In uno studio che dà un nuovo significato al termine "rock bottom, "I ricercatori sismici hanno scoperto la parte inferiore di una lastra rocciosa dello strato superficiale terrestre, o litosfera, che è stato trascinato più di 400 miglia sotto la Cina nord-orientale dal processo di subduzione tettonica.

Lo studio, pubblicato da un team di ricercatori cinesi e statunitensi in Geoscienze naturali , offre nuove prove su ciò che accade alle placche tettoniche oceaniche ricche di acqua mentre vengono trascinate attraverso il mantello terrestre sotto i continenti.

Fenglin Niu, sismologo della Rice University, un autore corrispondente, ha affermato che lo studio fornisce le prime immagini sismiche ad alta risoluzione dei limiti superiore e inferiore di un terreno roccioso, o litosferico, placca tettonica all'interno di una regione chiave nota come zona di transizione del mantello, che inizia a circa 254 miglia (410 chilometri) sotto la superficie terrestre e si estende a circa 410 miglia (660 chilometri).

"Molti studi suggeriscono che la lastra in realtà si deforma molto nella zona di transizione del mantello, che diventa morbido, quindi è facilmente deformabile, " ha detto Niu. Quanto la lastra si deforma o mantiene la sua forma è importante per spiegare se e come si mescola con il mantello e che tipo di effetto di raffreddamento ha.

Il mantello terrestre si convessa come il calore in un forno. Il calore del nucleo terrestre sale attraverso il mantello al centro degli oceani, dove si formano le placche tettoniche. Da li, il calore scorre attraverso il mantello, raffreddandosi mentre si sposta verso i continenti, dove ricade verso il nucleo per raccogliere più calore, salire e completare il cerchio convettivo.

Precedenti studi hanno sondato i confini delle lastre subduttive nel mantello, ma pochi hanno guardato più in profondità di 125 miglia (200 chilometri) e nessuno con la risoluzione dello studio attuale, che ha utilizzato più di 67, 000 misurazioni raccolte da 313 stazioni sismiche regionali nel nord-est della Cina. Quel lavoro, che è stato fatto in collaborazione con la China Earthquake Administration, è stato guidato dall'autore corrispondente Qi-Fu Chen dell'Accademia cinese delle scienze.

La ricerca indaga questioni fondamentali sui processi che hanno modellato la superficie terrestre nel corso di miliardi di anni. La convezione del mantello guida i movimenti delle placche tettoniche della Terra, pezzi rigidi interconnessi della superficie terrestre che sono in costante movimento mentre galleggiano in cima all'astenosfera, lo strato più superficiale del mantello e la parte più fluida del pianeta interno.

Dove si incontrano le placche tettoniche, si urtano e stridono insieme, liberando energia sismica. In casi estremi, questo può causare terremoti e tsunami distruttivi, ma la maggior parte del movimento sismico è troppo debole perché gli umani possano sentirsi senza strumenti. Usando i sismometri, gli scienziati possono misurare l'entità e la posizione dei disturbi sismici. E poiché le onde sismiche accelerano in alcuni tipi di roccia e rallentano in altri, gli scienziati possono usarli per creare immagini dell'interno della Terra, allo stesso modo un medico potrebbe usare gli ultrasuoni per visualizzare cosa c'è dentro un paziente.

Niu, un professore di Terra, scienze ambientali e planetarie alla Rice, è stato in prima linea nell'imaging sismico per più di due decenni. Quando ha conseguito il dottorato di ricerca. formazione in Giappone più di 20 anni fa, i ricercatori stavano utilizzando fitte reti di stazioni sismiche per raccogliere alcune delle prime immagini dettagliate dei confini della lastra sommersa della placca del Pacifico, la stessa lastra che è stata ripresa nello studio pubblicato questa settimana.

"Il Giappone si trova dove la placca del Pacifico raggiunge una profondità di circa 100 chilometri, " Disse Niu. "C'è molta acqua in questa lastra, e produce molta fusione parziale. Questo produce vulcani ad arco che hanno contribuito a creare il Giappone. Ma, stiamo ancora discutendo se quest'acqua sia totalmente rilasciata in quella profondità. Ci sono prove crescenti che una parte dell'acqua rimane all'interno del piatto per andare molto, molto più profondo."

La Cina nord-orientale offre uno dei migliori punti di osservazione per indagare se questo è vero. La regione è di circa 1, 000 chilometri dalla fossa del Giappone, dove la placca del Pacifico inizia il suo tuffo nell'interno del pianeta. Nel 2009, con finanziamenti della National Science Foundation e altri, Niu e gli scienziati dell'Università del Texas ad Austin, l'amministrazione cinese per i terremoti, l'Istituto di ricerca sui terremoti dell'Università di Tokyo e il Centro di ricerca per la previsione dei terremoti e delle eruzioni vulcaniche dell'Università giapponese di Tohoku hanno iniziato a installare sismometri a banda larga nella regione.

"Abbiamo messo 140 stazioni lì, e ovviamente più stazioni ci sono, migliore è la risoluzione, " ha detto Niu. "L'Accademia cinese delle scienze ha messo ulteriori stazioni in modo che possano ottenere una multa, immagine più dettagliata."

Nel nuovo studio, i dati dalle stazioni hanno rivelato sia i limiti superiore che inferiore della placca del Pacifico, scendendo con un angolo di 25 gradi all'interno della zona di transizione del mantello. Il posizionamento all'interno di questa zona è importante per lo studio della convezione del mantello perché la zona di transizione si trova al di sotto dell'astenosfera, a profondità dove l'aumento della pressione fa sì che specifici minerali del mantello subiscano drammatici cambiamenti di fase. Queste fasi dei minerali si comportano in modo molto diverso nei profili sismici, proprio come l'acqua liquida e il ghiaccio solido si comportano in modo molto diverso anche se sono fatti di molecole identiche. Poiché i cambiamenti di fase nella zona di transizione del mantello avvengono a pressioni e temperature specifiche, i geologi possono usarli come un termometro per misurare la temperatura nel mantello.

Niu ha detto che il fatto che sia la parte superiore che inferiore della lastra siano visibili è la prova che la lastra non si è completamente mischiata con il mantello circostante. Ha detto che le tracce di calore delle parti parzialmente fuse del mantello sotto la lastra forniscono anche prove indirette che la lastra ha trasportato parte della sua acqua nella zona di transizione.

"Il problema è spiegare come questi materiali caldi possono essere lasciati cadere nella parte più profonda del mantello, " Niu ha detto. "E 'ancora una domanda. Perché sono calde, sono vivaci".

Quella galleggiabilità dovrebbe agire come un salvagente, spingendo verso l'alto sul lato inferiore della lastra affondante. Niu ha detto che la risposta a questa domanda potrebbe essere che sono comparsi dei buchi nella lastra deformata, lasciando che l'hot melt salga mentre la lastra affonda.

"Se hai un buco, la fusione uscirà, " ha detto. "Ecco perché pensiamo che la lastra può andare più in profondità."

I buchi potrebbero anche spiegare la comparsa di vulcani come il Changbaishan al confine tra Cina e Corea del Nord.

"È 1, 000 chilometri di distanza dal confine della placca, " Niu ha detto. "Non capiamo davvero il meccanismo di questo tipo di vulcano. Ma la fusione che sale dai fori nella lastra potrebbe essere una possibile spiegazione".