quasi 1, 800 miglia sotto la superficie terrestre, ci sono grandi strutture strane in agguato alla base del mantello, seduto appena sopra il nucleo. Il mantello è uno spesso strato di caldo, roccia prevalentemente plastica che circonda il nucleo; in cima al mantello c'è il sottile guscio della crosta terrestre. Su scale temporali geologiche, il mantello si comporta come un liquido viscoso, con elementi solidi che affondano e salgono nelle sue profondità.

Le suddette strane strutture, note come zone a velocità ultra bassa (ULVZ), furono scoperti per la prima volta nel 1995 da Don Helmberger del Caltech. Gli ULVZ possono essere studiati misurando come alterano le onde sismiche che li attraversano. Ma osservare non è necessariamente capire. Infatti, nessuno è veramente sicuro di cosa siano queste strutture.

Gli ULVZ sono così chiamati perché rallentano significativamente la velocità delle onde sismiche; Per esempio, rallentano le onde di taglio (onde sismiche oscillanti in grado di muoversi attraverso corpi solidi) fino al 30%. Gli ULVZ hanno uno spessore di diverse miglia e possono avere un diametro di centinaia di miglia. Molti sono sparsi vicino al nucleo terrestre all'incirca al di sotto del Pacifico. Altri sono raggruppati sotto il Nord America, Europa, e dell'Africa.

"Gli ULVZ esistono così profondamente nella terra interna che è impossibile studiarli direttamente, che rappresenta una sfida significativa quando si cerca di determinare cosa siano esattamente, "dice Helmberger, Famiglia Smits Professore di Geofisica, Emerito.

Gli scienziati della Terra del Caltech ora affermano di sapere non solo di cosa sono fatti gli ULVZ, ma da dove vengono Utilizzando metodi sperimentali ad alte pressioni, i ricercatori, guidato dal Professore di Fisica Minerale Jennifer Jackson, hanno scoperto che gli ULVZ sono costituiti da pezzi di un minerale di magnesio/ossido di ferro chiamato magnesiowüstite che potrebbe essere precipitato da un oceano di magma che si pensa sia esistito alla base del mantello milioni di anni fa.

L'altra teoria principale per la formazione degli ULVZ aveva suggerito che fossero costituiti da materiale fuso, parte di essa potrebbe fuoriuscire dal nucleo.

Jackson e i suoi colleghi, che hanno riportato il loro lavoro in un recente articolo nel Giornale di ricerca geofisica :Terra solida, ha trovato prove a sostegno della teoria del magnesiowüstite studiando l'anisotropia elastica (o sismica) del minerale; l'anisotropia elastica è una variazione della velocità con cui le onde sismiche attraversano un minerale a seconda della loro direzione di marcia.

Una caratteristica particolarmente insolita della regione in cui esistono gli ULVZ - il confine del mantello centrale (CMB) - è che è altamente eterogeneo (carattere non uniforme) e anisotropo. Di conseguenza, la velocità con cui le onde sismiche viaggiano attraverso il CMB varia in base non solo alla regione attraversata dalle onde, ma anche alla direzione in cui si muovono tali onde. La direzione di propagazione, infatti, può alterare la velocità delle onde di un fattore tre.

"In precedenza, gli scienziati hanno spiegato l'anisotropia come il risultato di onde sismiche che passano attraverso un materiale di silicato denso. Quello che suggeriamo è che in alcune regioni, è in gran parte dovuto all'allineamento di magnesiowüstite all'interno degli ULVZ, "dice Jackson.

Alle pressioni e alle temperature sperimentate sulla superficie terrestre, magnesiowüstite mostra poca anisotropia. Però, Jackson e il suo team hanno scoperto che il minerale diventa fortemente anisotropo se sottoposto a pressioni paragonabili a quelle che si trovano nel mantello inferiore.

Jackson e i suoi colleghi lo hanno scoperto mettendo un singolo cristallo di magnesiowüstite in una cella a incudine di diamante, che è essenzialmente una minuscola camera situata tra due diamanti. Quando i diamanti rigidi vengono compressi l'uno contro l'altro, la pressione all'interno della camera aumenta. Jackson e i suoi colleghi hanno quindi bombardato il campione con i raggi X. L'interazione dei raggi X con il campione funge da proxy per il modo in cui le onde sismiche viaggeranno attraverso il materiale. A una pressione di 40 gigapascal, equivalente alla pressione al mantello inferiore, la magnesiowüstite era significativamente più anisotropa rispetto alle osservazioni sismiche degli ULVZ.

Per creare oggetti grandi e fortemente anisotropi come gli ULVZ, solo una piccola quantità di cristalli di magnesiowüstite deve essere allineata in una direzione specifica, probabilmente a causa dell'applicazione della pressione di una forte forza esterna. Ciò potrebbe essere spiegato da una lastra in subduzione della crosta terrestre che si spinge verso il CMB, dice Jackson. (La subduzione avviene in corrispondenza di determinati confini tra le placche tettoniche terrestri, dove un piatto si tuffa sotto l'altro, innescando vulcanismo e terremoti.)

"Gli scienziati stanno ancora scoprendo cosa succede alla crosta quando viene subdotta nel mantello, " dice Jackson. "Una possibilità, che la nostra ricerca sembra ora supportare, è che queste lastre si spingono fino al confine tra nucleo e mantello e aiutano a modellare gli ULVZ".

Prossimo, Jackson intende esplorare l'interazione delle lastre subduttive, ULVZ, e le loro firme sismiche. L'interpretazione di queste caratteristiche aiuterà a porre vincoli ai processi avvenuti all'inizio della storia della Terra, lei dice.

Lo studio è intitolato "Strongly Anisotropic Magnesiowüstite in Earth's Lower Mantle".