Os primeiros 1,5 bilhão de anos de evolução da Terra estão sujeitos a uma incerteza considerável devido à falta de qualquer registro de rocha significativo antes de quatro bilhões de anos atrás e um registro muito limitado até cerca de três bilhões de anos atrás. As rochas desta idade são geralmente alteradas extensivamente, tornando as comparações com as rochas modernas bastante difíceis. Em uma nova pesquisa conduzida na LSU, os cientistas encontraram evidências que mostram que os komatiitas, rocha vulcânica de três bilhões de anos encontrada dentro do manto da Terra, tinha uma composição diferente das modernas. Sua descoberta pode oferecer novas informações sobre o primeiro bilhão de anos de desenvolvimento da Terra e as primeiras origens da vida. Os resultados do trabalho da equipe foram publicados na edição de outubro de 2017 da Nature Geoscience .

A pesquisa básica veio de mais de três décadas de cientistas da LSU estudando e mapeando as montanhas de Barberton na África do Sul. A equipe de pesquisa, incluindo os professores de geologia da LSU Gary Byerly e Huiming Bao, Geologia PhD graduada Keena Kareem, e o pesquisador da LSU Benjamin Byerly, conduziu análises químicas de centenas de rochas komatiitas amostradas em cerca de 10 fluxos de lava.

"Os primeiros trabalhadores mapearam grandes áreas incorretamente, presumindo que eram correlativas à muito mais famosa Formação Komati na parte sul das montanhas. Reconhecemos esse erro e começamos um estudo detalhado das rochas para provar nossas interpretações baseadas em mapeamento, "disse Gary Byerly.

Dentro das rochas, eles descobriram minerais originais chamados olivina fresca, que foi preservado em detalhes notáveis. Embora o mineral seja raramente encontrado em rochas sujeitas a metamorfismo e intemperismo da superfície, a olivina é o principal constituinte do manto superior da Terra e controla a natureza do vulcanismo e tectonismo do planeta. Usando composições desses minerais frescos, os pesquisadores já haviam concluído que essas foram as lavas mais quentes que já explodiram na superfície da Terra, com temperaturas próximas a 1.600 graus centígrados, que é cerca de 400 graus mais quente do que as erupções modernas no Havaí.

"Descobrir olivina fresca inalterada nessas lavas antigas foi um achado notável. O trabalho de campo foi maravilhosamente produtivo e estávamos ansiosos para voltar ao laboratório para usar a química desses cristais de olivina preservados para revelar pistas do Manto Arqueano, "disse Kareem

Os pesquisadores sugerem que talvez um pedaço do oceano de magma da Terra primitiva esteja preservado em minerais de aproximadamente 3,2 bilhões de anos.

"A Terra moderna mostra pouca ou nenhuma evidência desse oceano de magma primitivo porque a convecção do manto homogeneizou amplamente as camadas produzidas no oceano de magma. Os isótopos de oxigênio nessas olivinas frescas confirmam a existência de pedaços antigos do oceano de magma congelado. Rochas como isso é muito raro e cientificamente valioso. Uma próxima etapa óbvia foi fazer isótopos de oxigênio, "disse Byerly.

Este estudo surgiu do trabalho realizado no laboratório da LSU para o estudo de isótopos de oxigênio, uma instalação de classe mundial que atrai cientistas dos EUA e de instituições internacionais para trabalho colaborativo. Os resultados do estudo foram tão incomuns que exigiu cuidado extra para ter certeza dos resultados. Huiming Bao, que também é o chefe do laboratório de isótopos de oxigênio da LSU, disse que a equipe triplicou e quadruplicou os dados, executando diferentes minerais de referência e calibrando com outros laboratórios independentes.

"Tentamos reconciliar as descobertas com algumas das explicações convencionais para lavas com composições de isótopos de oxigênio como essas, mas nada poderia explicar totalmente todas as observações. Tornou-se aparente que essas rochas preservam assinaturas de processos que ocorreram há mais de quatro bilhões de anos e que ainda não são completamente compreendidos, "disse Benjamin Byerly.

Os isótopos de oxigênio são medidos pela conversão de rocha ou minerais em um gás e medindo as proporções de oxigênio com as diferentes massas de 16, 17, e 18. Uma variedade de processos fracionam o oxigênio na Terra e no Sistema Solar, incluindo atmosférico, hidrosférico, biológico, e alta temperatura e pressão.

"Diferentes planetas em nosso sistema solar têm diferentes proporções de isótopos de oxigênio. Na Terra, isso é modificado pela atmosfera da superfície e hidrosfera, portanto, as variações podem ser devido ao manto heterogêneo (acúmulo original de detritos planetários ou remanescentes do oceano de magma) ou processos de superfície, - disse Byerly. - Qualquer um dos dois pode ser interessante de estudar. Este último porque também forneceria informações sobre a temperatura inicial da superfície da Terra e as primeiras origens da vida. "