Tutti gli scolari sanno che il pianeta Terra è diviso in tre (o quattro) grandi strati: la crosta, il mantello e il nucleo. Ciò è generalmente vero, anche se questa generalizzazione non tiene conto dei numerosi strati aggiuntivi identificati dagli scienziati, uno dei quali, ad esempio, è lo strato di transizione all'interno del mantello.
In uno studio pubblicato il 15 febbraio 2019, la geofisica Jessica Irving e lo studente del master Wenbo Wu dell'Università di Princeton, in collaborazione con Sidao Ni del Geodetic and Geophysical Institute in Cina, hanno utilizzato i dati ottenuti dal potente terremoto del 1994 in Bolivia per trovare le montagne. e altre caratteristiche topografiche sulla superficie della zona di transizione in profondità all'interno del mantello. Questo strato, situato a 660 chilometri sottoterra, separa il mantello superiore da quello inferiore (senza un nome formale per questo strato, i ricercatori lo chiamavano semplicemente “confine di 660 chilometri”).
Per “guardare” così in profondità nel sottosuolo, gli scienziati hanno utilizzato le onde più potenti del pianeta, causate da forti terremoti. "È necessario un terremoto forte e profondo per scuotere il pianeta", ha affermato Jessica Irving, assistente professore di geoscienze.
I grandi terremoti sono molto più potenti di quelli ordinari, la cui energia aumenta di 30 volte con ogni ulteriore gradino della scala Richter. Irving ottiene i suoi migliori dati dai terremoti con magnitudo 7.0 e superiore perché le onde sismiche emesse da terremoti così grandi si diffondono in direzioni diverse e possono viaggiare attraverso il nucleo fino all'altro lato del pianeta e ritorno. Per questo studio, i dati chiave provengono dalle onde sismiche registrate da un terremoto di magnitudo 8.3 – il secondo terremoto più profondo mai registrato dai geologi – che scosse la Bolivia nel 1994.
“Terremoti di questa portata non accadono spesso. Siamo molto fortunati che ora ci siano molti più sismometri installati in tutto il mondo rispetto a 20 anni fa. Anche la sismologia è cambiata notevolmente negli ultimi 20 anni, grazie ai nuovi strumenti e alla potenza dei computer.
Sismologi e scienziati dei dati utilizzano supercomputer, come il supercomputer a grappolo Tiger di Princeton, per simulare il comportamento complesso della diffusione delle onde sismiche nelle profondità sotterranee.
Le tecnologie si basano sulle proprietà fondamentali delle onde: la loro capacità di essere riflesse e rifratte. Proprio come le onde luminose possono rimbalzare (riflettere) su uno specchio o piegarsi (rifrangersi) quando passano attraverso un prisma, le onde sismiche viaggiano attraverso rocce omogenee ma vengono riflesse o rifratte quando incontrano superfici ruvide sul loro percorso.
"Sappiamo che quasi tutti gli oggetti hanno una superficie irregolare e quindi possono diffondere la luce", ha affermato Wenbo Wu, l'autore principale dello studio, che ha recentemente conseguito un dottorato in geonomia e sta attualmente conseguendo una borsa di studio post-dottorato presso il California Institute of Technology. “Grazie a questo, possiamo “vedere” questi oggetti: le onde di diffusione trasportano informazioni sulla rugosità delle superfici che incontrano sul loro percorso. In questo studio, abbiamo esaminato la diffusione delle onde sismiche che viaggiano nelle profondità della Terra per determinare la “rugosità” del confine di 660 chilometri trovato”.
I ricercatori sono rimasti sorpresi da quanto “grezzo” sia questo confine, ancor più dello strato superficiale su cui viviamo. "In altre parole, questo strato sotterraneo ha una topografia più complessa delle Montagne Rocciose o del sistema montuoso degli Appalachi", ha detto Wu. Il loro modello statistico non è stato in grado di determinare l’altezza esatta di queste montagne sotterranee, ma ci sono buone probabilità che siano molto più alte di qualsiasi cosa sulla superficie terrestre. Gli scienziati hanno anche notato che anche il confine di 660 chilometri è distribuito in modo non uniforme. Allo stesso modo in cui lo strato terrestre ha superfici oceaniche lisce in alcune parti e massicce montagne in altre, anche il confine di 660 km ha zone ruvide e strati lisci sulla sua superficie. I ricercatori hanno esaminato anche gli strati sotterranei a una profondità di 410 chilometri e nella parte superiore del mantello centrale, ma non sono riusciti a trovare una rugosità simile in queste superfici.
"Hanno scoperto che il confine di 660 chilometri è complesso quanto lo strato superficiale", ha detto la sismologa Christina Hauser, assistente professore presso il Tokyo Institute of Technology, non coinvolta nello studio. “Utilizzare le onde sismiche create da potenti terremoti per trovare un dislivello di 3 chilometri nel terreno a 660 chilometri di profondità nel sottosuolo è un’impresa inimmaginabile… Le loro scoperte fanno sì che in futuro, utilizzando strumenti sismici più sofisticati, saremo in grado di rilevare segnali sottili precedentemente sconosciuti, che ci riveleranno nuove proprietà degli strati interni del nostro pianeta”.
La sismologa Jessica Irving, assistente professore di geofisica, tiene in mano due meteoriti della collezione dell'Università di Princeton che contengono ferro e si ritiene facciano parte del pianeta Terra.
Foto scattata da Denis Appelwhite.
Che cosa significa?
L’esistenza di superfici ruvide lungo il confine di 660 chilometri è importante per comprendere come si forma e funziona il nostro pianeta. Questo strato divide il mantello, che costituisce circa l'84% del volume del nostro pianeta, in una sezione superiore e una inferiore. Per anni i geologi hanno dibattuto sull’importanza di questo confine. In particolare, hanno studiato come il calore viene trasportato attraverso il mantello e se le rocce riscaldate si muovono dal confine di Gutenberg (lo strato che separa il mantello dal nucleo a una profondità di 2900 chilometri) fino alla sommità del mantello, oppure se questo movimento viene interrotto al confine di 660 chilometri. Alcune prove geochimiche e mineralogiche suggeriscono che gli strati superiore e inferiore del mantello abbiano composizioni chimiche diverse, supportando l'idea che i due strati siano termicamente o fisicamente immiscibili. Altre osservazioni suggeriscono che gli strati superiore e inferiore del mantello non presentano alcuna differenza chimica, dando origine al dibattito sul cosiddetto “mantello ben miscelato”, in cui entrambi gli strati del mantello partecipano a un ciclo di scambio termico adiacente.
"Il nostro studio fornisce nuove informazioni su questo dibattito", ha detto Wenbo Wu. I dati ottenuti da questo studio suggeriscono che entrambe le parti potrebbero avere in parte ragione. Gli strati più lisci del confine di 660 km potrebbero essersi formati a causa di un accurato mescolamento verticale, dove potrebbero essersi formate zone più aspre e montuose dove la miscelazione del mantello superiore e inferiore non è avvenuta in modo altrettanto fluido.
Inoltre, i ricercatori hanno rilevato su larga, media e piccola scala la "rugosità" dello strato al confine trovato, che in teoria potrebbe essere causata da anomalie termiche o eterogeneità chimica. Ma a causa del modo in cui il calore viene trasportato nel mantello, spiega Wu, qualsiasi anomalia termica su piccola scala verrebbe attenuata entro pochi milioni di anni. Pertanto, solo l’eterogeneità chimica può spiegare la rugosità di questo strato.
Cosa potrebbe causare un’eterogeneità chimica così significativa? Ad esempio, la comparsa di rocce negli strati del mantello che appartenevano alla crosta terrestre e si sono spostate lì per molti milioni di anni. Gli scienziati hanno a lungo dibattuto sul destino delle placche sul fondale marino che vengono spinte nel mantello dalle zone di subduzione che si scontrano attorno all’Oceano Pacifico e in altre parti del globo. Weibo Wu e Jessica Irving suggeriscono che i resti di queste placche potrebbero ora trovarsi al di sopra o al di sotto del confine di 660 chilometri.
“Molte persone credono che sia piuttosto difficile studiare la struttura interna del pianeta e i suoi cambiamenti negli ultimi 4.5 miliardi di anni utilizzando solo i dati delle onde sismiche. "Ma questo è tutt'altro che vero! Questa ricerca ci ha fornito nuove informazioni sul destino delle antiche placche tettoniche che discesero nel mantello nel corso di molti miliardi di anni", ha detto Irving.
Infine, Irving ha aggiunto: “Penso che la sismologia sia molto interessante quando ci aiuta a comprendere la struttura interna del nostro pianeta nello spazio e nel tempo”.
Dall'autore della traduzione: ho sempre desiderato cimentarmi nella traduzione di un articolo scientifico popolare dall'inglese al russo, ma non me lo aspettavo per quanto è complicato. Molto rispetto per coloro che traducono regolarmente ed efficacemente articoli su Habré. Per tradurre un testo in modo professionale è necessario non solo conoscere l'inglese, ma anche comprendere l'argomento stesso studiando fonti di terze parti. Aggiungi un po' di “gag” per farlo sembrare più naturale, ma senza esagerare, per non rovinare l'articolo. Grazie mille per aver letto :)
Fonte: habr.com