RILEVATE STRANE STRUTTURE VICINO AL NUCLEO DELLA TERRA

strutture nucleo della terra

Strane strutture vicino il nucleo della Terra

I terremoti inviano onde sonore attraverso la Terra. I sismogrammi registrano gli echi mentre queste onde viaggiano lungo il confine del nucleo-mantello, diffrattendosi e piegandosi attorno a dense strutture rocciose. Una nuova ricerca dell’Università del Maryland fornisce la prima ampia visione di queste strutture, rivelando che sono molto più diffuse di quanto non si sapesse in precedenza.

Sequencer, un algoritmo sviluppato per l’analisi dati in astronomia, si rivela estremamente utile in geofisica: dall’analisi di migliaia di sismogrammi raccolti in 30 anni di lavoro scientifico ecco una nuova mappa del mantello terrestre, appena sopra il nucleo di ferro liquido a una profondità di 3000 chilometri.


I geofisici dell’Università del Maryland hanno analizzato migliaia di registrazioni di onde sismiche, onde sonore che viaggiano attraverso la Terra, per identificare echi dal confine tra il nucleo fuso della Terra e lo strato di mantello solido sopra di essa. Gli echi hanno rivelato strutture più diffuse ed eterogenee – aree di roccia insolitamente densa e calda – al confine tra il nucleo e il mantello solido sopra di esso.

Gli scienziati non sono sicuri della composizione di queste strutture e gli studi precedenti ne hanno fornito solo una visione limitata. Una migliore comprensione della loro forma ed estensione può aiutare a rivelare i processi geologici che avvengono nelle profondità della Terra. Questa conoscenza può fornire indizi sul funzionamento della tettonica a placche e sull’evoluzione del nostro pianeta.

RILEVATE STRANE STRUTTURE VICINO AL NUCLEO DELLA TERRA
RILEVATE STRANE STRUTTURE VICINO AL NUCLEO DELLA TERRA

La nuova ricerca fornisce la prima visione completa del confine del nucleo-mantello su una vasta area con una risoluzione così dettagliata.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science.

I ricercatori si sono concentrati sugli echi delle onde sismiche che viaggiano sotto il bacino dell’Oceano Pacifico. La loro analisi ha rivelato una struttura precedentemente sconosciuta sotto le Isole Marchesi vulcaniche nel Pacifico meridionale e ha mostrato che la struttura sotto le Isole Hawaii è molto più grande di quanto si sapesse in precedenza.

“Guardando migliaia di echi di confine del nucleo-mantello in una volta sola, invece di concentrarci su pochi alla volta, come si fa di solito, abbiamo ottenuto una prospettiva totalmente nuova”, ha detto Doyeon Kim, un postdoc del Dipartimento di Geologia dell’UMD e l’autore principale dell’articolo. “Questo ci sta dimostrando che la regione di confine del nucleo-mantello ha molte strutture che possono produrre questi echi, e questo era qualcosa di cui non ci eravamo resi conto prima perché avevamo solo una visione ristretta”.

L’immagine sopra mostra come le zone di roccia calda e densa, chiamate zone a bassissima velocità in profondità all’interno della terra, piegano e diffrattano le onde sonore prodotte dai terremoti. In una nuova analisi delle onde diffratte registrate dai sismogrammi, i geologi dell’UMD rivelano una nuova ULVZ sotto le isole Marchesi e una ULVZ più grande di quella conosciuta in precedenza sotto le Hawaii .

I terremoti generano onde sismiche sotto la superficie terrestre che viaggiano per migliaia di chilometri. Quando le onde incontrano cambiamenti nella densità della roccia, nella temperatura o nella composizione, cambiano velocità, si piegano o si disperdono, producendo echi che possono essere rilevati. Gli echi provenienti da strutture vicine arrivano più rapidamente, mentre quelli provenienti da strutture più grandi sono più forti. Misurando il tempo di viaggio e l’ampiezza di questi echi quando arrivano ai sismometri in diverse località, gli scienziati possono sviluppare modelli delle proprietà fisiche della roccia nascosta sotto la superficie. Questo processo è simile al modo in cui i pipistrelli si ecolocalizzano per mappare il loro ambiente.

Per questo studio, Kim e i suoi colleghi hanno cercato echi generati da un tipo specifico di onda, chiamata onda di taglio, mentre viaggia lungo il confine del nucleo-mantello. In una registrazione di un singolo terremoto, noto come sismogramma, gli echi delle onde di taglio diffratte possono essere difficili da distinguere dal rumore casuale. Ma guardare molti sismogrammi di molti terremoti contemporaneamente può rivelare somiglianze e modelli che identificano gli echi nascosti nei dati.

Utilizzando un algoritmo di apprendimento automatico chiamato Sequencer, i ricercatori hanno analizzato 7.000 sismogrammi di centinaia di terremoti di magnitudo 6,5 e superiori che hanno interessato il bacino dell’Oceano Pacifico dal 1990 al 2018. Sequencer è stato sviluppato dai co-autori del nuovo studio della Johns Hopkins University e dell’Università di Tel Aviv per trovare modelli di radiazioni provenienti da stelle e galassie lontane. Applicato ai sismogrammi dei terremoti, l’algoritmo ha scoperto un gran numero di echi di onde di taglio.

“L’apprendimento delle macchine nella scienza della Terra sta crescendo rapidamente e un metodo come Sequencer ci permette di essere in grado di rilevare sistematicamente gli echi sismici e di ottenere nuove intuizioni sulle strutture alla base del mantello, che sono rimaste in gran parte enigmatiche”, ha detto Kim.

Lo studio ha rivelato alcune sorprese nella struttura del confine tra il nucleo e il mantello.

I terremoti, visti qui come stelle gialle, inviano onde sonore attraverso la Terra. I sismogrammi, visti qui sotto a forma di triangoli blu, registrano gli echi mentre quelle onde viaggiano lungo il confine del nucleo-mantello, diffrattendosi e piegandosi attorno a dense strutture rocciose. Una nuova ricerca dell’Università del Maryland fornisce la prima ampia visione di queste strutture, rivelando che sono molto più diffuse di quanto non si sapesse in precedenza.

“Abbiamo trovato echi su circa il 40% di tutti i percorsi delle onde sismiche”, ha detto Vedran Lekic, professore associato di geologia all’UMD e co-autore dello studio. “Questo è stato sorprendente perché ci aspettavamo che fossero più rare, e ciò significa che le strutture anomale al confine tra il nucleo e le onde sono molto più diffuse di quanto si pensasse”.

Gli scienziati hanno scoperto che la grande chiazza di materiale molto denso e caldo al confine tra il nucleo e le Hawaii ha prodotto echi molto forti, indicando che è anche più grande di quanto si pensasse in precedenza. Conosciute come zone a bassissima velocità (ULVZ), tali macchie si trovano alle radici dei pennacchi vulcanici, dove la roccia calda si innalza dalla regione del confine del nucleo-mantello per produrre isole vulcaniche. La ULVZ sotto le Hawaii è la più grande conosciuta.

Questo studio ha anche trovato una ULVZ precedentemente sconosciuta sotto le Isole Marchesi.

“Siamo stati sorpresi di trovare una caratteristica così grande sotto le Isole Marchesi che non sapevamo nemmeno che esistesse prima”, ha detto Lekic. “Questo è davvero emozionante, perché mostra come l’algoritmo Sequencer possa aiutarci a contestualizzare i dati del sismogramma in tutto il mondo in un modo che prima non potevamo fare”.

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