alla fine di questa fase di formazione, un massiccio planetesimo, forse uno delle dimensioni di Marte, si schiantò sulla Terra quasi completamente formata., Il mantello roccioso del dispositivo di simulazione fu espulso in orbita e divenne la luna mentre il nucleo metallico del corpo cadde sulla Terra. Come ci si poteva aspettare, questo evento si rivelò catastrofico: sciolse completamente il pianeta appena formato. Mentre la Terra si raffreddava e si solidificava, probabilmente si formò una prima crosta basaltica.
È probabile che in questa fase la superficie della Terra assomigli all’aspetto attuale di Venere; tuttavia, nessuna di questa crosta primaria è sopravvissuta., Se affondò nel mantello in un modo simile a quello che si svolge sulla Terra o ammucchiati in masse localizzate fino a quando non era abbastanza spessa da trasformarsi in una roccia più densa e affondare rimane incerto. In ogni caso, non ci sono prove di crosta granitica sostanziale in questa fase iniziale. Prove rivelatrici di tale crosta dovrebbero essere sopravvissute sotto forma di grani sparsi dello zircone minerale, che si forma all’interno del granito ed è molto resistente all’erosione., Anche se sono stati trovati alcuni zirconi antichi risalenti a questo periodo (gli esempi più antichi provengono da rocce sedimentarie in Australia e hanno circa 4,3 miliardi di anni), questi grani sono estremamente scarsi.
Ulteriori informazioni sulla crosta iniziale provengono dalle rocce più antiche sopravvissute intatte. Queste rocce formate in profondità all’interno della crosta poco meno di quattro miliardi di anni fa e ora affiorano in superficie nel nord-ovest del Canada. Questa formazione rocciosa è chiamata Gneiss Acasta., Esempi leggermente più giovani di crosta precoce sono stati documentati in diverse località in tutto il mondo, anche se il meglio studiato di queste antiche formazioni è nella Groenlandia occidentale. L’abbondanza di roccia sedimentaria lì attesta la presenza di acqua corrente e l’esistenza di quelli che probabilmente erano veri e propri oceani durante questa remota epoca., Ma anche queste rocce straordinariamente vecchie del Canada e della Groenlandia risalgono da circa 400 milioni a 500 milioni di anni dopo l’accrescimento iniziale della Terra, una lacuna nella documentazione geologica causata, senza dubbio, da massicci impatti che hanno gravemente interrotto la crosta terrestre.
Dal record conservato nelle rocce sedimentarie, i geologi sanno che la formazione della crosta continentale è stato un processo in corso nel corso della lunga storia delle Terre. Ma la creazione di crosta non ha sempre avuto lo stesso carattere. Ad esempio, al confine tra gli eoni archeano e Proterozoico, intorno a 2.,5 miliardi di anni fa, si verifica un netto cambiamento nel disco rock. La composizione della crosta superiore prima di questa rottura conteneva costituenti meno evoluti, composti da una miscela di basalto e graniti ricchi di sodio. Queste rocce costituiscono la cosiddetta tonalite-trondjemite-granodiorite, o TTG, suite. Questa composizione differisce notevolmente dall’attuale crosta superiore, che è dominata da graniti ricchi di potassio.
Il profondo cambiamento nella composizione crostale 2,5 miliardi di anni fa sembra essere legato ai cambiamenti nel regime tettonico delle Terre., Prima di questo tempo, livelli più elevati di decadimento radioattivo producevano più calore nel pianeta. La conseguenza fu che nel precedente Archeano la crosta oceanica era più calda, più spessa e più vivace e non era in grado di essere subdotta. Invece, sotto sezioni più spesse di crosta che possono assomigliare alla moderna Islanda, la crosta più densa si sciolse e produsse le rocce ignee ricche di sodio della suite TTG.
Rocce in qualche modo simili ora si formano in alcuni luoghi come il Cile meridionale, dove i giovani subdotti della crosta oceanica., Ma queste rocce moderne, che si formano ora a causa della tettonica delle placche, sono sottilmente diverse dai loro cugini Archei più vecchi, che si sono formati da lastre che affondano sotto una spessa crosta. La tettonica a placche in stile moderno non iniziò ad operare fino al tardo Archeano (tra 3,0 miliardi e 2,5 miliardi di anni fa), quando la crosta oceanica divenne più fresca, perse la sua galleggiabilità e fu quindi in grado di affondare nuovamente nel mantello.
La tendenza iniziale del magma a formarsi con una composizione TTG spiega perché la crosta è cresciuta come una miscela di basalto e tonalite durante l’eone archeano., Grandi quantità-almeno il 50 per cento e forse fino al 70 per cento della crosta continentale-sono emerse in questo momento, con un importante episodio di crescita tra 3,0 miliardi e 2,5 miliardi di anni fa. Da quel momento, l’altezza relativa dei bacini oceanici e delle piattaforme continentali è rimasta relativamente stabile. Con l’inizio dell’eone proterozoico 2,5 miliardi di anni fa, la crosta aveva già assunto gran parte della sua attuale composizione e iniziò il moderno ciclo tettonico delle placche.
Attualmente la crosta oceanica si forma dall’eruzione di lava basaltica lungo una rete di creste medio-oceaniche che circondano il globo., Più di 18 chilometri cubi di roccia vengono prodotti ogni anno da questo processo. La lastra di crosta appena formata cavalca sopra uno strato esterno del mantello, che insieme costituiscono la litosfera rigida. La litosfera oceanica affonda nuovamente nel mantello nelle cosiddette zone di subduzione, che lasciano cicatrici evidenti sul fondo dell’oceano sotto forma di profonde trincee. In questi siti la lastra discendente di litosfera trasporta sedimenti marini umidi e basalto che si immerge nel mantello.,
Ad una profondità di circa 80 chilometri, il calore spinge l’acqua e altri componenti volatili dai sedimenti subdotti nel mantello sovrastante. Queste sostanze agiscono quindi come un flusso in una fonderia, inducendo la fusione nel materiale circostante a temperature ridotte. Il magma si fraziona, producendo andesiti, mentre il substrato più basilare probabilmente affonda nel mantello in un processo chiamato delaminazione. Il magma andesite prodotto in questo modo alla fine raggiunge la superficie, dove provoca spettacolari eruzioni esplosive. L’eruzione del Monte St. 1980, Helens è un esempio di tale cataclisma geologico. Grandi catene di vulcani-come le Ande-alimentati da volatili bollenti aggiungono in media circa due chilometri cubi di lava e cenere ai continenti ogni anno. Questa andesite fornisce il materiale sfuso dei continenti.
Ma la roccia granitica più ricca di silice, che vediamo sulla superficie dei continenti, proviene dall’interno della crosta. L’accumulo di calore in profondità all’interno della crosta continentale stessa può causare la fusione e il magma risultante alla fine migrerà verso la superficie., Sebbene parte di questo calore necessario possa provenire dal decadimento di elementi radioattivi, una fonte più probabile è il magma basaltico che sale dal più profondo del mantello e rimane intrappolato sotto il coperchio granitico; la roccia fusa agisce quindi come un bruciatore sotto una padella.
Scatti di crescita della crosta
SEBBENE IL CAMBIAMENTO PIÙ DRAMMATICO nella generazione della crosta continentale sia avvenuto alla fine dell’eone archeano, 2,5 miliardi di anni fa, i continenti sembrano aver sperimentato cambiamenti episodici durante tutto il tempo geologico., Ad esempio, considerevoli aggiunte successive alla crosta continentale si sono verificate da 2,0 a 1,7, da 1,3 a 1,1 e da 0,5 a 0,3 miliardi di anni fa. Che i continenti della Terra abbiano sperimentato un’evoluzione così punteggiata potrebbe sembrare inizialmente controintuitivo. Perché, dopo tutto, la crosta dovrebbe formarsi a scatti se la generazione di calore interno-e la sua liberazione attraverso il riciclaggio crostale-è un processo continuo?
Una comprensione più dettagliata della tettonica a placche aiuta a risolvere questo puzzle., Durante il periodo permiano (circa 250 milioni di anni fa), i principali continenti della Terra convergevano per creare un’enorme massa terrestre chiamata Pangea . Questa configurazione non era unica. La formazione di tali “supercontinenti” sembra ripetersi ad intervalli di circa 600 milioni di anni. I principali cicli tettonici che separano e uniscono i continenti sono stati documentati fin dal primo Proterozoico, e ci sono anche suggerimenti che il primo supercontinente possa essersi formato prima, durante l’Archeano.
Tali cicli tettonici su larga scala servono a modulare il tempo della crescita crostale., Quando un supercontinente si rompe a parte, crosta oceanica è al suo più antico e quindi più probabilità di formare nuova crosta continentale dopo subdotti. Mentre i singoli continenti si ricongiungono, archi vulcanici (catene curve di vulcani create vicino a zone di subduzione) si scontrano con piattaforme continentali. Tali episodi conservano nuova crosta come le rocce arco vengono aggiunti ai margini dei continenti.
Per più di quattro miliardi di anni, i continenti peripatetici si sono riuniti in attacchi e partenze da molti terrani disparati., Sepolto nell’amalgama risultante è l’ultimo testamento rimasto disponibile per la maggior parte della storia delle Terre. Quella storia, assemblata da rocce che sono come tanti pezzi confusi di un puzzle, ha preso un po ‘ di tempo per risolvere. Ma la comprensione dell’origine e dell’evoluzione della crosta terrestre è ora sufficiente a dimostrare che di tutti i pianeti la Terra appare davvero eccezionale. Da un fortunato incidente della natura the la capacità di mantenere l’attività tettonica delle placche one un pianeta da solo è stato in grado di generare le zone considerevoli di crosta continentale stabile che troviamo così conveniente per vivere.
L’AUTORE
S., ROSS TAYLOR e SCOTT M. MCLENNAN hanno lavorato insieme dal 1977 esaminando l’evoluzione della crosta terrestre. Taylor ha anche perseguito attivamente studi lunari e planetari e ha pubblicato molti libri sulla planetologia. È socio straniero dell’Accademia Nazionale delle Scienze. Taylor è attualmente presso il dipartimento di scienze della terra e marine presso l’Australian National University e il Lunar and Planetary Institute di Houston. McLennan è professore presso il dipartimento di geoscienze presso la Stony Brook University., La sua ricerca applica la geochimica delle rocce sedimentarie agli studi sull’evoluzione crostale sulla Terra e su Marte. McLennan è un membro del Mars Exploration Rover science team.