Il mantello inferiore è il quarto strato spesso. (johan63/iStock/Getty Images) Gli scienziati hanno rilevato il terremoto più profondo mai registrato, ben 751 chilometri sotto la superficie terrestre.
Quella profondità colloca il terremoto nel mantello inferiore, dove i sismologi si aspettavano terremoti essere impossibile. Questo perché sotto pressioni estreme, le rocce hanno maggiori probabilità di piegarsi e deformarsi piuttosto che rompersi con un improvviso rilascio di energia.
Ma i minerali non sempre si comportano esattamente come previsto, ha detto Pamela Burnley, professoressa di geomateriali all'Università del Nevada, a Las Vegas, che non è stata coinvolta nella ricerca. Anche a pressioni in cui dovrebbero trasformarsi in stati diversi, meno soggetti a terremoti, potrebbero persistere nelle vecchie configurazioni.
'Solo perché dovrebbero cambiare non significa che lo faranno', ha detto Burnley a WordsSideKick.com. Ciò che il terremoto può rivelare, quindi, sono i confini interni Terra sono più confusi di quanto spesso gli viene dato credito.
Attraversare il confine
Il terremoto, segnalato per la prima volta a giugno nella rivista Lettere di ricerca geofisica , è stata una scossa di assestamento minore al terremoto di magnitudo 7,9 che ha scosso le Isole Bonin al largo del Giappone continentale nel 2015. I ricercatori guidati dal sismologo dell'Università dell'Arizona Eric Kiser hanno rilevato il terremoto utilizzando la serie di stazioni sismiche Hi-net del Giappone.
L'array è il sistema più potente per rilevare i terremoti attualmente in uso, ha affermato John Vidale, un sismologo dell'Università della California del Sud che non è stato coinvolto nello studio. Il terremoto è stato lieve e non è stato avvertito in superficie, quindi sono stati necessari strumenti sensibili per individuarlo.
La profondità del terremoto deve ancora essere confermata da altri ricercatori, ha detto Vidale a WordsSideKick.com, ma la scoperta sembra affidabile. 'Hanno fatto un buon lavoro, quindi tendo a pensare che probabilmente sia giusto', ha detto Vidale.
Ciò rende il terremoto una sorta di grattacapo. La stragrande maggioranza dei terremoti sono superficiali e hanno origine nella crosta terrestre e nel mantello superiore entro i primi 100 km sotto la superficie.
Nella crosta, che si estende in media solo per circa 20 chilometri, le rocce sono fredde e fragili. Quando queste rocce sono sottoposte a stress, ha detto Burnley, possono piegarsi solo leggermente prima di rompersi, rilasciando energia come una molla a spirale.
Più in profondità nella crosta e nel mantello inferiore, le rocce sono più calde e più in alto pressioni , il che li rende meno inclini a rompersi. Ma a questa profondità, possono verificarsi terremoti quando le alte pressioni spingono sui pori pieni di liquido nelle rocce, costringendo i fluidi a fuoriuscire. In queste condizioni, le rocce sono anche soggette a fragili rotture, ha detto Burnley.
Questo tipo di dinamiche possono spiegare terremoti fino a 400 km di profondità, ovvero ancora nel mantello superiore. Ma anche prima della scossa di assestamento di Bonin del 2015, sono stati osservati terremoti nel mantello inferiore, fino a circa 420 miglia (670 km).
Quei terremoti sono stati a lungo misteriosi, ha detto Burnley. I pori delle rocce che trattengono l’acqua sono stati chiusi, quindi i fluidi non costituiscono più un fattore scatenante.
'A quella profondità, pensiamo che tutta l'acqua dovrebbe essere portata via, e siamo decisamente molto, molto lontani da dove vedremmo il classico comportamento fragile', ha detto. 'Questo è sempre stato un dilemma.'
Gran parte del mantello terrestre è costituito dal minerale olivina. (underworld111/Getty Images)
Cambiare i minerali
Il problema con i terremoti più profondi di circa 249 miglia ha a che fare con il modo in cui i minerali si comportano sotto pressione. Gran parte del mantello del pianeta è costituito da un minerale chiamato olivina, che è lucente e verde.
A circa 249 miglia di profondità, le pressioni causarono l'olivina atomi per riorganizzarsi in una struttura diversa, un minerale bluastro chiamato wadsleyite. Altre 62 miglia (100 km) più in profondità, la wadsleyite si riorganizza nuovamente in ringwoodite. Infine, a circa 423 miglia (680 km) di profondità nel mantello, la ringwoodite si scompone in due minerali, bridgmanite e periclasio.
Naturalmente, i geoscienziati non possono sondare direttamente la Terra così lontano, ma possono utilizzare apparecchiature di laboratorio per ricreare pressioni estreme e creare questi cambiamenti in superficie. E poiché le onde sismiche si muovono in modo diverso attraverso le diverse fasi minerali, i geofisici possono vedere i segni di questi cambiamenti osservando le vibrazioni causate dai grandi terremoti.
Quest'ultima transizione segna la fine del mantello superiore e l'inizio del mantello inferiore. Ciò che è importante riguardo a queste fasi minerali non sono i loro nomi, ma il fatto che ciascuna si comporti in modo diverso. È simile alla grafite e ai diamanti, ha detto Burnley.
Entrambi sono fatti di carbonio , ma con modalità diverse. La grafite è la forma stabile sulla superficie terrestre, mentre i diamanti sono la forma stabile nelle profondità del mantello. Ed entrambi si comportano in modo molto diverso: la grafite è morbida, grigia e scivolosa, mentre i diamanti sono estremamente duri e trasparenti.
Man mano che l'olivina si trasforma nelle sue frasi a pressione più elevata, diventa più probabile che si pieghi e meno probabile che si rompa in modo da innescare terremoti.
I geologi erano perplessi sui terremoti nel mantello superiore fino agli anni '80, e ancora non tutti sono d'accordo sul motivo per cui si verificano lì. Burnley e il suo consulente di dottorato, il mineralogista Harry Green, furono quelli a trovare una potenziale spiegazione.
Negli esperimenti degli anni '80, la coppia scoprì che le fasi minerali dell'olivina non erano così ordinate e pulite. In alcune condizioni, ad esempio, l'olivina può saltare la fase wadsleyite e dirigersi direttamente alla ringwoodite. E proprio nel passaggio dall’olivina alla ringwoodite, sotto una pressione sufficiente, il minerale potrebbe effettivamente rompersi invece di piegarsi.
'Se non si verificasse alcuna trasformazione nel mio campione, non si romperebbe', ha detto Burnley. 'Ma nel momento in cui avveniva la trasformazione e allo stesso tempo la stavo schiacciando, si rompeva.'
Burnley e Green hanno riportato la loro scoperta nel 1989 nel diario Natura , suggerendo che questa pressione nella zona di transizione potrebbe spiegare i terremoti al di sotto di 249 miglia.
Andando più in profondità
Tuttavia, il nuovo terremoto di Bonin è più profondo di questa zona di transizione. A 467 miglia di profondità, ha avuto origine in un punto che dovrebbe trovarsi esattamente nel mantello inferiore.
Una possibilità è che il confine tra il mantello superiore e quello inferiore non sia esattamente dove i sismologi si aspettano che sia nella regione di Bonin, ha affermato Heidi Houston, geofisica dell'Università della California del Sud, non coinvolta nel lavoro.
L'area al largo dell'isola Bonin è a zona di subduzione dove una lastra di crosta oceanica si tuffa sotto una lastra di crosta continentale. Questo genere di cose tende ad avere un effetto di deformazione.
'È un posto complicato, non sappiamo esattamente dove sia questo confine tra il mantello superiore e inferiore', ha detto Houston a WordsSideKick.com.
Gli autori dell'articolo sostengono che la lastra di crosta in subduzione potrebbe essersi essenzialmente depositata sul mantello inferiore abbastanza saldamente da sottoporre le rocce a un'enorme quantità di stress, generando abbastanza calore e pressione da causare una rottura molto insolita.
Burnley, tuttavia, sospetta che la spiegazione più probabile abbia a che fare con i minerali che si comportano male, o almeno in modo strano.
La crosta continentale che precipita verso il centro della Terra è molto più fredda dei materiali circostanti, ha detto, e ciò significa che i minerali nell’area potrebbero non essere abbastanza caldi per completare i cambiamenti di fase che dovrebbero avvenire ad una data pressione.
Ancora una volta, i diamanti e la grafite sono un buon esempio, ha detto Burnley. I diamanti non sono stabili sulla superficie terrestre, il che significa che non si formerebbero spontaneamente, ma non si degradano in grafite quando li infili negli anelli di fidanzamento.
Questo perché c'è una certa quantità di energia di cui gli atomi di carbonio hanno bisogno per riorganizzarsi e, alle temperature della superficie terrestre, quell'energia non è disponibile. (A meno che qualcuno colpisce il diamante con un laser a raggi X .)
Qualcosa di simile potrebbe accadere in profondità con l’olivina, ha detto Burnley. Il minerale potrebbe essere sotto una pressione sufficiente per trasformarsi in una fase non fragile, ma se fa troppo freddo – ad esempio, a causa di una gigantesca lastra di crosta continentale fredda tutt’intorno – potrebbe rimanere olivina.
Ciò potrebbe spiegare perché un terremoto potrebbe avere origine nella crosta inferiore: semplicemente non fa così caldo come si aspettano gli scienziati.
'Il mio pensiero generale è che se il materiale è abbastanza freddo da accumulare abbastanza stress da rilasciarlo improvvisamente in un terremoto, è anche abbastanza freddo da far sì che l'olivina sia rimasta bloccata nella sua struttura olivina', ha detto Burnley.
Qualunque sia la causa del terremoto, è improbabile che si ripeta spesso, ha detto Houston. Solo circa la metà delle zone di subduzione in tutto il mondo sperimentano terremoti profondi, e il tipo di grande terremoto che ha preceduto questo ultra-profondo si verifica in media solo ogni due o cinque anni.
'Questo è un evento dannatamente raro', ha detto.
Contenuto relativo:
Gli 8 più grandi misteri della Terra
10 modi in cui la Terra ha rivelato le sue stranezze
50 fatti interessanti sulla Terra
Questo articolo è stato originariamente pubblicato da Scienza in diretta . Leggi il articolo originale qui .