La causa dei terremoti più profondi della Terra è stata un mistero per la scienza per più di un secolo, ma un team di scienziati della Carnegie potrebbe aver risolto il caso.

Nuova ricerca pubblicata su I progressi dell'AGU fornisce prove che i fluidi svolgono un ruolo chiave nei terremoti profondi, che si verificano tra 300 e 700 chilometri sotto la superficie del pianeta. Il team di ricerca comprende gli scienziati della Carnegie Steven Shirey, Lara Wagner, Peter van Keken, e Michele Walter, così come Graham Pearson dell'Università di Alberta.

La maggior parte dei terremoti si verifica vicino alla superficie terrestre, fino a circa 70 chilometri. Si verificano quando lo stress si accumula in corrispondenza di una frattura tra due blocchi di roccia, nota come faglia, facendoli scivolare improvvisamente l'uno sull'altro.

Però, più in profondità nella Terra, le intense pressioni creano troppo attrito per consentire questo tipo di scorrimento e le alte temperature aumentano la capacità delle rocce di deformarsi per adattarsi a sollecitazioni mutevoli. Sebbene teoricamente inaspettato, gli scienziati sono stati in grado di identificare i terremoti che hanno origine a più di 300 chilometri sotto la superficie dagli anni '20.

"Il grosso problema che i sismologi hanno dovuto affrontare è come sia possibile che abbiamo questi terremoti profondi, " disse Wagner. "Una volta scesi di qualche decina di chilometri, diventa incredibilmente difficile spiegare come stiamo scivolando su una faglia quando l'attrito è così incredibilmente alto".

Il lavoro in corso negli ultimi decenni ci ha mostrato che l'acqua gioca un ruolo nei terremoti di media profondità, quelli che si verificano tra 70 e 300 chilometri sotto la superficie terrestre. In questi casi, l'acqua viene rilasciata dai minerali, che indebolisce la roccia attorno alla faglia e fa scivolare i blocchi di roccia. Però, gli scienziati non pensavano che questo fenomeno potesse spiegare i terremoti profondi, in gran parte perché si credeva che l'acqua e altri composti che creano fluidi non riuscissero a raggiungere l'interno della Terra abbastanza da fornire un effetto simile.

Questo modo di pensare è cambiato per la prima volta quando Shirey e Wagner hanno confrontato le profondità dei rari diamanti delle profondità della Terra con i misteriosi terremoti del profondo fuoco.

"I diamanti si formano nei fluidi" ha spiegato Shirey, "se ci sono i diamanti, i liquidi ci sono».

I diamanti stessi indicavano la presenza di fluidi, però, hanno anche portato in superficie campioni della Terra profonda perché gli scienziati li studiassero. Quando i diamanti si formano all'interno della Terra, a volte catturano pezzi di minerale dalla roccia circostante. Questi minerali sono chiamati inclusioni e possono rendere i tuoi gioielli meno costosi, ma sono inestimabili per gli scienziati della Terra. Sono uno dei pochi modi in cui gli scienziati possono studiare campioni diretti dell'interno profondo del nostro pianeta.

Le inclusioni del diamante avevano la distinta firma chimica di materiali simili trovati nella crosta oceanica. Ciò significa che l'acqua e altri materiali non sono stati in qualche modo creati nelle profondità dell'interno della Terra. Anziché, furono trasportati giù come parte di una placca oceanica che affondava.

Wagner ha detto:"La comunità sismologica si era allontanata dall'idea che ci potesse essere acqua così profonda. Ma i petrologi di diamanti come Steve ci stavano mostrando campioni e dicendo 'No, no, no. C'è sicuramente dell'acqua quaggiù' Quindi abbiamo dovuto riunirci tutti per capire come fosse finita laggiù".

Per testare l'idea, Wagner e van Keken costruirono modelli computazionali avanzati per simulare le temperature delle lastre che affondano a profondità molto maggiori di quanto fosse stato tentato prima. Oltre alla modellazione, Walter ha esaminato le stabilità dei minerali acquiferi per dimostrare che sotto l'intenso calore e le pressioni dell'interno profondo della Terra, loro dovrebbero, infatti, essere in grado di trattenere l'acqua in determinate condizioni. Il team ha dimostrato che anche se i piatti più caldi non reggevano l'acqua, i minerali nelle placche oceaniche più fredde potrebbero teoricamente trasportare l'acqua alle profondità che associamo ai terremoti profondi.

Per consolidare lo studio, il team ha confrontato le simulazioni con i dati sismologici della vita reale. Sono stati in grado di dimostrare che le lastre che potrebbero teoricamente portare l'acqua a queste profondità erano anche quelle che hanno subito i terremoti profondi precedentemente inspiegabili.

Questo studio è insolito nell'applicare quattro diverse discipline:geochimica, sismologia, geodinamica, e petrologia, alla stessa domanda, tutto ciò porta alla stessa conclusione:l'acqua e altri fluidi sono una componente chiave dei terremoti profondi.

"La natura dei terremoti profondi è una delle grandi questioni della geoscienza, " ha detto Shirey. "Avevamo bisogno che tutte e quattro queste diverse discipline si unissero per sostenere questo argomento. Si è scoperto che li avevamo tutti in casa al Carnegie".