Il centro caldo e appiccicoso della Terra e il suo guscio esterno freddo e duro sono entrambi responsabili del movimento strisciante (e talvolta catastrofico) delle placche tettoniche. Ma ora una nuova ricerca rivela un intrigante equilibrio di potere: il mantello trasudante crea supercontinenti mentre la crosta li lacera.
Per giungere a questa conclusione sul processo di tettonica a zolle, gli scienziati hanno creato un nuovo modello computerizzato della Terra con la crosta e il mantello considerati come un sistema senza soluzione di continuità. Nel corso del tempo, circa il 60% del movimento tettonico sulla superficie di questo pianeta virtuale è stato guidato da forze abbastanza superficiali - entro le prime 62 miglia (100 chilometri) dalla superficie. La profonda e agitata convezione del mantello guidava il resto. Il mantello divenne particolarmente importante quando i continenti furono uniti per formare supercontinenti, mentre le forze superficiali dominarono quando i supercontinenti si spezzarono nel modello.
Questa "Terra virtuale" è il primo modello di computer che "vede" la crosta e il mantello come un sistema dinamico e interconnesso, i ricercatori hanno riportato il 30 ottobre sulla rivista Science Advances. In precedenza, i ricercatori avrebbero creato modelli di convezione guidata dal calore nel mantello che corrispondevano abbastanza bene alle osservazioni del mantello reale, ma non imitavano la crosta. E i modelli della tettonica delle placche nella crosta potrebbero prevedere le osservazioni del mondo reale su come si muovono queste placche, ma non si armonizzano bene con le osservazioni del mantello. Chiaramente, mancava qualcosa nel modo in cui i modelli univano i due sistemi.
"I modelli di convezione andavano bene per il mantello, ma non per le placche, e la tettonica delle placche andava bene per le placche ma non per il mantello", ha affermato Nicolas Coltice, professore alla scuola di specializzazione Ecole Normale Supérieure, parte dell'Università PSL di Parigi. "E l'intera storia dietro l'evoluzione del sistema è il feedback tra i due".
Crosta più mantello
Ogni modello di scuola elementare dell'interno della Terra mostra un sottile strato di crosta che cavalca lo strato caldo e deformabile del mantello. Questo modello semplificato potrebbe dare l'impressione che la crosta stia semplicemente navigando sul mantello, spostandosi in questo modo e quello dalle inspiegabili correnti sottostanti.
Ma non è del tutto giusto. Gli scienziati della Terra sanno da tempo che la crosta e il mantello fanno parte dello stesso sistema; sono inevitabilmente collegati. Questa comprensione ha sollevato la questione se le forze in superficie - come la subduzione di un pezzo di crosta sotto un altro - o le forze in profondità nel mantello guidano principalmente il movimento delle piastre che compongono la crosta. La risposta, hanno scoperto Coltice e i suoi colleghi, è che la domanda è mal posta. Questo perché i due strati sono così intrecciati, entrambi danno un contributo.
Negli ultimi due decenni, Coltice ha detto a Live Science, i ricercatori hanno lavorato su modelli di computer che potrebbero rappresentare realisticamente le interazioni crosta-mantello. All'inizio degli anni 2000, alcuni scienziati hanno sviluppato modelli di movimento guidato dal calore (convezione) nel mantello che hanno dato origine a qualcosa che sembrava tettonica a zolle sulla superficie. Ma quei modelli sono stati ad alta intensità di lavoro e non hanno avuto molto lavoro di follow-up, ha detto Coltice.
Coltice e i suoi colleghi hanno lavorato per otto anni sulla loro nuova versione dei modelli. La sola esecuzione della simulazione ha richiesto solo 9 mesi.
Costruire un modello Terra
Coltice e il suo team hanno dovuto prima creare una Terra virtuale, completa di parametri realistici: tutto, dal flusso di calore alle dimensioni delle placche tettoniche al tempo impiegato in genere per formare e separarsi i supercontinenti.
Ci sono molti modi in cui il modello non è un perfetto imitazione della Terra, ha affermato Coltice. Ad esempio, il programma non tiene traccia delle precedenti deformazioni delle rocce, quindi le rocce che si sono deformate prima non sono soggette a deformarsi più facilmente in futuro nel loro modello, come potrebbe essere il caso nella vita reale. Ma il modello ha ancora prodotto un pianeta virtuale dall'aspetto realistico, completo di zone di subduzione, deriva continentale e creste e trincee oceaniche.
Oltre a mostrare che le forze del mantello dominano quando i continenti si incontrano, i ricercatori hanno scoperto che le calde colonne di magma chiamate pennacchi di mantello non sono la ragione principale per cui i continenti si rompono. Le zone di subduzione, dove un pezzo di crosta è forzato sotto un altro, sono i driver della rottura continentale, ha detto Coltice. Le piume del mantello entrano in gioco più tardi. Pennacchi in aumento preesistenti possono raggiungere rocce superficiali che sono state indebolite dalle forze create nelle zone di subduzione. Quindi si insinuano in questi punti deboli, rendendo più probabile per il supercontinente spaccarsi in quella posizione.
Il prossimo passo, ha affermato Coltice, è quello di colmare il modello e il mondo reale con le osservazioni. In futuro, ha affermato, il modello potrebbe essere utilizzato per esplorare qualsiasi cosa, dai principali eventi del vulcanismo a come si formano i confini delle placche, al modo in cui il mantello si sposta in relazione alla rotazione terrestre.
