La sismologia diventa entusiasmante quando permette di comprendere meglio la struttura interna del nostro pianeta, sia nello spazio che nel tempo.
Sappiamo dai libri di testo scolastici che la Terra ha tre (o quattro) strati: crosta, mantello e nucleo, a volte suddivisi in interni ed esterni. Questo non è del tutto vero, poiché esclude alcuni degli altri strati che gli scienziati distinguono nella struttura del nostro pianeta. In uno studio pubblicato sulla rivista Science, i geofisici dell'Università di Princeton (USA) e l'Institute of Geodesy and Geophysics in Cina riportano montagne e altra topografia su uno strato situato a 660 chilometri di profondità e che separa il mantello superiore e inferiore.
"Trovare cambiamenti di elevazione fino a tre chilometri su un confine di oltre 660 chilometri, utilizzando le onde che viaggiano attraverso la terra e ritorno, è un'impresa stimolante", ha detto la sismologa Christina Hauser, assistente professore presso il Tokyo Institute of Technology, in Giappone, che non è stata coinvolta nello studio.
La struttura della Terra. La rugosità allo strato limite a una profondità di 660 chilometri mostra le presunte montagne sotterranee. Credito: immagine di Kyle McKernan, Ufficio delle comunicazioni della Princeton University.
Per guardare in profondità nella Terra, gli scienziati usano le onde più potenti del pianeta, che sono generate dai terremoti. I terremoti profondi e forti possono mettere in movimento l'intero mantello e i terremoti di magnitudo 7.0 propagano onde d'urto attraverso il nucleo verso l'altro lato del pianeta e viceversa.
Per questo studio, gli scienziati si sono rivolti ai dati chiave sulle onde rilevate dopo il terremoto di magnitudo 8,2, il secondo più potente mai registrato, che ha scosso la Bolivia nel 1994.
Per simulare il complesso comportamento della diffusione delle onde nelle profondità della Terra, i sismologi hanno utilizzato l'ammasso di supercomputer Tiger dell'Università di Princeton. La tecnologia di simulazione dipende da una proprietà fondamentale delle onde: la loro capacità di cambiare direzione e rimbalzare. Proprio come le onde luminose possono essere riflesse o rifratte quando passano attraverso un prisma, le onde sismiche viaggiano direttamente attraverso rocce omogenee, ma vengono riflesse o rifratte al confine del mezzo. Pertanto, la loro dispersione trasporta informazioni sulle irregolarità della superficie e sugli strati profondi.
“Siamo rimasti molto sorpresi dai risultati ottenuti. Il confine di 660 chilometri ha una topografia più forte delle Montagne Rocciose o degli Appalachi, ed è complesso quanto quello che vediamo in superficie , scrivono gli autori dello studio.
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Rocky Mountain view dal Parco Nazionale delle Montagne Rocciose USA. Credito: Stanislav Savin.
Il modello statistico non ha permesso di determinare con precisione l'altezza delle montagne che si trovano nelle profondità delle montagne, ma è diventato chiaro che le irregolarità sono distribuite in modo non uniforme, così come la superficie della crosta terrestre ha aree lisce del fondo oceanico e alte montagne. I ricercatori hanno anche esaminato uno strato a una profondità di 410 chilometri, nella parte superiore della "zona di transizione" del mantello, e non hanno trovato tale diffusione topografica.
I risultati ottenuti mostrano quanto siano stati avanzati gli strumenti sismici per scoprire proprietà nuove e inaspettate degli strati terrestri.
Cosa significa questo
La presenza di irregolarità al confine di 660 chilometri è essenziale per capire come si è formato il nostro pianeta. Lo strato esplorato divide il mantello, che costituisce circa l'84% del volume terrestre, nelle sue parti superiore e inferiore. Per anni, gli scienziati geologici hanno discusso di quanto sia importante questo confine. In particolare, hanno studiato il modo in cui il calore viaggia attraverso il mantello.
Alcune prove geochimiche e mineralogiche suggeriscono una differenza chimica tra il mantello superiore e inferiore, il che supporta l'idea che le due sezioni non si mescolano termicamente o fisicamente. Tuttavia, i dati mostrano che regioni più lisce al confine di 660 km possono essere il risultato di un'attenta miscelazione verticale, mentre le regioni montuose possono essersi formate dove non avviene la miscelazione.
Inoltre, le irregolarità rilevate possono teoricamente essere causate da anomalie termiche o irregolarità chimiche. Ma a causa della ridistribuzione del calore nel mantello, ogni piccola anomalia termica verrà appianata nell'arco di un milione di anni, lasciando solo differenze chimiche.
Quindi cosa potrebbe aver causato la differenza significativa nella chimica degli strati? Gli scienziati dicono che la ragione di ciò è l'affondamento di rocce che appartenevano alla crosta terrestre. I geofisici hanno dibattuto a lungo sul destino delle placche dei fondali marini che tagliano il mantello nelle zone di subduzione di tutto il mondo. I ricercatori ipotizzano che i resti di queste antiche placche possano ora essere appena sopra o appena sotto il confine di 660 chilometri.
"La sismologia diventa eccitante quando ci permette di comprendere meglio la struttura interna del nostro pianeta sia nello spazio che nel tempo", concludono gli autori dello studio.
