Astenosfera

L’astenosfera è lo strato della Terra situato ad una profondità media di circa 62 miglia (circa 100 km) sotto la superficie terrestre. Fu nominato per la prima volta nel 1914 dal geologo britannico Joseph Barrell, che divise la struttura generale della Terra in tre sezioni principali: la litosfera, o strato esterno di materiale simile alla roccia; l’astenosfera; e la centrosfera, o parte centrale del pianeta. L’astenosfera prende il nome dalla parola greca per debole, asthenis, a causa della natura relativamente fragile dei materiali di cui è fatta. Si trova nella parte superiore della struttura interna della Terra tradizionalmente conosciuta come mantello. Gli scienziati non hanno visto l’astenosfera della Terra, ma la sua esistenza ha un profondo effetto sul pianeta e sul modo in cui la crosta terrestre si comporta. Per chiunque viva vicino a un confine di placca sulla Terra, l’astenosfera contribuisce fortemente alle condizioni geologiche inquietanti che possono affliggere la zona.

Prove dell’esistenza dell’astenosfera

I geologi sono un po’ limitati per quanto riguarda i metodi con cui possono raccogliere informazioni sull’interno della Terra. Per esempio, possono essere in grado di studiare il materiale roccioso espulso dai vulcani e dalle colate di lava per avere indicazioni sulle proprietà delle regioni interne. In generale, comunque, la singola fonte più affidabile di tali informazioni è il modo in cui le onde sismiche sono trasmesse attraverso l’interno della Terra. Queste onde possono essere prodotte naturalmente come risultato dei movimenti della terra, o possono essere generate sinteticamente per mezzo di esplosioni, cannoni ad aria compressa o altre tecniche.

In ogni caso, gli studi sismici hanno dimostrato che un tipo di onde conosciute come onde S rallentano significativamente quando raggiungono una profondità media di circa 62 miglia (100 km) sotto la superficie terrestre. Poi, ad una profondità di circa 155 mi (250 km), la loro velocità aumenta ancora una volta. I geologi hanno preso questi cambiamenti nella velocità delle onde come indicazioni dei confini della regione ora conosciuta come l’astenosfera.

Proprietà dell’astenosfera

Il materiale di cui è composta l’astenosfera può essere descritto come plastico, con molta meno rigidità della litosfera sovrastante. Questa proprietà è causata dall’interazione di temperatura e pressione sui materiali astenosferici. Qualsiasi roccia, naturalmente, si scioglierà se la sua temperatura viene portata ad una temperatura abbastanza alta. Tuttavia, il punto di fusione di qualsiasi roccia (o di qualsiasi materiale) è anche una funzione della pressione esercitata sulla roccia (o sul materiale). In generale, all’aumentare della pressione su un materiale, il suo punto di fusione aumenta.

I materiali che compongono l’astenosfera tendono ad essere leggermente più freddi del loro punto di fusione. Questo dà loro una qualità simile alla plastica che può essere paragonata al vetro. Quando la temperatura del materiale aumenta o quando la pressione esercitata sul materiale aumenta, il materiale tende a deformarsi e a scorrere. Se la pressione sul materiale è fortemente ridotta, lo sarà anche il suo punto di fusione, e il materiale può iniziare a fondere rapidamente. Il fragile equilibrio punto di fusione/pressione nell’astenosfera si riflette nella stima fatta da alcuni geologi che fino al 10% del materiale astenosferico può essere effettivamente fuso. Il resto è così vicino ad essere fuso che cambiamenti relativamente modesti nella pressione o nella temperatura possono causare ulteriori fusioni.

Oltre alla perdita di pressione sull’astenosfera, un altro fattore che può portare alla fusione è un aumento della temperatura. L’astenosfera è riscaldata dal contatto con i materiali caldi che compongono la mesosfera sotto di essa. Ovviamente, la temperatura della mesosfera non è costante. È più calda in alcuni luoghi che in altri. In quelle regioni dove la mesosfera è più calda della media, il calore extra può effettivamente aumentare la misura in cui i materiali astenosferici sono riscaldati e può verificarsi una fusione più estesa. I risultati di un tale evento sono descritti di seguito.

L’astenosfera nella teoria della tettonica a placche

Si pensa che l’astenosfera abbia un ruolo critico nel movimento delle placche sulla superficie della Terra. Secondo la teoria della tettonica a placche, la litosfera consiste in un numero relativamente piccolo di lastre molto grandi di materiale roccioso. Queste placche tendono ad avere uno spessore di circa 60 miglia (100 km) e nella maggior parte dei casi molte migliaia di miglia di larghezza. Si pensa che siano molto rigide, ma in grado di essere spostate sopra l’astenosfera. La collisione delle placche l’una con l’altra, il loro scivolamento laterale l’una sull’altra e la loro separazione l’una dall’altra sono ritenuti responsabili delle principali caratteristiche ed eventi geologici come i vulcani, le colate di lava, la costruzione di montagne, le faglie crostali profonde e le fratture.

Perché la teoria della tettonica a placche abbia un senso, deve essere disponibile qualche meccanismo che permetta il flusso delle placche. Questo meccanismo è il carattere semi-fluido dell’astenosfera stessa. Alcuni osservatori hanno descritto l’astenosfera come “l’olio lubrificante” che permette il movimento delle placche nella litosfera. Altri vedono l’astenosfera come la forza motrice o il mezzo di trasporto delle placche.

I geologi hanno sviluppato teorie per spiegare i cambiamenti che avvengono nell’astenosfera quando le placche cominciano a divergere o a convergere l’una verso l’altra. Per esempio, supponiamo che una regione di debolezza si sia sviluppata nella litosfera. In questo caso, la pressione esercitata sull’astenosfera sottostante si riduce, la fusione comincia a verificarsi e i materiali astenosferici cominciano a fluire verso l’alto. Se la litosfera non si è effettivamente rotta, questi materiali astenosferici si raffreddano mentre si avvicinano alla superficie terrestre e alla fine diventano parte della litosfera stessa. D’altra parte, supponiamo che una rottura della litosfera sia effettivamente avvenuta. In questo caso, i materiali astenosferici potrebbero sfuggire attraverso quella rottura e fluire verso l’esterno prima di essersi raffreddati. A seconda della temperatura e della pressione nella regione, questo flusso di materiale (magma) può avvenire piuttosto violentemente, come in un vulcano, o più moderatamente, come in un flusso di lave. Entrambi questi casi producono la divergenza della placca crostale, o la diffusione a parte. La pressione sull’astenosfera può anche essere ridotta nelle zone di divergenza, dove due placche si stanno separando l’una dall’altra. Di nuovo, questa riduzione della pressione può permettere ai materiali astenosferici nell’astenosfera di iniziare a fondere e a fluire verso l’alto. Se le due placche sovrastanti si sono effettivamente separate, il materiale astenosferico può fluire attraverso la separazione e formare una nuova sezione di litosfera.

Nelle zone di convergenza, dove due placche si stanno muovendo l’una verso l’altra, i materiali astenosferici possono anche essere esposti a una maggiore pressione e iniziare a fluire verso il basso. In questo caso, la più leggera delle placche in collisione scivola verso l’alto e sopra la più pesante delle placche, che si immerge nell’astenosfera. Poiché il materiale litosferico più pesante è più rigido del materiale dell’astenosfera, quest’ultimo viene spinto verso l’esterno e verso l’alto. Durante questo movimento delle placche, il materiale della placca in discesa viene riscaldato nell’astenosfera, avviene la fusione e i materiali fusi risalgono verso la superficie terrestre. La costruzione di montagne è il risultato della collisione dei continenti in tali situazioni, e grandi catene montuose come gli Urali, gli Appalachi e l’Himalaya si sono formate in questo modo. Quando le placche oceaniche si incontrano, si formano archi insulari (per esempio, il Giappone o le Aleutine). Nei luoghi di convergenza delle placche si formano grandi trincee oceaniche. In ognuno degli esempi qui citati, l’astenosfera fornisce nuovo materiale per sostituire i materiali litosferici che sono stati spostati da qualche altro meccanismo tettonico o geologico.

Quindi, se gli scienziati stanno considerando l’origine delle catene montuose compresse come l’Himalaya, o l’origine delle grandi fosse oceaniche (come la fossa Perù-Cile), considerano anche l’attività dell’astenosfera, che mantiene le placche della Terra continuamente geologicamente attive.

Vedi anche Deriva continentale; Margine continentale; Piattaforma continentale; Geologia planetaria; Tettonica a placche.

Risorse

libri

Press, Frank, e Raymond Sevier. Capire la Terra. San Francisco: Freeman, 2000.

Tarbuck, Edward. J., Frederick K. Lutgens, e Dennis Tassa, eds. Terra: An Introduction to Physical Geology, 7th ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2002.

Fuchs, Karl, and Claude Froidevaux. Composition, Structure, and Dynamics of the Lithosphere and Asthenosphere System. Washington, DC: American Geophysical Union, 1987.

David E. Newton

Termini chiave

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Litosfera

-Lo strato esterno della Terra, che si estende ad una profondità di circa 60 mi (100 km).

Magma

-Materiale fuso trasudato da sotto la superficie terrestre, generalmente costituito da materiali simili a roccia ricchi di silicio e ossigeno.

Onda sismica

-Una perturbazione prodotta dalla compressione o dalla distorsione sulla o all’interno della terra, che si propaga attraverso i materiali terrestri; un’onda sismica può essere prodotta da mezzi naturali (ad esempio, terremoti) o artificiali (ad esempio, esplosioni).