Scoperto uno strato di roccia parzialmente fusa nel mantello terrestre, quali sono le implicazioni?

Le placche litosferiche, cioè gli enormi blocchi rocciosi in cui è frammentato l’involucro più esterno della Terra, si muovono sullo strato sottostante, l’astenosfera. Queste sono in grado di deformarsi, tanto da essere “rimescolate” da continui movimenti circolari alimentati dal calore interno della Terra – i cosiddetti moti convettivi.
Grazie allo studio delle onde sismiche a circa 160 km di profondità nell’astenosfera, è stato individuato un “nuovo” strato di roccia parzialmente fusa. Perché questa recente scoperta, pubblicata su Nature Geoscience, è così importante?

Le caratteristiche dell'astenosfera

Sappiamo che la Terra è costituita da quattro strati principali, che partendo dalla superficie terrestre sono: crosta, mantello e nucleo, diviso in esterno e interno. La parte superiore del mantello è rigida e solida e costituisce, insieme alla crosta sovrastante, la litosfera. Sotto la litosfera, a partire da circa 100 km di profondità, si trova l’astenosfera.
L’astenosfera ha proprietà fisiche molto diverse rispetto a quelle della litosfera: pur essendo solida non è rigida, ma il suo comportamento è duttile, cioè le rocce di cui è costituita possono deformarsi facilmente. Grazie a questa caratteristica, essa agisce come un “nastro trasportatore” che trascina le placche litosferiche.

Ma noi come facciamo a conoscere così bene la struttura interna del nostro pianeta? Le informazioni sono state ottenute per la maggior parte studiando la velocità delle onde sismiche. I terremoti, infatti, generano onde sismiche che si propagano in profondità nella Terra. Non lo fanno con velocità costante, ma rallentano o accelerano in base alle caratteristiche degli strati rocciosi che attraversano. In generale, la velocità è maggiore nei materiali più rigidi e compatti: per esempio, le onde rallentano drasticamente quando incontrano l’astenosfera plastica.

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Le rocce parzialmente fuse

Quando i ricercatori dell’Università del Texas, guidati da Junlin Hua, hanno analizzato la velocità delle onde sismiche nell’astenosfera al di sotto della Turchia, hanno notato che in alcuni punti il rallentamento era ancora più accentuato. Ne hanno dedotto che qui le rocce non sono solo plastiche, ma addirittura parzialmente fuse. I ricercatori texani, analizzando una grande mole di dati provenienti dai sismografi di tutto il mondo, hanno scoperto che nell’astenosfera la roccia parzialmente fusa non è limitata a poche aree ristrette. Costituisce invece un vero e proprio strato, esteso a livello globale.

L'importanza della scoperta

La presenza di rocce parzialmente fuse nell’astenosfera era già nota, ma non se ne conoscevano estensione e distribuzione. Inoltre, si ipotizzava che queste rocce potessero influenzare il comportamento plastico dell’astenosfera e quindi i movimenti delle placche. Ma non è così: i ricercatori non hanno trovato nessun legame tra la distribuzione del “nuovo” strato e i movimenti delle placche.

Non si conosce ancora esattamente il motivo per cui l’astenosfera è plastica, ma si pensa che a determinarne il comportamento siano graduali variazioni di temperatura e pressione con la profondità. Le differenze di temperatura tra le zone superficiali e quelle profonde alimentano i moti convettivi che rimescolano questo strato. Per capire meglio di che cosa si tratta, basta pensare ai movimenti circolari che si originano in una pentola d’acqua che bolle su un fornello (il fornello corrisponde al calore interno della Terra).

In questo caso, però, i movimenti sono molto più lenti perché non coinvolgono un fluido. Nell’astenosfera il materiale caldo e quindi più leggero risale verso la superficie, dove si raffredda, si appesantisce e quindi ridiscende in profondità trascinando le placche litosferiche.