Le scoperte più eclatanti del 2015: i mantle plumes esistono

Una scansione della Terra li ha fotografati, e proprio loro sarebbero responsabili della formazione di vulcani di cui non si conosceva l'origine

Pahoehoe_toe
SPECIALE DICEMBRE – Dopo aver parlato della scienza applicata all’uomo, è tempo di spostare la nostra attenzione sulla scoperta più sensazionale del 2015 relativa alle caratteristiche del Pianeta che ci ospita. Dopo 40 anni di dibattito, infatti, proprio nell’anno appena trascorso sono stati raccolti indizi determinanti per dimostrare la presenza e le caratteristiche dei mantle plumes, i getti di roccia e magma incandescente che prenderebbero origine dalla base del mantello, lo strato appena al di sotto della crosta terrestre, a contatto con il nucleo esterno.

Ma perché sarebbe così importante dimostrare la loro presenza? Sulla Terra ci sono vulcani per i quali finora non siamo stati in grado di spiegare l’origine. Se i vulcani che si formano ai margini delle placche tettoniche potrebbero far risalire il magma durante i movimenti delle placche stesse, che dire di quelli che si trovano al centro di una placca o a livello delle dorsali medio-oceaniche? Da dove prendono il magma questi vulcani per generare le loro violente eruzioni?

Dimostrare la presenza dei pennacchi di magma ha significato dunque spiegare come si formano gli hotspot vulcanici.  Fino all’anno scorso si continuava a dubitare della loro presenza, perché non erano state trovate basi fisiche o logiche capaci di dimostrare il fenomeno: non si capiva cioè se davvero i mantles plumes prendessero origine al di sotto del mantello, a circa 3000 km di profondità, e se fossero davvero collegati agli hotspot vulcanici.

Nel corso del 2015 i ricercatori hanno individuato vari tasselli per ricostruire il puzzle. Ad esempio con l’articolo apparso in aprile su Nature si è cercato di definire le caratteristiche fisico – chimiche dei getti magmatici e di correlarle alle modalità di risalita in superficie. Con il paper pubblicato su Nature Geoscience invece, sono stati collegati i movimenti delle dorsali medio-oceaniche con i mantle plumes.

Nel capitolo Hotspots and Mantle Plumes, apparso nel libro Multiscale Seismic Tomography sono stati passati in rassegna ben 62 punti della superficie terrestre nei quali era possibile identificare un’attività magmatica anomala.  13 sono stati quelli identificati come hotspot collegati ad anomali movimenti magmatici a bassa velocità, con caratteristiche simili ai mantle plumes.

Ma bisogna arrivare a due articoli pubblicati in settembre per dissipare definitivamente i precedenti dubbi. Tramite un  modello tomografico simile all’MRI, basato sui dati raccolti da 273 grossi terremoti, un gruppo di ricercatori di Barkeley ha fotografato i mantle plumes. Gli studiosi hanno fatto una sorta di scansione tridimensionale alle profondità della Terra, non usando i raggi X come si fa in medicina, ma sfruttando le onde sismiche formate durante i terremoti.

L’articolo pubblicato su Science nel settembre scorso, ha mostrato su una mappa costruita con la tomografia la presenza di ben 28 getti di magma, che dalla base del mantello salirebbero fino in superficie collegati davvero alla maggior parte degli hotspot vulcanici sparsi sul globo terrestre. Per esempio avrebbero un’origine di questo tipo le catene vulcaniche delle Isole Hawaii, di Samoa o dell’Islanda. In altre zone invece, come nel Parco di Yellowstone, tale corrispondenza non sarebbe stata trovata forse a causa dei limiti di rilevamento degli strumenti a disposizione.

Rispetto a quanto si era precedentemente ipotizzato però i pennacchi di magma si sono rivelati molto più grossi: non avrebbero cioè una base sottile e una testa grossa, ma esattamente il contrario.
Al di sotto dei 1000 km di profondità il diametro dei pennacchi raggiungerebbe un’estensione compresa tra i 600 e i 1000 Km. Ciò significa che non sarebbe sufficiente l’alta temperatura a determinare la risalita verso la crosta terrestre del magma. La spinta verso l’alto dunque potrebbe davvero essere legata a una diversa composizione chimica del magma.

Nella parte più superficiale del loro percorso invece i getti si dividerebbero in tanti rivoli: un po’come accade ai fiumi in prossimità della foce, quando formano un delta. Gli hotspot spesso si presentano come una serie di vulcani in fila indiana, perché il materiale rovente dei mantle plumes è diviso in più rivoli o perché è deviato verso un percorso di risalita non più verticale ma orizzontale. Anche se lo studio ha  dimostrato una certa corrispondenza tra zone “più calde” delle rocce terrestri e movimenti magmatici sottostanti, non è detto che vi sia un collegamento verticale con gli hotspot che si trovano in superficie.

Un secondo articolo pubblicato su Nature si riferisce invece alle profondità dei mantle plumes. Con la stessa tecnica French e Romanowicz, i due autori, hanno individuato due “serbatoi” di magma per i mantle plumes, uno in corrispondenza dell’Africa e l’altro sotto l’Oceano Pacifico. Due tasche, con un diametro di circa 5000 km, con un magma che potrebbe essere molto più denso e più caldo delle zone circostanti.

La dimostrazione dell’esistenza dei mantle plumes, la loro descrizione e caratterizzazione dopo quasi mezzo secolo di dibattito è stata resa possibile mediante la registrazione di dati sismici e l’elaborazione delle informazioni mediante supercomputer. Sono state necessarie 3 milioni di CPU/ore svolgere le simulazioni necessarie a ricreare il modello.

Con nuovi dati e computer più potenti sarà possibile ottenere visualizzazioni più accurate delle profondità della Terra. Ancora una volta è l’avanzamento di diversi settori della scienza e la collaborazione tra diverse competenze che porta a risultati finora solo ipotizzati.

@AnnoviGiulia

Leggi anche: Scienza e natura a Catania e dintorni

Pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.   
Crediti immagine: Awaii Volcano Observatory, Wikimedia Commons

Informazioni su Giulia Annovi (147 Articles)
Data-journalist and science writer

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