Il carbonio del nucleo terrestre non è nato qui. Un nuovo studio pubblicato il 9 novembre su PNAS misura una firma isotopica di -1‰ nelle lave più profonde delle Hawaii, lo stesso valore delle condriti carbonacee: meteoriti ricchi di carbonio formatisi nelle regioni esterne del Sistema Solare e precipitati sulla Terra circa 4 miliardi di anni fa.
Nelle inclusioni di fuso di Kīlauea Iki il carbonio del nucleo
La ricerca è firmata da Yves Moussallam del Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University e da Damanveer Grewal dell'Università di Yale. Gli autori hanno analizzato le inclusioni di fuso contenute nelle rocce delle eruzioni storiche hawaiane: quelle del cratere Keanakākoʻi, attive dal 1500 al 1840, e la grande eruzione del Kīlauea Iki del 1959. Sono goccioline di magma intrappolate nei cristalli di olivina prima che il degassamento vulcanico potesse alterarne la composizione originaria.
Le Hawaii sono il miglior osservatorio diretto del mantello profondo: il loro pennacchio magmatico pesca a oltre 2.900 chilometri di profondità, nel punto in cui il mantello incontra il nucleo. È lì, nelle inclusioni della fase di scudo del vulcano, che il team ha trovato qualcosa che non quadrava con i modelli classici.
Una firma a -1‰: il codice a barre dei meteoriti carbonacei
Il rapporto fra carbonio-13 e carbonio-12 (δ13C) nelle lave della fase di scudo è di -1‰ con un margine di 2, contro i -7‰ misurati nelle lave della fase ringiovanita, quelle che risalgono dalle zone più superficiali del mantello. Un divario di sei punti, che in geochimica isotopica equivale a due riserve geologicamente distinte.
Lo scarto racconta due storie. Il carbonio del mantello normale ha i numeri attesi per un pianeta formato con materiale del Sistema Solare interno. Il carbonio delle zone profonde porta invece la stessa firma pesante delle condriti carbonacee, caratterizzata da una concentrazione anomala di carbonio-13, l'isotopo con un neutrone in più nel nucleo atomico rispetto al carbonio-12 più comune.
Si tratta della prima stima osservativa della composizione isotopica del carbonio nel nucleo terrestre descritta sul paper PNAS, come sottolineano gli autori. Vincola in modo stretto anche la cronologia della consegna: i meteoriti dovevano piovere sulla Terra nelle fasi finali dell'accrescimento, prima che l'impatto gigante con Theia desse origine alla Luna e prima che il nucleo si chiudesse sopra il carbonio inglobato. Un regalo cosmico tardivo, portato dallo stesso tipo di piccoli corpi che ancora oggi sfiorano il nostro pianeta, come l'asteroide 2026 QQ8 che accompagna la Terra fino a dicembre.
Cosa cambia per i manuali di geoscienze
Per gli studenti universitari di geoscienze e astrofisica il risultato ha un'implicazione immediata. I testi di geochimica isotopica indicano da decenni il valore di -5‰ come riferimento del carbonio del mantello terrestre, un numero derivato dai diamanti peridotitici. Lo studio di Columbia e Yale propone invece due riferimenti distinti, con una differenza misurabile di sei punti fra le due riserve. Chi si prepara a un esame di petrologia o di cosmochimica dovrà fare i conti con questa nuova distinzione.
C'è anche un risvolto strumentale. La spettrometria di massa a ioni secondari (SIMS) utilizzata per le misure analizza volumi microscopici di materiale, nell'ordine dei femtogrammi di carbonio per inclusione. È la stessa tecnica che l'INGV e diverse università italiane impiegano per studiare le lave dell'Etna e dei Campi Flegrei: la scuola di geochimica italiana ha gli strumenti per replicare il metodo su altri mantelli. La sfida ora non è solo misurare, ma ripulire il segnale dal rumore, un problema che assomiglia a quello che l'intelligenza artificiale applicata alle previsioni meteo sta affrontando nei modelli a lunga scadenza.
Il prossimo passo degli autori è applicare la stessa analisi alle lave islandesi, che pescano in un secondo pennacchio profondo. Se la firma a -1‰ si ripeterà, il manuale di geochimica da riscrivere sarà uno solo. Nel frattempo, il carbonio che respiriamo oggi è arrivato in un intervallo così ristretto da far sembrare il nostro pianeta fortunato quasi quanto uno capace di sopravvivere a un super-flare solare come quello del 1859.
Domande frequenti
Cosa significa la firma isotopica di -1‰ trovata nelle lave hawaiane?
La firma isotopica di -1‰ nel rapporto fra carbonio-13 e carbonio-12 indica una composizione simile a quella delle condriti carbonacee, meteoriti ricchi di carbonio provenienti dalle regioni esterne del Sistema Solare. Questo suggerisce che parte del carbonio terrestre ha un'origine extraterrestre.
Perché le Hawaii sono considerate un osservatorio ideale per studiare il mantello profondo?
Le Hawaii presentano un pennacchio magmatico che risale da oltre 2.900 chilometri di profondità, permettendo di campionare materiale che proviene quasi direttamente dall'interfaccia tra mantello e nucleo. Questo rende possibile l'analisi di elementi primordiali e poco alterati.
Qual è l'importanza di questa scoperta per gli studenti di geoscienze?
La scoperta implica che i manuali dovranno distinguere tra due diverse riserve isotopiche di carbonio nel mantello, modificando il valore di riferimento finora usato. Chi studia geochimica dovrà quindi aggiornarsi su questi nuovi dati e considerare la presenza di carbonio di origine extraterrestre.
Come sono state effettuate le misurazioni isotopiche nelle lave hawaiane?
Le misurazioni sono state effettuate tramite spettrometria di massa a ioni secondari (SIMS), una tecnica che permette di analizzare minime quantità di carbonio intrappolate in inclusioni di magma all'interno di cristalli di olivina prima che il degassamento ne alterasse la composizione.
Quali sono le implicazioni future di questo studio per la ricerca geochimica?
Lo studio suggerisce di applicare la stessa analisi isotopica ad altre aree vulcaniche come l'Islanda, per verificare se la firma di -1‰ si ripete altrove. Ciò potrebbe portare a una revisione significativa dei modelli e dei manuali di geochimica isotopica.
