Per la prima volta in assoluto, i ricercatori sono stati in grado di sbirciare in profondità nel mantello terrestre sotto una dorsale oceanica ultralenta, dove hanno potuto osservare lo scioglimento del mantello e la crescita della crosta terrestre.

Più di 100 anni fa, il meteorologo tedesco e appassionato aeronauta Alfred Wegener ha osservato in una lettera alla sua futura moglie Elsa Köppen su uno strano schema che ha notato sulle mappe del mondo.

"La costa orientale del Sud America non si adatta esattamente alla costa occidentale dell'Africa, come se fossero stati uniti una volta?", secondo quanto riferito, scrisse nel dicembre 1910. "Questa è un'idea che dovrò perseguire".

L'intuizione di Wegener alla fine portò alla comprensione, molti decenni e molto dibattito dopo, che la Terra è fatta di placche che si incastrano come il guscio rotto di un uovo, tranne che i gusci, o piatti, muoversi su uno strato più plastico chiamato astenosfera.

Le aree in cui le piastre si allontanano, come in mezzo all'Oceano Atlantico, sono dove si forma nuova crosta. Qui, roccia fusa si alza, formando una cresta tra le piastre. Ma poiché queste dorsali oceaniche sono in acque profonde e remote, sono notoriamente difficili da studiare e poco compresi.

Ora, un team di scienziati norvegesi ha utilizzato una tecnologia elettromagnetica avanzata per creare le prime immagini in assoluto di un tipo specifico di dorsale oceanica, come un modo per saperne di più sulle forze dinamiche nel mantello terrestre sottostante. I loro risultati sono stati appena pubblicati in Natura

Imaging profondo dell'ignoto

Ståle Emil Johansen, il primo autore dello studio e professore presso il Dipartimento di geoscienze e petrolio della Norwegian University of Science and Technology (NTNU), afferma che i ricercatori hanno deciso di studiare un tipo specifico di dorsale oceanica chiamata cresta a diffusione ultralenta.

Come suggerisce il nome, qui è dove le placche si allontanano molto lentamente, meno di 20 millimetri all'anno. In contrasto, le velocità misurate in diverse parti della placca del Pacifico mostrano movimenti di oltre 150 mm all'anno.

Oltre il 30% delle dorsali oceaniche nel mondo sono creste a espansione ultra lenta, Egli ha detto. Ma per tutto questo, i geologi ne sanno molto poco.

"Nessuno ha mai immaginato questo tipo di creste prima di usare i moderni metodi elettromagnetici, e questo è più profondo di quanto siamo mai stati in grado di immaginare prima, " ha detto. "Le strutture profonde sono semplicemente sconosciute."

Il castello di Loki sotto il mare

La cresta a diffusione ultralenta che il team ha studiato si chiama Mohns Ridge. Si trova a sud-ovest delle Svalbard e ad est della costa della Groenlandia.

Qui, la crosta oceanica è molto sottile e c'è un importante campo di fumo nero in un'area chiamata Castello di Loki. I fumatori neri sono prese d'aria sul fondo del mare che rilasciano un flusso costante di acqua estremamente calda, acqua di mare ricca di minerali. I fumatori neri sono anche un luogo privilegiato per la deposizione di minerali di acque profonde.

Johansen ha affermato che il progetto era focalizzato sullo sviluppo di informazioni fondamentali sui tipi di forze che guidano la risalita delle rocce del mantello parzialmente sciolte lungo le creste.

"È ricerca di base, " Egli ha detto, "sebbene fornisca anche informazioni rivoluzionarie sulla formazione di fumatori neri e depositi di metalli sottomarini".

Misurazione di tensioni deboli su grandi distanze

I ricercatori sono stati in grado di utilizzare un tipo speciale di tecnica di imaging elettromagnetico chiamata tecnologia di rilevamento elettromagnetico a sorgente controllata (CSEM). La tecnologia richiede a una nave di posizionare le antenne sul fondo dell'oceano in una griglia, dopodiché la nave traina una fonte di energia elettromagnetica sulla rete su un lungo cavo e raccoglie informazioni sull'energia che ritorna dal sottosuolo.

Le antenne del fondale sono anche in grado di registrare un secondo tipo di segnale elettromagnetico, un segnale elettromagnetico di fondo naturale. La tecnica che utilizza questa energia si chiama magnetotellurica (MT). "Le particelle cariche del sole creano correnti elettriche quando colpiscono l'atmosfera terrestre. Puoi anche vedere questa energia quando vedi l'aurora boreale, " Egli ha detto.

Johansen ha detto che è affascinante che questo segnale naturale, che è molto debole, può anche essere rilevato del tutto, poiché compie un lungo viaggio dalla ionosfera in profondità nel mantello e di nuovo al fondo del mare. Ma funziona, soprattutto se abbinato alla tecnologia CSEM.

"Quello che abbiamo fatto per la prima volta è combinare questi due segnali in uno, per creare immagini abbastanza spettacolari di queste strutture profonde, " Egli ha detto.

In questo caso, però, i ricercatori volevano capire cosa stava succedendo sotto una cresta a diffusione ultralenta. Le strutture sotto la cresta si sono formate passivamente da rocce parzialmente sciolte "ribollendo" quando le placche nordamericane ed eurasiatiche si sono allontanate? essere tradotti in immagini che mostrano la distribuzione nel sottosuolo di diversi tipi di roccia, nonché di fusi e fluidi.

In un'immagine, i ricercatori sono stati in grado di rilevare il sistema idraulico per l'acqua di mare a circolazione profonda che forma depositi minerali nel castello di Loki.

Un'altra serie di immagini che hanno realizzato mostra cosa sta succedendo dove le due lastre si stanno allargando, che è ciò di cui gli scienziati erano più curiosi.

La tecnologia ha funzionato così bene che sono stati in grado di creare immagini fino a 120 km sotto il fondo del mare. Le loro scoperte, Hanno realizzato, potrebbe aiutare a spiegare le strutture mappate sotto la cresta e anche a comprendere i processi fondamentali che creano creste ultra lente.

Capire come si forma la nuova crosta sulle dorsali oceaniche

Anche se la teoria della tettonica a placche di Wegener è stata accettata negli ultimi sei decenni, e i principi generali alla base del movimento del piatto sono generalmente compresi, c'è ancora molto da imparare, specialmente quando si tratta di dorsali oceaniche.

Ciò che è importante capire è che quando le placche si staccano in una parte del globo, i bordi del piatto si incontreranno in un'altra parte del globo. Ciò significa che qualcosa deve dare.

Quando due piatti si incontrano, il lato di un piatto viene spinto, o sottratto, sotto l'altro piatto. Questo è ciò che sta accadendo nel Pacifico, dove il lato orientale della placca pacifica sta scivolando sotto il continente sudamericano.

In genere c'è molta attività tettonica, come terremoti o vulcani, ai bordi delle placche. Tende ad essere più visibile quando il bordo della placca è vicino al bordo continentale, come nel Nord America occidentale. Pensa alla California.

Sistema di colmo passivo o attivo

In questo caso, però, i ricercatori volevano capire cosa stava succedendo con la cresta a diffusione ultralenta. Le strutture al di sotto della cresta si sono formate passivamente da rocce parzialmente sciolte "ribollendo" quando le placche nordamericane ed eurasiatiche si sono allontanate?

O c'è una spinta dal basso, dove la sovrappressione nel mantello crea un sistema dinamico che spinge attivamente dal profondo la roccia parzialmente sciolta?

"Normalmente, quando pensiamo ai piatti che si allontanano, creano uno spazio tra di loro e il magma sale. Quindi se fai un'immagine di questo, la cosa normale da pensare è che sia bello e simmetrico, " Egli ha detto.

Però, quando gli scienziati hanno guardato le immagini che avevano, si resero conto che la placca litosferica sul lato orientale della cresta era molto più spessa e più fredda rispetto al lato occidentale della cresta.

This matters because geologists have traditionally believed that asymmetric thickness along mid-ocean ridges means there must be a dynamic system and that overpressure pushes magma up from the deep mantle.

In questo caso, però, the researchers realized that there was a much simpler explanation for why the eastern side of the ridge was thicker and deformed:the eastern side of the ridge is the edge of the Eurasian plate, which is slowly moving southwards. In contrasto, the North American plate is moving nearly west.

Asymmetric plate movement helps explain the pattern

In breve, "the asymmetry below the ridges doesn't have to be a sign of push from below, " he said. "Maybe it is simpler than that. Maybe when you have asymmetric structures below the ridge, it's because you have asymmetric plate movement at the surface."

That could mean no push from below at the Mohns Ridge, but that the movements of the plates themselves are making the patterns the researchers see, Egli ha detto. It's also another piece of information that will help researchers to better understand how the Earth's tectonic plates behave.

Johansen came to academia after a career working at Equinor, the Norwegian energy company, and with EMGS, the company that has developed the electromagnetic imaging technique the researchers used in their findings.

"People ask me why I do this, " Egli ha detto, he said of his shift to academia. "It's because of the excitement of discovery that is a part of basic research."