Contrariamente ai poster che potresti aver visto appesi alle pareti negli edifici scientifici e nelle aule, Lijun Liu, professore di geologia all'Illinois, sa che l'interno della Terra non è come una cipolla.

Mentre la maggior parte dei libri di testo mostra la superficie esterna della Terra come la crosta, il livello interiore successivo come il mantello, e poi lo strato più interno come nucleo, Liu ha detto che la realtà non è così netta.

"Non è solo a strati, perché l'interno della Terra non è stazionario, " ha detto Liù.

Infatti, sotto i nostri piedi c'è un'attività tettonica di cui molti scienziati sono stati a conoscenza, ma Liu e il suo team hanno creato un modello al computer per aiutare a spiegarlo meglio, un modello così efficace che i ricercatori ritengono che abbia il potenziale per prevedere dove si verificheranno terremoti e vulcani.

Utilizzando questo modello, Liu, insieme allo studente di dottorato Jiashun Hu, e Manuele Faccenda dell'Università di Padova in Italia, ha recentemente pubblicato un articolo di ricerca sulla rivista di Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti che si concentra sul mantello profondo e sulla sua relazione con la tettonica a zolle.

"È risaputo che la tettonica a zolle guida l'evoluzione della Terra, ma esattamente come funziona questo processo non è del tutto chiaro, " Egli ha detto.

Liu e Hu hanno esaminato specificamente il continente sudamericano per determinare quali fattori tettonici contribuiscono alla deformazione, o l'evoluzione, del mantello.

Per rispondere a questa domanda, il team ha creato un modello incentrato sui dati utilizzando il supercomputer Blue Waters presso il National Center for Supercomputing Applications dell'Illinois. I sofisticati modelli geodinamici a quattro dimensioni orientati ai dati sono tra i primi nel loro genere.

"Siamo in realtà i primi ad utilizzare modelli di assimilazione dei dati nello studio della deformazione del mantello, in un approccio simile alle previsioni del tempo, " Liu ha detto. "Stiamo cercando di produrre un modello di sistema che soddisfi contemporaneamente tutte le osservazioni che abbiamo. Possiamo quindi ottenere una migliore comprensione dei processi dinamici dell'evoluzione della Terra".

Mentre ci sono molti dibattiti su come è guidata l'evoluzione interna della Terra, il modello creato dal team sembrava trovare una risposta che si adattasse meglio alle osservazioni disponibili e alla fisica sottostante. Il team ha scoperto che la lastra in subduzione, una porzione della placca oceanica che scorre sotto una placca continentale, è la forza trainante dominante dietro la deformazione del mantello.

Essenzialmente, la subduzione attiva della lastra determina la maggior parte degli altri processi che avvengono come parte di una reazione a catena. "Il risultato è rivoluzionario. La forza trainante del flusso del mantello è in realtà più semplice di quanto si pensasse, Liu ha detto. "E 'la conseguenza più diretta della tettonica a zolle. Quando la lastra subduce, controlla naturalmente tutto ciò che lo circonda. In un certo senso questo è elegante, perché è semplice".

Comprendendo questo meccanismo dell'evoluzione della Terra, il team può fare previsioni migliori per quanto riguarda il movimento del mantello e della litosfera, o crosta.

Il team ha quindi valutato le previsioni del modello utilizzando altri dati. Hu, l'autore principale dell'articolo, ha affermato che confrontando le previsioni con attività tettoniche come la formazione di montagne e vulcani, è emersa una chiara coerenza.

"Pensiamo che la nostra storia sia corretta, "Ha detto Hu.

Di conseguenza, il modello fornisce anche interessanti spunti sull'evoluzione dei continenti fin dal Giurassico, quando i dinosauri vagavano per la Terra su Pangea, l'unico continente in quel momento. Questa è ancora la ricerca in corso del team.

Liu ha detto che in un articolo separato che utilizza la stessa simulazione, pubblicato da Liu e Hu in Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti nel 2016, il modello ha fornito una previsione accurata del motivo per cui i terremoti si verificano in determinate località al di sotto del Sud America. Ha spiegato che i terremoti non sono distribuiti uniformemente all'interno della lastra in subduzione, il che significa che ci sono potenzialmente aree in cui è più o meno probabile che si verifichi un terremoto.

"Abbiamo scoperto che ogni volta che si vede una mancanza di terremoti in una regione, corrisponde a un foro nella lastra, " Liu ha detto. "A causa della lastra mancante nel foro, non c'è modo di generare terremoti, così potremmo essere in grado di sapere dove si verificheranno altri terremoti".

Il modello ha anche spiegato perché alcuni vulcani potrebbero esistere più nell'entroterra e avere composizioni diverse, nonostante il pensiero comune che i vulcani dovrebbero esistere esclusivamente lungo la costa, a causa dell'acqua che fuoriesce dalla lastra discendente. Come il modello aiuta a spiegare, un vulcano può formarsi nell'entroterra se la lastra subduce con un angolo più basso, e un foro nella lastra poco profonda consente la formazione di un tipo speciale di magma mediante fusione della crosta.

"In definitiva questo modello fornirà un modo promettente per risolvere la questione di come e perché i continenti si muovono in quel modo, Liu ha detto. "La risposta dovrebbe dipendere da ciò che sta facendo il mantello. Questo è un modo per comprendere molto meglio l'evoluzione della Terra".

Il team sta attualmente espandendo il modello per analizzare l'intero globo.

"Non vediamo l'ora di ottenere risultati più entusiasmanti, " ha detto Liù.