Materiali

IL SILICA GLASS

A cura di Stefano Argelli

Un ricercatore della Curtin University, a Bentley, in Australia, avrebbe risolto un annoso enigma scoprendo che il vetro trovato nel Deserto Libico, in Egitto, è stato creato da un impatto di meteoriti in conseguenza di un’esplosione generatasi nell’atmosfera terrestre. La scoperta alimenterebbe gli studi sulle implicazioni di una eventuale minaccia posta dagli asteroidi. Pubblicato sulla rivista della The Geological Society of America, Geology, la ricerca ha esaminato minuscoli granelli di minerale di vetro provenienti dal Deserto Libico che si sono formati 29 milioni di anni or sono e cosparsi su diverse migliaia di chilometri quadrati nell’Egitto occidentale. Silice quasi pura, il vetro giallo canarino, denominato Silica Glass, è famoso perché, con esso é stato realizzato lo scarabeo posto al centro del pettorale del celebre Faraone Tutankhamon. Gli autori dello studio, Aaron Cavosie, dello Space Science and Technology Centre in Curtin’s School of Earth and Planetary Sciences, e Christian Koeberl, direttore del Naturhistorisches Museum Wien (Museo di Storia naturale), ritengono che i cristalli di zirconi nel vetro hanno conservato la presenza di un minerale ad alta pressione denominato reidite che si forma solo durante l’impatto di un meteorite. Cavosie precisa che è ancora oggetto di dibattito in corso il fatto che il vetro si sia formato durante l’impatto dei meteoriti o durante un’esplosione che accade quando gli asteroidi esplodono e depositano energia nell’atmosfera terrestre. Sia gli impatti di meteoriti che le esplosioni possono causare una fusione dei minerali presenti e solo gli impatti dei meteoriti creano onde d’urto che formano minerali ad alta pressione: l’aver rinvenuto tracce di reidite conferma il risultato di un impatto di meteoriti. La tesi che il vetro si sia formato durante una grande esplosione atmosferica, secondo Cavosie, ha guadagnato posizioni scientifiche dopo la drammatica esplosione atmosferica sui cieli della Russia nel 2013 la meteora di Čeljabinsk), che ha causato ingenti danni materiali e diversi feriti tra gli esseri umani, senza, però, causare la fusione dei materiali superficiali. Secondo Cavosie l’asteroide che avrebbe colpito il Deserto Libico circa 29 milioni di anni fa sarebbe classificabile come un grande “100 Mt–class airbursts“, anche se ad oggi non ci sono esempi confermati nella documentazione geologica. Gli impatti delle meteoriti sono eventi catastrofici, ma non sono comuni. Le esplosioni in atmosfera si verificano più frequentemente ma, al momento, secondo Cavosie, è lontana la possibilità di un evento tale da produrre formazione di vetro come quello del Deserto Libico.

NOTA DEL PROF. DAMIANO

Il Libyan Desert Silica Glass (o semplicemente Silica Glass, o LDSG).

Ho già scritto anni fa sull’argomento; lo riprendo qui in merito al vetro, poiché … sono una delle persone che lo ha studiato sul posto per lunghi anni.

Partiamo dal posto, dunque: è il Gran Mare di Sabbia, una delle più straordinarie aree del Sahara, nel Deserto Egiziano. Esplorato da poche spedizioni fra gli anni ’20 e ’50, le esplorazioni sono riprese negli anni ‘90 con le spedizioni da me condotte in qualità di archeologico, con e per il Centro Studi Luigi Negro di Milano (dal 1992 al 1996); fra gli scopi dell’esplorazione vi erano la survey archeologica del territorio e soprattutto risolvere il mistero del Silica Glass. Le spedizioni sono continuate autonomamente da parte del CRE da me diretto dal 1997 al 2011.E vediamo cos’è il LDSG.

Il misterioso materiale vitreo è presente solo in una ristretta area del Deserto Occidentale egiziano, al limitare della zona occidentale del Gran Mare di Sabbia; area che, limitatamente alla presenza del silica glass, ha grosso modo la forma di due anelli concentrici circolari o ellittici, e copre un diametro massimo di 50 km, per il materiale in situ. Per comprenderne la natura procederemo per passi successivi, dalla sua scoperta sino alle analisi più recenti.

L’immensa area del Deserto Occidentale nota come Gran Mare di Sabbia (Great Sand Sea, GSS), ove si trova il LDSG (© e foto archivio CRE/M. Damiano).
Il momento in cui scoprii (1992) un’area con 14 atelier di lavorazione del Silica Glass (© e foto archivio CRE/M. Damiano).

La storia.

La pietra fu nota agli abitanti preistorici dell’area, come testimoniano migliaia di manufatti neolitici eseguiti nel materiale tagliente. In epoca storica esso fu certamente noto agli oasiti, almeno in un’occasione documentata, poiché essi lo resero noto agli antichi egizi, che ne fecero uno scarabeo per un celebre pendente del tesoro di Tutankhamon (ipotizzai che si trattasse di silica proprio al rientro da una delle spedizioni, osservandolo durante una visita al museo; lo segnalai al finanziatore, G. Negro, che coinvolse De Michele; questi ottenne i permessi per analisi non distruttive, provando ciò che avevo visto: era silica). Per avere un cenno su misteriosi frammenti di vetro nella sabbia dobbiamo attendere sino all’epoca moderna: nel 1846 Hussein, una guida che cercava una pista che congiungesse lo Uaddai (un regno del Chad centro-orientale) al Cairo via Libia-oasi egiziane, partì dall’oasi di Khufra, in Libia, seguì per quattro giorni di marcia un’antica pista che poi svaniva sotto la sabbia; Hussein dovette tornare indietro ma, sulla sabbia, notò del vetro, pensando erroneamente che fosse stato lasciato dalle antiche carovane. Il silica glass fu poi scoperto per il mondo scientifico nel corso delle prime esplorazioni dell’area da parte di P.A. Clayton, nel 1932; l’esploratore lo descrisse e gli diede il nome di Libyan Desert Silica Glass; da allora iniziò la ricerca nel tentativo di scoprire il segreto della sua origine.

Descrizione del silica glass

Queste affascinanti pietre verdi, vere gocce di pietra, lucide, trasparenti e pure, mostrano una superficie levigata per l’azione eolica, che presenta le caratteristiche forme erosive delle strutture vitree: concavità e mancanza di piani di frattura o di erosione; ciò è dovuto alla struttura molecolare amorfa, ossia priva di reticolo cristallino. La composizione del LDSG, biossido di silicio purissimo, risulta la seguente: SiO2 al 98%; seguono in ordine Al2O3, Fe2O3 + FeO, TiO2, ZrO2.

I frammenti possono avere vari gradi di purezza e aspetti diversi: i più puri appaiono assolutamente trasparenti, privi di inclusioni e di colore verde, che può andare dal tenue giallo-verdino sino al verde smeraldo; raramente si hanno concentrazioni maggiori e il verde più chiaro può essere attraversato da venature più intense di verde cupo; in qualche raro caso si trovano frammenti di un verde scuro, purissimo, di colore quasi nero. Ci sono poi i frammenti con inclusioni: le più comuni sono quelle di bolle d’aria createsi nelle zone superficiali dell’area in ebollizione; tali bolle d’aria possono apparire come semplici sferule biancastre o trasparenti, isolate o in piccole serie all’interno del silica, oppure come ammassi di diversa consistenza, sino a formare dei blocchi detti di “silica bianco” per il suo aspetto, privo di trasparenza e interamente occupato da piccole bolle gassose. Quanto ad inclusioni estranee, le più comuni sono delle piccole sferule bianche, ben distinguibili dalle bollicine trasparenti; si tratta delle sferule di cristobalite; quest’ultima è una forma del quarzo che si crea a 1470°C, ed è cubica; le fere di cristobalite sono spesso alternate alle sferule trasparenti, formate dal gas al momento della formazione. Da quanto abbiamo visto sopra, deriva il fatto che la sua composizione pura (biossido di silicio al 98%) e la struttura non cristallina ne fanno un tipo di vetro naturale, ovviamente non cristallino, che esiste solo in quest’area del pianeta.

Il mistero delle sue origini e la natura del silica glass

L’origine di questa pietra verde è stato uno dei più grandi misteri di quest’area del Gran Mare di Sabbia e della geologia; le ipotesi proposte negli anni furono diverse:

  1. un’origine terrestre, sedimentaria;
  2. l’impatto di un meteorite sulla sabbia.
  3. fenomeni geologici ancora ignoti;
  4. l’esplosione di una cometa in quota.

Salto tutti gli argomenti pro e contro gli altri e vado alle conclusioni delle analisi fatte da De Michele: l’esplosione di una cometa in quota. Tale ipotesi fu sviluppata sin dal 1992 da Vincenzo de Michele, già direttore della sezione mineralogica e petrografica del Museo di Storia Naturale di Milano. De Michele, specialista in mineralogia e petrografia, negli ultimi vent’anni si è occupato in particolare di tectiti, ossia corpi creati da impatti meteorici o cometari. Negli ultimi anni si è occupato in particolare del problema dell’origine del silica glass; vediamo dunque qual è la differenza fra meteoriti e comete in caso d’impatto: le meteoriti hanno determinate composizioni (in genere di Fe-Ni), che possono variare, ma che hanno la caratteristica di una notevole compattezza; quando queste entrano nell’atmosfera i materiali si infiammano creando le “stelle cadenti” (in genere quelle che vediamo hanno dimensioni minuscole che vanno dal granello di sabbia a pochi centimetri, sufficienti per l’immensa fiammata). La cometa ha composizione ben diversa, essendo sostanzialmente una nube di gas e ghiaccio che circonda un nucleo più denso definibile con la celebre semplificazione di “palla di ghiaccio sporca”. L’impatto cometario è dunque ben diverso, poiché la densità è immensamente minore. Dagli studi di de Michele e dalle analisi fatte effettuare a Pisa (tra cui il bombardamento radioattivo, da cui il silica si è “raffreddato” mesi dopo) si è potuta stabilire la temperatura di fusione, superiore a 4700°C, e la composizione (SiO2 al 98%); dai calcoli di de Michele solo un impatto cometario contro l’atmosfera, e la successiva ondata di calore nell’area sottostante, avrebbero potuto creare questo effetto e questa composizione, in cui il silica è praticamente privo di elementi estranei alla composizione originaria della sabbia. In pratica, l’effetto è quello del pistone (la cometa) nel cilindro (l’atmosfera) e del successivo scoppio, con in più la fusione di ciò che c’era sotto (la sabbia). Un impatto meteorico avrebbe creato un cratere, sparso i materiali per chilometri intorno e soprattutto avrebbe creato materiali di tutt’altra composizione, contenendo sia i minerali del corpo meteorico, sia quelli rocciosi portati in superficie dall’impatto diretto contro il suolo. Nel caso del LDSG invece la purezza del vetro appoggia la teoria di de Michele, rafforzata dalla presenza di rare inclusioni di cristobalite, che da alcuni ricercatori erano state scambiate per presenze di materiale organico, sviando la ricerca verso la teoria sedimentaria. Al di là delle teorie, rimangono alcuni fatti certi: il primo è che il LDSG fu creato per fusione ad una temperatura superiore ai 4700° C; inoltre, le spedizioni Negro/Damiano hanno registrato i giacimenti, pesato i reperti presi su aree ben definite, disegnato i confini delle aree di distribuzione; al termine del lavoro, posizionando sulla carta i siti con presenza di LDSG, la loro distribuzione e la quantità di LDSG in ogni sito, ciò che è apparso sulla carta è un anello di massima concentrazione circondato da un secondo anello di concentrazione minore: sono i resti della periferia dell’antico punto di impatto. De Michele ha dunque ricostruito l’evento come segue: fra i 28 e i 29 milioni di anni fa l’impatto di una cometa contro l’atmosfera, a una quota compresa fra i 9.000 e i 12.000 metri di altezza, provocò un’immensa ondata di calore, dell’ordine delle centinaia di migliaia di gradi, che avrebbe fuso le sabbie sottostanti. Si creò quindi un immenso lago di quarzo fuso che, raffreddandosi rapidamente (entro pochi giorni), dovette creare uno degli spettacoli più incredibili del pianeta: un’area del raggio 50 Km interamente di vetro. Milioni di anni di erosione da parte degli agenti esogeni hanno frammentato l’immensa lastra dando i frammenti odierni che vanno dai più piccoli, di pochi grammi, al più grosso conosciuto, pesante 23 kg. (scoperto da Samir Lama e donato a Theodore Monod, è stato da questi donato al Museo di Storia Naturale di Parigi, ove si trova esposto). Questo materiale, più raro dei diamanti, si trova solo in quest’area del Sahara, e in nessun altro luogo al mondo; campioni ne esistono in pochi musei di Storia Naturale.

Reperti in Silica Glass; le tre gemme in basso sono state tagliate da frammenti grezzi dal petrografo della spedizione a titolo sperimentale (© e foto archivio CRE/M. Damiano).

Archeologia e cartografia

Dal punto di vista archeologico, le spedizioni di cui sopra hanno scoperto decine di laboratori in cui l’uomo neolitico lavorava la pietra verde. Sulla scia delle spedizioni realizzai fra il 1992 e il 1994 la carta dettagliata dell’area, poi perfezionata sino al 2011; essa comprende le formazioni geologiche, la posizione dei siti archeologici e delle dune; la carta, la prima dell’area che non sia schematica e che si spinga verso ovest, che contenga i dettagli e possa essere usata per la navigazione a vista, è stata basata sulle foto da satellite e sui dati raccolti a terra e realizzata da M. Damiano; è stato da questa carta che, completata con la posizione dei siti con silica glass in situ, si è vista apparire la forma del doppio anello d’impatto.

Il celebre scarabeo di Tutankhamon; che era classificato come “calcedonio verde”; di ritorno da una spedizione di due mesi nel GSS, al lavoro sul Silica Glass, guardando il gioiello nella sua vetrina dissi al finanziatore della spedizione, Giancarlo Negro, che mi sembrava Silica Glass; riferitolo a Vincenzo de Michele, petrografo del Museo di Storia Naturale di Milano ed espero della spedizione, chiese i permessi per analisi non invasive che, mesi dopo, confermarono ciò che i miei occhi avevano suggerito: Silica Glass. Ciò prova che le spedizioni degli Egizi (oasiti) si spingevano nel cuore del GSS e oltre, probabilmente sino a Gebel Awenat e il Chad (© e foto archivio CRE/M. Damiano). 

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