Il mantello terrestre (rosso scuro) si trova sotto la crosta (strato marrone vicino alla superficie) e sopra il nucleo esterno (rosso brillante). Credito:immagine CC di Argonne National Laboratory via Flickr
I ricercatori della CU Boulder riferiscono di aver risolto un mistero geofisico, individuare la probabile causa di un fenomeno che assomiglia a una chiave inglese nel motore del pianeta.
In uno studio pubblicato oggi in Geoscienze naturali , il team ha esplorato la fisica delle "lastre stagnanti". Queste stranezze geofisiche si formano quando enormi pezzi di placche oceaniche della Terra vengono spinti in profondità nel sottosuolo ai bordi di alcune placche continentali. I pezzi sprofondano nell'interno del pianeta per centinaia di miglia fino a quando improvvisamente, e per ragioni che gli scienziati non possono spiegare, si fermano come un'auto ferma.
Wei Mao e Shijie Zhong di CU Boulder, però, potrebbe aver trovato il motivo di quell'arresto. Utilizzando simulazioni al computer, i ricercatori hanno esaminato una serie di lastre stagnanti nell'Oceano Pacifico vicino al Giappone e alle Filippine. Hanno scoperto che queste rocce fredde sembrano scivolare su un sottile strato di materiale debole che giace al confine del mantello superiore e inferiore del pianeta, a circa 660 chilometri, o 410 miglia, sotto la superficie.
E lo stop è probabilmente temporaneo:"Anche se vediamo ristagnare queste lastre, sono un fenomeno abbastanza recente, probabilmente accadendo negli ultimi 20 milioni di anni, " ha detto Zhong, un co-autore del nuovo studio e un professore nel Dipartimento di Fisica della CU Boulder.
I risultati sono importanti per la tettonica e il vulcanismo sulla superficie terrestre. Zhong ha spiegato che il mantello del pianeta, che si trova al di sopra del nucleo, genera grandi quantità di calore. Per raffreddare il globo, le rocce più calde salgono attraverso il mantello e le rocce più fredde affondano.
"Puoi pensare a questa convezione del mantello come a un grande motore che guida tutto ciò che vediamo sulla superficie terrestre:terremoti, costruzione di montagna, tettonica a placche, vulcani e persino il campo magnetico terrestre, " ha detto Zhong.
L'esistenza di lastre stagnanti, che i geofisici individuarono per la prima volta circa un decennio fa, però, complica quella metafora, suggerendo che il motore della Terra potrebbe fermarsi in alcune aree. Quella, a sua volta, può cambiare il modo in cui gli scienziati pensano alle diverse caratteristiche, come i turbolenti vulcani dell'Asia orientale, forma nel tempo geologico.
Grafico di lastre stagnanti sotto l'isola giapponese di Honshu (in alto) e la Fossa delle Marianne (in basso) utilizzando dati sismici (a sinistra) e simulazioni al computer (a destra). Placche stagnanti (azzurre) scendono fino al confine tra il mantello superiore e quello inferiore per poi fermarsi stridendo. Credito:Mao &Zhong 2018, Geoscienze naturali
Gli scienziati hanno localizzato per lo più tali lastre nell'Oceano Pacifico occidentale, in particolare al largo della costa orientale del Giappone e in profondità sotto la Fossa delle Marianne. Si verificano nei siti delle zone di subduzione, o aree in cui le placche oceaniche sulla superficie del pianeta si tuffano a centinaia di miglia sotto terra.
Le lastre viste in siti simili vicino al Nord e al Sud America si comportano in modi che i geofisici potrebbero aspettarsi:si tuffano attraverso il mantello superiore della Terra e nel mantello inferiore dove si riscaldano vicino al nucleo.
Ma intorno all'Asia, "semplicemente non scendono, " disse Zhong. Invece, le lastre distese orizzontalmente in prossimità del confine tra mantello superiore ed inferiore, un punto in cui il calore e la pressione all'interno della Terra fanno sì che i minerali cambino da una fase all'altra.
Per scoprire perché le lastre ristagnano, Zhong e Mao, uno studente laureato in fisica, sviluppato simulazioni realistiche di come l'energia e la roccia circolano intorno all'intero pianeta.
Hanno scoperto che l'unico modo per spiegare il comportamento delle lastre stagnanti era se un sottile strato di roccia meno viscosa fosse incuneato tra le due metà del mantello. Sebbene nessuno abbia osservato direttamente un tale strato, i ricercatori hanno previsto che esiste studiando gli effetti del calore e della pressione sulla roccia.
Se lo fa, un tale strato agirebbe come una pozzanghera grassa nel mezzo del pianeta. "Se introduci uno strato debole a quella profondità, in qualche modo la viscosità ridotta aiuta a lubrificare la regione, " Zhong ha detto. "Le lastre vengono deviate e possono continuare a percorrere una lunga distanza orizzontalmente".
Lastre stagnanti sembrano trovarsi al largo delle coste dell'Asia, ma non le Americhe, perché il movimento dei continenti sopra dà a quei pezzi di roccia più spazio per scivolare. Zhong, però, ha detto che non pensa che le lastre rimarranno attaccate. Con abbastanza tempo, sospetta che romperanno la parte scivolosa del mantello e continueranno il loro tuffo verso il nucleo del pianeta.
Il pianeta, in altre parole, si comporterebbe comunque come un motore, solo con alcuni punti appiccicosi. "Una nuova ricerca suggerisce che la storia potrebbe essere più complicata di quanto pensassimo in precedenza, " ha detto Zhong.