Se gli oceani della Terra fossero completamente prosciugati, rivelerebbero una massiccia catena di vulcani sottomarini che si snodano intorno al pianeta. Questo tentacolare sistema di creste oceaniche è il prodotto del ribaltamento di materiale all'interno della Terra, dove le temperature di ebollizione possono sciogliersi e sollevare rocce attraverso la crosta, spaccando il fondo del mare e rimodellando la superficie del pianeta nel corso di centinaia di milioni di anni.

Ora i geologi del MIT hanno analizzato migliaia di campioni di materiale eruttato lungo le creste oceaniche e hanno tracciato la loro storia chimica per stimare la temperatura dell'interno della Terra.

La loro analisi mostra che la temperatura delle dorsali oceaniche sottostanti della Terra è relativamente coerente, intorno all'1, 350 gradi Celsius, circa quanto la fiamma blu di un fornello a gas. Ci sono, però, "punti caldi" lungo la cresta che possono raggiungere 1, 600 gradi Celsius, paragonabile alla lava più calda.

I risultati della squadra, che appare oggi in Journal of Geophysical Research:Solid Earth , fornire una mappa della temperatura dell'interno della Terra intorno alle dorsali oceaniche. Con questa mappa, gli scienziati possono comprendere meglio i processi di scioglimento che danno origine ai vulcani sottomarini, e come questi processi possono guidare il ritmo della tettonica a zolle nel tempo.

"La convezione e la tettonica a zolle sono stati processi importanti nel plasmare la storia della Terra, ", afferma l'autrice principale Stephanie Brown Krein, un postdoc presso il Dipartimento della Terra del MIT, Scienze atmosferiche e planetarie (EAPS). "Conoscere la temperatura lungo tutta questa catena è fondamentale per comprendere il pianeta come un motore termico, e come la Terra potrebbe essere diversa dagli altri pianeti e in grado di sostenere la vita".

I coautori di Krein includono Zachary Molitor, uno studente laureato EAPS, e Timothy Grove, il professore di geologia R.R. Schrock al MIT.

Una storia chimica

La temperatura interna della Terra ha svolto un ruolo fondamentale nel modellare la superficie del pianeta per centinaia di milioni di anni. Ma non c'è stato modo di leggere direttamente questa temperatura da decine a centinaia di chilometri sotto la superficie. Gli scienziati hanno applicato mezzi indiretti per dedurre la temperatura del mantello superiore, lo strato della Terra appena sotto la crosta. Ma le stime finora sono inconcludenti, e gli scienziati non sono d'accordo su quanto le temperature variano sotto la superficie.

Per il loro nuovo studio, Kerin e i suoi colleghi hanno sviluppato un nuovo algoritmo, chiamato ReversePetrogen, progettato per tracciare la storia chimica di una roccia indietro nel tempo, identificare la sua composizione originale di elementi e determinare la temperatura alla quale la roccia inizialmente si è fusa sotto la superficie.

L'algoritmo si basa su anni di esperimenti condotti nel laboratorio di Grove per riprodurre e caratterizzare i processi di fusione dell'interno della Terra. I ricercatori in laboratorio hanno riscaldato rocce di varia composizione, raggiungere diverse temperature e pressioni, osservare la loro evoluzione chimica. Da questi esperimenti, il team è stato in grado di derivare equazioni e, in definitiva, il nuovo algoritmo, per prevedere le relazioni tra la temperatura di una roccia, pressione, e composizione chimica.

Kerin e i suoi colleghi hanno applicato il loro nuovo algoritmo alle rocce raccolte lungo le dorsali oceaniche della Terra, un sistema di vulcani sottomarini che copre più di 70, 000 chilometri di lunghezza. Le creste oceaniche sono regioni in cui le placche tettoniche sono divaricate dall'eruzione di materiale dal mantello terrestre, un processo guidato dalle temperature sottostanti.

"Potresti effettivamente creare un modello della temperatura dell'intero interno della Terra, basata in parte sulla temperatura a queste creste, " Kerin dice. "La domanda è, cosa ci dicono veramente i dati sulla variazione di temperatura nel mantello lungo tutta la catena?"

Mappa del mantello

I dati che il team ha analizzato includono più di 13, 500 campioni raccolti lungo la lunghezza del sistema di creste oceaniche per diversi decenni, da più crociere di ricerca. Ogni campione nel set di dati è di un vetro marino eruttato, lava che è eruttata nell'oceano ed è stata istantaneamente raffreddata dall'acqua circostante in una forma incontaminata, forma conservata.

Gli scienziati hanno precedentemente identificato le composizioni chimiche di ciascun bicchiere nel set di dati. Kerin e i suoi colleghi hanno analizzato le composizioni chimiche di ciascun campione attraverso il loro algoritmo per determinare la temperatura alla quale ciascun vetro si è originariamente sciolto nel mantello.

In questo modo, il team è stato in grado di generare una mappa delle temperature del mantello lungo l'intera lunghezza del sistema di creste oceaniche. Da questa mappa, hanno osservato che gran parte del mantello è relativamente omogeneo, con una temperatura media di circa 1, 350 gradi Celsius. Ci sono tuttavia, "hotspot, " o regioni lungo il crinale, dove le temperature nel mantello appaiono significativamente più calde, intorno all'1, 600 gradi Celsius.

"La gente pensa ai punti caldi come alle regioni del mantello dove fa più caldo, e dove il materiale potrebbe sciogliersi di più, e potenzialmente in aumento più veloce, e non sappiamo esattamente perché, o quanto sono più calde, o qual è il ruolo della composizione negli hotspot, " dice Kerin. "Alcuni di questi punti caldi sono sul crinale, e ora possiamo avere un'idea di quale sia la variazione dell'hotspot a livello globale utilizzando questa nuova tecnica. Questo ci dice qualcosa di fondamentale sulla temperatura della Terra ora, e ora possiamo pensare a come è cambiato nel tempo".

Kerin aggiunge:"Comprendere queste dinamiche ci aiuterà a determinare meglio come i continenti sono cresciuti e si sono evoluti sulla Terra, e quando sono iniziate la subduzione e la tettonica a zolle, che sono fondamentali per la vita complessa".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.