I pennacchi di mantello spaccano i continenti
Gli scienziati della Terra dell'ETH di Zurigo e dell'Università di Parigi VI dimostrano con una simulazione ad alta risoluzione senza precedenti che le colonne di magma provenienti dall'interno della Terra possono provocare l'esplosione dei continenti - ma solo se la pelle della Terra è già in tensione.
In alcuni luoghi della Terra, il materiale sale dallo strato di confine tra il nucleo terrestre e il mantello interno per centinaia di chilometri sotto forma di colonne fino a sotto la crosta terrestre. Rallentato dalla resistenza della dura crosta, il flusso di materiale si diffonde lateralmente e assume la forma di un fungo. Gli esperti chiamano queste colonne di magma pennacchi di mantello o, in breve, pennacchi.
Il sistema di rift africano è dovuto a pennacchi di mantello?
I geologi sospettano che i pennacchi non solo generino vulcani al di fuori delle zone attive dal punto di vista tettonico, ma possano anche rompere i continenti. Gli scienziati citano come esempio la depressione di Danakil, un bassopiano nella regione transfrontaliera di Etiopia, Eritrea e Gibuti. Conosciuta come "Triplice Giunzione", quest'area è estremamente attiva in termini di tettonica e vulcanismo. I geologi ipotizzano che sotto di essa sorga il cosiddetto pennacchio di Afar. La sua influenza ha formato un sistema di trincee che qui si biforca nel Mar Rosso, nel Golfo di Aden e nella Rift Valley africana. Ma poiché questo processo ha richiesto tempi geologicamente lunghi, nessuno può confermare o respingere con assoluta certezza l'ipotesi del potere di rottura dei continenti da parte di un pennacchio.
La simulazione si avvicina alla realtà
Evgueni Burov, professore all'Università di Parigi VI e Taras Gerya, professore di geofisica all'ETH di Zurigo, si sono avvicinati alla soluzione di questo rompicapo geologico grazie a un nuovo modello al computer. Il lavoro è stato appena pubblicato su "Nature". I due ricercatori hanno condotto esperimenti numerici per visualizzare la superficie terrestre sopra un pennacchio in tre dimensioni e ad alta risoluzione.
Il risultato di queste simulazioni è che i flussi di materiale in risalita hanno il potere di rompere i continenti se la placca tettonica è sottoposta a una (debole) tensione. "La forza che un pennacchio esercita su una placca è in realtà troppo piccola per romperla", afferma Gerya. In esperimenti con modelli semplici, i ricercatori hanno permesso che i pennacchi colpissero una placca rilassata, senza provocarne la rottura. Si è formato solo un cumulo circolare. Tuttavia, quando i geofisici hanno modellato lo stesso processo con una placca sottoposta a una debole tensione, questa si è rotta e ha formato un sistema di crepe e trincee simili a quelle che si trovano in natura.
"Il processo è paragonabile a quello di un rotolo di plastica teso. Basta una piccola forza puntiforme e la pellicola si strappa. Se invece la pellicola è rilassata, difficilmente si strappa". Questo meccanismo è stato proposto in precedenza come possibile spiegazione della disgregazione dei continenti, ma non è ancora stato spiegato in modo plausibile.
Prime simulazioni ad alta risoluzione
"Siamo i primi ad essere in grado di modellare l'interazione di un pennacchio con una placca in tensione con una risoluzione così elevata", continua Gerya. Per effettuare le simulazioni, i ricercatori avevano bisogno di computer veloci e potenti e di algoritmi stabili, che hanno programmato da soli. Gli scienziati hanno beneficiato dei progressi tecnici, ma anche dell'esperienza che l'ETH ha acquisito in questo campo negli ultimi 10 anni.
Nel modello, le deformazioni avvengono a una velocità elevata per gli standard geologici. Dopo "solo" due milioni di anni si possono formare sistemi di fratture profonde diversi chilometri e lunghe più di mille chilometri. I processi sono quindi fino a 10 volte più veloci dei processi tettonici come la subduzione e 50 volte più veloci del ripiegamento delle Alpi, per esempio.
Un'idea controversa
Tuttavia, l'idea dei pennacchi di mantello non è incontestabile. Alcuni ricercatori dubitano persino della loro esistenza. "Penso che sia piuttosto improbabile che non esistano", dice Gerya. Come spesso accade in geologia, ma soprattutto nelle ricerche sulla vita interna della Terra, non è possibile osservare direttamente né tali processi né l'esistenza dei pennacchi. Anche i lunghi periodi di tempo in cui avvengono i processi geologici sfuggono all'esperienza umana quotidiana. "L'unica cosa che possiamo osservare sono gli effetti che i pennacchi hanno sulla superficie terrestre e sull'andamento delle onde sismiche nell'interno della Terra."
Per questo motivo abbiamo bisogno di modelli validi e realistici, che eseguano i processi in modo rapido. Il grado di realismo delle rappresentazioni calcolate dipende dai parametri utilizzati. Ad esempio, le leggi fisiche, le proprietà materiali della crosta terrestre e le condizioni di temperatura e pressione sono incorporate nel modello dell'interazione tra placca e placca continentale. "Le regole del gioco sono chiare per noi. Di norma, però, gli esseri umani non hanno un'intuizione sufficiente per riconoscere come queste interagiscono tra loro".
Letteratura di riferimento
Burov E, Gerya T. Topografia asimmetrica tridimensionale sui pennacchi di mantello. Nature 513,85-89 (04 settembre 2014), pubblicato online il 3 settembre 2014. DOI: pagina esterna10.1038/nature13703