Il mantello terrestre si comporta come un fluido che si muove lentamente, ma ciò non ha impedito a due vaste regioni alla sua base di mantenere una separazione dal resto. Queste aree, delle dimensioni di continenti, sono più calde rispetto al resto del mantello e, secondo una nuova ricerca, hanno mantenuto questo stato per almeno mezzo miliardo di anni. Le stesse aree potrebbero essere responsabili dei vulcani che si verificano lontano dai confini delle placche tettoniche. La conoscenza che il calore fluisce da una zona calda a una fredda risale sicuramente a centinaia di migliaia di anni fa. Una descrizione scientificamente rigorosa risale a Newton. Eppure continuiamo a sorprenderci del modo in cui le regioni di calore possono mantenersi rispetto alle condizioni circostanti.
Negli anni ’90, i sismologi hanno scoperto due zone calde all’interno del mantello terrestre: una sotto la maggior parte dell’Africa, la Spagna e parte dell’Atlantico; l’altra sotto l’Oceano Pacifico. “Nessuno sapeva cosa fossero e se fossero solo un fenomeno temporaneo o se fossero lì da milioni o forse addirittura miliardi di anni,” ha detto il co-autore dello studio, il professor Arwen Deuss dell’Università di Utrecht, in una dichiarazione. L’età era particolarmente significativa: è una cosa che le aree calde temporanee sorgano, come quando un’area esposta al sole rimane più calda del suo vicino al calar della sera. Se quella differenza di calore viene mantenuta a lungo termine, c’è più da spiegare.
“Queste due grandi isole sono circondate da un cimitero di placche tettoniche che sono state trasportate lì da un processo chiamato ‘subduzione’, dove una placca tettonica si immerge sotto un’altra placca e affonda fino a una profondità di quasi tremila chilometri,” ha aggiunto Deuss. Le aree sono conosciute come Province a Bassa Velocità Sismica (LLSVP) perché le onde sismiche rallentano mentre le attraversano, un prodotto delle vibrazioni prodotte dalle temperature più elevate che interferiscono con la trasmissione. Si trovano sul fondo del mantello, dove incontra il nucleo esterno.
Deuss e i suoi colleghi hanno investigato l’interferenza sismica fornita dalle LLSVP. “Contrariamente alle nostre aspettative, abbiamo trovato poca attenuazione nelle LLSVP,” ha detto il primo autore Dr. Sujania Talavera-Soza. Anche se le LLSVP cambiano la frequenza delle onde mentre le attraversano, gli autori hanno scoperto che non influenzano molto il volume. Questo è in contrasto con le lastre fredde circostanti, che causano una notevole attenuazione. I risultati contrastano con il mantello superiore dove, ha detto Talavera-Soza, “Abbiamo trovato esattamente ciò che ci aspettavamo: è caldo e le onde sono attenuate.”
Il team ha spiegato le differenze nella trasmissione come una conseguenza della dimensione dei grani delle particelle all’interno delle LLSVP, che Deuss ha detto essere “molto più importante” della temperatura. “Le placche tettoniche subdotte che finiscono nel cimitero delle lastre consistono di piccoli grani perché si ricristallizzano durante il loro viaggio in profondità nella Terra. Una dimensione dei grani piccola significa un numero maggiore di grani e quindi anche un numero maggiore di confini tra i grani.” Questo porta a più attenuazione rispetto alle LLSVP a grana grossa, poiché l’energia si perde ogni volta che un’onda attraversa il confine tra i grani.
Se i grani delle LLSVP sono così grandi, gli autori hanno concluso, queste zone devono essere molto antiche, poiché i grani crescono lentamente, particolarmente in blocchi rigidi come le LLSVP. Invece di essere mescolate con il resto del mantello come dicono i libri di testo, le LLSVP rimangono distaccate, mantenendo il loro calore per centinaia di milioni di anni. Guardandola dall’altro lato, una diversa composizione chimica o una variazione nella dimensione dei grani aiuterebbe a mantenere differenze di temperatura a lungo termine. Infatti, le LLSVP potrebbero persino essere resti di quando il mantello si è formato per la prima volta dall’oceano di magma che una volta copriva la Terra.
Tuttavia, i grani modellati per le LLSVP non sono affatto giganti, essendo di circa 1 millimetro (0,04 pollici) di diametro, che è comunque circa dieci volte più grande di quanto gli autori sospettano per le regioni circostanti. Per quanto grandi siano le LLSVP, i fenomeni a centinaia di chilometri sotto i nostri piedi ci interessano principalmente quando influenzano la superficie. Gli autori pensano che possano farlo, sotto forma di pennacchi del mantello, dove bolle di materiale caldo salgono in superficie per produrre regioni vulcaniche, la più famosa delle quali è Hawaii. “Pensiamo che quei pennacchi del mantello originino ai bordi delle LLSVP,” ha detto Deuss.
Anche se i terremoti sono comuni, solo pochi sono abbastanza grandi e profondi da far tremare l’intero pianeta e fornire la chiarezza necessaria per risolvere gli effetti delle LLSVP, dei cimiteri delle lastre circostanti e del comportamento del mantello superiore. Tuttavia, con un database che risale al 1975, gli autori dicono che ne sono stati osservati abbastanza da poterli interpretare con fiducia. Coincidentalmente, il lavoro è pubblicato poco dopo la prima evidenza di una differenza di temperatura simile sostenuta nel mantello marziano, che potrebbe aver causato la differenza di altitudine tra gli emisferi del pianeta rosso. Lo studio è pubblicato sulla rivista Nature.