Antichi segreti planetari nascosti sotto la superficie terrestre
La scoperta dei resti di Theia nel mantello terrestre
Recenti ricerche indicano che il mantello terrestre contiene due grandi masse, residui di Theia, l’antico pianeta la cui collisione con la Terra ha portato alla creazione della Luna. Questa scoperta offre nuove intuizioni sulla formazione della Luna e sulla storia primordiale della Terra.
• La scoperta dei resti di Theia nel mantello terrestre
• Scoperte sismiche e implicazioni
• Un approccio multidisciplinare
Negli anni ’80, i geofisici fecero una scoperta sorprendente: due masse di materiale insolito, grandi quanto continenti, furono trovate in profondità vicino al centro della Terra, una sotto il continente africano e una sotto l’Oceano Pacifico.
Ogni massa è due volte la dimensione della Luna, e le ricerche dell’ultimo decennio hanno mostrato che sono probabilmente composte da proporzioni diverse di elementi rispetto al mantello circostante.
Da dove provengono queste strane masse, formalmente note come province a bassa velocità di grandi dimensioni (LLVPs)? Un nuovo studio suggerisce che sono residui di un antico pianeta che si è scontrato violentemente con la Terra miliardi di anni fa, nello stesso impatto gigante che ha creato la nostra Luna.
Un team interdisciplinare, incluso scienziati della School of Earth and Space Exploration della Arizona State University, è stato guidato dall’ex studente dell’ASU Qian Yuan, attualmente O.K. Earl Postdoctoral Fellow al Caltech. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature , propone anche una soluzione per un altro mistero della scienza planetaria.
Da più di 20 anni, gli scienziati sanno che la Terra ha grandi masse nel suo interno, con una composizione insolita e un’origine sconosciuta. Queste strutture sono così massicce che, se poste sulla superficie terrestre, formerebbero uno strato spesso circa 100 km intorno all’intero pianeta.
Inoltre, è stato ipotizzato che la Luna sia stata creata in seguito a un impatto gigante tra la Terra e un pianeta più piccolo soprannominato Theia. Tuttavia, nessuna traccia di Theia è mai stata scoperta nella cintura degli asteroidi o nei meteoriti.
Questo nuovo studio suggerisce che la maggior parte di Theia è stata assorbita dalla giovane Terra, formando le masse LLVP, mentre i detriti residui dell’impatto si sono aggregati nella Luna.
“La Luna sembra avere materiali al suo interno rappresentativi sia della Terra pre-impatto che di Theia, ma si pensava che eventuali resti di Theia nella Terra sarebbero stati ‘cancellati’ e omogeneizzati da miliardi di anni di dinamiche (ad esempio, convezione del mantello) all’interno della Terra,” ha detto Steven Desch, professore alla School of Earth and Space Exploration dell’ASU. “Questo è il primo studio a sostenere che pezzi distinti di Theia risiedono ancora all’interno della Terra, al confine tra nucleo e mantello.”
Scoperte sismiche e implicazioni
Gli scienziati hanno scoperto per la prima volta le LLVPs misurando le onde sismiche che attraversano la Terra. Le onde sismiche viaggiano a velocità diverse attraverso materiali diversi, e negli anni ’80 sono emersi i primi indizi di variazioni tridimensionali su larga scala in profondità all’interno della struttura della Terra.
Nel mantello più profondo, il modello delle onde sismiche è dominato dalle firme di due strutture grandi quanto continenti vicino al nucleo terrestre. Sono interpretate come regioni con un contenuto insolitamente elevato di ferro, la cui densità e temperatura aumentate rallentano le onde sismiche che le attraversano, portando al nome “province a bassa velocità di grandi dimensioni”.
“Ma ora abbiamo una spiegazione per loro. Sembra che le masse della Terra siano residui di una collisione planetaria che ha formato la nostra Luna,” ha detto Ed Garnero, professore alla School of Earth and Space Exploration dell’ASU. “In altre parole, le enormi masse attualmente all’interno della Terra, profonde sotto i nostri piedi, sono extraterrestri. La Terra non solo ha ‘masse’, la Terra ha masse extraterrestri!”
Yuan, un geofisico di formazione, un giorno stava partecipando a un seminario sulla formazione dei pianeti tenuto da Mikhail Zolotov, professore all’ASU. Zolotov presentò l’ipotesi dell’impatto gigante, mentre Qian notò che la Luna è relativamente ricca di ferro. Zolotov aggiunse che nessuna traccia era stata trovata dell’impatto che deve aver colpito la Terra.
“Subito dopo che Mikhail aveva detto che nessuno sa dove si trova ora l’impatto, ho avuto un momento di ‘eureka’ e ho capito che l’impatto ricco di ferro avrebbe potuto trasformarsi in masse del mantello,” ha detto Yuan.
Un approccio multidisciplinare
Il team multidisciplinare di collaboratori ha modellato diversi scenari per la composizione chimica di Theia e il suo impatto con la Terra. Le simulazioni hanno confermato che la fisica della collisione avrebbe potuto portare alla formazione sia delle LLVPs che della Luna.
“Questo lavoro ha mostrato che le grandi masse (le LLVPs) nel mantello profondo della Terra possono essere fatte di materiali da un corpo planetario che ha impattato la proto-Terra e ha formato la Luna,” ha detto Mingming Li, professore alla School of Earth and Space Exploration dell’ASU. “Pertanto, la Luna e le masse hanno la stessa origine.”
Dato un impatto così violento, perché il materiale di Theia si è raggruppato in due masse distinte invece di mescolarsi con il resto del pianeta in formazione? Le simulazioni dei ricercatori hanno mostrato che gran parte dell’energia fornita dall’impatto di Theia è rimasta nella metà superiore del mantello, lasciando il mantello inferiore della Terra più freddo di quanto stimato dai modelli di impatto precedenti, a bassa risoluzione. Poiché l’impatto non ha completamente fuso il mantello inferiore, le masse di materiale ricco di ferro di Theia sono rimaste in gran parte intatte.
“Attraverso simulazioni di convezione del mantello, abbiamo scoperto che i materiali densi e ricchi di ferro di Theia potrebbero affondare e accumularsi alla base del mantello terrestre. Questi materiali potrebbero rimanere lì per tutta la storia della Terra di circa 4,5 miliardi di anni,” ha detto Li.
“Guardando verso l’interno, verso l’interno della Terra, invece che verso l’esterno, verso la Luna, abbiamo trovato un altro pezzo di prova della catastrofe cosmica che è l’impatto gigante che ha formato la Luna,” ha detto il coautore Travis Gabriel, dello U.S. Geological Survey.
“Lo studio pone davvero la Terra nel contesto della formazione del sistema solare interno,” ha detto il coautore Hongping Deng dell’Accademia Cinese delle Scienze. “Immaginate se riuscissimo a recuperare alcuni segnali di Theia dal mantello più profondo, potremmo capire meglio l’architettura e la composizione del sistema solare infantile senza ricorrere ai meteoriti odierni con segnali confusi.”