Orologi atomici fatti di cristalli di zircone frantumati possono datare gli impatti degli asteroidi
La struttura d’impatto di Chicxulub nella penisola dello Yucatán, in Messico, si formò 66 milioni di anni fa e scatenò l’estinzione di massa del Cretaceo–Paleogene, durante la quale furono spazzate via tre quarti delle forme viventi nella Terra. Questo è l’unico esempio consolidato di una relazione causa-effetto tra un impatto e un’estinzione di massa, ma rimane la possibilità che altri grandi impatti possano aver innescato altre estinzioni. Una datazione accurata e precisa dei grandi crateri può contribuire alla nostra comprensione della relazione tra impatti ed eventi di estinzione di massa. Il progetto Crater Chron, finanziato dall’UE, sfrutta i recenti progressi della nostra conoscenza sul modo in cui lo zircone minerale (ZrSiO4) sia in grado di registrare l’età di un evento di impatto, offrendo una migliore comprensione di quando sia avvenuto l’impatto e cosa ne sia derivato. «Siamo riusciti a stabilire una prassi relativamente standard per determinare l’età di un evento di impatto», spiega il ricercatore principale, Gavin Kenny, attivo presso il Regio Museo svedese di Storia naturale. Kenny ha ricevuto il sostegno di una borsa di studio individuale Marie Skłodowska-Curie. Una delle scoperte del progetto proviene dall’integrazione dei nuovi dati uranio-piombo (U-Pb) dello zircone con i dati precedenti ricavati da un’altra tecnica di datazione, la datazione argon-argon, o Ar/Ar. Come spiega Kenny, «la datazione Ar/Ar è uno strumento potente per la datazione degli impatti ed era importante dimostrare che le due tecniche possono completarsi a vicenda per offrire una storia più completa di un evento di impatto, nonché del raffreddamento di un cratere da impatto, decine o centinaia di migliaia di anni dopo l’impatto.»
Tecniche combinate per un quadro più chiaro
Studiando il cratere da impatto Lappajärvi in Finlandia, largo 23 kilometri, il progetto ha mostrato che lo zircone impattato sembra registrare più precisamente l’età dell’evento di impatto, mentre la datazione Ar/Ar registra il raffreddamento del cratere. «Capire se si è datato l’effettivo evento dell’impatto o il successivo raffreddamento della struttura è importante se si vuole correlare gli impatti con altri importanti eventi del passato della Terra, come le estinzioni di massa», aggiunge Kenny. Lo zircone impattato dalle pressioni e temperature estreme uniche degli eventi di impatto si deforma in svariati modi, tra cui la ricristallizzazione. Un grano di zircone pre-impatto, inizialmente di dimensioni pari a circa 100 micrometri (0,1 millimetri), può ricristallizzare in un ammasso di centinaia o migliaia di subgrani. Questo processo espelle piombo dal cristallo originale e di fatto resetta l’orologio uranio-piombo al momento dell’impatto. Le tecniche ad alta risoluzione spaziale possono essere applicate per analizzare le parti ricristallizzate del grano di zircone, in modo tale che sia possibile identificare la data dell’impatto.
L’impatto dell’impatto
Una migliore datazione può anche indicare una possibile sovrapposizione temporale con un evento di estinzione che può essere studiato ulteriormente, e definire quali successioni sedimentarie possono ospitare una testimonianza di un impatto nonché i suoi possibili effetti sulla biosfera. «Datare un impatto è solitamente il primo passo utile per stabilire se una determinata struttura di impatto può essere correlata ad un determinato evento di estinzione», fa notare Kenny. «Abbiamo concluso che il diametro di circa 80 km della struttura d’impatto di Morokweng in Sudafrica si formò alcuni milioni di anni prima del confine Giurassico–Cretaceo. Studi precedenti avevano suggerito una possibile sovrapposizione del confine geologico e dell’impatto, ma la datazione del confine da parte di altri ricercatori negli ultimi anni e la struttura d’impatto indicano ora che non coincidevano e quindi non potevano essere messi in relazione.»
Segreti lunari
Nel corso del lavoro, Crater Chron ha indagato gli effetti delle pressioni e delle temperature estreme su altri minerali, come l’apatite. Capire come l’apatite risponde a un impatto è importante per comprendere la storia della Luna e del sistema solare interno, perché essa è molto più comune dello zircone nelle rocce lunari. «Gli studi che datano gli impatti e l’attività vulcanica sulla Luna usano l’apatite, perciò essa è importante per comprendere come tali impatti possano aver interessato il suo orologio uranio-piombo», spiega Kenny.
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