Mantello terrestre
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Il mantello, in geologia e in geofisica, è uno degli involucri concentrici in cui è suddivisa la Terra.
Compreso tra la crosta e il nucleo, il mantello ha uno spessore di circa 2900 km, rappresenta l’80% in volume dell’intero pianeta ed è costituito essenzialmente da rocce ultrafemiche di alta pressione ricche di ferro e di magnesio (tra cui la perovskite). La pressione al contatto mantello/nucleo esterno è pari a un milione e mezzo di atmosfere (140 GPa).
[modifica] Limiti e struttura interna
Il suo limite superiore, posto tra i 10 e i 35 km di profondità dalla superficie, è detto discontinuità di Mohorovičić (o Moho); il limite inferiore, che segna il confine con il nucleo, è detto discontinuità di Gutenberg.
Entrambe sono state individuate attraverso studi di sismologia, la prima per la riflessione parziale delle onde sismiche dovuta al repentino cambiamento della loro velocità nel passaggio tra i due mezzi, la seconda per l'assorbimento delle onde trasversali (onde S, ossia secundae) da parte del nucleo esterno liquido. È stato inoltre possibile suddividere ulteriormente il mantello in due strati distinti, sempre in funzione della velocità di propagazione delle onde sismiche: il mantello superiore, di circa 700 km di spessore trasmette le onde sismiche a velocità ridotte rispetto al mantello inferiore o mesosfera, di oltre 2000 km.
[modifica] Mantello superiore
Il mantello superiore immediatamente sotto la crosta terrestre viene definito "mantello litosferico" ed insieme alla crosta costituisce la litosfera. A maggiore profondita', che varia da circa 80km sotto gli oceani a circa 200km sotto i continenti, c'e' uno strato a bassa viscosita', comunemente definito astenosfera. Tale bassa viscosità è stata associata ad uno stato di fusione parziale del mantello, ed e' comunque dovuta alle alte temperature, vicine al solidus delle comuni rocce mantelliche, ricche in olivina.
La viscosità dell'astenosfera varia tra 1021 e 1024 Pa·s, a seconda della profondità [1]. La viscosità, pur elevata, consente all'astenosfera di comportarsi come un liquido e scorrerre lentamente se sottoposta a stress di lunga durata: questa plasticità è alla base della Tettonica delle placche. Oltre a favorire movimenti di scivolamento laterale e di subduzione, la viscosità dell'astenosfera consente anche movimenti verticali: l'interazione tra litosfera ed astenosfera è simile a quella di una zattera e del liquido, necessariamente più denso, su cui galleggia. Tale equilibrio si dice isostatico, i movimenti che lo ristabiliscono quando è perturbato sono i movimenti isostatici.
Una prova dell'esistenza di uno strato in qualche modo fluido sono proprio i movimenti isostatici. Il Mar Baltico e in particolare il Golfo di Botnia sono in corrispondenza del massimo spessore dell'inlandis nordeuropeo durante le glaciazioni pleistoceniche. Dal rilevamento e dalla datazione delle paleospiagge si constata che essi sono in contrazione a causa di un sollevamento della crosta continentale sottostante (piattaforma continentale) attualmente dell'ordine di un centimetro all'anno ma che raggiunse il metro all'anno subito dopo la fine della glaciazione di Würm (ca. 10.000 a.C.). Una situazione analoga si ha nella Baia di Hudson. Tali movimenti verticali sono analoghi a quelli di una barca che viene scaricata: in questo caso sono dovuti allo scioglimento di chilometri di ghiaccio.
Intorno ai 410 km e 660 km di profondità , sono state rinvenute due importanti discontinuità sismiche, associate a transizioni di fase rispettivamente dall'olivina alla wadsleyite e dalla ringwoodite alle fasi del mantello inferiore (e.g., perovskite e magnesio-wuestite). Questa zona è comunemente definita "zona di transizione".
[modifica] Mantello inferiore
Il mantello inferiore è composto per lo più di silicio, magnesio e ossigeno con percentuali minori di ferro, calcio e alluminio. I minerali principali sono la perovskite e la magnesio-wuestite. Entrambi hanno struttura cubica, più adatta a sostenere le crescenti pressioni del mantello. Lungo buon parte del mantello inferiore non si verificano sostanziali transizioni di fase mineralogica. La temperatura aumenta sostanzialmente in modo adiabatico (vedi gradiente adiabatico), consistente con un flusso convettivo (vedi convezione). Anche se, recenti studi interdisciplinari, basati su studi di minerali ad alta pressione e temperature e dati sismologici, hanno postulato un gradiente super-adiabatico. Come conseguenza, dal punto di vista sismico, la zona del mantello inferiore è relativamente meno complessa della soprastante zona di transizione.
Le cose cambiano drasticamente nella parte bassa del mantello inferiore, nella cosiddetta zona D. Questa zona, caratterizzata da forti anomalie sismiche, rappresenta la parte basale del flusso convettivo del mantello. A parte il gradiente di temperatura, non più adiabatico, complessita' composizionali sono attese in questa zone. Una nuova fase mineralogica, la post-perovskite è stata predetta e trovata in laboratorio a pressioni corrispondenti alla D.
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