Un pezzo di roccia sotterranea delle dimensioni di una montagna potrebbe influenzare i percorsi di megaterremoti nel Giappone meridionale. La densa roccia ignea, nota come Kumano Pluton, si nasconde circa 5 chilometri sotto la superficie al di sotto della penisola di Kii, in Giappone. Si trova nella crosta della placca eurasiatica continentale. Sotto questa lastra di crosta continentale, la placca oceanica filippina sta affondando verso il mantello terrestre, in un processo chiamato subduzione.
Un nuovo studio suggerisce che il pesante plutone all’interno della placca eurasiatica cambia la pendenza dell’affondamento della placca oceanica filippina, costringendola a scendere più ripidamente. Il plutone si trova anche vicino agli epicentri di due grandi terremoti degli anni ’40, ciascuno dei quali ha viaggiato in direzioni opposte e non si è rotto attraverso il plutone stesso.
“In definitiva, non sappiamo davvero perché questi terremoti non si siano sovrapposti nella regione del plutone“, ha affermato il coautore dello studio Dan Bassett, un geofisico marino presso il GNS Science della Nuova Zelanda, un servizio di ricerca sulle scienze della Terra. “Sembra che svolga un ruolo davvero chiave nel nucleare questi terremoti e impedire che si uniscano”, ha aggiunto. Il punto di nucleazione di un terremoto è il punto in cui inizia a rompere la crosta.
Sebbene si trovi relativamente vicino alla superficie, il plutone potrebbe avere una grande influenza sul modo in cui l’acqua si sposta dagli oceani della Terra al suo mantello. La subduzione della placca oceanica filippina è due volte più ripida sotto la pressione del plutone. Questo sembra creare più fratture nella placca in subduzione, il che le consente di trasportare più acqua marina verso la crosta profonda e il mantello. L’acqua nel mantello guida poi eventi come le eruzioni vulcaniche.
Come si rompe la crosta
La placca filippina si sta schiacciando sotto la placca eurasiatica al largo delle coste del Giappone a una velocità di circa 4,5 centimetri all’anno. Questo processo, chiamato subduzione, innesca terremoti e vulcanismo. Gli scienziati utilizzano monitor sismici per cercare di comprendere le strutture geologiche all’interno delle zone di subduzione, ma questo è spesso una registrazione irregolare, specialmente nelle fosse oceaniche dove non è facile posizionare le attrezzature.
La costa del Giappone, tuttavia, è uno dei luoghi meglio monitorati al mondo dal punto di vista sismico. L’Agenzia giapponese per la scienza e la tecnologia marina e terrestre (JAMSTEC) ha ricoperto l’area di Nankai Trough con monitor del fondale marino e i sismologi giapponesi hanno anche messo insieme la più fitta serie sul pianeta di apparecchiature di monitoraggio sismico sepolte in profondità nella crosta per ridurre al minimo le alterazioni dovute a vibrazioni non sismiche. “Ci siamo resi conto di avere questo gigantesco set di dati, che era aumentato per un paio di decenni ed era davvero unico in quanto ci avrebbe consentito di produrre un modello tridimensionale ad altissima risoluzione dell’intera zona di subduzione“, ha detto Bassett a WordsSideKick.com.
Il team non ha scoperto il Kumano Pluton, noto dal 2006 circa, ma ha ottenuto il quadro più chiaro di sempre di come questa struttura influenzi la zona di subduzione. Quello che hanno trovato è stata una sorpresa: la maggior parte delle ricerche sulle zone di subduzione si concentra sulla struttura della placca che sta affondando sotto la superficie, ma non considera la placca che si trova sopra di essa. Le nuove scoperte indicano che la lastra di crosta che si trova sopra la placca in subduzione potrebbe essere più importante di quanto chiunque avesse pensato. “Pensiamo molto all’inclinazione della lastra che sta scendendo e non abbiamo passato molto tempo a pensare a come le proprietà della crosta superiore influiscano sulla lastra discendente“, ha affermato Wendy Bohon, geologa presso l’Incorporated Research Institutions for Sismologia (IRIS), che non è stata coinvolta nello studio.
I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Geoscience il 3 febbraio, sollevano nuove domande sul ruolo del plutone nei terremoti. Nel 1944, un terremoto di magnitudo 8.1 iniziò sul bordo del plutone e scosse la terra a nord-est. Due anni dopo, un terremoto di magnitudo 8.6 iniziò vicino all’epicentro del primo terremoto ma si ruppe in direzione sud-ovest. “Ci sono questi punti lungo le faglie che possono impedire al terremoto di decomprimere. Possono fungere da punti di nucleazione, luoghi in cui iniziano i terremoti, oppure possono fungere come un backstop, luoghi in cui il terremoto potrebbe fermarsi“, ha detto Bohon, riferendosi a strutture come il Kumano Pluton.
Non è chiaro perché il plutone stia avendo questo effetto, ha detto Bassett. Potrebbe essere che la densa roccia vulcanica stia esercitando così tanta pressione sulla placca in subduzione da resistere al tipo di rottura drastica necessaria per continuare un terremoto. Oppure potrebbe essere dovuto al modo in cui il plutone altera la forma della placca di subduzione sottostante. Nell’area del plutone, la placca in subduzione raddoppia la pendenza del suo affondamento verso il basso. Ciò significa che questa crosta oceanica scende molto in profondità, molto velocemente. I terremoti si verificano più facilmente a profondità minori dove la crosta è fresca e fragile, quindi la rapida discesa potrebbe limitare l’area della crosta in grado di generare un terremoto.
Acqua in movimento
La forte traiettoria discendente della placca di subduzione forzata dal Kumano Pluton ha un impatto più chiaro sul modo in cui l’acqua si muove attraverso la zona di subduzione. Questo ciclo dell’acqua non è direttamente collegato ai terremoti nella regione, ma è importante per la creazione di magmi e per i processi del mantello su larga scala, ha affermato Donna Shillington, scienziata della Terra presso la Northern Arizona University che non è stata coinvolta nella ricerca ma che ha scritto un articolo di accompagnamento su News & Views sui risultati dello studio.
Per questi processi, il plutone sembra estremamente importante, ha detto Shillington a WordsSideKick.com. L’enorme struttura sembra creare la pressione che costringe la placca in subduzione a un affondamento ripido, che a sua volta costringe la placca in subduzione a deformarsi e rompersi, creando fratture in cui l’acqua marina può penetrare. La traiettoria dell’affondamento influenza anche dove finisce l’acqua e con quali minerali può reagire chimicamente. I ricercatori hanno scoperto che le onde sismiche in questa regione rallentano drammaticamente, suggerendo un’area del serpentino, un minerale molto idratato.
“Quei minerali sono stabili fino a qualche punto in prossimità di 400-600°C, quindi deve essere trasportato giù parecchio prima che quella placca si riscaldi abbastanza da rilasciare l’acqua. Quindi è probabile che abbia un effetto più profondo”, ha detto Shillington a Live Science.
Proprio come nei terremoti, i geoscienziati si sono concentrati maggiormente sulla placca in subduzione quando hanno cercato di comprendere il ciclo dell’acqua nelle profondità della Terra, ha detto Shillington. Il nuovo studio suggerisce che anche la placca principale è importante. Il team di ricerca prevede ora di costruire modelli tridimensionali della zona di subduzione nel Giappone nord-orientale dove ha avuto origine il terremoto di Tohoku del 2011 e della zona di subduzione di Hikurangi al largo dell’Isola del Nord della Nuova Zelanda. Dovrebbero essere pronti entro un anno o due, ha detto Bassett.
“Essere in grado di confrontare modelli 3D ad alta risoluzione delle strutture della Terra attraverso le tre zone di subduzione dovrebbe permetterci di pensare un po’ più attentamente a come la struttura delle zone di subduzione sta influenzando il comportamento dei terremoti”, ha affermato.
