Geologia fisica, prima edizione dell’Università di Saskatchewan

Il mantello è in grado di convogliare perché può deformarsi scorrendo su tempi molto lunghi. Questo significa che le placche tettoniche galleggiano sul mantello, come una zattera che galleggia nell’acqua, piuttosto che riposare sul mantello come una zattera seduta sul terreno. Quanto in alto la litosfera galleggia dipenderà dall’equilibrio tra la gravità che tira la litosfera verso il basso, e la forza di galleggiamento quando il mantello resiste al movimento verso il basso della litosfera. L’isostasia è lo stato in cui la forza di gravità che tira la placca verso il centro della Terra è bilanciata dalla resistenza del mantello a lasciare che la placca affondi.

Per vedere come funziona l’isostasia, considera le zattere nella figura 3.18. La zattera sulla destra è seduta su cemento solido. La zattera rimarrà alla stessa altezza sia che ci siano due persone su di essa, o quattro, perché il cemento è troppo forte per deformarsi. Al contrario, l’isostasia è in gioco per le zattere sulla sinistra, che stanno galleggiando in una piscina piena di burro di arachidi. Con una sola persona a bordo, la zattera galleggia in alto nel burro di arachidi, ma con tre persone, affonda pericolosamente in basso. Il burro di arachidi, piuttosto che l’acqua, è usato in questo esempio perché la viscosità del burro di arachidi (la sua rigidità o resistenza allo scorrimento) rappresenta più da vicino la relazione tra le placche tettoniche e il mantello. Anche se il burro di arachidi ha una densità simile a quella dell’acqua, la sua maggiore viscosità significa che se una persona viene aggiunta a una zattera, ci vorrà più tempo perché la zattera si depositi più in basso nel burro di arachidi che non perché la zattera affondi nell’acqua.

La relazione della crosta terrestre al mantello è simile alla relazione delle zattere al burro di arachidi. La zattera con una persona sopra galleggia comodamente in alto. Anche con tre persone sopra la zattera è meno densa del burro di arachidi, quindi galleggia, ma galleggia scomodamente in basso per quelle tre persone. La crosta, con una densità media di circa 2,6 g/cm3, è meno densa del mantello (densità media di ~3,4 g/cm3 vicino alla superficie, ma più in profondità), e quindi galleggia sul mantello. Quando si aggiunge peso alla crosta attraverso il processo di costruzione delle montagne, la crosta sprofonda lentamente più in profondità nel mantello, e il materiale del mantello che era lì viene spinto via (Figura 3.19, a sinistra). Quando l’erosione rimuove materiale dalle montagne nel corso di decine di milioni di anni, diminuendone il peso, la crosta rimbalza e la roccia del mantello rifluisce (Figura 3.19, destra).

Isostanza e rimbalzo glaciale

La crosta e il mantello rispondono in modo simile alla glaciazione. Spessi accumuli di ghiaccio glaciale aggiungono peso alla crosta, e la crosta cede, spingendo il mantello fuori dalla strada. La calotta glaciale della Groenlandia, con oltre 2.500 m di spessore, ha depresso la crosta sotto il livello del mare (Figura 3.20a). Quando il ghiaccio si scioglierà, la crosta e il mantello rimbalzeranno lentamente (Figura 3.20b), ma il rimbalzo completo richiederà probabilmente più di 10.000 anni (3.20c).

Grandi parti del Canada stanno ancora rimbalzando come risultato della perdita di ghiaccio glaciale negli ultimi 12.000 anni, come altre parti del mondo (Figura 3.21). Il più alto tasso di sollevamento è in una vasta area a ovest della Baia di Hudson, dove la calotta glaciale Laurentide era la più spessa, con oltre 3.000 m. Il ghiaccio ha finalmente lasciato questa regione circa 8.000 anni fa, e la crosta sta attualmente rimbalzando a quasi 2 cm/anno. Un forte rimbalzo isostatico si sta verificando anche nell’Europa settentrionale, dove la calotta glaciale fenno-scandinava era più spessa, e nella parte orientale dell’Antartide, che ha anche subito una significativa perdita di ghiaccio durante l’Olocene. Le regioni che circondano le ex calotte glaciali Laurentide e Fenno-Scandina, che sono state sollevate quando la roccia del mantello è stata spinta da parte e sotto di esse, stanno ora cedendo man mano che la roccia del mantello rifluisce.

Come può il mantello essere sia solido che plastico?

Ti starai chiedendo come sia possibile che il mantello terrestre sia una roccia solida e rigida, eppure convoglia e scorre come un liquido molto viscoso. La spiegazione è che il mantello si comporta come un fluido non newtoniano, il che significa che risponde in modo diverso alle sollecitazioni a seconda della velocità con cui la sollecitazione viene applicata.

Un buon esempio di comportamento non newtoniano è la deformazione del Silly Putty, che può rimbalzare quando viene compresso rapidamente quando cade, e si rompe se lo si tira bruscamente. Ma si deforma in modo liquido se lo stress è applicato lentamente. La forza di gravità applicata per un periodo di ore può far sì che si deformi come un liquido, gocciolando attraverso un foro in un piano di vetro (Figura 3.22). Allo stesso modo, il mantello scorrerà se posto sotto la sollecitazione lenta ma costante di uno strato di ghiaccio in crescita (o in scioglimento).