Piccoli cristalli catturano milioni di anni di storia delle catene montuose: un geologo scava l'Himalaya con un microscopio

L'Himalaya sta come La catena montuosa più alta della Terra, forse il più alto di sempre.Come si è formato?Perché è così alto?

Potresti pensare che comprendere le grandi catene montuose richieda grandi misurazioni, forse immagini satellitari su decine o centinaia di migliaia di miglia quadrate.Sebbene gli scienziati utilizzino certamente i dati satellitari, molti di noi, me compreso, studia la più grande delle catene montuose affidandoti alla più piccola delle misurazioni in minuscoli minerali che crebbe con la formazione della catena montuosa.

Questi minerali si trovano in rocce metamorfiche – rocce trasformate dal calore, dalla pressione o da entrambi.Una delle grandi gioie nello studio delle rocce metamorfiche risiede nel microanalisi dei loro minerali.Con misurazioni su scale inferiori allo spessore di un capello umano, possiamo svelare l’età e le composizioni chimiche nascoste all’interno di minuscoli cristalli per comprendere i processi che si verificano su scala colossale.

Misurazione degli elementi radioattivi

I minerali contenenti elementi radioattivi sono di particolare interesse perché questi elementi, chiamati genitori, decadono a velocità note per formare elementi stabili, chiamati figlie.Di misurare il rapporto tra genitore e figlia, possiamo determinare quanti anni ha un minerale.

Con la microanalisi possiamo persino farlo misurare età diverse in diverse parti di un cristallo per determinare diversi stadi di crescita.Collegando la chimica delle diverse zone all’interno di un minerale agli eventi della storia di una catena montuosa, i ricercatori possono dedurre come è stata assemblata la catena montuosa e quanto velocemente.

Il mio gruppo di ricerca e io abbiamo analizzato e immaginato a singolo granello di monazite metamorfica dalle rocce che abbiamo raccolto nella regione dell'Annapurna, nel Nepal centrale.Sebbene sia lungo solo 0,07 pollici (1,75 mm), questo è un cristallo gigantesco per gli standard dei geologi: circa 30 volte più grande dei tipici cristalli di monazite.L’abbiamo soprannominato “Mozilla”.

Utilizzando un Microanalizzatore con sonda elettronica, abbiamo raccolto e visualizzato dati sulla concentrazione di torio – un elemento radioattivo, simile all'uranio – nel cristallo.I colori mostrano la distribuzione del torio, dove il bianco e il rosso indicano concentrazioni più elevate, mentre il blu e il viola indicano concentrazioni più basse.I numeri sovrapposti all'immagine rappresentano l'età in milioni di anni.

La datazione con piombo torio misura il rapporto tra il torio genitore e il piombo figlia;questo rapporto dipende dalla velocità di decadimento del torio e dall’età del cristallo.Vediamo che nel campione sono presenti due zone diverse:un nucleo di circa 30 milioni di anni con alte concentrazioni di torio e un bordo informe di circa 10 milioni di anni con basse concentrazioni di torio.

Cosa significano queste età?

Come l'indiano placca tettonica si spinge verso nord nell'Asia, le rocce vengono prima sepolte in profondità, poi spinte verso sud su enormi faglie.Questi difetti sono attualmente responsabile per alcuni dei terremoti più catastrofici del nostro pianeta.Ad esempio, nel 2015, la magnitudo 7.8 Terremoto di Gorkha nel Nepal centrale si innescarono frane che cancellarono la città di Langtang, dove avevo lavorato circa una dozzina di anni prima.Si stima che lì morirono 329 persone e solo 14 sopravvissero.

Le nostre analisi chimiche di questo cristallo di monazite e dei campioni vicini indicano che queste rocce erano sepolte in profondità sotto le faglie di spinta, causandone la parziale fusione e la formazione del nucleo di monazite di circa 30 milioni di anni.Circa 10 milioni di anni fa, le rocce furono trasportate su un'importante faglia di spinta, formando il bordo della monazite.Questi dati mostrano che la costruzione delle catene montuose richiede molto tempo – almeno 30 milioni di anni, in questo caso – e che le rocce sostanzialmente le attraversano.

Studiando le rocce in altri luoghi, possiamo tracciare il movimento di queste spinte e comprendere meglio le origini dell'Himalaya.