Scoperti percorsi nascosti nel mantello sotto Tonga: la sismologia rivela nuove dinamiche tettoniche

Un’indagine scientifica ha rivelato i processi nascosti sotto la zona di subduzione di Tonga, mostrando come il mantello terrestre, le placche tettoniche e i fenomeni vulcanici interagiscano in profondità. Questa scoperta, ottenuta grazie a tecniche sismiche avanzate, offre una visione senza precedenti delle forze che modellano la crosta terrestre.

Un’analisi tridimensionale della subduzione a Tonga

Uno studio pubblicato su Geoscience, una delle principali riviste di scienze della Terra, ha analizzato i movimenti del mantello e la dinamica delle placche sotto l’area di Tonga, Lau e Figi. Gli scienziati della Ocean University of China e dell’Università di Tohoku in Giappone hanno utilizzato strumenti sismici all’avanguardia per ottenere un modello 3D dettagliato delle interazioni tra le placche tettoniche e il mantello superiore. Queste informazioni contribuiscono a risolvere dibattiti di lunga data sulla tettonica a placche e sui fenomeni geodinamici profondi.

Mappatura sismica del mantello con tecniche ad alta risoluzione

Il team di ricerca ha analizzato 150.219 dati sismici provenienti da 1.088 terremoti profondi, registrati da 110 stazioni sismiche situate sia sulla terraferma che nell’oceano, in particolare nel bacino di Lau. Utilizzando le onde di Rayleigh (con frequenze tra 20 e 150 secondi), hanno applicato una tecnica chiamata tomografia anisotropica azimutale, che permette di identificare variazioni direzionali nelle velocità delle onde sismiche, influenzate dall’orientamento dei minerali nel mantello.

Questa metodologia ha consentito la costruzione di un modello di velocità tridimensionale fino a 300 km di profondità, con una risoluzione orizzontale di circa 150 km e verticale compresa tra 50 e 75 km nelle sezioni più profonde. I test di validazione hanno confermato la precisione del modello, offrendo una rappresentazione estremamente dettagliata dei flussi interni del pianeta.

Le principali scoperte: interazioni tra pennacchi e placche

I dati raccolti rivelano che il mantello samoano si infiltra nel bacino di Lau fino a profondità di circa 50 km, condizionato dal rollback asimmetrico della placca del Pacifico in subduzione. Questo movimento è in accordo con le evidenze geochimiche che indicano una firma vulcanica derivata da pennacchi profondi.

Lo studio ha individuato due regimi distinti di flusso del mantello:

• Nella parte settentrionale del bacino di Lau, il flusso si muove verso ovest, accompagnando una rapida espansione del bacino.
• Nella regione meridionale, il movimento segue una direzione nord-sud, riflettendo l’adattamento alle differenti velocità di arretramento della placca.

All’interno della lastra in subduzione, i ricercatori hanno osservato che le onde sismiche si allineano lungo un orientamento nord-sud fino a circa 150 km di profondità, suggerendo una correlazione con le faglie normali indotte dalla flessione della placca. A profondità maggiori, invece, si manifesta un’anisotropia perpendicolare alla trincea, suggerendo una variazione delle tensioni interne.

Inoltre, è stato rilevato un flusso di mantello parallelo alla trincea nel margine esterno della placca, che potrebbe essere il risultato della compressione causata dal rollback della lastra. Questa osservazione contraddice i modelli convenzionali di circolazione del mantello e offre nuove prospettive sulla dinamica delle zone di subduzione.

Un laboratorio naturale per studiare la geodinamica

La zona di subduzione di Tonga è una delle aree più dinamiche del pianeta, con velocità di convergenza tra le più rapide al mondo (circa 24 cm all’anno). Questa particolare configurazione la rende un laboratorio naturale ideale per studiare le interazioni tra il mantello terrestre e le placche tettoniche.

Lo studio ha permesso di integrare dati sismici e geochimici attraverso un approccio innovativo di tomografia multiscala, migliorando la comprensione dei meccanismi che regolano la subduzione, la convezione del mantello e la formazione dei bacini post-arco.

Questi risultati non solo chiariscono i processi geodinamici in corso nella regione del Pacifico, ma offrono anche un modello utile per studiare altre aree geologicamente simili, come gli archi di Mariana e Izu-Bonin, dove si verificano fenomeni comparabili di interazione tra pennacchi e placche in subduzione.

Implicazioni per la ricerca geodinamica e sismologica

Questa ricerca dimostra l’importanza dell’imaging sismico ad alta risoluzione nello studio delle profondità terrestri. Le scoperte forniscono nuove informazioni sulle dinamiche del mantello e migliorano i modelli geodinamici, contribuendo alla previsione di eventi geologici su scala planetaria.

L’integrazione di tecniche innovative e la collaborazione internazionale tra istituzioni scientifiche stanno ridefinendo la comprensione della tettonica delle placche, evidenziando come i fenomeni profondi influenzino direttamente l’evoluzione della crosta terrestre e l’attività vulcanica. Questo studio rappresenta un passo avanti nella geoscienza moderna, offrendo nuovi strumenti per esplorare il comportamento della Terra nelle sue regioni più inaccessibili.

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