Non è proprio la stessa cosa che abbiamo letto nei romanzi di Jules Verne ma gli scienziati sono sempre più d’accordo nell’affermare che sotto la crosta terrestre ci sia un oceano nascosto. A conferma della teoria vi sarebbe il ritrovamento di un diamante raro, che si ritiene si sia formato a una profondità di circa 410 miglia sotto il Botswana:
Stando a quanto si apprende, lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Geoscience, ha rivelato che la regione tra il mantello superiore e inferiore del pianeta Terra potrebbe non essere così solida come pensavamo una volta: “la struttura interna e la dinamica della Terra sono state modellate dal confine di 660 km tra la zona di transizione del mantello e il mantello inferiore. Tuttavia, a causa della scarsità di campioni naturali provenienti da questa profondità, la natura di questo confine, la sua composizione e i flussi volatili che lo attraversano, rimangono dibattute” – si legge nello studio scientifico che prosegue:
“Qui analizziamo le inclusioni minerali in un raro diamante gemma di tipo IaB proveniente dalla miniera di Karowe (Botswana). Abbiamo scoperto che i minerali del mantello inferiore recuperati ringwoodite + ferropericlasio + enstatite a basso contenuto di Ni (MgSiO 3 ) in un’inclusione polifasica, insieme ad altri principali minerali del mantello inferiore e fasi idrate, collocano la sua origine a ~23,5 GPa e ~1.650 °C, corrispondenti alla profondità alla discontinuità di 660 km. Il carattere petrologico delle inclusioni indica che la ringwoodite ( ∼ Mg 1.84Fe 0,15 SiO 4 ) si scompone in bridgmanite ( ∼ Mg 0,93 Fe 0,07 SiO 3 ) e ferropericlasi ( ∼ Mg 0,84 Fe 0,16 O) in un ambiente saturo d’acqua alla discontinuità di 660 km e rivela che la composizione peridotitica e le condizioni idrate si estendono a almeno attraverso la zona di transizione e nel mantello inferiore” – si legge. “Questi sedimenti possono contenere grandi quantità di acqua e CO2”, ha detto Frank Brenker, ricercatore presso l’Istituto di geoscienze dell’Università Goethe di Francoforte. “Ma fino ad ora non era chiaro quanta acqua entrasse nella zona di transizione sotto forma di minerali e carbonati più stabili e idrati – e quindi non era nemmeno chiaro se lì fossero effettivamente immagazzinate grandi quantità di acqua”. Secondo lo studio internazionale condotto dall’Istituto di geoscienze dell’Università Goethe di Francoforte, dunque, la zona di transizione tra il mantello superiore e quello inferiore della Terra contiene notevoli quantità d’acqua:
Il team di ricerca tedesco-italo-americano ha analizzato un raro diamante formatosi a 660 chilometri sotto la superficie terrestre utilizzando tecniche tra cui la spettroscopia Raman e la spettrometria FTIR. Lo studio ha confermato ciò che per molto tempo era solo una teoria, e cioè che l’acqua dell’oceano accompagna i lastroni in subduzione e quindi entra nella zona di transizione. Ciò significa che il ciclo dell’acqua del nostro pianeta comprende l’interno della Terra.
La zona di transizione (TZ) è il nome dato allo strato limite che separa il mantello superiore della Terra e il mantello inferiore. Si trova ad una profondità compresa tra 410 e 660 chilometri. L’enorme pressione fino a 23.000 bar nella TZ fa sì che l’olivina, minerale verde oliva, che costituisce circa il 70% del mantello superiore della Terra e viene chiamata anche peridoto, altera la sua struttura cristallina. Al limite superiore della zona di transizione, ad una profondità di circa 410 chilometri, viene convertita in wadsleyite più densa; a 520 chilometri si trasforma poi in ringwoodite ancora più densa.
“Queste trasformazioni minerali ostacolano notevolmente i movimenti della roccia nel mantello”, spiega il prof. Frank Brenker dell’Istituto di geoscienze dell’Università Goethe di Francoforte. Ad esempio, i pennacchi del mantello – colonne di roccia calda che si innalzano dal mantello profondo – a volte si fermano direttamente sotto la zona di transizione. Anche il movimento di massa nella direzione opposta si ferma. Brenker dice: “Le placche in subduzione spesso hanno difficoltà a sfondare l’intera zona di transizione. Quindi c’è un intero cimitero di tali placche in questa zona sotto l’Europa. ”
Finora però non si sapeva quali effetti a lungo termine avrebbe avuto il materiale “risucchiato” nella zona di transizione sulla sua composizione geochimica e se lì esistessero maggiori quantità di acqua. Brenker spiega: “Le lastre in subduzione trasportano anche sedimenti di acque profonde all’interno della Terra. Questi sedimenti possono contenere grandi quantità di acqua e CO2. Ma fino ad ora non era chiaro quanta quantità entrasse nella zona di transizione sotto forma di minerali e carbonati più stabili e idrati – e quindi non era nemmeno chiaro se lì siano realmente immagazzinate grandi quantità di acqua.”
Le condizioni attuali sarebbero certamente favorevoli a ciò. I minerali densi wadsleyite e ringwoodite possono (a differenza dell’olivina a profondità minori) immagazzinare grandi quantità di acqua – così grandi che la zona di transizione sarebbe teoricamente in grado di assorbire sei volte la quantità di acqua nei nostri oceani. “Sapevamo quindi che lo strato limite ha un’enorme capacità di immagazzinare acqua”, dice Brenker. “Tuttavia, non sapevamo se lo facesse effettivamente.”
La risposta è stata fornita da uno studio internazionale al quale ha partecipato il geoscienziato di Francoforte. Il gruppo di ricerca ha analizzato un diamante proveniente dal Botswana, in Africa. Si è formato ad una profondità di 660 chilometri, proprio all’interfaccia tra la zona di transizione e il mantello inferiore, dove la ringwoodite è il minerale prevalente. I diamanti di questa regione sono molto rari, anche tra i diamanti rari di origine super profonda, che rappresentano solo l’1% dei diamanti. Le analisi hanno rivelato che la pietra contiene numerose inclusioni di ringwoodite, che presentano un elevato contenuto di acqua. Inoltre il gruppo di ricerca è riuscito a determinare la composizione chimica della pietra. Era quasi identico a quello di praticamente ogni frammento di roccia del mantello trovato nei basalti in qualsiasi parte del mondo. Ciò ha dimostrato che il diamante proveniva sicuramente da un normale pezzo del mantello terrestre. “In questo studio abbiamo dimostrato che la zona di transizione non è una spugna secca, ma contiene notevoli quantità di acqua”, afferma Brenker, aggiungendo: “Questo ci avvicina anche all’idea di Jules Verne di un oceano all’interno della Terra.” La differenza è che laggiù non c’è oceano, ma roccia idratata che, secondo Brenker, non si sentirebbe bagnata né gocciolerebbe acqua.
La ringwoodite idrata è stata rilevata per la prima volta in un diamante della zona di transizione già nel 2014. Anche Brenker è stato coinvolto in quello studio. Tuttavia non è stato possibile determinare l’esatta composizione chimica della pietra perché era troppo piccola. Non era quindi chiaro quanto rappresentativo fosse il primo studio del mantello in generale, poiché il contenuto di acqua di quel diamante avrebbe potuto anche derivare da un ambiente chimico esotico. Al contrario, nel diamante da 1,5 centimetri del Botswana, analizzato dal team di ricerca nel presente studio, le inclusioni erano sufficientemente grandi da consentire di determinarne l’esatta composizione chimica, e ciò ha fornito la conferma definitiva dei risultati preliminari del 2014.
L’elevato contenuto d’acqua della zona di transizione ha conseguenze di vasta portata sulla situazione dinamica all’interno della Terra. Ciò a cui ciò porta può essere visto, ad esempio, nei pennacchi caldi del mantello provenienti dal basso, che rimangono bloccati nella zona di transizione. Lì riscaldano la zona di transizione ricca di acqua, che a sua volta porta alla formazione di nuovi pennacchi di mantello più piccoli che assorbono l’acqua immagazzinata nella zona di transizione. Se questi pennacchi del mantello più piccoli e ricchi d’acqua migrano ora più in alto e sfondano il confine con il mantello superiore, accade quanto segue: viene rilasciata l’acqua contenuta nei pennacchi del mantello, che abbassa il punto di fusione del materiale emergente. Si scioglie quindi subito e non poco prima di raggiungere la superficie, come avviene solitamente. Di conseguenza, gli ammassi rocciosi in questa parte del mantello terrestre non sono più così resistenti nel complesso, il che conferisce maggiore dinamismo ai movimenti delle masse. La zona di transizione, che altrimenti fungerebbe da barriera alle dinamiche locali, diventa improvvisamente un motore della circolazione materiale globale.
Pubblicazione: Frammenti peridotitici idrati della discontinuità di 660 km del mantello terrestre campionati da un diamante. Geoscienza della natura (https://www.nature.com/articles/s41561-022-01024-y)
Download delle immagini: https://www.uni-frankfurt.de/125674824
Didascalia: Il diamante del Botswana ha rivelato agli scienziati che nella roccia, a una profondità di oltre 600 chilometri, sono immagazzinate notevoli quantità di acqua. Foto: Tingting Gu, Gemological Institute of America, New York, NY, USA
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