Il mantello

mantle seismicsIl mantello, spesso circa 2900 km, occupa la maggior parte dell’interno della Terra. La geofisica ci dà informazioni indirette anche sulla sua struttura e composizione, che come abbiamo visto è ritenta prevalentemente peridotidica. Studiando le proprietà delle onde sismiche che sappiamo aver attraversato il mantello possiamo derivarne informazioni cruciali sulle sue caratteristiche. Il suo limite superiore è individuato dalla superficie di Mohorovicic (Moho). Due salti di velocità delle onde sismiche definiscono due discontinuità al suo interno a 410 km e 660 km di profondità. Abbiamo quindi un mantello a 3 strati, il mantello superiore, una zona di transizione ed il mantello inferiore.

Simplified-cross-section-of-the-Earth-according-to-Hirose-and-Lay-2008-The-mainLa parte alta del mantello ospita una zona a bassa velocità sismica che chiamiamo Astenosfera. la bassa velocità sismica (ed un quasi annullamento delle onde S) deve essere dovuta ad aree parzialmente fuse nel mantello superiore che permetterebbero i movimenti isostatici e come vedremo più avanti, quelli delle placche. In sostanza si tratta di materiali in uno stato simile a quello di una pasta dentifricia che ragisce in modo rigido ad impulsi rapidi come le onde sismiche, ed in modo fluido ad impulsi lenti come i movimenti tettonici.

La zona di transizione (410-660 km) è dovuta ad un brusco addensamento dei minerali che la compongono. Le strutture cristalline si adattano alle enormi pressioni che si hanno a queste profondità generando strutture tipiche dello spinello. Le sue proprietà reologiche (di reazione agli sforzi) dovrebbero impedire grandi scambi di materiali con il mantello superiore. Una caratteristica peculiare della zona di transizione è l’abbondante presenza di acque (sotto forma di ioni OH). Si pensa che l’acqua sia liberata dalla trasformazione di cristalli in fasi che sono in equilibrio con le pressioni e le temperature della base della zona di transizione.

Il mantello inferiore, più denso e caldo della zona di transizione, si estende fino a circa 2700 km di profondità. Reologicamente, il mantello inferiore è molto più rigido del resto del mantello, mostrando caratteristiche simili a strutture cristalline tipo perovskite. Anche se la temperatura è molto alta, le pressioni sono tali da rendere le rocce poco duttili. Ovviamente è lo strato del mantello meno conosciuto e più dibattuto da geologi e geofisici.

Al di sotto del mantello inferiore è stato individuato uno strato sottile (che arriva fino a 2900 km di profondità) designato come D”. Si tratta del confine col nucleo ed è una zona in cui si ritiene avvegano processi di fusione di rocce il cui materiale è spinto verso la’lto nelle rocce più rigide del mantello inferiore. Si tratta di materiali silicatici ad alto tenore di ferro a strutture molto dense dette “post-perovskite”. Alcuni ritengono che possano generare pennacchi che raggiungono anche la zona di transizione.

Al di sotto dello strato D” abbiamo il confine con il nucleo (CMB = Core mantle Boundary).