Il meccanismo di formazione delle montagne Adirondack nello stato di New York ha a lungo posto un mistero geologico, dicono i ricercatori di sismologia della vicina Università del Massachusetts Amherst. Alcuni sono stati proposti, ma fino a poco tempo fa non esistevano strumenti per valutarli, dicono il borsista Xiaotao Yang e l'assistente professore Haiying Gao.

Ora, utilizzando un metodo di imaging sismico avanzato e dati disponibili solo negli ultimi cinque anni, hanno costruito un modello dettagliato della placca tettonica - la crosta e il mantello più rigido della litosfera sotto il nord-est degli Stati Uniti - fino a circa 62 miglia (100 km), in cui hanno scoperto un "cuscino" di bassa densità, materiale roccioso relativamente leggero. Dicono che una colonna di questo materiale più leggero sembra essersi schiacciata sotto gli Adirondack, eventualmente espanso dal calore, per formare le montagne a forma di cupola.

"Per la prima volta, abbiamo alcune prove dirette di strutture sotto le montagne Adirondack, e mostriamo che questa caratteristica e un periodo passato di elevazione sono collegati a una scala molto più ampia, situazione regionale, " dice Yang.

"Proponiamo che i processi geologici abbiano innescato il flusso di questa densità inferiore, materiale a bassa velocità relativamente leggero e galleggiante da un grande serbatoio in una frattura o in uno spazio vuoto e lì si accumulava in una colonna e veniva sollevato. Potrebbe anche essere stato caldo ed espanso termicamente." I dettagli appaiono nella rivista dell'American Geophysical Union, Lettere di ricerca geofisica .

Un modo in cui i ricercatori possono differenziare questo cuscino e questa colonna di materiale anomalo è misurando la velocità delle onde sismiche che viaggiano attraverso la Terra, Yang spiega. "Le onde sismiche viaggiano più lentamente attraverso la bassa densità, materiale a bassa velocità rispetto alle rocce circostanti."

Lui e Gao hanno mappato questo materiale a bassa velocità a circa 31-52 miglia (50-85 km) sotto le montagne Adirondack. "Queste caratteristiche a bassa velocità potrebbero essere il risultato dell'innalzamento dell'astenosfera, uno strato debole sotto la litosfera, " notano i ricercatori. "La forza verso l'alto del flusso astenosferico ascendente, insieme a possibili dilatazioni termiche, potrebbe aver fornito il meccanismo che ha formato le montagne Adirondack."

La domanda su come si siano formate le diverse montagne esiste da molti anni, Yang dice, e per caratteristiche molto grandi come 1, Catena montuosa degli Appalachi di 500 miglia, i processi di collisione dei bordi delle placche tettoniche sono relativamente ben compresi. Ma per le montagne che giacciono interamente all'interno di una placca tettonica abbastanza stabile, conosciute come montagne intercratoniche, meccanismi di sollevamento che non sono legati ai confini, sono meno chiare.

"Vogliamo saperne di più sulla formazione di questo tipo di montagne, " Yang dice. "Prima di questo studio, sospettavamo che il piatto venisse spinto verso l'alto dal basso a formare una cupola, ma non c'erano prove a favore o contro questa idea."

Per questo lavoro, lui e Gao hanno usato i dati del programma EarthScope della National Science Foundation, una serie portatile di sismometri dispiegati negli Stati Uniti e spostati sistematicamente da ovest a est per un certo numero di anni nei 48 stati della Bassa. I dati negli Stati Uniti nordorientali sono disponibili al pubblico dal 2013. Prima di EarthScope, la raccolta di tali dati è stata "incostante, "Yang dice, perché i sismometri erano distribuiti in modo non uniforme e sparso.

"EarthScope ha fornito una copertura dei dati molto più precisa, " aggiunge. "Ci ha fornito un'opportunità davvero unica per permetterci di condurre questo studio, non solo per la densità delle stazioni, ma sono stati distribuiti uniformemente, il che ci ha dato una maggiore comprensione in 3D delle caratteristiche. Per avere un quadro più chiaro, abbiamo sfruttato una tecnica avanzata, coinvolgendo la simulazione delle onde sismiche che si propagano nella Terra 3-D."

"Invece di usare le onde sismiche, la nostra tecnica estrae le onde sismiche dai rumori di fondo tra ogni due stazioni, sfruttando le stazioni sismiche densamente distribuite. Hai anche bisogno di un modo per gestire il processo di un'enorme quantità di dati, " aggiunge. Per questo, hanno usato il Massachusetts Green High Performance Computing Center a Holyoke, Massachusetts.

Sulla base delle loro osservazioni, lui e Gao ora credono che tra 90 e 120 milioni di anni fa, la placca tettonica sotto gli Stati Uniti nordorientali stava passando sopra un "punto caldo" geologico, " che ora è sotto l'Oceano Atlantico occidentale, al largo della costa del Massachusetts, note come montagne sottomarine del New England. Alcuni studi suggeriscono che la regione del New England fosse edificante in quel periodo, che potrebbe essere il risultato di un riscaldamento a caldo. Le attività dei punti caldi potrebbero anche aver contribuito con il calore ai processi che formano le montagne Adirondack.

Oltre ai finanziamenti di NSF e del programma EarthScope di NSF, questo lavoro è stato sostenuto da un finanziamento iniziale da UMass Amherst al laboratorio di sismologia di Gao.