Un rapido tasso di collisione tra placche tettoniche e una giovane età (milioni di anni) sono due fattori che favoriscono lo sprofondamento della litosfera nel mantello, secondo un nuovo studio realizzato dai ricercatori dell'Istituto di Scienze della Terra Jaume Almera del Consiglio Nazionale delle Ricerche spagnolo (ICTJA-CSIC). Lo studio è stato pubblicato di recente in Rapporti scientifici .

Gli autori dello studio hanno sviluppato un nuovo modello numerico per studiare gli effetti del tasso di convergenza tra le placche tettoniche e la sua composizione sulla densità del mantello litosferico favorendone o evitandone l'affondamento durante i processi di subduzione o delaminazione.

"Il modello progettato in questo studio fornisce un quadro metodologico per comprendere la stabilità della litosfera durante la convergenza delle placche tettoniche, " disse Kittiphon Boonma, dottorato di ricerca studente del progetto SUBITOP presso ICTJA-CSIC e primo autore dello studio.

La litosfera è lo strato rigido più esterno della Terra che comprende la crosta e il mantello superiore, formando le placche tettoniche. Queste placche galleggiano e si muovono sull'astenosfera, uno strato più denso e viscoso del mantello sublitosferico. Nelle aree in cui le placche convergono, uno dei piatti affonda sotto l'altro, spingendosi nel mantello sublitosferico. Questo sarebbe il caso tipico delle zone di subduzione della litosfera oceanica. Un'altra possibilità è che, nelle zone di collisione continentale, il mantello litosferico di una delle placche si separa ("stacca") dalla crosta e sprofonda nell'astenosfera in un processo noto come delaminazione. Entrambi i processi sono sensibili alla densità del mantello litosferico che, allo stesso tempo, dipende dalla pressione, temperatura e composizione chimica o, che è lo stesso, del tasso di convergenza e dell'età della litosfera.

"Le nostre simulazioni combinano la composizione litosferica per diverse età delle placche con un ampio spettro di tassi di collisione delle placche per capire cosa determina la galleggiabilità positiva o negativa della litosfera, " disse Daniel García-Castellanos, ricercatore presso ICTJA-CSIC e coautore dello studio.

"Il principale progresso del nostro lavoro è l'analisi della dipendenza della galleggiabilità del mantello litosferico dalle variazioni di densità risultanti dall'equilibrio avvezione-diffusione considerando un'ampia gamma di tassi di convergenza tettonica e diverse composizioni chimiche del mantello litosferico, " disse Kittiphon Boonma.

I ricercatori hanno eseguito diverse simulazioni con il nuovo modello considerando tre diversi tipi di litosfera continentale, con una fascia di età compresa tra 2,5 Ga e 1 Ga anno, e due litosfere oceaniche di 120 e 30 milioni di anni. Hanno preso in considerazione sei diversi tassi di convergenza tra 1 e 80 mm/anno. Le simulazioni avevano lo scopo di osservare l'effetto dei diversi tassi di collisione e composizioni sulla densità del mantello litosferico.

"Nei processi di subduzione o di collisione continentale, ci sono due effetti opposti che influenzano la densità del mantello. La densità aumenta a causa dell'aumento della pressione ma, allo stesso tempo, tende a diminuire per l'aumento di temperatura prodotto dalla profondità. La predominanza di uno di questi due effetti dipenderà dalla velocità di convergenza. Inoltre, la densità del mantello dipende anche dalla sua stessa composizione chimica ed è stato osservato che diminuisce con l'età, " spiega Manel Fernández, coautore dello studio.

I risultati del modello hanno mostrato che il mantello litosferico continentale più antico e più spesso (Archon) era meno denso dell'astenosfera ed evitava l'affondamento. A tassi di convergenza bassi e moderati, i ricercatori hanno scoperto che gli altri due tipi di mantello litosferico continentale sono passati da sprofondante a rimanere stabili a causa dei loro spessori più sottili e della perdita di densità indotta dagli aumenti di temperatura dovuti alla profondità. Scorso, i due diversi tipi di litosfera oceanica affondavano sempre, qualunque fosse il tasso di convergenza applicato, a causa della loro maggiore densità derivata dalla sua composizione.

"Secondo questi risultati, più veloce è il tasso di convergenza tra due continenti, maggiore è la probabilità che uno di essi si delamina o sprofonda verso il mantello, " spiega Daniel García-Castellanos.

"I risultati suggeriscono una spiegazione sul perché le placche giovani spesso sprofondano facilmente nel mantello, essendo riciclati nel mantello mentre i cratoni (regioni continentali più antiche) sembrano resistere meglio ai cambiamenti delle forze tettoniche durante l'evoluzione della Terra e sono meno inclini a subdure o delaminare, ", ha detto García-Castellanos.