Già negli anni '70, gli scienziati hanno avuto un'idea rivoluzionaria su come funziona l'interno profondo della Terra. Hanno proposto che stia lentamente ribollendo come una lampada di lava, con bolle galleggianti che si alzano come pennacchi di roccia calda del mantello vicino al centro della Terra, dove le rocce sono così calde che si muovono come un fluido.

Secondo la teoria, quando questi pennacchi si avvicinano alla superficie iniziano a sciogliersi, innescando massicce eruzioni vulcaniche. Ma le prove dell'esistenza di tali pennacchi si sono rivelate elusive e i geologi avevano quasi respinto l'idea.

Eppure in un articolo pubblicato oggi, ora possiamo fornire questa prova. I nostri risultati mostrano che la Nuova Zelanda si trova in cima ai resti di un gigantesco pennacchio vulcanico così antico. Mostriamo come questo processo provochi l'attività vulcanica e svolga un ruolo chiave nel funzionamento del pianeta.

Vibrazioni insolite

Circa 120 milioni di anni fa, durante il periodo dei dinosauri nel Cretaceo, vaste eruzioni vulcaniche sotto l'oceano crearono un altopiano sottomarino delle dimensioni dell'India. Col tempo, è stato rotto dai movimenti delle placche tettoniche. Un frammento ora si trova sotto la Nuova Zelanda e forma l'altopiano di Hikurangi.

Abbiamo misurato la velocità delle onde di pressione sismica, effettivamente onde sonore, e il modo in cui viaggiano attraverso le rocce del mantello sotto l'altopiano di Hikurangi. Queste vibrazioni sono state innescate da terremoti o esplosioni intenzionali e hanno raggiunto velocità di 9 chilometri al secondo.

È ben noto queste onde, note come onde P, viaggiare nel mantello più alto della Terra a una velocità notevolmente costante:circa 8,1 km al secondo (circa 30, 000 km orari). Anche piccole deviazioni da questa velocità costante rivelano importanti informazioni sullo stato delle rocce del mantello.

Dalla fine degli anni '70, velocità dell'onda P (8,7-9,0 km/s) sono state segnalate da una profondità di circa 30 km sotto l'isola settentrionale orientale della Nuova Zelanda. Le vibrazioni sismiche registrate in questi primi dati stavano viaggiando solo in una direzione attraverso una piccola parte del mantello, e il significato dell'alta velocità non era chiaro.

I nostri nuovi dati sono molto più estesi, da un importante esperimento sismico nel 2012 che ha attraversato l'Isola del Nord meridionale e le regioni offshore, compreso l'altopiano di Hikurangi.

Mostra la velocità delle onde P raggiunta 9 km/s, indipendentemente dalla direzione orizzontale in cui hanno viaggiato. Ma un'attenta analisi delle vibrazioni innescate da terremoti profondi ha mostrato velocità insolitamente basse per le vibrazioni che viaggiano in direzione verticale.

Questo rivela informazioni cruciali su come le rocce del mantello sono state allungate o schiacciate dalle enormi forze all'interno della Terra, e questo risulta confermare l'esistenza degli sfuggenti pennacchi.

Una frittella sismica

Il modello delle velocità sismiche che abbiamo osservato richiede che le rocce del mantello sotto l'altopiano di Hikurangi siano state allungate e schiacciate più o meno allo stesso modo in cui si potrebbe produrre una forma di frittella appiattendo una palla di gomma.

Quando abbiamo effettuato simulazioni al computer dei pennacchi in aumento nel mantello, abbiamo scoperto che riproducevano esattamente questo modello di appiattimento dei pancake, mentre la testa a forma di fungo del pennacchio si allarga lateralmente e collassa vicino alla superficie.

Abbiamo anche esaminato i dati degli esperimenti sismici condotti da team internazionali su altri altopiani oceanici nella regione sud-occidentale del Pacifico. Sorprendentemente, sia l'altopiano di Manihiki che quello di Ontong-Java hanno mostrato lo stesso modello che abbiamo osservato sotto l'altopiano di Hikurangi. Le onde P viaggiano alle stesse alte velocità indipendentemente dalla direzione orizzontale, ma a velocità notevolmente inferiori in direzione verticale.

Ricostruire un antico superpennacchio

I maggiori altipiani oceanici del Pacifico sudoccidentale sono ora dispersi, ma sappiamo come si univano una volta, circa 120 milioni di anni fa. Hanno formato una regione sotterranea da uno spesso strato di roccia vulcanica, migliaia di chilometri di diametro.

La nostra analisi mostra che l'intera regione si trovava sopra l'unica testa di un gigantesco pennacchio, un superpennacchio, che si è sciolto per produrre massicce esplosioni di lava in un breve periodo geologico di pochi milioni di anni.

La Siberia è l'unico altro posto sulla Terra in cui questo modello di velocità delle onde P è stato osservato nel mantello superiore. E si scopre che questa è stata anche la scena di diffuse eruzioni vulcaniche circa 250 milioni di anni fa, pensato per essere causato dall'aumento di un superpennacchio.

Questa attività vulcanica potrebbe aver cambiato il clima della Terra e innescato un'estinzione di massa che ha influenzato l'evoluzione della vita.

La Nuova Zelanda e alcune isole sparse nel sud-ovest del Pacifico sono arroccate sui resti di quella che un tempo era una forza geologica immensamente potente. Non sappiamo se questo processo sia ancora in corso oggi, ma la nostra nuova tecnica sismica per trovare questi resti superplume può aiutarci a scoprire di più, fornendo ulteriori informazioni sulle molte connessioni tra le profondità interne del nostro pianeta e ciò che accade in superficie.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.