"Atlas of Underworld": un sito che descrive il mantello terrestre punto a punto

È stato recentemente presentato l’ennesimo tool scientifico online. Molti di questi tool sono dei database che contengono – riassunte – preziose informazioni che quindi diventano facilmente recepibili e consultabili senza dover fare lunghe ricerche. Voglio parlare dell’Atlas of Underworld perché è un qualcosa di veramente utile per chi ha bisogno di informazioni sommarie (ma anche più approfondite) sul mantello terrestre. Sviluppato da noti ricercatori dell’università di Utrecht questo sito si presenta come un qualcosa di dinamico, aperto non solo alla veloce evoluzione dello stato dell’arte della ricerca scientifica sul mantello, ma anche al contributo di tutti i ricercatori che in questo modo possono dire la loro nella pagina specifica di ogni argomento.

La tomografia, scomponendo un corpo in strati sovrapposti l’uno con l’altro, riesce ad evidenziare le caratteristiche dell’oggetto esaminato in tre dimensioni anziché in due. È intuitivo come in campo medico abbia rappresentato, ad esempio, un grande avanzamento rispetto alla radiografia, che – appunto – dà un’immagine solo bidimensionale e in genere ha una risoluzione non eccelsa: e infatti la TAC, tomografia assiale computerizzata, è diventata uno degli strumenti diagnostici più usati. Ma si può ovviamente tomografare qualsiasi oggetto, basta avere la tecnica giusta.

Velocità e riflessione delle onde sismiche da [1]

La tomografia sismica è una sorta di TAC dell’interno della Terra e sfruttando il comportamento delle onde sismiche consente di modellizzare con una discreta risoluzione il mantello.

L’origine della tomografia sismica si può far risalire al 1909, quando Andrija Mohorovicic intuì che i due diversi tempi di viaggio delle onde sismiche emesse da un terremoto risentito localmente nei Balcani erano causate dalla loro rifrazione avvenuta in una superficie di discontinuità delle proprietà elastiche. Quella discontinuità che il grande sismologo serbo scoprì in questo modo è il limite fra la crosta ed il mantello e in suo onore si chiama “discontinuità di Mohorovicic” o, più sinteticamente “la Moho”. Come si vede dalla immagine esemplificativa qui accanto [1], dallo studio dei tempi di arrivo delle onde sismiche vengono determinate zone in cui queste si muovono a diversa velocità, corrispondenti a zone che si differenziano per uno o più parametri da quelle circostanti. Le differenze possono essere le più varie (temperature, quantità di acqua e altri fluidi, composizione mineralogica e/o chimica).

Per i geologi e i geofisici che studiano il mantello terrestre la tomografia sismica è uno strumento di eccezionale importanza, perché consente di “vedere” le differenze interne del guscio intermedio del nostro pianeta. Il mantello terrestre infatti è ben lungi dall’essere un qualcosa di omogeneo, come dimostrano innanzitutto le differenze geochimiche nei magmi delle varie dorsali mediooceaniche (ne ho parlato di recente a proposito della dorsale di Gakkel nell’Oceano Artico).

Con la tomografia sismica in particolare si ottengono ottimi dati sulla posizione di varie anomalie. Le figure principali che si riescono ad osservare sono:

• i Superswell o LLSVP (Large Low Shear wave Velocity Provinces – grandi province a bassa velocità delle onde di taglio) del mantello terrestre, le due aree più calde che oggi sono poste sotto l'Africa e il Pacifico meridionale (ne ho parlato qui)
• i vecchi slab risultato delle subduzioni: in una collisione fra due placche una di loro scende nel mantello e si tratta di un corpo più freddo, più rigido e di composizione diversa dal mantello circostante; quello che, appunto, viene definito con il termine “slab” 

L’IMAGING DI UNO SLAB. Quando è ancora sufficientemente rigido uno slab è visibile grazie all’attività sismica (anzi, la prima individuazione delle subduzioni è stata rappresentata proprio dai “piani di Benioff”, le sole zone in cui si addensano gli ipocentri dei terremoti a profondità superiore ai 60 km): nel mantello circostante non si verificano terremoti perché si deforma asismicamente); purtroppo a causa del cambiamento delle condizioni fisiche, anche nello slab da una certa profondità in poi cessa l’attività sismica perché a causa della pressione anch’esso si deforma in maniera duttile e non più fragile. Quindi se da quel punto in poi diventa impossibile individuarli dai terremoti, le differenze termiche e di composizione rispetto al mantello circostante rimarranno e quindi la sua presenza viene rilevata grazie agli scostamenti nei tempi di viaggio e nella direzione delle onde sismiche.

Quindi grazie alla tomografia sismica la presenza in profondità, addirittura fino alla base del mantello, degli slab è accertata e accettata da parecchio tempo. 

Quello che mancava era un database generale di questi oggetti, database che è stato presentato in questi giorni.

Si tratta dell’Atlas of Underworld, un tool su base GoogleMaps come diversi altri (per esempio il da me ampiamente utilizzato Iris Earthquake Browser).

Atlas of Underworld è stato descritto da un articolo appena uscito su Tectonophysics [2] ed è un progetto dell’Università di Utrecht, curato da Douwe G. van der Meer, Douwe J.J. van Hinsbergen, Wim Spakman e Thomas J.M. van der Linden. Si tratta di ricercatori molto noti per i loro lavori sulla dinamica del mantello e sulla ricostruzione dei movimenti delle placche (li ho citati spesso anche io su Scienzeedintorni).

I terremoti profondi avvengono esclusivamente in zone di convergenza di zolle, lungo i piani di Benioff 

COME È FATTO L'ATLAS OF UNDERWORLD. L’Atlas of Underworld fornisce notizie sul mantello e sulla tettonica a placche degli ultimi 300 milioni di anni ed è dotato di una robusta bibliografia, che verrà aggiornata di continuo.

Il cuore del sito sono appunto gli slab, che vengono elencati per posizione su base GoogleMaps, ma anche in ordine alfabetico, di età e di profondità. C’è poi una sezione di modellistica.

Interessante è anche l’interfaccia dinamica: ogni slab ha il suo proprio forum in cui chiunque può aggiungere informazioni, impressioni, bibliografia e quant’altro ritenga utile sull’argomento (quelli a cui piace parlare forbito direbbero che c'è un "approccio bottom-up") 

Nella sezione “updates” vengono segnalate, oltre alle novità del sito, anche tutti i nuovi commenti sugli slab.

Nell’Atlas of Underworld vengono censiti ben 94 slab! Questo ci fa capire che ci voleva davvero  un sito che descriva organicamente il mantello, mettendo in sequenza tutte le informazioni che fino ad oggi andavano ricercate una per una! È quindi un prezioso aiuto sia per chi studia direttamente il mantello ma anche (e soprattutto!) per chi ha bisogno di notizie, anche sommarie, in proposito. 

LE NOTIZIE FORNITE DA ATLAS OF UNDERWORLD. Per vedere come funziona prendiamo uno slab a caso. Può suscitare curiosità, ad esempio, la presenza di una struttura del genere proprio sotto la dorsale medio – atlantica. Vediamo quindi cosa dice l’Atlas of underworld in proposito. 

Cliccando sulla carta il simbolo dello slab si entra nella pagina dedicata ad Atlantis (questo è il nome con cui viene indicato).

La posizione di Atlantis sulla mappa di Atlas of Underworld
Ma si può ricercare anche in ordine alfabetico, di età presunta e di profondità

Innanzitutto ci sono delle immagini: carte e sezioni che inquadrano la struttura, compresa la fascia crustale deformata che dovrebbe essere legata alla formazione di Atlantis.

Le immagini a supporto dello slab "Atlantis" 

Segue poi una descrizione coincisa ma efficace della sua posizione attuale e del contesto geodinamico in cui si è formato, corredata dagli opportuni riferimenti bibliografici che consentono quindi di approfondire al massimo cosa si sa su questo slab. Da ultimo la sezione “forum” dove chiunque può dire la sua su questo specifico argomento.

Cosa mi piacerebbe venisse implementato nel sito?

Per esempio tre sezioni, una in cui vengano evidenziate le caratteristiche geochimiche desunte dalla composizione dei magmi mantellici (ad esempio le aree con particolari anomalie), una sui punti caldi e una sulle LLSVP.

L'Atlas of Underworld è quindi uno dei più importanti tools per chi ha a che fare con la storia del nostro pianeta e la sua attuale dinamica.

[1] Rawlingson, N.: Lecture 16: Seismic tomography -I Australian National University 

[2] Van der Meer et al (2017) Atlas of the underworld: Slab remnants in the mantle, their sinking history, and a new outlook on lower mantle viscosity Tectonophysics, in press