Un approccio innovativo svela la complessità del vulcanismo nel Corno d’Africa, fornendo dettagli cruciali sulla dinamica della placca africana.
I pennacchi mantellici, responsabili di fenomeni vulcanici su larga scala e della frammentazione continentale, sono processi geologici fondamentali che influenzano profondamente la superficie terrestre [1].
La loro esatta morfologia, composizione interna e come siano influenzati dalla tettonica delle placche sono ancora oggetto di studio [1].
La regione di Afar, nell’Africa orientale, si presenta come un laboratorio naturale ideale per analizzare l’interazione tra i pennacchi mantellici e la rifting continentale, essendo un classico punto triplo dove tre rami di rift si trovano in diverse fasi di evoluzione [1].
Un recente studio, pubblicato su Nature Geoscience, ha gettato nuova luce su questo complesso sistema, fornendo una comprensione più approfondita delle dinamiche sottostanti [1].
Geochimica dei vulcani giovani e la singola risalita asimmetrica
Il fulcro della ricerca consiste nell’analisi geochimica di oltre 130 campioni provenienti da vulcani “giovani” che si estendono lungo i rami di rift del punto triplo di Afar [1].
Questi campioni, di età quaternaria (meno di 2,58 milioni di anni) e provenienti da vulcani attivi nell’Olocene, offrono una finestra diretta sulle recenti dinamiche geologiche della regione [1].
I dati raccolti indicano chiaramente che il mantello sottostante è caratterizzato da una singola risalita asimmetrica [1].
Questa scoperta sfida alcune delle precedenti ipotesi che suggerivano la presenza di molteplici risalite o un coinvolgimento minimo del pennacchio [1].
L’approccio metodologico è stato rigoroso, combinando tecniche statistiche avanzate come la regressione semi-parametrica con spline e l’analisi cluster K-means, integrando i nuovi dati geochimici con le preesistenti informazioni geofisiche [1].
Questa integrazione ha permesso di delineare un modello del pennacchio mantellico di Afar come una risalita spazialmente e chimicamente eterogenea, che controlla la composizione e l’abbondanza relativa del fuso in tutti e tre i rami di rift [1].
Firme ripetitive e flussi mantellici canalizzati
La ricerca ha rivelato la presenza di firme ripetitive nelle composizioni mantelliche all’interno delle regioni di rift [1].
La variabilità di queste firme si manifesta con una lunghezza d’onda maggiore nei rami di rift che si estendono più rapidamente [1].
Questo suggerisce che un flusso mantellico canalizzato più rapido si verifica dove i tassi di rifting sono più elevati e la placca è più sottile [1].
Tale meccanismo favorisce il flusso della risalita verso il più rapido Rift del Mar Rosso [1].
Questi risultati evidenziano come l’evoluzione dei pennacchi mantellici sia significativamente influenzata dalle dinamiche delle placche sovrastanti [1].
Il Rift del Mar Rosso, il Rift del Golfo di Aden (GoA) e il Main Ethiopian Rift (MER) presentano diverse fasi di maturità, dal proto-oceanico al rifting continentale maturo, rendendo Afar un ambiente ideale per studiare le interazioni co-evolutive tra risalita mantellica e rifting [1].
Caratteristiche delle risalite mantelliche e l’impatto dell’assimilazione crostale
Le risalite mantelliche si originano a profondità considerevoli (tra 1.000 e 2.800 km) e sono caratterizzate da zone anomale calde e/o con composizioni arricchite [1].
Queste condizioni riducono la temperatura di solidus del mantello, facilitando un aumento della fusione parziale [1].
Tali risalite contengono domini con proporzioni diverse, come HIMU (alto ?, U/Pb), EMI (mantello arricchito I), EMII (mantello arricchito II), componente comune (C) e FOZO (Focus Zone) [1].
Queste aree mostrano tipicamente una composizione isotopicamente distinta e arricchita rispetto a quella della massa silicata della Terra (BSE) [1].
In Afar, l’assimilazione crostale, dove componenti della crosta vengono incorporate nel magma, ha avuto un ruolo relativamente minore nel magmatismo recente [1].
Questo è dovuto all’assottigliamento della crosta attuale e alla sua estesa intrusione da parte di fusi mafici lungo gli assi del rift [1].
L’analisi della sismicità indica che l’attività magmatica recente sotto gli assi del rift di Afar è transitoria, suggerendo che i magmi non risiedono a lungo nei serbatoi crostali, limitando l’assimilazione [1].
Profondità della Moho e variabili geofisiche
Lo studio ha esplorato la variabilità geochimica e geofisica attraverso la regione di Afar, compresa la profondità della discontinuità di Mohorovi?i? (Moho) [1].
La Moho è più superficiale nel Rift del Mar Rosso (circa 16 km) e più profonda nel MER (31 km) [1].
Anche la velocità delle onde S (Vs) a diverse profondità (40, 60, 80, 100 e 120 km) mostra una variabilità regionale, con zone di alta e bassa Vs che variano lateralmente e in profondità in tutti i rift [1].
L’analisi statistica ha dimostrato che un modello con un pennacchio mantellico singolo e eterogeneo, ma con distribuzioni variabili delle variabili geochimiche e geofisiche tra i rami del rift, è il più predittivo [1].
Questo modello (C1D) indica una risalita asimmetrica, con le sue caratteristiche modellate dalle dinamiche delle placche sovrastanti [1].
Controllo tettonico sul flusso della risalita
I dati raccolti indicano che le variazioni nella composizione e abbondanza dei fusi in Afar sono meglio spiegate da una risalita mantellica eterogenea a pulsazioni, che non è simmetrica [1].
Al contrario, è modellata sia dall’assottigliamento litosferico variabile che dai tassi di estensione all’interno di ciascun rift [1].
I rift agiscono come canali naturali per il fuso in risalita da sorgenti mantelliche più profonde [1].
La differenza nei tassi di estensione tra il Rift del Mar Rosso (10,5-19,5 mm/anno) e il MER (circa 5,2 mm/anno) suggerisce che il tasso di flusso mantellico possa essere ostacolato dal restringimento del rift nel MER [1].
Questo effetto “collo di bottiglia” potrebbe spiegare la diversa scala di lunghezza dell’eterogeneità mantellica osservata [1].
Una crosta più spessa nel MER (25-33 km) rispetto al Rift del Mar Rosso (16-25 km) implica un progressivo ispessimento della litosfera sovrastante lontano dal centro di risalita nel MER [1].
Questo dovrebbe ridurre la capacità volumetrica per il fuso, ostacolando il flusso mantellico [1].
Di conseguenza, la natura eterogenea della risalita a pulsazioni dovrebbe mostrare un modello spaziale più condensato nel MER rispetto al Rift del Mar Rosso, come osservato nello studio [1].
In sintesi, la ricerca sottolinea che l’evoluzione di una risalita mantellica può essere influenzata e modellata dalle dinamiche delle placche sovrastanti [1].
La comprensione di questi complessi processi è cruciale per decifrare il vulcanismo su larga scala e la formazione dei bacini oceanici [1].
Fonti
[1] Mantle upwelling at Afar triple junction shaped by overriding plate … https://www.nature.com/articles/s41561-025-01717-0
[2] Dataset for Mantle upwelling at Afar triple junction shaped by … https://springernature.figshare.com/articles/dataset/Dataset_for_Mantle_upwelling_at_Afar_triple_junction_shaped_by_overriding_plate_dynamics/28769105
[7] Hydrous upwelling across the mantle transition zone beneath the Afar Triple Junction https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1002/2014GC005648
[8] Upper mantle temperature and the onset of extension and break-up in Afar, Africa https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0012821X15001259
[9] The initiation of segmented buoyancy-driven melting during continental breakup https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5071842/
[10] Afar triple junction triggered by plume-assisted bi-directional continental break-up https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6170478/
[11] Crust-mantle decoupling beneath Afar revealed by Rayleigh-wave tomography https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9553937/
[12] LIP formation and protracted lower mantle upwelling induced by rifting and delamination https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6224380/
[13] Differentiating flow, melt, or fossil seismic anisotropy beneath Ethiopia https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2013GC005185
[14] Simultaneous rift-scale inflation of a deep crustal sill network in Afar, East Africa https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11893136/