En les representacions de la Terra l’element vertical, és a dir la successió de nucli, mantell i escorça, domina sobre les heterogeneïtats horitzontals que afecten cadascuna d’aquestes capes. L’excepció, és clar, és la de la pròpia escorça ja que a aquesta sí que tenim un accés directa. Sabem que és constituïda per una sèrie de plaques tectòniques, algunes d’oceàniques i d’altres de continentals. Les dorsals oceàniques són àrees d’acreció de les plaques tectòniques, i el fenomen invers és la subducció. El més habitual és referir-se a la subducció de plaques oceàniques sota plaques continentals, però també hi ha subducció en la litosfera continental. Allà on l’escorça eurasiàtica topa amb les escorces meridionals es genera el cinturó de serralades Alpí-Himalaic. En aquestes zones una porció de la litosfera continental davalla a gran profunditat, com testimonia l’exhumació posterior de materials sotmeses a molt altres pressions. Claudio Chiarabba i els seus col·laboradors l’Istituto Nazionale di Geofisica i Vulcanologia, de Roma, Genny Giacomuzzi i Pasquale De Gori, publiquen aquesta setmana a Scientific Reports un article sobre aquest procés als Apenins. Giacomuzzi et al. expliquen que la delaminació de l’escorça juga un paper essencial en l’afavoriment de la subducció. Aquest procés, però, és controlat per l’heterogeneïtat pre-existent de la capa superior del mantell. Amb dades de tomografia telesísmica, Giacomuzzi et al. han detectat anomalies en la composició del mantell superior: aquestes diferències en la metasomatisme del mantell determinen la varietat de productes magmàtics que trobem als Apenins.
Esquema de com les heterogeneïtats del mantell influeixen en la subducció i el magmatisme dels Apenins
Subducció continental i capa superior del mantell
Giacomuzzi ha dut a terme la computació del model, la producció de figures i l’edició del text. Chiarabba ha participat en l’edició del text i en l’elaboració del concepte. De Gori ha supervisat la computació i l’edició del text. Tots tres són membres de l’Istituto Nazionale di Geofisica i Vulcanologia (INGV) de Roma. La recerca fou finançada amb recursos de la pròpia institució. L’article fou tramès a Scientific Reports el 4 de maig. Els autors agraeixen els comentaris de l’editor i dels dos revisors anònims, que no l’acceptaren fins el 29 de juliol. El 10 d’agost l’article fou publicat.
La subducció continental és el procés pel qual una fracció de la litosfera continental s’enfonsa en la capa superior del mantell. Aquest procés té lloc sobretot en zones d’orogènesi que resulten de la col·lisió de dues plaques tectòniques continentals. Una d’aquestes zones és el cinturó Alpi-Himalaià. La presència de roques metamòrfiques generades a una pressió molt alt (UHP, en l’acrònim anglès) en moltes orogènies del Fanerozoic indica que la subducció continental ha estat un fenomen reiterat al llarg dels darrers 540 milions d’anys. En la subducció l’escorça continental pot assolir profunditats superiors als 90-100 km. Els materials UHP, per diferents mecanismes, han estat exhumats des d’aquestes fondalades.
Dades de profunditats intermèdies aconseguides a través dels registres sísmics indiquen plànols clars d’immersió dins de la litosfera continental en els Apenins i en el Pamir-Hindu Kush. Aquests són exemples de serralades que s’encreuen amb el cinturó Alpi-Himalaià. De les dues, els Apenins ofereixen les dades més riques pel que fa a la diversitat de mesures i a l’exhaustivitat geogràfic.
En els Apenins hi ha una gradació entre una subducció prolongada i una col·lisió de la litosfera continental. Aquest escenari heterogeni es tradueix un ample ventall de composicions en els registres ignis del Pliocè-Quaternari. La subducció i la deshidratació de la llosa condueixen a transformacions minerals i a la fosa parcial de la falca que contacta amb el mantell. El reciclatge de l’escorça i l’alliberament de fluids i de fosses hídriques influeixen en el metasomatisme del mantell i la generació de magma. Una part del magma deriva de l’enriquiment dels sediments subduïts a través del procés de deshidratació.
Giacomuzzi et al. han modelitzat les velocitats Vp i Vs dels Apenins a profunditats de fins a 200 km. Les dades telesísmiques fan possible aquest model de relació entre subducció i magmatisme. El completa la informació geofísica i petrològica.
Les dades telesísmiques
Giacomuzzi et al. utilitzen dades de temps d’arribada d’ones P i S de 80 esdeveniments telesísmics procedents de 129 estacions de l’àrea dels Apenins. Apliquen un mètode tomogràfic iteratiu no-lineal per invertir 3977 residus relatius d’ona P i 3671 d’ona S.
La subducció de la litosfera d’Adria queda definida per un valor de Vp alt i una ratio Vp/Vs baixa. Aquest volum arriba a una profunditat de 170 km.
En els Apenins Centrals es registra una reducció de Vp alhora que es mantenen valors baixos de Vp/Vs. La reducció de Vp es produeix a profunditats d’entre 40 i 100 km.
En la porció nord dels Apenins l’anomalia de llosa és contínua a partir de fondàries de 40 km, i corre paral·lela a un pla d’enfonsament occidental de sismicitat que davalla a 70-80 km.
L’absència concomitant de sismicitat sub-litosfèrica s’adiu amb alta elevació del cinturó i a una profunditat gairebé plana de la discontinuïtat de Mohorovičić (on contacten escorça i mantell).
Al sud els valors de Vp pugen a partir de fondàries de 40 km, ja a la vora de la llosa oceànica de la Mar Jònica.
Un model de subducció dels Apenins
Els models de subducció dels Apenins a gran escala no són suficient per explicar les disrupcions que hi ha a petita escala, que s’associen als sismes de profunditat intermèdia. Giacomuzzi et al., en aquest estudi, identifiquen la litosfera continental d’Adria situada sota els Apenins i manifestada en un augment de la velocitat de les ones P. Destaquen la continuïtat lateral i vertical d’aquesta anomalia. No obstant, en l’àrea central dels Apenins l’anomalia es redueix. D’altra banda, la distribució de dades de Vp/Vs mostra l’existència de fortes heterogeneïtats laterals.
La litosfera d’Adria i la falca Tirrènica de mantell que hi contacta es caracteritzarien, doncs, per anomalies de composició. Aquests heterogeneïtats s’associarien a un procés diacrònic i irregular de subducció continental i a peculiaritats en el magmatisme.
Les heterogeneïtats laterals del mantell d’Adria es correlacionen amb porcions de front de compressió que avances de forma diferent. El procés de delaminació de l’escorça progressa menys eficientment i s’alenteix la retirada litosfèrica quan porcions més flotants (més lentes i menys denses) del mantell arriben a la trinxera. En aquestes condicions són les heterogeneïtats del mantell continental les que controlen la retirada de subducció.
Quin és l’origen de les heterogeneïtats del mantell? Giacomizzi et al. pensen que determinades zones del mantell experimentaren un enriquiment d’ortopiroxè com a conseqüència de subduccions prèvies.
Les anomalies de la falca de mantell Tirrenia es poden descriure en tres zones:
– A: al nord dels Apenins, amb un valor elevat de Vp/Vs. Aquesta zona es troba confinada a uns 65 km de profunditat, just per damunt de pla de sismicitat.
– B: al centre dels Apenins, amb un valor baix de Vp i de Vp/Vs.
– C: al sud dels Apenins, amb un valor baix de Vp i alt de Vp/Vs.
L’eclogitizació de l’escorça delaminada a la zona A allibera fluids generant una fragilitat que provoca sismicitat a fondàries de fins a 80 km.
El magmatisme de l’àrea Tirrena en la zona B respondria a un mantell metasomatitzat.
En la zona C encara es manifestaria l’origen a partir del metamorfisme de la llosa Oceània Jònica de fa 6-4 milions d’anys. Fa un 4 milions d’anys això hauria donat lloc al vulcanisme de l’Illa Pontina i, més recentment, el de l’àrea napolitana.
La subducció continental a partir de la delaminació de part de l’escorça seria controlada, doncs, per heterogeneïtats laterals en la composició del mantell superior. De retruc, les heterogeneïtats del mantell són alimentades per processos previs de subducció oceànica i continental.
Lligams:
– How mantle heterogeneities drive continental subduction and magmatism in the Apennines. G. Giacomuzzi, P. De Gori, C. Chiarabba. Scientific Reports 12: 13631 (2022).
Des de la Mediterrània 