Nascoste in profondità nel mantello terrestre ci sono due enormi “isole” delle dimensioni di un continente; una nuova ricerca dell’Università di Utrecht dimostra che queste regioni non sono solo più calde rispetto al “cimitero” circostante di placche tettoniche affondate e fredde, ma che devono anche essere antichissime: almeno mezzo miliardo di anni, forse anche di più.
Queste osservazioni contraddicono l’idea di un mantello terrestre ben mescolato e a flusso rapido, una teoria sempre più messa in discussione. “Nel mantello terrestre c’è meno flusso di quanto comunemente si pensi.” Questa ricerca è stata pubblicata il 22 gennaio 2025 su Nature.
Il mantello terrestre e le “isole” che nasconde
I grandi terremoti fanno vibrare l’intera Terra come una campana con toni diversi, proprio come uno strumento musicale; i sismologi studiano l’interno profondo della Terra investigando quanto questi toni siano “stonati”, poiché le oscillazioni globali della Terra risulteranno stonate o meno intense quando incontrano delle anomalie e in questo modo, i sismologi riescono a creare immagini dell’interno del nostro pianeta, proprio come un medico può “vedere” attraverso il corpo umano con i raggi X.
Alla fine del secolo scorso, un’analisi di queste oscillazioni ha rivelato l’esistenza di due “super-continenti” sotterranei: uno sotto l’Africa e l’altro sotto l’Oceano Pacifico, entrambi nascosti a più di duemila chilometri sotto la superficie terrestre.
“Nessuno sapeva cosa fossero, né se fossero un fenomeno temporaneo o se fossero lì da milioni o forse miliardi di anni,” spiega Arwen Deuss, sismologa e professoressa di Struttura e composizione dell’interno profondo della Terra presso l’Università di Utrecht nei Paesi Bassi. “Queste due grandi isole sono circondate da un cimitero di placche tettoniche, trasportate lì attraverso un processo chiamato ‘subduzione’, in cui una placca tettonica si immerge sotto un’altra e affonda dalla superficie terrestre fino a una profondità di quasi tremila chilometri.”
Le onde lente del Mantello Terrestre
“Sappiamo da anni che queste isole si trovano al confine tra il nucleo e il mantello terrestre. E osserviamo che le onde sismiche rallentano in queste regioni.” Per questo motivo, i geologi le chiamano “Province a bassa velocità sismica” (Large Low Seismic Velocity Provinces, LLSVP).
“Le onde rallentano perché le LLSVP sono calde, proprio come non puoi correre veloce quando fa caldo rispetto a quando fa freddo.” Deuss e la sua collega Sujania Talavera-Soza erano curiose di scoprire di più su queste regioni. “Abbiamo aggiunto nuove informazioni, il cosiddetto ‘smorzamento’ delle onde sismiche, che è la quantità di energia che le onde perdono quando attraversano la Terra. Per fare ciò, non ci siamo limitate a studiare quanto i toni fossero stonati, ma abbiamo analizzato anche il loro volume sonoro.”
Talavera-Soza aggiunge: “Contrariamente alle aspettative, abbiamo trovato poco smorzamento nelle LLSVP, il che rendeva i toni molto forti in quelle aree. Tuttavia, abbiamo trovato molto smorzamento nel cimitero delle placche fredde, dove i toni risultavano molto deboli. Diversamente dal mantello superiore, dove abbiamo trovato esattamente ciò che ci aspettavamo: è caldo e le onde sono smorzate; proprio come quando fa caldo e vai a correre, non solo rallenti, ma ti stanchi anche più velocemente rispetto a quando fa freddo.”
Dimensione dei grani nel mantello terrestre
La loro collega Laura Cobden, specialista nei minerali che si trovano in profondità nella Terra, ha suggerito di studiare la dimensione dei grani minerali nelle LLSVP.
Secondo il collega americano Ulrich Faul, la temperatura da sola non può spiegare l’assenza di un alto smorzamento nelle LLSVP. Deuss spiega: “La dimensione dei grani è molto più importante. Le placche tettoniche che finiscono nel cimitero delle placche consistono in grani piccoli perché si ricristallizzano durante il loro viaggio nelle profondità della Terra.Una dimensione dei grani piccola implica un numero maggiore di grani e, quindi, un numero maggiore di confini tra i grani. A causa di questo gran numero di confini nel cimitero delle placche, troviamo più smorzamento, perché le onde perdono energia a ogni confine attraversato. Il fatto che le LLSVP mostrino pochissimo smorzamento significa che devono essere composte da grani molto più grandi.”
Il mantello terrestre e l’antichità
Questi grani minerali non crescono da un giorno all’altro, il che può significare solo una cosa: le LLSVP sono molto più antiche rispetto al cimitero delle placche circostante. Inoltre, le LLSVP, con i loro blocchi costitutivi molto più grandi, sono molto rigide; pertanto, non partecipano alla convezione del mantello (il flusso nel mantello terrestre) e di conseguenza, contrariamente a quanto insegnano i libri di geografia, il mantello non può essere ben mescolato. Talavera-Soza chiarisce: “Dopotutto, le LLSVP devono essere in grado di sopravvivere alla convezione del mantello in qualche modo.”
Il motore di tutto
La conoscenza del mantello terrestre è essenziale per comprendere l’evoluzione del nostro pianeta. “E anche per capire altri fenomeni sulla superficie terrestre, come il vulcanismo e la formazione delle montagne,” aggiunge Deuss.
“Il mantello terrestre è il motore che guida tutti questi fenomeni. Prendiamo, ad esempio, i pennacchi del mantello, che sono grandi bolle di materiale caldo che salgono dall’interno profondo della Terra, come in una lampada di lava.” Quando finalmente raggiungono la superficie, causano vulcanismo, come quello delle Hawaii. “E pensiamo che questi pennacchi abbiano origine ai bordi delle LLSVP.”
Grandi terremoti
In questo tipo di ricerca, i sismologi sfruttano le oscillazioni causate da terremoti molto forti, preferibilmente quelli che si verificano a grandi profondità, come il grande terremoto della Bolivia del 1994. “Non è mai arrivato sui giornali, perché si è verificato a una profondità di 650 km e fortunatamente non ha causato danni o vittime in superficie,” spiega Deuss.
Le oscillazioni globali della Terra, o toni, vengono descritte matematicamente in modo da poter “leggere” facilmente lo smorzamento (cioè quanto è forte l’oscillazione) causato da una specifica struttura e separarlo dalla velocità delle onde (cioè quanto sono stonate). “Il che è impressionante, perché lo smorzamento del segnale rappresenta solo un decimo delle informazioni totali che possiamo ricavare da queste oscillazioni.”; per questo tipo di ricerca, non è necessario aspettare che si verifichi un altro terremoto. I dati di terremoti precedenti sono altrettanto utili. “Possiamo tornare indietro fino al 1975, perché da quell’anno i sismometri sono diventati abbastanza precisi da fornirci dati di alta qualità utili per le nostre ricerche.”
