La litosfera oceanica, che costituisce lo strato superiore comprendente la crosta terrestre e il mantello al di sotto degli oceani, affascina da tempo gli scienziati per il suo comportamento peculiare. Questo strato sembra scivolare su una regione più debole chiamata astenosfera, caratterizzata da un’elevata attenuazione sismica e da una bassa velocità delle onde di taglio. L’astenosfera ha proprietà fisiche diverse come una viscosità inferiore rispetto alla litosfera, risultando in un confine netto chiamato confine litosfera-astenosfera (LAB). Le ragioni esatte alla base di queste proprietà distinte e il modo in cui consentono alla litosfera di spostarsi sull’astenosfera non sono chiaramente comprese.
Sebbene lo scioglimento parziale che si verifica vicino alle dorsali medio-oceaniche a causa delle alte temperature possa produrre condizioni così anomale, non riesce a tenere conto dei forti e grandi cali nella velocità delle onde sismiche osservati al LAB lontano dalle dorsali medio-oceaniche. Comprendere l’origine di questa caduta di velocità delle onde sismiche e dell’attenuazione nel LAB oceanico è cruciale per decifrare la bassa viscosità dell’astenosfera e come facilita il movimento delle placche tettoniche sulla superficie terrestre, dando origine a processi di costruzione di montagne, terremoti e vulcanismo.
A questo proposito, un team di ricercatori giapponesi, guidato dal professor Takashi Yoshino dell’Istituto per i materiali planetari dell’Università di Okayama, ha recentemente studiato l’effetto dell’acqua sulle proprietà sismiche delle rocce olivine prive di titanio, simili a quelle trovate nel astenosfera. Il loro studio è stato pubblicato nel volume 120, numero 32 della rivista Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze il 31 luglio 2023.
“Abbiamo determinato sperimentalmente le caratteristiche di attenuazione delle onde sismiche, parametri per accertare la morbidezza della litosfera e dell’astenosfera, ad alta temperatura e pressione utilizzando la nostra tecnologia di generazione di oscillazioni a breve periodo”, spiega il prof. Yoshino.
Il team ha studiato le proprietà anelastiche delle rocce di olivina in condizioni che assomigliano al laboratorio sotto il vecchio fondale oceanico: pressione di 3 GPa e temperature che vanno da 1.223 a 1.373 K. Hanno utilizzato il monitoraggio a raggi X in situ e hanno sottoposto le rocce di olivina a controlli meccanici. test generando vibrazioni forzate su un’ampia gamma di frequenze sismiche – da 0,5 a 1.000 secondi – attraverso la loro esclusiva tecnologia di oscillazione a breve periodo.
Gli esperimenti hanno rivelato che l’acqua ha avuto un effetto significativo, migliorando la dispersione di energia e riducendo i moduli elastici delle rocce in un’ampia gamma di frequenze. Inoltre, i ricercatori hanno osservato un picco di attenuazione sismica a frequenze più elevate da 1 a 5 secondi, che diventava più pronunciato con l’aumento del contenuto di acqua. “La presenza di acqua induce un’attenuazione a frequenze più elevate, portando a una diminuzione della velocità delle onde sismiche. La presenza di acqua indebolisce anche l’astenosfera, che consente alla litosfera di muoversi agevolmente su di essa”, afferma il prof. Yoshino.
Queste osservazioni suggeriscono che l’astenosfera oceanica deve contenere acqua. Questa differenza nel contenuto di acqua tra i due strati che costituiscono il LAB può spiegare i bruschi cali di velocità così come l’attenuazione quasi costante osservata su un ampio intervallo di frequenze nell’astenosfera.
In particolare, i ricercatori riconoscono che la loro conclusione presuppone un effetto trascurabile del ferro sui difetti legati all’idrogeno nelle rocce, indicando la necessità di ulteriori ricerche per esplorare le proprietà anelastiche delle rocce olivine contenenti ferro.
Il prof. Yoshino evidenzia le implicazioni a lungo termine delle loro scoperte. “La presenza di acqua nell’astenosfera può fornire importanti informazioni sulle attività vulcaniche e sismiche, facilitandone così la previsione e il rilevamento”, ipotizza.
Nel complesso, questo studio contribuisce alla nostra comprensione del movimento delle placche tettoniche, aprendo la strada a una migliore comprensione delle varie attività tettoniche.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
