Mantello terrestre: differenze tra le versioni
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=== Limiti e struttura interna ===
[[File:Slice earth.svg|thumb|upright=1.4|A) [[Discontinuità di Mohorovičić]]. B) [[Discontinuità di Gutenberg]].
C) [[Discontinuità di Lehmann]]. 1) Crosta continentale 2) Crosta oceanica 3) Mantello superiore 4) Mantello inferiore 5) Nucleo esterno 6) Nucleo interno. ]]
Il suo limite superiore, ossia il suo contatto con la sovrastante crosta terrestre, generalmente si trova tra i 10 e i 35 km di profondità dalla superficie, ed è detto [[discontinuità di Mohorovičić]] (spesso abbreviata in "Moho"); il limite inferiore, che segna il confine con il [[nucleo terrestre|nucleo]], è detto [[discontinuità di Gutenberg]].
Entrambe sono state individuate attraverso studi di [[sismologia]], la prima per la riflessione parziale delle [[onde sismiche]] dovuta al repentino cambiamento della loro velocità nel passaggio tra i due mezzi, la seconda per l'assorbimento delle onde trasversali ([[onde sismiche|onde S]], ossia ''secundae'') da parte del nucleo esterno liquido. È stato inoltre possibile suddividere ulteriormente il mantello in due strati distinti, sempre in funzione della velocità di propagazione delle onde sismiche: il mantello superiore, di circa 700 km di spessore, trasmette le onde sismiche a velocità ridotte rispetto al mantello inferiore, di oltre 2000 km.
Il mantello dunque è diviso in sezioni basate su risultati forniti dalla [[sismologia]]. Questi strati (e le loro profondità) sono i seguenti: il mantello superiore (33-410 km), la zona di transizione (410-660 km), il mantello inferiore (660-2891 km), e in basso nell'ultima regione c'è l'anomalo confine nucleo-mantello ([[Mantello terrestre#Strato D"|strato D"]]) con uno spessore variabile (intorno a una media di ~200 km)<ref name="moorland"/><ref name="today's mantle">
{{cita web
|url=http://geology.about.com/library/weekly/aa031598.htm
|titolo=Today's Mantle: a guided tour
|nome=Andrew
|cognome=Alden
|data=2007
|sito=[[About.com]]
|accesso=25 dicembre 2007
}}
</ref><ref name="cutaway">{{Cita web|http://mediatheek.thinkquest.nl/~ll125/en/fullstruct.htm|Earth cutaway (image|25 dicembre2007|lingua=en}}
</ref><ref name="burns">
{{cita libro
|url=http://books.google.com/books?id=JiTuaX_1TU0C&pg=PA354&lpg=PA354&dq=mantle+chemical+composition&source=web&ots=szv6r4wlPA&sig=zRN1iHTek4r4pXxeTYLS2JOGazs
|titolo=Mineralogical Applications of Crystal Field Theory
|cognome=Burns
|nome=Roger George
|data=1993
|pubblicazione=Cambridge University Press
|accesso=26 dicembre 2007
|isbn=0-521-43077-1
|pagina=354
}}
</ref>.
La parte superiore del mantello è definita tramite un improvviso incremento nella velocità sismica, rispetto a quella della crosta terrestre, incremento che fu notato per la prima volta dal geofisico [[Andrija Mohorovičić]] nel 1909; questo confine viene attualmente indicato come la "[[discontinuità di Mohorovičić]] o [[discontinuità di Mohorovičić|Moho]]"<ref name="today's mantle"/><ref name="moho">
{{cita web
|url=http://istrianet.org/istria/illustri/mohorovicic/
|titolo=Istria on the Internet – Prominent Istrians – Andrija Mohorovicic
|data=2007
|accesso=25 dicembre 2007
}}
</ref>. Il mantello più vicino alla sovrastante superficie è relativamente rigido e forma la [[litosfera]], uno strato irregolare che ha uno spessore massimo di forse 200 km. Sotto la litosfera il mantello superiore diventa particolarmente plastico nella sua [[reologia]]. In alcune regioni sotto la litosfera la velocità sismica è ridotta: questa così definita ''zona a bassa velocità'' (LVZ, dall'inglese ''Low Velocity Zone'') si estende giù fino a una profondità di diverse centinaia di km.
[[Inge Lehmann]] scoprì la discontinuità sismica a circa 220 km di profondità<ref name="lehmann">
{{cita web
|url=http://www.agu.org/inside/awards/lehmann2.html
|titolo=Inge Lehmann biography
|data=2005
|accesso=25 dicembre 2007
|nome=Michael
|cognome=Carlowicz
|pubblicazione=American Geophysical Union, Washington, D.C.
}}
</ref>; sebbene questa discontinuità sia stata trovata anche in altri studi, essa non sarebbe conosciuta se la discontinuità fosse stata onnipresente. La zona di transizione è un'area di grande complessità, che fisicamente separa il mantello superiore da quello inferiore.<ref name="burns"/> Molto poco si conosce circa il mantello inferiore a prescindere dal fatto che sembra essere relativamente omogeneo dal punto di vista sismico. Lo [[strato D"]] è quello che separa il mantello dal nucleo.<ref name="moorland"/><ref name="today's mantle"/>
==== Mantello superiore ====
Il mantello superiore immediatamente sotto la crosta terrestre viene definito "mantello litosferico" ed insieme alla crosta costituisce la [[litosfera]]. A maggiore profondità, che varia da circa 80 km sotto gli oceani a circa 200 km sotto i continenti, c'è uno strato a bassa viscosità, comunemente definito [[astenosfera]]. Tale bassa viscosità è stata associata ad uno stato di fusione parziale del mantello, ed è comunque dovuta alle alte temperature, vicine al [[Solidus (chimica)|solidus]] delle comuni rocce mantelliche, ricche in [[olivina]].
La viscosità dell'astenosfera varia tra 10<sup>21</sup> e 10<sup>24</sup> [[pascal (unità di misura)|Pa]]·[[secondo|s]], a seconda della profondità. La viscosità, pur elevata, consente all'astenosfera di comportarsi come un liquido e scorrere lentamente se sottoposta a stress di lunga durata: questa [[Plasticità (fisica)|plasticità]] è alla base della [[Tettonica delle placche]].
Oltre a favorire movimenti di scivolamento laterale e di [[subduzione]], la viscosità dell'astenosfera consente anche movimenti verticali: l'interazione tra litosfera ed astenosfera è simile a quella di una zattera e del liquido, necessariamente più denso, su cui galleggia. Tale equilibrio si dice isostatico, i movimenti che lo ristabiliscono quando è perturbato sono i ''movimenti isostatici''.
Una prova dell'esistenza di uno strato in qualche modo fluido sono proprio i movimenti isostatici.
Il Mar Baltico e in particolare il Golfo di Botnia sono in corrispondenza del massimo spessore dell'inlandis nordeuropeo durante le glaciazioni pleistoceniche. Dal rilevamento e dalla datazione delle paleospiagge si constata che esse sono in contrazione a causa di un sollevamento della crosta continentale sottostante ([[piattaforma continentale]]) attualmente dell'ordine di un centimetro all'anno ma che raggiunse il metro all'anno subito dopo la fine della glaciazione di Würm (ca. 10000 a.C.). Una situazione analoga si ha nella Baia di Hudson.
Tali movimenti verticali sono analoghi a quelli di una barca che viene scaricata: in questo caso sono dovuti allo scioglimento di chilometri di ghiaccio.
Intorno ai 410 km e 660 km di profondità, sono state rinvenute due importanti discontinuità sismiche, associate a transizioni di fase rispettivamente dall'[[olivina]] alla [[wadsleyite]] e dalla [[ringwoodite]] alle fasi del mantello inferiore (per esempio [[perovskite]] e [[magnesio-wuestite]]). Questa zona è comunemente definita "zona di transizione".
==== Mantello inferiore ====
Il mantello inferiore è composto per lo più di [[silicio]], [[magnesio]] e [[ossigeno]] con percentuali minori di [[ferro]], [[calcio (elemento chimico)|calcio]] e [[alluminio]].
I minerali principali sono la [[perovskite]] e la [[magnesio-wuestite]]. Entrambi hanno struttura cubica, più adatta a sostenere le crescenti pressioni del mantello.
Lungo buona parte del mantello inferiore non si verificano sostanziali transizioni di fase mineralogica. La temperatura aumenta sostanzialmente in modo adiabatico (vedi [[Sistema adiabatico|gradiente adiabatico]]), consistente con un flusso convettivo (vedi [[convezione]]). Anche se recenti studi interdisciplinari, basati su studi di minerali ad alta pressione e temperature e dati sismologici, hanno postulato un gradiente super-adiabatico. Come conseguenza, dal punto di vista sismico, la zona del mantello inferiore è relativamente meno complessa della soprastante zona di transizione.
===== Strato D" =====
{{Approfondimento
|allineamento = destra
|larghezza=250px
|titolo = Origine del termine
|contenuto=
Il nome deriva dalla classificazione del matematico Keith Bullen per gli strati della [[geosfera]], che definiva a partire dalla superficie terrestre ogni strato in ordine alfabetico crescente, dalla lettera A alla G, con la crosta come 'A' e il nucleo interno come 'G'.
Nella sua pubblicazione del 1942, l'intero mantello inferiore era definito livello D; scoprendo nel 1950 che il mantello inferiore poteva essere distinto in due strati rinominò la parte superiore di circa 1.800 km di spessore, D' (D primo) e la parte inferiore di circa 200 km di spessore, D'’ (D secondo).
}}
Per '''strato D'’''' si intende lo strato spesso circa 200 km del mantello inferiore, direttamente al di sopra del confine mantello-nucleo, talvolta incluso nelle discussioni relative alla zona di confine mantello-nucleo.<ref name=Peltier>
{{Cita libro |titolo=Mantle Dynamics and the D" Layer: Impacts of the Post Perovskite Phase |autore=WR Peltier |url=http://www.atmosp.physics.utoronto.ca/~peltier/pubs_books/W.R.%20Peltier,%20Mantle%20Dynamics%20and%20the%20D%20doubleprime%20Layer.Implications%20of%20the%20Post-perovskite%20Phase,%20AGU%20Geodynamics%20Series%20Monograph,%20AGU%20Books,%20pages%20217-227,%202007.pdf |anno=2007 |pp=217–227}}</ref><ref>{{cita libro|url=http://www.agu.org/cgi-bin/agubooks?book=SEGM1744399|titolo=Post-Perovskite: The Last Mantle Phase Transition|volume=174|capitolo=Mantle dynamics and the D-doubleprime layer implications of the post-perovskite phase|editore=American Geophysical Union|ISBN=978-0-87590-439-9|collana=AGU Geophysical Monographs|curatore=Kei Hirose, John Brodholt, Thome Lay, David Yuen|lingua=en}}
</ref>
Le cose cambiano drasticamente in questa zona, caratterizzata da forti anomalie sismiche, rappresentante la parte basale del flusso convettivo del mantello.
Di per sé pare sia uno strato instabile, infatti non è omogeneo, e ci sono zone dove addirittura manca. Al suo interno le velocità delle [[onde sismiche]] subiscono variazioni notevoli: sono superiori alla media nella verticale della [[subduzione]] della [[placca pacifica]], mentre a livello del Pacifico centrale e sotto l'Africa sono inferiori. Questo poiché l'[[elasticità (meccanica)|elasticità]] delle rocce ivi presenti aumenta con la [[pressione]], ma diminuisce con l'aumentare della [[temperatura]]. L'aumento della pressione e della temperatura che si ha con l'aumento della profondità fa aumentare l'elasticità delle rocce. Tuttavia il gradiente di temperatura in questo strato è più alto che nel mantello convettivo, il che comporta un aumento della velocità delle onde sismiche.
Nello strato D'’ son poi presenti sbuffi laterali che danno origine a pennacchi di materiale caldo che arriverebbe in superficie in zone come [[Riunione (isola)|Réunion]], le [[Hawaii]] o [[Parco nazionale di Yellowstone|Yellowstone]], per esempio.
Inoltre placche [[litosfera|litosferiche]] fredde subducenti terminerebbero la discesa nello strato D'’. Ma questo porrebbe un gradiente di temperatura nucleo-mantello di {{M|1000||°C}}, non più adiabatico, che porterebbe a problemi ulteriori.
Complessità composizionali sono attese in questa zona. Una nuova fase mineralogica della [[perovskite]], la '''post-perovskite''', è stata prevista e trovata in laboratorio a pressioni corrispondenti allo Strato D'’.<ref name="Peltier"/>
=== Composizione ===
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