Esaminare come si muovono le placche nel mantello terrestre e come si formano le montagne non è un’impresa facile. Alcune rocce che sono affondate in profondità nell’interno della Terra e poi sono ritornate da lì possono fornire risposte.
I geoscienziati analizzano le rocce nelle catene montuose per ricostruire come una volta si spostavano verso il basso nelle profondità e poi tornavano in superficie. Questa storia di sepoltura ed esumazione fa luce sui meccanismi della tettonica a placche e della costruzione delle montagne. Alcune rocce che sprofondano insieme alle placche nell’interno della Terra, sotto l’enorme pressione che vi regna, si trasformano in tipi diversi. Durante questa metamorfosi UHP (UHP: Ultra High Pressure), la silice (SiO2) nella roccia, ad esempio, diventa coesite, chiamata anche polimorfo UHP di SiO2. Anche se chimicamente è ancora silice, i reticoli cristallini sono più fitti e quindi più densi. Quando le placche risalgono dal profondo, anche le rocce UHP vengono in superficie e si trovano in alcuni luoghi in montagna. La loro composizione minerale fornisce informazioni sulle pressioni a cui sono stati esposti durante il loro viaggio verticale attraverso l’interno della Terra. Utilizzando la pressione litostatica come unità di misura, è possibile correlare pressione e profondità: maggiore è la pressione, più profonde erano le rocce.
Fino ad ora, la ricerca aveva ipotizzato che le rocce UHP fossero sepolte a una profondità di 120 chilometri. Da lì tornavano in superficie insieme alle lastre. Nel processo, la pressione ambiente diminuisce in modo stabile, cioè staticamente. Tuttavia, un nuovo studio dell’Università Goethe di Francoforte e delle Università di Heidelberg e Rennes (Francia) mette in discussione questa ipotesi di una lunga e continua ascesa. Nello studio della Goethe-Universität di Francoforte hanno collaborato anche la prima autrice Cindy Luisier, arrivata all’università con una borsa di ricerca Humboldt, e Thibault Duretz, capo del gruppo di lavoro per la modellazione geodinamica del Dipartimento di geoscienze. Il gruppo di ricerca ha analizzato lo scisto bianco del massiccio della Dora Maira nelle Alpi occidentali, in Italia. “Gli scisti bianchi sono rocce che si sono formate a seguito della metamorfosi UHP di un granito alterato idrotermicamente durante la formazione delle Alpi”, spiega Duretz. “La loro particolarità è la grande quantità di coesite. I cristalli di coesite nello scisto bianco hanno dimensioni di diverse centinaia di micrometri, il che li rende ideali per i nostri esperimenti.” Il pezzo di scisto bianco del massiccio della Dora Maira conteneva granati rosa in una matrice bianco-argentea composta da quarzo e altri minerali. “La roccia ha proprietà chimiche e quindi mineralogiche speciali”, afferma Duretz. Insieme al team, lo ha analizzato tagliando prima una fetta molto sottile di circa 50 micrometri di spessore e poi incollandola sul vetro. In questo modo è stato possibile identificare i minerali al microscopio. Il passo successivo è stato la modellazione computerizzata di aree specifiche, particolarmente interessanti.
Queste aree erano particelle di silice circondate da grani di granato rosa, in cui due SiO2 si erano formati i polimorfi. Uno di questi era la coesite, che si era formata sotto una pressione molto elevata (4,3 gigapascal). L’altro polimorfo della silice era il quarzo, che giaceva come un anello attorno alla coesite. Si era formato sotto una pressione molto più bassa (1,1 gigapascal). Evidentemente lo scisto bianco era stato esposto prima ad una pressione molto elevata e poi molto più bassa. C’era stata una brusca diminuzione della pressione o della decompressione. La scoperta più importante è stata che dal SiO si irradiavano crepe a forma di raggio2 inclusioni in tutte le direzioni: risultato della transizione di fase da coesite a quarzo. L’effetto di questa transizione fu un grande cambiamento di volume e causò estese tensioni geologiche nella roccia. Questi hanno formato il granato che circonda il SiO2 frattura delle inclusioni. “Tali crepe radiali possono formarsi solo se il minerale ospite, il granato, rimane molto forte”, spiega Duretz. “A tali temperature, il granato rimane molto forte solo se la pressione scende molto rapidamente.” Su una scala temporale geologica, “molto rapidamente” significa tra migliaia e centinaia di migliaia di anni. In questo “breve” periodo la pressione deve essere scesa da 4,3 a 1,1 gigapascal. Altrimenti il granato sarebbe strisciato viscosamente per compensare la variazione di volume nel SiO2 inclusioni, invece di formare crepe.
Secondo Duretz, data la rapida decompressione, l’ipotesi precedente secondo cui la roccia UHP raggiunge una profondità di 120 chilometri sembra meno probabile, perché la risalita da una tale profondità avverrebbe in un lungo periodo di tempo, il che non corrisponde all’elevata decompressione. tasso, dice. “Presumiamo piuttosto che il nostro scisto bianco si trovi a una profondità di soli 60-80 chilometri”, dice il geoscienziato. E anche i processi in corso all’interno della Terra potrebbero essere molto diversi da quanto ipotizzato in passato. Anche il fatto che le unità rocciose si muovano continuamente verso l’alto su grandi distanze, da una profondità di 120 chilometri fino alla superficie, sembra meno probabile di quanto si pensasse. “La nostra ipotesi è che si siano verificati invece rapidi processi tettonici, che hanno portato a spostamenti minimi delle placche verticali.” Possiamo immaginarlo così, dice: all’improvviso le placche si sono sollevate leggermente verso l’alto all’interno della Terra – e di conseguenza la pressione che circonda la roccia UHP è diminuita in un tempo relativamente breve.
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