Diffusione dell’idrogeno all’interno della Terra

Le zone di subduzione sono delle regioni geologiche in cui due placche tettoniche (parti della litosfera della Terra) si scontrano violentemente, provocando lo sprofondamento di una di esse nel mantello terrestre sotto l’altra. In generale, i movimenti della litosfera oceanica (crosta e mantello superiore dagli oceani) facilitano l’incorporazione di acqua nei minerali idrati. Durante la subduzione, alcuni di questi minerali idrati vengono parzialmente disidratati, creando una fase fluida.

Parte dell’acqua ritorna in alto verso la superficie della Terra e parte viene trasportata verso il mantello inferiore da minerali nominalmente anidri (NAM). Il progetto HISLA-DR (“Hydrogen incorporation in subducting lithosphere after dehydration reactions”), finanziato dall’UE, intende studiare i meccanismi scarsamente compresi del trasferimento dell’acqua nei NAM.

Per prima cosa gli scienziati hanno raccolto nuovi dati sulla diffusione dell’idrogeno nei NAM, in particolare nell’olivina. Gli esperimenti in laboratorio che sfruttano la ben regolamentata chimica dei difetti idrati sono stati seguiti dalla raccolta di campioni di roccia da metaperidotite ad alta pressione (per es. dalle Alpi Orientali). L’analisi del contenuto di idrogeno nei NAM provenienti dai campioni prelevati costituisce il set di dati più completo sul contenuto di acqua nelle peridotiti naturali provenienti da zone di subduzione.

Le prove sperimentali hanno mostrato che la diffusione dell’idrogeno nel reticolo dell’olivina potrebbe essere o la più veloce di qualsiasi altra specie o più lenta di vari ordini di grandezza. Gli scienziati hanno collegato la velocità ai difetti in cui l’idrogeno è legato. L’idrogeno associato con i difetti più comuni nell’olivina nel mantello superiore si diffonde fino a mille volte più lentamente di quanto si ritenesse in precedenza.

I campioni prelevati dalle Alpi e i dati ottenuti dagli esperimenti di laboratorio dimostrano la conservazione dell’acqua per lunghi periodi e la correlazione tra contenuto di idrogeno e temperatura e pressione. Entrambi questi fattori supportano i lenti coefficienti di diffusione dell’idrogeno osservati. I dati raccolti sul campo combinati con quelli ottenuti in laboratorio consentono per la prima volta una valutazione quantitativa della massima capienza idrica nei NAM nelle zone di subduzione, ad indicare che il cuneo di mantello agisce come un bacino idrico.

Le zone di subduzione sono le regioni sulla Terra più attive dal punto di vista geologico, e giocano un ruolo fondamentale negli eventi sismici e nelle eruzioni vulcaniche. HISLA-DR ha fornito una comprensione approfondita degli eventi dinamici acquosi in queste regioni, colmando una considerevole lacuna nella conoscenza e fornendo informazioni rilevanti per la prevenzione dei rischi.