Strato nascosto di roccia fusa trovato sotto le placche tettoniche della Terra

Jun 16, 2023

I ricercatori hanno rilevato uno strato precedentemente sconosciuto di roccia parzialmente fusa sotto la crosta terrestre.

La scoperta potrebbe aiutare gli scienziati a saperne di più sui movimenti delle placche tettoniche della Terra, che non solo creano montagne e terremoti, ma contribuiscono anche a formare ambienti con le giuste condizioni chimiche e fisiche per sostenere la vita sulla Terra primordiale.

Lo strato più esterno del nostro pianeta è la crosta, su cui viviamo, e sotto di essa si trovano il mantello, il nucleo esterno e il nucleo interno. Gli oceani e i continenti del mondo si trovano su 15 grandi blocchi che si muovono e si spostano, chiamati placche tettoniche, che costituiscono la crosta inferiore e il mantello superiore.

Lo strato fuso appena identificato si trova a 100 miglia (161 chilometri) sotto la superficie terrestre. Questo strato fa parte dell'astenosfera, che si trova sotto le placche tettoniche. L'astenosfera esiste come uno strato morbido di roccia solida ma malleabile che può causare il movimento e lo spostamento delle placche tettoniche.

I ricercatori si sono chiesti quali siano i fattori che rendono l’astenosfera morbida e hanno considerato le rocce fuse parte dell’equazione. Anche se l’interno della Terra è in gran parte solido, le rocce possono spostarsi e muoversi lentamente nel tempo.

Junlin Hua, ricercatore post-dottorato presso la Jackson School of Geosciences dell'Università del Texas ad Austin, stava studiando le immagini sismiche del mantello terrestre situato sotto la Turchia per la sua ricerca di dottorato quando ha notato segni di roccia parzialmente fusa. Ha iniziato il suo lavoro nel 2020 mentre era studente di dottorato presso la Brown University.

Gli scienziati avevano precedentemente individuato parti di questo strato roccioso e pensavano che si trattasse di un'anomalia, ma Hua e i suoi colleghi ricercatori hanno trovato prove che avesse una presenza più ampia.

Il gruppo di ricerca ha confermato che l'astenosfera è composta sia da roccia solida che da roccia fusa e che, anche se la roccia successivamente è parzialmente fusa, non contribuisce al movimento delle placche né ne facilita il movimento.

"Quando pensiamo a qualcosa che si scioglie, pensiamo intuitivamente che la fusione debba svolgere un ruolo importante nella viscosità del materiale", ha detto Hua. "Ma quello che abbiamo scoperto è che anche dove la frazione di fusione è piuttosto elevata, il suo effetto sul flusso del mantello è molto minore."

Nel mantello, la convezione, o trasferimento di calore, avviene quando il materiale caldo e meno denso sale e il materiale più freddo e denso affonda. I ricercatori ritengono che la presenza di rocce solide e la convezione contribuiscano al movimento delle placche.

La sfida principale nello studio degli strati interni della Terra è la raccolta dei dati perché la maggior parte di essi può essere raccolta solo in superficie ed è difficile campionare direttamente l'interno del pianeta, ha detto Hua.

"Pertanto, gli scienziati hanno utilizzato le onde sismiche generate dai terremoti che viaggiano attraverso l'interno della Terra per studiare la velocità di viaggio delle onde sismiche in questi strati interni, in modo simile alle scansioni TC in ospedale", ha detto Hua.

Ha raccolto più di 700 immagini prese da rilevatori sismici in tutto il mondo e ha creato una mappa globale dell'astenosfera.

Analizzando i dati, Hua ha visto come le onde sismiche si muovevano attraverso i diversi materiali sotto la crosta terrestre, compresi i cambiamenti di velocità, direzione e tempo di arrivo nei siti di rilevamento. La presenza di fusione nello strato parzialmente fuso ha fatto sì che le onde sismiche si muovessero più lentamente.

La roccia fusa è apparsa nelle letture sismiche nelle aree in cui l'astenosfera ha raggiunto le temperature più alte, circa 2.640 gradi Fahrenheit (1.450 gradi Celsius).

Hua è l'autore principale di uno studio che dettaglia i risultati, pubblicato lunedì sulla rivista Nature Geoscience.

"Questo studio è fondamentale per capire perché l'astenosfera - lo strato debole del mantello sotto le placche tettoniche che consente alle placche di muoversi - è in realtà debole", ha detto la coautrice dello studio Karen M. Fischer, illustre professore di scienze geologiche alla Brown University, in una dichiarazione.

“In definitiva, fornisce la prova che altri fattori come le variazioni di temperatura e pressione possono controllare la forza dell’astenosfera e renderla abbastanza debole da rendere possibile la tettonica a placche”.