Una mappa geologica del massiccio del Wadi Tayin, Ofiolite di Samail. Credito:modificato da Hanghøj et al. (2010), e Nicolas et al. (2001).
Esaminando la velocità di raffreddamento delle rocce che si sono formate a più di 10 miglia sotto la superficie terrestre, gli scienziati guidati dall'Università del Texas presso la Austin Jackson School of Geosciences hanno scoperto che l'acqua probabilmente penetra in profondità nella crosta e nel mantello superiore nelle zone di diffusione medio-oceaniche, i luoghi in cui viene prodotta la nuova crosta. La scoperta aggiunge prove a un lato di un dibattito di lunga data su come il magma del mantello terrestre si raffreddi per formare gli strati inferiori della crosta.
La ricerca è stata guidata da Nick Dygert, un borsista post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze Geologiche della Jackson School, ed è stato pubblicato a maggio nell'edizione cartacea di Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti a maggio. I collaboratori includono Peter Kelemen della Colombia University e Yan Liang della Brown University.
Il mantello terrestre è uno strato semisolido che separa la crosta del pianeta dal nucleo. Dygert ha detto che mentre è ben noto che il magma che risale dal mantello nelle zone di diffusione del medio oceano crea nuova crosta, ci sono molte domande su come funziona il processo.
"C'è un dibattito nella comunità scientifica su come si forma la crosta oceanica, " Dygert ha detto. "E i diversi modelli hanno requisiti molto diversi per i regimi di raffreddamento".
Per saperne di più sulle condizioni in cui il magma si trasforma in roccia crostale, Dygert e i suoi collaboratori hanno esaminato campioni di roccia che facevano parte del mantello terrestre cento milioni di anni fa, ma ora fanno parte di un canyon in Oman.
"Si può effettivamente camminare per 20 chilometri all'interno della Terra, " ha detto Kelemen. "Questo consente agli scienziati di accedere a rocce che si sono formate molto al di sotto del fondo marino che non sono disponibili per lo studio".
Un fumetto che illustra le diverse modalità di formazione della crosta nella crosta oceanica inferiore. Il pannello A mostra il modello del ghiacciaio Gabbro. Il pannello B mostra il modello dei davanzali in lamiera. Credito:Kathrin Faak, Laurence Coogan, Sumit Chakraborty.
Il team ha utilizzato "geotermometri", il nome di una tecnica che utilizza le composizioni minerali all'interno di campioni di roccia per calcolare le temperature e rivelare la storia del raffreddamento della roccia. I geotermometri aiutano gli scienziati a determinare le temperature sperimentate da magmi e rocce mentre si raffreddano, e dedurre quanto rapidamente si è verificato il raffreddamento. Lo studio ha incluso l'uso di un nuovo geotermometro sviluppato da Liang, che registra la temperatura massima raggiunta da una roccia prima di raffreddarsi.
"I geotermometri tradizionali di solito ti danno una temperatura di raffreddamento piuttosto che una temperatura di formazione per la roccia, "Ha detto Dygert. "Questo termometro è un nuovo strumento pulito perché ci permette di guardare una parte della storia del raffreddamento che in precedenza era inaccessibile per le rocce ignee".
Le temperature registrate nelle rocce mostrano che la crosta inferiore e il mantello superiore si sono raffreddati e si sono solidificati quasi istantaneamente, disse Dygert—come una "padella calda che viene immersa in un lavandino pieno d'acqua"—mentre il mantello più profondo si raffreddava più gradualmente. La variazione di temperatura è indicativa della circolazione dell'acqua attraverso la crosta e il mantello più superficiale al di sotto dei centri di espansione del medio oceano, e il calore dalle parti più profonde del mantello viene dissipato attraverso il contatto con le rocce superiori più fredde.
Attualmente, ci sono due teorie principali per la formazione della crosta. Nell'ipotesi del davanzale in lamiera, l'acqua di mare circolante raffredda molti piccoli depositi di magma a diverse profondità nella crosta inferiore, che raffredderebbe contemporaneamente il mantello superiore. Nell'ipotesi del ghiacciaio del Gabbro, il magma perde gradualmente calore allontanandosi da una camera magmatica centrale.
La sezione del mantello ricercata nello studio proveniva dalla sezione ofiolitica in Oman. Questa immagine raffigura una sezione di ofiolite simile dalla Bay of Islands a Terranova. Credito:Nick Dygert
Dygert ha affermato che le temperature registrate dai geotermometri corrispondevano al processo di raffreddamento del davanzale in lamiera.
"Il modello Sheeted Sill richiede un meccanismo molto efficiente per il raffreddamento perché la cristallizzazione avviene a tutte le diverse profondità all'interno della crosta allo stesso tempo, "Dygert ha detto. "E quello che siamo stati in grado di trovare implica fortemente che la circolazione idrotermale era molto efficiente in tutta la sezione crostale".
Scoprire come si forma la crosta è al centro della comprensione della storia geologica del nostro pianeta, Dyger ha detto, ma i risultati potrebbero anche avere implicazioni per il futuro del nostro pianeta. Alcuni scienziati hanno proposto di mescolare l'anidride carbonica (CO2) con l'acqua e di iniettarla nella roccia del mantello come mezzo per combattere il cambiamento climatico. La CO2 reagisce con i minerali del mantello, che blocca in modo sicuro il carbonio nelle loro strutture cristalline. Però, Dygert osserva che la roccia del mantello che è già stata esposta all'acqua di mare potrebbe non reagire così prontamente con la CO2, che rallenterebbe il processo di cattura del carbonio. Dygert ha affermato che i nuovi risultati suggeriscono che la circolazione dell'acqua sotto le dorsali oceaniche è effettivamente limitata alla sezione crostale, e che enormi sezioni del mantello potrebbero essere disponibili sotto la crosta oceanica per intrappolare efficacemente la CO2.
