Come tutti gli altri pianeti terrestri (Mercurio, Venere e Marte) la Terra è composta da molti strati. Questo è il risultato della sua differenziazione planetaria, dove i materiali più densi affondano al centro per formare il nucleo, mentre i materiali più leggeri si formano intorno all’esterno. Mentre il nucleo è composto principalmente da ferro e nichel, lo strato superiore della Terra è composto da rocce e minerali silicati.
Questa regione è conosciuta come mantello e rappresenta la maggior parte del volume della Terra. Il movimento, o convezione, in questo strato è anche responsabile di tutta l’attività vulcanica e sismica della Terra. Le informazioni sulla struttura e la composizione del mantello sono il risultato di indagini geofisiche o dell’analisi diretta di rocce derivate dal mantello, o del mantello esposto sul fondo dell’oceano.
Definizione:
Composto da materiale roccioso silicato con uno spessore medio di 2.886 chilometri (1.793 mi), il mantello si trova tra la crosta terrestre e il suo nucleo superiore. Il mantello costituisce l’84% del volume della Terra, contro il 15% del nucleo e il resto occupato dalla crosta. Pur essendo prevalentemente solido, si comporta come un fluido viscoso a causa del fatto che le temperature sono vicine al punto di fusione in questo strato.
La nostra conoscenza del mantello superiore, comprese le placche tettoniche, deriva dall’analisi delle onde sismiche, dagli studi sul flusso di calore, magnetico e gravitazionale e dagli esperimenti di laboratorio su rocce e minerali. Tra 100 e 200 chilometri sotto la superficie terrestre, la temperatura della roccia è vicina al punto di fusione; la roccia fusa eruttata da alcuni vulcani ha origine in questa regione del mantello.
Struttura e composizione:
Il mantello è diviso in sezioni che sono basate sui risultati della sismologia. Queste sono il mantello superiore, che si estende da circa 7 a 35 km (4,3 a 21.7 mi) dalla superficie fino ad una profondità di 410 km (250 mi); la zona di transizione, che si estende da 410 a 660 km (250 – 410 mi); il mantello inferiore, che arriva da 660 km ad una profondità di 2.891 km (410 – 1.796 mi); e il confine nucleo-mantello, che ha uno spessore variabile (~ 200 km o 120 mi in media).
Nel mantello superiore si distinguono due zone principali. La più interna di queste è l’astenosfera interna, che è composta da rocce plastiche fluide di uno spessore medio di circa 200 km (120 mi). La zona più esterna è la parte più bassa della litosfera, che è composta da roccia rigida e ha uno spessore di circa 50-120 km (31-75 mi).
La parte superiore della litosfera è la crosta terrestre, uno strato sottile che ha uno spessore di circa 5-75 km (3.1-46. 6 mi), che è separato dal resto della Terra.6 mi) di spessore, che è separato dal mantello dalla discontinuità mohorovicica (o “Moho”, che è definita da un forte aumento verso il basso della velocità delle onde sismiche).
In alcuni punti sotto l’oceano, il mantello è effettivamente esposto. Ci sono anche alcuni luoghi sulla terraferma dove la roccia del mantello è stata spinta in superficie dall’attività tettonica, in particolare la regione dei Tablelands del Gros Morne National Park a Terranova e Labrador, in Canada, l’isola di St. John’s, in Egitto, o l’isola di Zabargad nel Mar Rosso.
In termini di elementi costitutivi, il mantello è composto dal 44,8% di ossigeno, dal 21,5% di silicio e dal 22,8% di magnesio. Ci sono anche ferro, alluminio, calcio, sodio e potassio. Questi elementi sono tutti legati insieme sotto forma di rocce di silicati, che prendono tutti la forma di ossidi. Il più comune è il biossido di silicio (SiO2) al 48%, seguito dall’ossido di magnesio (MgO) al 37,8%. Esempi di rocce che si possono trovare nel mantello sono: olivina, pirosseni, spinello e granato.
Convezione:
A causa della differenza di temperatura tra la superficie terrestre e il nucleo esterno, nel mantello c’è una circolazione convettiva del materiale. Questa consiste nel lento movimento strisciante del mantello di silicato della Terra sulla superficie, che trasporta il calore dall’interno della Terra alla superficie. Mentre il materiale caldo sale in superficie, quello più freddo e pesante affonda al di sotto.
La litosfera è divisa in una serie di placche che vengono continuamente create e consumate ai loro opposti confini di placca. Il movimento verso il basso del materiale si verifica nelle zone di subduzione, luoghi ai confini delle placche convergenti dove uno strato di mantello si muove sotto un altro. L’accrescimento si verifica quando il materiale viene aggiunto ai bordi crescenti di una placca, associato alla diffusione dei fondali marini.
Questo processo caotico è ritenuto parte integrante del movimento delle placche, che a sua volta dà origine alla deriva dei continenti. La crosta oceanica subdotta è anche ciò che dà origine al vulcanismo, come dimostrato dall’Anello di Fuoco del Pacifico.
Esplorazione:
Le indagini scientifiche e l’esplorazione del mantello sono generalmente condotte sul fondo marino a causa dello spessore relativo della crosta oceanica rispetto a quella continentale. Il primo tentativo di esplorazione del mantello (noto come Progetto Mohole) raggiunse una penetrazione più profonda di circa 180 metri (590 piedi). È stato abbandonato nel 1966 dopo ripetuti fallimenti e superamento dei costi.
Nel 2005, la nave di perforazione oceanica JOIDES Resolution ha raggiunto un foro profondo 1.416 metri (4.646 piedi) sotto il fondo del mare. Nel 2007, un team di scienziati a bordo della nave da ricerca britannica RRS James Cook ha condotto uno studio su una sezione esposta di mantello situata tra le isole Cape Verdr e il Mar dei Caraibi.
Negli ultimi anni, è stato proposto un metodo per esplorare gli strati della Terra utilizzando una piccola sonda densa che genera calore. Questa si farebbe strada attraverso la crosta e il mantello e comunicherebbe attraverso segnali acustici generati dalla sua penetrazione nelle rocce. La sonda consisterebbe in un guscio esterno di tungsteno con un nucleo di cobalto-60, che agisce come fonte di calore radioattivo.
Si è calcolato che una tale sonda raggiungerà la Moho oceanica in meno di 6 mesi e raggiungerà profondità minime di ben oltre 100 km (62 mi) in pochi decenni sotto la litosfera sia oceanica che continentale. Nel 2009, un’applicazione per supercomputer ha creato una simulazione che ha fornito nuove informazioni sulla distribuzione dei depositi di minerali da quando il mantello si è sviluppato 4,5 miliardi di anni fa.
Mentre il mantello terrestre deve ancora essere esplorato a qualsiasi profondità significativa, molto è stato appreso da studi indiretti negli ultimi secoli. Man mano che l’esplorazione umana del sistema solare continua, siamo sicuri di imparare di più sui pianeti terrestri, sul loro comportamento geologico e sulla loro formazione.
Abbiamo scritto molti articoli sull’interno della Terra qui a Universe Today. Eccone uno sul Mantello terrestre, sulla Scoperta del nucleo interno della Terra, su Qual è la differenza tra magma e lava, e un articolo su come il nucleo della Terra ruota più velocemente della sua crosta.
Per maggiori informazioni, controlla lo United States Geological Survey (USGS).
Astronomy Cast ha anche un episodio sull’argomento. Ascoltalo qui, Episodio 51: Terra.