La zona di transizione tra il mantello superiore e inferiore della Terra contiene notevoli quantità d'acqua, secondo uno studio internazionale che coinvolge l'Istituto di Geoscienze della Goethe University di Francoforte. Il team di ricerca italo-tedesco-americano ha analizzato un raro diamante formatosi a 660 metri sotto la superficie terrestre utilizzando tecniche tra cui la spettroscopia Raman e la spettrometria FTIR. Lo studio ha confermato qualcosa che per molto tempo era solo una teoria, ovvero che l'acqua oceanica accompagna le lastre in subduzione ed entra così nella zona di transizione. Ciò significa che il ciclo dell'acqua del nostro pianeta include l'interno della Terra.

La zona di transizione (TZ) è il nome dato allo strato limite che separa il mantello superiore e quello inferiore della Terra. Si trova a una profondità compresa tra 410 e 660 chilometri. L'immensa pressione fino a 23.000 bar nella TZ fa sì che l'olivina minerale verde oliva, che costituisce circa il 70% del mantello superiore terrestre ed è anche chiamata peridoto, alteri la sua struttura cristallina. Al limite superiore della zona di transizione, a una profondità di circa 410 chilometri, viene convertita in wadsleyite più densa; a 520 chilometri si trasforma poi in ringwoodite ancora più densa.

"Queste trasformazioni minerali ostacolano notevolmente i movimenti della roccia nel mantello", spiega il prof. Frank Brenker dell'Istituto di Geoscienze della Goethe University di Francoforte. Ad esempio, i pennacchi del mantello, colonne in aumento di roccia calda dal mantello profondo, a volte si fermano direttamente sotto la zona di transizione. Anche il movimento della massa nella direzione opposta si ferma. Brenker dice:"Le placche in subduzione spesso hanno difficoltà a sfondare l'intera zona di transizione. Quindi c'è un intero cimitero di placche simili in questa zona sotto l'Europa".

Tuttavia, fino ad ora non si sapeva quali fossero gli effetti a lungo termine del materiale "risucchiato" nella zona di transizione sulla sua composizione geochimica e se vi esistessero quantità maggiori di acqua. Brenker spiega:"Le lastre di subduzione trasportano anche i sedimenti di acque profonde trasportati all'interno della Terra. Questi sedimenti possono contenere grandi quantità di acqua e CO₂ . Ma fino ad ora non era chiaro quanto entrasse nella zona di transizione sotto forma di minerali e carbonati più stabili e idrati, e quindi non era nemmeno chiaro se vi fossero realmente immagazzinate grandi quantità di acqua."

Le condizioni prevalenti sarebbero certamente favorevoli a questo. I densi minerali wadsleyite e ringwoodite possono (a differenza dell'olivina a profondità minori) immagazzinare grandi quantità di acqua, in effetti così grandi che la zona di transizione sarebbe teoricamente in grado di assorbire sei volte la quantità di acqua nei nostri oceani. "Quindi sapevamo che lo strato limite ha un'enorme capacità di immagazzinare acqua", afferma Brenker. "Tuttavia, non sapevamo se fosse effettivamente così."

Uno studio internazionale in cui è stato coinvolto il geoscienziato di Francoforte ha ora fornito la risposta. Il team di ricerca ha analizzato un diamante del Botswana, in Africa. Si è formato a una profondità di 660 chilometri, proprio all'interfaccia tra la zona di transizione e il mantello inferiore, dove la ringwoodite è il minerale prevalente. I diamanti di questa regione sono molto rari, anche tra i diamanti rari di origine super profonda, che rappresentano solo l'1% dei diamanti. Le analisi hanno rivelato che la pietra contiene numerose inclusioni di ringwoodite, che mostrano un alto contenuto di acqua. Inoltre, il gruppo di ricerca è stato in grado di determinare la composizione chimica della pietra. Era quasi esattamente lo stesso di praticamente ogni frammento di roccia del mantello trovato nei basalti in qualsiasi parte del mondo. Questo ha mostrato che il diamante proveniva sicuramente da un normale pezzo del mantello terrestre. "In questo studio abbiamo dimostrato che la zona di transizione non è una spugna secca, ma contiene notevoli quantità d'acqua", afferma Brenker, aggiungendo:"Questo ci avvicina anche di un passo all'idea di Jules Verne di un oceano all'interno della Terra". La differenza è che laggiù non c'è oceano, ma roccia idrata che, secondo Brenker, non si sentirebbe né bagnata né gocciolante.

La ringwoodite idrata è stata rilevata per la prima volta in un diamante della zona di transizione già nel 2014. Anche Brenker è stato coinvolto in quello studio. Tuttavia, non è stato possibile determinare l'esatta composizione chimica della pietra perché troppo piccola. Non è quindi chiaro quanto sia rappresentativo il primo studio del mantello in generale, poiché il contenuto d'acqua di quel diamante potrebbe anche derivare da un ambiente chimico esotico. Al contrario, le inclusioni nel diamante di 1,5 centimetri del Botswana, che il team di ricerca ha studiato nel presente studio, erano sufficientemente grandi da consentire la determinazione della precisa composizione chimica e ciò ha fornito la conferma finale dei risultati preliminari del 2014.

L'alto contenuto d'acqua della zona di transizione ha conseguenze di vasta portata per la situazione dinamica all'interno della Terra. Ciò a cui ciò porta può essere visto, ad esempio, nei pennacchi del mantello caldo provenienti dal basso, che si incastrano nella zona di transizione. Lì, riscaldano la zona di transizione ricca d'acqua, che a sua volta porta alla formazione di nuovi pennacchi di mantello più piccoli che assorbono l'acqua immagazzinata nella zona di transizione. Se questi pennacchi del mantello più piccoli e ricchi d'acqua ora migrano più verso l'alto e sfondano il confine con il mantello superiore, accade quanto segue:l'acqua contenuta nei pennacchi del mantello viene rilasciata, il che abbassa il punto di fusione del materiale emergente. Si scioglie quindi immediatamente e non solo prima di raggiungere la superficie, come di solito accade. Di conseguenza, le masse rocciose in questa parte del mantello terrestre non sono più così dure nel complesso, il che conferisce ai movimenti di massa più dinamismo. La zona di transizione, che altrimenti funge da barriera alle dinamiche lì, diventa improvvisamente un motore della circolazione materiale globale. + Esplora ulteriormente

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