Controversă rezolvată: este aceasta cea mai veche „bucăţică” din Terra?

Studiind atomii de plumb din cristalele de silicat de zirconiu, cercetătorii au confirmat că acestea au vârsta de 4,375 miliarde de ani (cu o eroare în plus sau în minus de 6 milioane de ani), fiind, aşadar, cele mai vechi componente minerale ale planetei, cunoscute până acum. (Planeta noastră însăşi are vârsta de 4,54 miliarde de ani.) Rezultatele au fost publicate în jurnalul Nature Geoscience.

Aceste cristale nu sunt roci; prin urmare, nu sunt cele mai vechi roci de pe Terra – acelea se află în Canada – dar sunt cele mai vechi fragmente de material mineral terestru cunoscute până în prezent.

Confirmarea vârstei acestor cristale are implicaţii uriaşe pentru ştiinţă, pentru crearea unor modele de simulare ale Pământului primitiv. 

Studii anterioare arătaseră că anumite elemente chimice prezente în cantităţi foarte mici în cele mai vechi cristale de silicat de zirconiu din regiunea Jack Hills, Australia sugerează că ele provin din roci de tip granitic, bogate în apă, precum granodiorit sau tonalit.

Asta însemna că Pământul s-a răcit rapid, devenind îndeajuns de rece pentru formarea apelor de suprafaţă şi a  rocilor de tip continental, la doar 100 de milioane de ani după coliziunea masivă care a dus la formarea Lunii, dând naştere sistemului Pământ-Lună. Aşadar, Pământul de acum 4,4 miliarde de ani ar fi fost destul de asemănător cu cel de azi, nu planeta fierbinte, inospitalieră, pe care şi-au imaginat-o mult timp oamenii de ştiinţă. Dar aceste concluzii sunt valabile numai dacă datarea cristalelor este corectă, dacă ele au într-adevăr vârsta de 4,4 miliarde de ani.

Cristalele de silicat de zirconiu – unul dintre cele mai dure minerale de pe Terra – descoperite în Australia s-au format la doar 165 de milioane de ani după formarea planetei şi au supravieţuit unui număr de evenimente geologice cu impact masiv: transportul de către cursurile de apă, îngroparea profundă în scoarţa terestră, încălzirea la temperaturi înalte, presiunea ridicată şi apoi „călătoria tectonică”  înapoi spre suprafaţa Pământului.

Geologii au sortat peste 100.000 de cristale microscopice de silicat de zirconiu, cu vârste cuprinse între 3 miliarde şi aproape 4,4 miliarde de ani. Cristalele conţin incluziuni microscopice, cum ar fi bule de gaz, care oferă informaţii asupra condiţiilor ce existau pe Terra la vremea când a apărut viaţa şi s-au format primele mase continentale.

Printre cristalele analizate, cercetătorii au descoperit 3 care s-au dovedit a fi cele mai vechi, datând de aproape 4,4 miliarde de ani. 

Vârsta lor extremă făcea însă ca, până acum, datarea să fie totuşi incertă, din cauza degradării sub influenţa radioactivităţii, la care ar fi putut fi supuse în timpul existenţei lor îndelungate. Ca urmare a acestui fapt, specialiştii se contrazic asupra vârstei reale a acestor cristale încă din 2001, de când au fost descoperite. 

Cristalele de silicat de zirconiu conţin, în mod natural, doi izotopi de uraniu; în timp, uraniul suferă fenomenul numit dezintegrare radioactivă, care duce la formare atomilor de plumb. Calculând proporţia izotopilor de plumb din cristale, plumb format prin dezintegrarea uraniului (care are loc într-un ritm constant, cunoscut), se poate calcula vârsta cristalelor. Dar dezintegrarea radioactivă dă naştere şi particulelor alfa, care pot deteriora cristalelor, creând defecte de structură ce permit infiltrarea fluidelor şi a unor elemente chimice din afară, ceea ce pune sub semnul întrebării datele obţinute de cercetători despre condiţiile din vremurile de început ale Terrei. De asemenea, uraniul şi plumbul ar putea să intre sau să iasă din cristale, ceea ce poate dăuna preciziei calculelor privind vârsta cristalelor pe baza izotopilor de plumb. Toate aceste probeleme, legate de fenomenul degradării sub influenţa radioactivităţii, au generat controversa îndelungată în jurul vârstei reale a cristalelor de silicat de zirconiu din Jack Hills.

Autorii noului studiu speră însă să pună capăt acestei controverse, arătând că deşi unele dintre cele mai vechi cruste de silicat de zirconiu din Jack Hills au suferit degradări sub influenţa radioactivităţii, atomii de plumb au rămas la locul lor.

Cercetătorii au numărat meticulos atomii de plumb în cele mai vechi cristale, cu ajutorul unei noi tehnici – sonda atomică tomografică. În interiorul cristalului, atomii de plumb rămâneau grupaţi în anumite zone supuse degradării, cu dimensiuni de doar câţiva nanometri. Această descoperire, ce arată că atomii de plumb nu părăsesc cristalul, ci se grupează în anumite zone din interiorul lor, confirmă faptul că estimarea vârstei cristalelor printr-o tehnică bazată pe uraniu şi plumb este precisă, spun cercetătorii în articolul lor. La scară mai mare, determinările pot să nu fie exacte, dar, mergând cu analiza până la nivelul atomilor individuali, aşa cum au făcut autorii noului studiu, datarea devine precisă. 

Această nouă metodă, deşi extrem de laborioasă, este foarte exactă şi va permite şi rezolvarea altor controverse legate de vârsta unor roci şi minerale foarte vechi, în cazuri în care datările de până acum se dovediseră incerte.

Sursa: Live Science / John Valley, University of Wisconsin