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livello medio.
ARGOMENTO: GEOLOGIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: OCEANO PACIFICO
parole chiave: subsidenza, placche, Galapagos, Panama
Sulla costa pacifica dell’America centrale, la placca tettonica di Cocos si sta immergendo e spinge la crosta oceanica sotto la crosta continentale delle placche tettoniche nordamericane, caraibiche e panamensi. Si tratta di un processo geologico importante chiamato subduzione che alimenta una linea di vulcani chiamata arco vulcanico centroamericano. L’area è studiata da anni e presenta molte particolarità. Ad esempio l’arco vulcanico si interrompe in corrispondenza del Canale di Panama nell’America Centrale, dove i fenomeni di vulcanismo sono praticamente assenti.
Un anomalia che è stata inspiegabile fino a quando è stata scoperta la presenza di un’apertura simile ad una “finestra geologica”, tecnicamente una slab window, che potrebbe rappresentare una via di fuga ai venti provenienti dal centro della Terra.
Andiamo con ordine
Gli scienziati del Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) hanno scoperto un condotto sotterraneo di gas vulcanico che sembra collegare le Isole Galapagos a Panama, che trasporta gas e materiali vulcanici tra i due punti lontani oltre 900 miglia. Dall’analisi degli “isotopi di elio” è stato scoperto che questo materiale vulcanico sembra provenire dalle isole Galapagos, che si trovano a ben oltre 900 miglia (1.448 chilometri) di distanza.
“Il trasporto laterale del materiale vulcanico rappresenta un meccanismo poco studiato”, ha affermato David Bekaert, un ricercatore del Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), autore principale di un recente studio ” High 3He/4He in central Panama reveals a distal connection to the Galápagos plume”, pubblicato nel novembre 2021 sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences degli Stati Uniti d’America. I ricercatori hanno dimostrato che le emissioni calde provenienti dalle profondità interne della Terra viaggiano “lateralmente attraverso il mantello superficiale, in modo simile al vento che soffia sulla superficie terrestre“.
(Da sinistra a destra) Donato Giovannelli (Università di Napoli), Patrick Beaudry (MIT) e Maarten de Moor (Università nazionale del Costa Rica), tutti parte di un team interdisciplinare di ricercatori, utilizzano un multimetro YSI nel centro di Panama per misurare la chimica dell’acqua. (Peter Barry, Woods Hole Oceanographic Institution / Zenger)
Combinando le osservazioni chimiche con l’imaging geofisico dell’interno profondo della Terra è stata individuata la fonte e la direzione di questo cosiddetto “vento del mantello” che si ritiene attraversi nelle profondità quella enorme zona di subduzione. Normalmente i bordi di una placca tettonica, fungono da barriera ma l’area sotto Panama è geologicamente insolita e si è formata una finestra che consente a questo “vento del mantello” di fuoriuscire all’esterno. Nel caso di Panama, il materiale vulcanico emerge nel centro dell’area anche se non ci sono vulcani attivi nelle sue prossimità.
Ma cosa sono i pennacchi del mantello?
I pennacchi del mantello, noti anche come zampilli (in inglese mantle plumes), sono un fenomeno geologico di materia calda che grazie alla spinta idrostatica dovuta alla loro minore densità risalgono dal mantello profondo, confinante con il nucleo esterno. I pennacchi dl mantello alimentano le sacche di magma (dette hotspot o punti caldi) posti vicino alla superficie. I più noti sono quelli del parco di Yellowstone o delle isole Hawaii, flussi che risalgono violentemente verso la superficie a causa delle correnti convettive che hanno origine al confine termico del mantello, attraversando delle aperture (slab windows) che si formano in una placca oceanica in subduzione.
Una slab window è una fessura che si forma in una placca oceanica quando una cresta oceanica si incontra con una zona di subduzione e la divergenza delle lastre alla cresta e la convergenza nella zona di subduzione continua, causando la subduzione della cresta. La sua formazione produce un’area in cui la crosta della piastra sovrastante è priva di una componente rigida del mantello litosferico e quindi è esposta al mantello astenosferico caldo. Ciò produce effetti termici, chimici e fisici anomali nel mantello che possono modificare drasticamente la placca sovrastante interrompendo i regimi tettonici e magmatici stabiliti. Ci sono due scenari dell’elemento terminale di una slab window; il primo è quando la cresta subdotta è perpendicolare alla faglia, producendo una finestra a forma di V, e la seconda è quando essa è parallela, provocando la formazione di una finestra rettangolare.
Come è noto i plume del mantello sono i principali condotti per la risalita di materiale profondo che, nel suo transito si è arricchito geochimicamente dalle profondità interne della Terra. A causa dei processi di flusso laterale il materiale su può disperdere anche in aree lontane migliaia di chilometri per fuoriuscire da condotti verticali. Lo studio dimostra la presenza di valore di isotopi 3He/4He sorprendentemente alti (fino a 8.9RA) nelle sorgenti geotermiche a bassa temperatura (≤50 °C) del centro di Panama che non sono associati al vulcanismo attivo locale ma a quello delle lave delle Galápagos. Questo potrebbe essere spiegato con due potenziali meccanismi di trasporto: un trasporto sublitosferico del materiale del pennacchio delle Galapagos incanalato dall’assottigliamento della litosfera lungo la Zona di frattura di Panama o la risalita attiva del materiale del pennacchio delle Galapagos spinto da un “vento dal mantello”.
Secondo lo studio, la maggior parte del trasporto verso oriente del materiale del pennacchio delle Galápagos avviene nell’astenosfera superficiale causando un flusso laterale di materiale roccioso caldo dal mantello più profondo della terra a migliaia di chilometri di distanza, ovvero dai condotti dei pennacchi fino all’area sotto Panama. Questo fenomeno è insolito poiché sembra esserci un condotto che consente a questo “vento” di soffiare attraverso il mantello.
” … Le caratteristiche chimiche vulcaniche esotiche sono state precedentemente documentate in America Centrale … “, ha detto Bekaert. “Utilizziamo queste caratteristiche chimiche come indicatori per grandi processi geologici. In questo caso, i nostri risultati aiutano a spiegare perché il materiale vulcanico derivato dai pennacchi si presenta nel centro di Panama, anche se non ci sono vulcani attivi lì“.
In sintesi, questo studio ci conferma che, anche dopo miliardi di anni di evoluzione, il nostro pianeta rimane ancora uno straordinario sistema dinamico, caratterizzato da movimenti su larga scala di materiale solido che ancora non conosciamo.
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