Nuove simulazioni dell'astenosfera terrestre hanno scoperto che il ciclo convettivo e il flusso guidato dalla pressione possono a volte far sì che lo strato di mantello più fluido del pianeta si muova ancora più velocemente delle placche tettoniche che lo cavalcano.

Questa è una conclusione di un nuovo studio dei geofisici della Rice University che ha modellato il flusso nello strato di mantello spesso 100 miglia che inizia alla base delle placche tettoniche della Terra, o litosfera.

Lo studio, che è disponibile online nella rivista Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti , prende di mira una questione molto dibattuta in geofisica:cosa guida il movimento delle placche tettoniche della Terra, le 57 lastre ad incastro della litosfera che scivolano, macinare e urtare l'uno contro l'altro in una danza sismica che provoca terremoti, costruisce continenti e rimodella gradualmente la superficie del pianeta ogni pochi milioni di anni?

"Le placche tettoniche galleggiano sopra l'astenosfera, e la teoria principale degli ultimi 40 anni è che la litosfera si muova indipendentemente dall'astenosfera, e l'astenosfera si muove solo perché le placche la trascinano, " ha detto la studentessa laureata Alana Semple, co-autore principale del nuovo studio. "Le osservazioni dettagliate dell'astenosfera da un gruppo di ricerca Lamont hanno restituito un quadro più sfumato e hanno suggerito, tra l'altro, che l'astenosfera ha una velocità costante al suo centro ma sta cambiando velocità alla sua sommità e alla sua base, e che a volte sembra fluire in una direzione diversa dalla litosfera."

La modellazione computazionale svolta alla Rice offre un quadro teorico che può spiegare queste sconcertanti osservazioni, disse Adrian Lenardic, un coautore dello studio e professore di Terra, scienze ambientali e planetarie alla Rice.

"Abbiamo mostrato come queste situazioni possono verificarsi attraverso una combinazione di flusso guidato da placche e pressione nell'astenosfera, "ha detto. "La chiave è stata rendersi conto che una teoria sviluppata dall'ex postdoc della Rice Tobias Höink aveva il potenziale per spiegare le osservazioni di Lamont se fosse stata consentita una rappresentazione più accurata della viscosità dell'astenosfera. Le simulazioni numeriche di Alana hanno incorporato quel tipo di viscosità e hanno mostrato che il modello modificato potrebbe spiegare le nuove osservazioni. Nel processo, questo ha offerto un nuovo modo di pensare al rapporto tra litosfera e astenosfera."

Sebbene l'astenosfera sia fatta di roccia, è sottoposto a una pressione intensa che può far fluire il suo contenuto.

"La convezione termica nel mantello terrestre genera variazioni dinamiche di pressione, " Disse Semple. "La debolezza dell'astenosfera, rispetto alle placche tettoniche sopra, permette di rispondere in modo diverso alle variazioni di pressione. I nostri modelli mostrano come questo possa portare a velocità dell'astenosfera che superano quelle delle placche soprastanti. I modelli mostrano anche come il flusso nell'astenosfera può essere compensato da quello delle placche, in linea con le osservazioni del gruppo Lamont"

La litosfera oceanica si forma sulle dorsali oceaniche e scorre verso zone di subduzione dove una placca tettonica scorre sotto l'altra. Nel processo, la litosfera si raffredda e il calore dall'interno della Terra viene trasferito alla sua superficie. La subduzione ricicla il materiale litosferico più freddo nel mantello, e le correnti di raffreddamento rifluiscono nell'interno profondo.

Il modello 3D di Semple simula sia questo ciclo convettivo che l'astenosfera. Ha accreditato il Center for Research Computing (CRC) di Rice per il suo aiuto nell'esecuzione di simulazioni, alcune delle quali hanno richiesto fino a sei settimane, sul supercomputer DAVinCI di Rice.

Semple ha affermato che le simulazioni mostrano come il ciclo convettivo e il flusso guidato dalla pressione possono guidare il movimento tettonico.

"Il nostro articolo suggerisce che il flusso guidato dalla pressione nell'astenosfera può contribuire al movimento delle placche tettoniche trascinando con sé le placche, " ha detto. "Un contributo notevole viene da 'slab-pull, ' un processo guidato dalla gravità che spinge le placche verso le zone di subduzione. La trazione della lastra può ancora essere il processo dominante che muove le lastre, ma i nostri modelli mostrano che il flusso dell'astenosfera fornisce un contributo più significativo al movimento delle placche di quanto si pensasse in precedenza".