Per decenni, gli scienziati hanno teorizzato che il movimento delle placche tettoniche della Terra è guidato in gran parte dalla galleggiabilità negativa creata mentre si raffreddano. Nuova ricerca, però, mostra che le dinamiche delle placche sono guidate in modo significativo dalla forza aggiuntiva del calore prelevata dal nucleo terrestre.

Le nuove scoperte sfidano anche la teoria secondo cui le catene montuose sottomarine note come dorsali oceaniche sono confini passivi tra placche mobili. I risultati mostrano l'aumento del Pacifico orientale, la dorsale oceanica dominante della Terra, è dinamico quando il calore viene trasferito.

David B. Rowley, professore di scienze geofisiche presso l'Università di Chicago, e altri ricercatori sono giunti alle conclusioni combinando le osservazioni dell'East Pacific Rise con le intuizioni della modellazione del flusso del mantello lì. I risultati sono stati pubblicati il ​​23 dicembre in Progressi scientifici .

"Vediamo un forte supporto per contributi significativi del mantello profondo della dinamica calore-piastra nell'emisfero del Pacifico, " ha detto Rowley, autore principale del paper. "Il calore dalla base del mantello contribuisce in modo significativo alla forza del flusso di calore nel mantello e alla tettonica a zolle risultante".

I ricercatori stimano che fino a circa il 50 percento della dinamica delle placche sia guidato dal calore del nucleo terrestre e fino a 20 terawatt di flusso di calore tra il nucleo e il mantello.

A differenza della maggior parte delle altre dorsali oceaniche, l'aumento del Pacifico orientale nel suo insieme non si è spostato da est a ovest da 50 a 80 milioni di anni, anche se parti di esso si sono diffuse in modo asimmetrico. Queste dinamiche non possono essere spiegate esclusivamente dalla subduzione, un processo per cui un piatto si sposta sotto un altro o affonda. I ricercatori nelle nuove scoperte attribuiscono i fenomeni alla galleggiabilità creata dal calore proveniente dalle profondità dell'interno della Terra.

"L'East Pacific Rise è stabile perché il flusso proveniente dal profondo mantello l'ha catturato, " ha detto Rowley. "Questa stabilità è direttamente collegata e controllata dalla risalita del mantello, " o il rilascio di calore dal nucleo terrestre attraverso il mantello alla superficie.

La dorsale medio-atlantica, in particolare nell'Atlantico meridionale, può anche avere accoppiamento diretto con flusso profondo del mantello, Ha aggiunto.

"Le conseguenze di questa ricerca sono molto importanti per tutti gli scienziati che lavorano sulla dinamica della Terra, compresa la tettonica a zolle, attività sismica e vulcanismo, " ha affermato Jean Braun del Centro di ricerca tedesco per le geoscienze, che non è stato coinvolto nella ricerca.

Le forze al lavoro

Convezione, o il flusso di materiale del mantello che trasporta calore, guida la tettonica a zolle. Come previsto dalla ricerca attuale, il riscaldamento alla base del mantello riduce la densità del materiale, dandogli galleggiabilità e facendolo salire attraverso il mantello e accoppiarsi con le placche sovrastanti adiacenti all'East Pacific Rise. Il profondo galleggiamento derivato dal mantello, insieme al raffreddamento della piastra in superficie, crea un assetto negativo che insieme spiegano le osservazioni lungo l'East Pacific Rise e le zone di subduzione del Pacifico circostanti.

Un dibattito sull'origine delle forze trainanti della tettonica a zolle risale ai primi anni '70. Gli scienziati hanno chiesto:la galleggiabilità che guida le piastre deriva principalmente dal raffreddamento delle piastre in superficie? analogo al raffreddamento e al ribaltamento dei laghi in inverno? O, esiste anche una fonte di galleggiamento positivo derivante dal calore alla base del mantello associata al calore estratto dal nucleo e, se è così, quanto contribuisce ai movimenti delle placche? Quest'ultima teoria è analoga alla cottura della farina d'avena:il calore sul fondo fa aumentare la farina d'avena, e la perdita di calore lungo la superficie superiore raffredda la farina d'avena, facendolo affondare.

Fino ad ora, la maggior parte delle valutazioni ha favorito il primo scenario, con poco o nessun contributo di galleggiabilità derivante dal calore alla base. I nuovi risultati suggeriscono che il secondo scenario è necessario per tenere conto delle osservazioni, e che c'è un contributo approssimativamente uguale da entrambe le fonti di galleggiamento che guidano le piastre, almeno nel bacino del Pacifico.

"Sulla base dei nostri modelli di convezione del mantello, il mantello potrebbe rimuovere dal nucleo fino a metà del budget totale di calore convettivo della Terra, " ha detto Rowley.

Molto lavoro è stato svolto negli ultimi quattro decenni per rappresentare la convezione del mantello mediante simulazione al computer. Ora i modelli dovranno essere rivisti per tenere conto della risalita del mantello, secondo i ricercatori.

"L'implicazione del nostro lavoro è che i libri di testo dovranno essere riscritti, " ha detto Rowley.

La ricerca potrebbe avere implicazioni più ampie per la comprensione della formazione della Terra, ha detto Braun. "Ha importanti conseguenze per il bilancio termico della Terra e il cosiddetto 'raffreddamento secolare' del nucleo. Se il calore proveniente dal nucleo è più importante di quanto pensassimo, ciò implica che il calore totale originariamente immagazzinato nel nucleo è molto più grande di quanto pensassimo.

"Anche, il campo magnetico della Terra è generato dal flusso nel nucleo liquido, quindi è probabile che le scoperte di Rowley e dei coautori abbiano implicazioni per la nostra comprensione dell'esistenza, carattere e ampiezza del campo magnetico terrestre e la sua evoluzione nel tempo geologico, " ha aggiunto Braun.