Geologia fisica

La teoria sostiene che il mantello è in grado di convogliare grazie alla sua plasticità, e questa proprietà permette anche un altro processo terrestre molto importante noto come isostasia. Il significato letterale della parola isostasia è “uguale fermo”, ma l’importanza che c’è dietro è il principio che la crosta terrestre galleggia sul mantello, come una zattera che galleggia nell’acqua, piuttosto che riposare sul mantello come una zattera seduta sul terreno.

La relazione tra la crosta e il mantello è illustrata nella figura 9.16. Sulla destra c’è un esempio di una relazione non isostatica tra una zattera e il cemento solido. È possibile caricare la zattera con molte persone, e ancora non affonderà nel cemento. A sinistra, la relazione è isostatica tra due zattere diverse e una piscina piena di burro d’arachidi. Con una sola persona a bordo, la zattera galleggia in alto nel burro di arachidi, ma con tre persone, affonda pericolosamente in basso. Qui usiamo il burro di arachidi, piuttosto che l’acqua, perché la sua viscosità rappresenta più da vicino il rapporto tra la crosta e il mantello. Anche se ha circa la stessa densità dell’acqua, il burro di arachidi è molto più viscoso (rigido), e quindi anche se la zattera per tre persone affonderà nel burro di arachidi, lo farà abbastanza lentamente.

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 grammi per centimetro cubo (g/cm3), è meno densa del mantello (densità media di circa 3,4 g/cm3 vicino alla superficie, ma più di quella in profondità), e quindi galleggia sul mantello “plastico”. Quando viene aggiunto più peso alla crosta, attraverso il processo di costruzione delle montagne, questa sprofonda lentamente più in profondità nel mantello e il materiale del mantello che era lì viene spinto via (Figura 9.17, a sinistra). Quando quel peso viene rimosso dall’erosione nel corso di decine di milioni di anni, la crosta rimbalza e la roccia del mantello rifluisce (Figura 9.17, destra).

La crosta e il mantello rispondono in modo simile alle glaciazioni. Accumuli spessi di ghiaccio glaciale aggiungono peso alla crosta, e quando il mantello sottostante viene schiacciato ai lati, la crosta si abbassa. Questo processo è illustrato per l’attuale strato di ghiaccio sulla Groenlandia nella Figura 9.18. La calotta glaciale della Groenlandia in questo punto ha uno spessore di oltre 2.500 m, e la crosta sotto la parte più spessa è stata depressa fino al punto in cui è sotto il livello del mare in una vasta area. Quando il ghiaccio alla fine si scioglierà, la crosta e il mantello rimbalzeranno lentamente, ma il rimbalzo completo richiederà probabilmente più di 10.000 anni.

Vi starete chiedendo come sia possibile che il mantello della Terra sia abbastanza rigido da rompersi durante un terremoto, 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 di quanto velocemente la sollecitazione viene applicata. Un buon esempio di questo è il comportamento del materiale noto come Silly Putty, che può rimbalzare e si rompe se lo si tira bruscamente, ma si deforma in modo liquido se lo stress viene applicato lentamente. In questa foto, il Silly Putty è stato posto sopra un buco in un piano di vetro, e in risposta alla gravità, è fluito lentamente nel buco. Il mantello scorrerà se posto sotto lo stress lento ma costante di uno strato di ghiaccio che cresce (o si scioglie).

Grandi parti del Canada stanno ancora rimbalzando come risultato della perdita di ghiaccio glaciale negli ultimi 12 ka, e come mostrato nella Figura 9.19, anche altre parti del mondo stanno sperimentando il rimbalzo isostatico. Il più alto tasso di sollevamento si trova in una vasta area a ovest della Baia di Hudson, che è dove la calotta glaciale Laurentide era la più spessa (oltre 3.000 m). Il ghiaccio ha finalmente lasciato questa regione circa 8.000 anni fa, e la crosta sta attualmente rimbalzando ad un tasso di 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. Durante la glaciazione, la roccia del mantello è fluita via dalle aree sotto le principali calotte di ghiaccio, e questo materiale sta ora lentamente tornando indietro, come illustrato nella Figura 9.18b.