A quelle profondità, sotto pressioni estreme, le rocce dovrebbero piegarsi e deformarsi piuttosto che rompersi all'improvviso rilasciando energia. Di conseguenza, questo terremoto potrebbe indicare che i confini all'interno della Terra sono più sfocati di quanto si creda.


Confini

Il sisma, di cui si è parlato a giugno sulla rivista Geophysical Research Letters, era una piccola scossa di assestamento di un terremoto di magnitudo 7,9 avvenuto nelle Isole Bonin al largo del Giappone continentale nel 2015.
I ricercatori guidati dal sismologo dell'Università dell'Arizona Eric Kiser lo hanno rilevato usando la rete di stazioni sismiche giapponese. Un'array di strumenti molto sensibile che ha permesso di sentire un piccolo evento avvenuto molto in profondità.

Quest'ultima deve ancora essere confermata da altri ricercatori ma in molti concordano che la scoperta sembra affidabile. E ciò rende questo terremoto una specie di grattacapo perché la stragrande maggioranza dei terremoti è superficiale, originata all'interno della crosta terrestre e del mantello superiore entro i primi 100 chilometri sotto la superficie.

Nei primi 20 chilometri di crosta terrestre, le rocce sono fredde e fragili perciò è abbastanza scontato che si possano rompere rilasciando energia se sottoposte a particolari stress. Più in profondità nella crosta e nel mantello inferiore, le rocce sono più calde e sottoposte a pressioni più elevate, il che le rende meno inclini a rompersi. Ma i terremoti possono comunque verificarsi quando le alte pressioni sollecitano i fluidi nei pori delle rocce fino a farli fuoriuscire. Questo tipo di dinamica può spiegare i terremoti fino a 400 chilometri, che è ancora nel mantello superiore. Ma anche la prima scossa di assestamento, dopo l'evento del 2015 a Bonin, è avvenuta nel mantello inferiore, a 670 chilometri di profondità.

Questi terremoti sono rimasti a lungo un mistero.


Il problema dei minerali

A quella profondità le rocce dovrebbero aver perso il loro contenuto d'acqua e i pori dovrebbero essersi chiusi, pertanto i fluidi non dovrebbero risalire e "siamo decisamente molto, molto lontani da dove vedremmo il classico comportamento fragile", ha detto Pamela Burnley, professoressa di geomateriali all'Università del Nevada, non coinvolta nella ricerca. "Questo è sempre stato un dilemma". Il problema è legato a come si comportano i minerali a quelle profondità.

Gran parte del mantello del pianeta è costituito da un minerale chiamato olivina, che è lucido e verde.
Circa 400 chilometri più in basso, l'elevata pressione trasforma gli atomi di olivina, riorganizzandoli in una struttura diversa, un minerale bluastro chiamato wadsleyite Altri 100 chilometri più in giù, la wadsleyite si riorganizza nuovamente in ringwoodite.

Infine, a circa 680 chilometri di profondità nel mantello, la ringwoodite si scompone in due minerali, bridgmanite e periclasio.
Quest'ultima transizione segna la fine del mantello superiore e l'inizio del mantello inferiore.

Un po' come succede per la grafite e il diamante, entrambe fatte di carbonio ma con strutture e caratteristiche diverse, queste fasi minerali si comportano ciascuna in modo differente ma, purtroppo, non possono essere osservati sul campo. Possono solo essere studiati in laboratorio.

Man mano che l'olivina si trasforma ad alta pressione, le probabilità che si pieghi, invece di rompersi innescando terremoti, aumentano. Per questo i terremoti nel mantello superiore lasciano perplessi gli scienziati dagli anni '80 del secolo scorso. Burnley e il collega mineralogista Harry Green, scoprirono che le fasi dell'olivina non erano così ordinate e pulite. In alcune condizioni, ad esempio, l'olivina può saltare la fase wadsleyite e andare direttamente alla ringwoodite. E proprio al passaggio, sotto una pressione sufficiente,  può portare il minerale a rompersi invece di piegarsi. Questa spiegazione vale per i terremoti fino a 400 chilometri di profondità.

Il team riportò i propri risultati nel 1989 sulla rivista Nature. Ma cosa succede a profondità maggiori?

 

Aconra più in profondità

Il terremoto del 2015 alle isole Bonin era molto più profondo. Si è verificato a 670 chilometri di profondità. Perché?

Una possibilità è che il confine tra il mantello superiore e inferiore non sia esattamente dove i sismologi si aspettano che sia nella regione di Bonin.
L'area al largo dell'isola Bonin è una zona di subduzione dove una lastra di crosta oceanica si tuffa sotto una lastra di crosta continentale. Questo genere di cose può creare una deformazione.

Gli autori dell'articolo sostengono che la lastra di crosta in subduzione potrebbe essersi essenzialmente depositata sul mantello inferiore abbastanza saldamente da creare un forte stress alle rocce sottostanti, generando abbastanza calore e pressione da causare una rottura molto insolita. Burnley, tuttavia, sospetta che la spiegazione più probabile abbia a che fare con i minerali che si comportano in modo strano.

La crosta continentale che precipita verso il centro della Terra è molto più fredda dei materiali circostanti, ha detto, e ciò significa che i minerali nell'area potrebbero non essere abbastanza caldi per completare i cambiamenti di fase che dovrebbero a una data pressione.
Ancora una volta, i diamanti e la grafite sono un buon esempio. I diamanti non sono stabili e non si formano spontaneamente sulla superficie terrestre (si formano nel mantello ad elevate pressioni), ma ciò non significa che diventano grafite se si usano per un anello di fidanzamento. Questo perché c'è una certa quantità di energia di cui gli atomi di carbonio hanno bisogno per riorganizzarsi e, alle temperature della superficie terrestre, quell'energia non è disponibile (a meno che qualcuno non colpisca il diamante con un laser a raggi X).

Qualcosa di simile può accadere in profondità con l'olivina.
Il minerale potrebbe essere sottoposto a una pressione sufficiente per trasformarsi in una fase non fragile, ma se è troppo freddo, ad esempio a causa di una gigantesca lastra di crosta continentale fredda intorno, potrebbe rimanere olivina.

Tuttavia, verificare la teoria non sarà facile. Questi terremoti così profondi sono anche molto rari..