Nuove mappe delle radici vulcaniche in Africa rivelano complessità del mantello terrestre

Un team internazionale di ricercatori ha mappato le radici profonde degli hotspot vulcanici in Africa, rivelando una struttura del mantello terrestre più complessa di quanto si pensasse. L’analisi, condotta su otto sistemi di hotspot, ha utilizzato dati geofisici e geochimici per ricostruire una mappa congiunta delle zone profonde del mantello. I risultati, pubblicati su ‘Science’, indicano che le sorgenti di questi fenomeni vulcanici non si concentrano in un unico sistema, ma si organizzano in almeno tre domini distinti, ciascuno esteso per circa mille chilometri. L’indagine ha coinvolto scienziati dell’Harvard University, dell’University of Bern e dell’University of Munster, che hanno combinato dati sismici e informazioni isotopiche per ottenere una visione più completa del fenomeno.

Un modello matematico per tracciare i pennacchi

Per superare le limitazioni delle tecniche tradizionali, i ricercatori hanno utilizzato un modello matematico basato sulla teoria dei grafi. Questo approccio permette di identificare non solo un percorso unico tra un hotspot e il mantello profondo, ma un insieme di possibili traiettorie attraverso regioni caratterizzate da basse velocità delle onde sismiche. Il metodo ha permesso di analizzare le traiettorie dei pennacchi di materiale caldo che risalgono dal mantello, rivelando che non sempre si trattano di condotti verticali semplici. Al contrario, i pennacchi possono inclinarsi, deviare lateralmente, ristagnare o ramificarsi, creando una struttura del mantello molto più complessa di quanto si riteneva.

La suddivisione viene effettuata su scale dell’ordine di mille chilometri o superiori, compatibili con la risoluzione disponibile della tomografia sismica. Invece di identificare visivamente un singolo percorso tra un hotspot e il mantello profondo, il metodo cerca un insieme di possibili traiettorie attraverso le regioni caratterizzate da basse velocità delle onde sismiche. Questo ha permesso di individuare traiettorie non solo verticali, ma anche fortemente deviate, come nel caso di Reunion, dove emergono sia percorsi relativamente verticali che traiettorie fortemente deviate.

Le radici degli hotspot convergono a mille chilometri

Le diverse radici individuate tendono a convergere intorno ai mille chilometri di profondità, indicando una struttura del sistema molto più complessa rispetto all’immagine tradizionale di singoli pennacchi indipendenti. Questo risultato è stato confermato anche da un’analisi geochimica delle lave prodotte dagli hotspot, che ha rivelato tre gruppi distinti: Afar-Africa orientale-Comore, Reunion e Marion-Crozet-Kerguelen-Saint Paul. La corrispondenza tra la classificazione geofisica e quella geochimica rappresenta uno dei risultati centrali dello studio. La mappa congiunta geofisica e geochimica proposta dagli scienziati individua diverse regioni sorgente all’interno della porzione orientale della cosiddetta African Large Low Shear Velocity Province (Llsvp), una gigantesca struttura del mantello profondo caratterizzata da velocità relativamente basse delle onde sismiche. Gli autori sottolineano che i percorsi individuati sono compatibili con le condizioni termiche attese per pennacchi del mantello, con temperature in eccesso medie superiori a 110 gradi Celsius rispetto al mantello circostante.

La ricerca suggerisce che alcune deviazioni dei pennacchi si concentrino a profondità specifiche, con un primo massimo intorno ai 260 chilometri e un secondo tra circa 660 e mille chilometri. Queste deviazioni potrebbero essere collegate a cambiamenti della viscosità, della densità o delle fasi mineralogiche del mantello, anche se i dati non permettono ancora di stabilire con certezza il meccanismo responsabile. La convergenza tra la classificazione geofisica e quella geochimica è compatibile con l’esistenza di almeno tre regioni composizionalmente differenti, ciascuna dell’ordine di mille chilometri, nella parte orientale della Llsvp africana.

Considerati insieme a precedenti studi sulla porzione occidentale, i nuovi risultati suggeriscono che l’intera struttura africana possa essere chimicamente eterogenea. Questo rende improbabile che la Llsvp abbia un’origine esclusivamente termica. I dati rimangono però compatibili sia con grandi accumuli termochimici eterogenei sia con insiemi di pennacchi termochimici distinti, purché il mescolamento dei materiali nel mantello profondo sia relativamente inefficiente. Per distinguere tra queste possibilità, saranno necessari nuovi studi geodinamici, una maggiore copertura delle osservazioni sismiche sui fondali oceanici e dati geochimici più completi sulle rocce vulcaniche degli hotspot.