Esplorazione della struttura terrestre attraverso la tomografia sismica

La tomografia sismica è un metodo adottato dai sismologi per sfruttare le registrazioni di onde sismiche effettuate in diverse parti del mondo per poter analizzare sistematicamente la struttura interna della Terra lungo molte direzioni diverse.

Questo metodo consente di individuare in quali zone le onde sismiche rallentano e in quali accelerano: nelle regioni in cui si trovano materiali relativamente caldi, le onde rallentano, mentre nelle regioni in cui i materiali sono densi e relativamente freddi, le onde accelerano.

Strutture del mantello terrestre

Grazie a questo metodo, sono state rivelate grandi strutture presenti nel mantello: vicino al mantello (70 km di profondità) troviamo la struttura relativa alla tettonica a placche. Più in profondità (circa 200 km) osserviamo che molte regioni di mantello calde si trovano sotto i bacini oceanici, mentre quelle fredde compaiono sotto i cratoni continentali. A circa 500 km di profondità non troviamo più alcuna corrispondenza tra zone a diversa temperatura e distribuzione dei continenti, mentre a quasi 2800 km di profondità (al limite tra mantello e nucleo) compare una zona calda circondata da un largo anello di materiale freddo, che si suppone sia un insieme di lembi di litosfera oceanica. La presenza di questi lembi di litosfera fredda, che sprofondano attraverso il mantello, dimostra che il sistema della tettonica a placche comprende moti convettivi che si estendono fino al limite nucleo-mantello.

Quali sono i moti convettivi nel mantello?

I moti convettivi che avvengono all’interno del mantello dipendono dal fatto che il calore presente nel nucleo interno si propaga verso l’esterno. Il nucleo esterno assorbe questo calore, che lo porta ad agitarsi in moti convettivi che trasferiscono il calore fino alla base del mantello. Di conseguenza, nel mantello inferiore si localizzano regioni con diverse temperature, per cui si verificano dei moti convettivi.

Pennacchi e hot spots

Dalle regioni più calde alla base del mantello si elevano i pennacchi, cioè colonne di materiale caldo, che si manifestano nei punti caldi chiamati hot spots, caratterizzati da un alto flusso termico e vulcanismo. I pennacchi caldo trasferiscono direttamente calore dal nucleo alla superficie, attraversando l’intero mantello.

Grazie alla tomografia sismica si è quindi scoperto che gran parte della litosfera oceanica fredda arriva fino al nucleo prima di riscaldarsi e tornare in circolo e che contemporaneamente da vari punti del mantello salgono colonne di materiale più caldo di quello circostante.