Transition between the Pacific and African mantle domains beneath southwest Pacific marginal basins

Molto sotto la superficie terrestre, l'interno del pianeta non è una zuppa uniforme e rimescolata. Al contrario, è diviso in vaste e distinte province che sono rimaste separate per centinaia di milioni di anni. Immaginate il mantello come un enorme oceano di roccia in lento movimento. Per molto tempo, gli scienziati hanno saputo che la roccia sotto l'Oceano Pacifico è chimicamente diversa dalla roccia sotto gli oceani Atlantico e Indiano. Questa differenza è l'eredità di come le placche tettoniche della Terra si siano mosse e scontrate nel corso di ere. Mentre le placche si immergono in profondità nel mantello, portano con sé pezzi della crosta terrestre, alterando la composizione chimica della roccia sottostante. Nel tempo, questo processo ha creato una netta divisione: un lato del pianeta ospita un mantello di stile "Pacifico", mentre l'altro ospita uno di stile "Africano". La grande domanda per i geologi è stata esattamente dove passi questa linea invisibile e come si sia spostata mentre i continenti migravano e gli oceani si aprivano e si chiudevano.

Un team di ricercatori ha ora tracciato questo confine attraverso le rocce del sud-ovest del Pacifico, una regione in cui la crosta terrestre si è tesa e frammentata per milioni di anni. Analizzando le impronte chimiche di antichi campioni di lava dal fondale oceanico, hanno scoperto che la linea di demarcazione tra questi due mondi del mantello non è fissa in un punto. Al contrario, si è mossa ed è evoluta, modellata dalla complessa storia delle zone di subduzione, dove una placca scivola sotto un'altra. Il loro lavoro rivela che il confine non è solo una semplice linea su una mappa, ma una zona dinamica che ha cambiato posizione e profondità nel tempo, lasciando una traccia evidente nelle rocce che si sono formate lì.

Gli scienziati si sono concentrati lo studio su una serie di bacini nel sud-ovest del Pacifico, tra cui il Mar di Tasman, il Mar delle Coralli e il bacino di Santa Cruz. Queste aree sono speciali perché si sono formate quando l'antico continente della Zealandia e il continente australiano hanno iniziato a separarsi. Mentre la terra si tendeva e il fondale oceanico si espandeva, il magma saliva dalle profondità della Terra per colmare i vuoti, creando nuova roccia. I ricercatori hanno raccolto campioni di questa roccia, guardando specificamente ai basalti di dorsale medio oceanica, che sono il tipo più comune di lava trovato sul fondale oceanico, e ai basalti di isola oceanica, che sono simili alle lave trovate nelle isole vulcaniche come le Hawaii. Hanno datato queste rocce per determinare quando si fossero formate, con alcuni campioni vecchi di 84 milioni di anni e altri giovani di soli 22 milioni di anni.

Per comprendere l'origine di queste rocce, il team ha misurato i rapporti di elementi specifici al loro interno, come stronzio, neodimio, piombo e afnio. Questi elementi agiscono come una carta d'identità chimica per la sorgente del mantello. I ricercatori hanno trovato un modello chiaro: le rocce dei bacini marginali continentali più antichi, formatesi tra 84 e 50 milioni di anni fa, portavano la firma chimica del dominio del mantello "Africano". Questo era vero nonostante questi bacini siano situati nella regione del Pacifico. Al contrario, le rocce più giovani, formate dopo i 50 milioni di anni nei bacini oceanici più a est, mostravano la distinta firma del mantello "Pacifico". Questo spostamento suggerisce che il confine tra i due domini del mantello fosse un tempo situato più a est, proprio lungo il bordo del continente della Zealandia, prima di spostarsi verso la sua posizione attuale.

Lo studio ha anche esaminato le parti più profonde del mantello esaminando le rocce formate da hotspot, ovvero pennacchi di materiale caldo che risalgono dal fondo del mantello. I ricercatori hanno scoperto che gli hotspot a nord, come le catene Tasmantid e Lord Howe, producevano rocce con una firma chimica nota come EM-1, associata all'arricchito dominio del mantello Africano. Tuttavia, gli hotspot a sud, vicino ai margini della Zealandia e dell'Antartide, producevano una firma diversa chiamata HIMU, legata al profondo mantello Pacifico. Ciò indica che, mentre lo strato superiore del mantello in questa regione era dominato dallo stile Africano, il mantello profondo sottostante era ancora di natura Pacifica. I due domini erano impilati l'uno sull'altro, creando un complesso effetto di stratificazione.

Uno dei risultati chiave del documento è che il confine tra questi due mondi del mantello non è definito dalle moderne zone di subduzione che vediamo oggi. Per molto tempo, gli scienziati hanno pensato che l'attuale zona di subduzione, dove la placca Pacifica si immerge sotto la placca Australiana, segnasse la linea di divisione. Tuttavia, l'evidenza chimica dalle rocce più antiche mostra che questa linea si trovava un tempo molto più a est, lungo il margine continentale della Zealandia. I ricercatori sostengono che il movimento della zona di subduzione nel tempo, specificamente un'inversione nella direzione della subduzione intorno a 5 0 milioni di anni fa, ha spinto il confine verso ovest. Questo movimento ha permesso al mantello Pacifico di fluire nell'area che era precedentemente dominata dal mantello Africano.

Lo studio esclude anche diverse altre spiegazioni per le differenze chimiche osservate nelle rocce. I ricercatori hanno considerato se il mescolamento di materiali provenienti dai sedimenti subdotti o la frammentazione dell'antica crosta continentale potessero spiegare i modelli, ma i dati non hanno supportato queste idee. Al contrario, l'evidenza punta con forza al movimento degli stessi domini del mantello come principale motore. Le firme chimiche sono troppo distinte e diffuse per essere il risultato di contaminazione locale o di un mescolamento su piccola scala. I modelli suggeriscono un processo su larga scala, globale, in cui il mantello profondo è rimasto separato in due distinti domini per centinaia di milioni di anni.

Combinando i dati chimici con i modelli di come le placche della Terra si sono mosse nel tempo, i ricercatori sono stati in grado di ricostruire la storia di questo confine. Propongono che durante il tempo in cui il supercontinente Pangea si stava assemblando, la subduzione a lungo termine della placca Pacifica ha creato un anello di mantello arricchito attorno all'Oceano Pacifico. Questo anello ha agito come una barriera, mantenendo separati i domini del mantello Pacifico e Africano. Mentre i continenti si rompevano e le zone di subduzione cambiavano, il confine tra questi domini si è spostato, ma la differenza chimica fondamentale è rimasta. Lo studio fornisce una mappa dettagliata di come questo confine si sia evoluto, mostrando che è una caratteristica di primo ordine del mantello terrestre che è persistita attraverso molteplici cicli di formazione e frammentazione dei supercontinenti.

Le implicazioni di questo lavoro vanno oltre la comprensione della storia del sud-ovest del Pacifico. Offre un nuovo modo per guardare a come funziona l'interno della Terra su scala globale. Il fatto che questi domini del mantello siano rimasti distinti per così tanto tempo suggerisce che l'interno della Terra sia più stabile e organizzato di quanto precedentemente pensato. Il movimento del confine non è casuale ma è guidato dalle forze su larga scala della tettonica delle placche. Ciò aiuta gli scienziati a comprendere meglio l'evoluzione a lungo termine del pianeta e come l'interno profondo influenzi la superficie. Lo studio evidenzia anche l'importanza di guardare sia alle parti superficiali che a quelle profonde del mantello per ottenere un quadro completo, poiché i due strati possono comportarsi diversamente e raccontare parti diverse della storia.

In definitiva, la ricerca dipinge l'immagine di una Terra dinamica in cui i confini tra le sue province interne non sono fissi, ma vengono costantemente rimodellati dal movimento delle placche sovrastanti. Le impronte chimiche nelle rocce del sud-ovest del Pacifico fungono da capsula del tempo, preservando la storia di questi movimenti e dello spostamento dei domini del mantello. I risultati confermano che la divisione tra il mantello Pacifico e quello Africano è un confine reale, fisico, che si è mosso nel tempo, lasciando una traccia chiara nelle rocce che si sono formate lì. Questo lavoro aiuta a colmare le lacune nella nostra comprensione dell'interno profondo della Terra e fornisce una visione più chiara di come il pianeta sia cambiato negli ultimi diversi centinaia di milioni di anni.