È stato scoperto uno strato nascosto della Terra a 150 km dalla superficie

Un gruppo di scienziati ha scoperto uno strato nascosto di roccia semi-fusa situato circa 150 chilometri sotto la superficie terrestre, che potrebbe rappresentare la soluzione a misteri irrisolti sui movimenti delle placche tettoniche.

Studi precedenti avevano già suggerito la presenza di questo strato in alcune aree, ma la ricerca pubblicata a inizio febbraio 2023 su Nature Geoscience dimostra che lo strato si estende su una porzione molto più ampia delle regioni sotterranee del pianeta rispetto a quanto si pensava.

La scoperta di questa strana zona suggerisce che la roccia fusa che scorre attraverso la parte superiore del mantello terrestre—l’involucro tra crosta e nucleo—ricopra un ruolo minimo nella tettonica a placche rispetto ad altre forze, come ad esempio il trasferimento di calore in quest’area sotterranea. Determinarlo con certezza è importante perché la tettonica a placche ha contribuito alla nascita della vita sulla Terra, tra le altre cose. Una comprensione più approfondita di questo dominio potrebbe aiutarci anche a farci un’idea più precisa di mondi alieni con dinamiche simili.  

Conosciamo tutti l’attuale mappamondo con i sette continenti e l’oceano globale, ma si tratta soltanto di uno dei mille volti della Terra nel corso di miliardi di anni. Il nostro pianeta è tettonicamente vivo, cioè le enormi placche rocciose che ne formano la superficie si spostano nel tempo. Di conseguenza, la conformazione globale delle terre emerse e degli oceani cambia a seconda dell’allontanamento, o degli scontri, o dei riassorbimenti nel mantello di queste placche.

Per esempio, quando sono comparsi i dinosauri circa 250 milioni di anni fa, gran parte delle terre emerse facevano parte di un unico supercontinente chiamato Pangea. Nei prossimi 300 milioni di anni, l’Asia e l’America del Nord potrebbero scontrarsi fra di loro e formare una nuova massa di terra, stando ad alcune proiezioni. Oltre a mantenere fresco il look della Terra, il movimento delle placche contribuisce all’abitabilità del pianeta, contribuendo alla stabilità del clima, tra i vari benefici.

Le placche tettoniche si spostano sopra una regione del mantello terrestre chiamata astenosfera, ma ci sono molte questioni aperte sulla dinamica precisa di questo delicato processo. In particolare, sono sempre rimasti un mistero i dettagli riguardanti lo strato inferiore dell’astenosfera, che si trova a circa 150 km sotto la superficie del pianeta.

Un gruppo di scienziati guidato da Junlin Hua, borsista postdottorato in geoscienze all’Università del Texas a Austin, ha scoperto uno strato nascosto di roccia fusa appena sotto l’astenosfera che sembra estendersi su almeno il 44 percento del pianeta, forse più. Nonostante l’estensione mastodontica, questo cuscinetto “non ha effetti sostanziali sulla viscosità su larga scala dell’astenosfera,” cioè probabilmente non gioca un ruolo chiave nella tettonica a placche. La scoperta aiuterà a perfezionare i modelli delle parti mobili della Terra, secondo lo studio.

"Siamo rimasti meravigliati da quanto le osservazioni… confermassero le nostre intuizioni,” Hua ha detto via email a VICE. “Sono rimasto anche un po’ sorpreso dalle sue dimensioni.”

“Un’altra scoperta sorprendente è che questo strato fuso extra non ha conseguenze considerevoli sul movimento delle placche, nonostante intuitivamente verrebbe da pensare che una cosa fusa (come un cioccolatino sciolto) sia più facile da deformare,” ha proseguito. Dunque, “sarà probabilmente la fisica della deformazione della roccia solida a determinare l’astenosfera relativamente debole, anziché la presenza di materiale fuso.”

A tal proposito, la comunità scientifica dibatte da tempo su quale contributo le rocce parzialmente fuse nell’astenosfera diano al movimento delle placche tettoniche sovrastanti, in parte perché abbiamo ancora molto da scoprire sull’abbondanza e la distribuzione di rocce morbide in questo strato. Sembra ragionevole pensare che grossi cuscinetti di roccia fusa rendano l’astenosfera più morbida, producendo un tappeto che facilita il movimento delle placche—eppure il funzionamento della relazione tra gli strati e il movimento tettonico resta un enigma.

Hua si è imbattuto in una possibile soluzione mentre assemblava una mappa dell’astenosfera con l’aiuto delle onde sismiche prodotte dai terremoti in centinaia di diverse ubicazioni in tutto il globo. Queste onde si muovono all’interno della Terra e interagiscono con i materiali che incontrano in ogni strato, rivelando dettagli sulle loro proprietà.

Disegnando la mappa, Hua ha notato che le onde sismiche rallentavano quando colpivano uno strato nascosto di roccia fusa che ricopre una fetta considerevole del mondo a una profondità di 150 chilometri sotto la superficie. Il team ha battezzato la zona “PVG-150” dall’inglese “positive velocity gradient at 150 kilometers.” 

“Stavo studiando la Turchia a quei tempi, e ho trovato un segnale sismico che evidenziava il confine inferiore di uno strato a bassa velocità sismica in quel punto,” ha spiegato Hua. “Si è parlato molto del limite superiore dello strato a bassa velocità, ma molto meno di quello inferiore, e sono rimasto sorpreso da quanto chiaramente si fosse mostrato osservando la Turchia.”

“Così ho deciso di andarlo a cercare in altri punti del globo per vedere quanto fosse diffuso questo limite inferiore, e abbiamo constatato che ha un’estensione considerevole, e la parte inferiore corrisponde soltanto al fondo dello strato con le rocce parzialmente fuse,” ha aggiunto.

I ricercatori hanno poi indagato sull’impatto che la presenza del PVG-150 aveva sul flusso tettonico in determinati luoghi. Non hanno trovato una correlazione tra la roccia fusa e il movimento delle placche, il che fa pensare che la presenza di queste rocce non sia importante per il flusso tettonico tanto quanto altre forze nell’astenosfera, come le variazioni di temperatura e pressione.

“La scoperta più importante del paper si divide in due parti,” ha detto Hua. “L’astenosfera che giace sotto la litosfera e rende possibili i movimenti delle placche si può dividere in due categorie: circa metà è abbastanza calda da sciogliere la roccia solida sopra i 150 chilometri; l’altra metà è quasi del tutto solida.”

“Anche se parzialmente fuso, paradossalmente, questo materiale non influenza significativamente la tettonica a placche, il che significa che il movimento delle placche è ancora controllato dalle leggi fisiche della deformazione della roccia solida,” ha ribadito.

Oltre a rivelare l’esistenza di un nuovo strato della Terra, lo studio potrebbe rendere più semplice la realizzazione di modelli di tettonica a placche limitando l’influenza della roccia fusa. La nuova ricerca inoltre getta ulteriore luce sul misterioso strato basso dell’astenosfera, che potrebbe aiutare gli scienziati a spiegare come si è sviluppata la tettonica a placche sul nostro pianeta e quanto sia comune incontrarla su altri mondi.

Considerando che queste parti mobili hanno contribuito allo sviluppo della vita sulla Terra, capire la loro storia e il loro funzionamento sarà essenziale nella ricerca di vita extraterrestre. Nel frattempo, comunque, Hua e colleghi sperano di continuare a esplorare i misteriosi strati dell’astenosfera con i dati sismici ottenuti in regioni più remote, come gli oceani.

“Una direzione futura potrebbe essere un miglior campionamento delle regioni oceaniche,” Hua ha concluso. “In questo studio, stiamo usando principalmente strumenti sismici sui continenti, e anche se abbiamo usato anche alcuni strumenti dislocati su isole oceaniche, c’è senza dubbio una carenza di dati sull’oceano. Quindi, per proseguire su questa strada, servono ulteriori studi che si concentrino su dati diversi o su strumenti sismici installati sul fondo degli oceani per colmare questa lacuna.”