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3D Full Waveform Inversion on seismic data at the East Pacific Rise

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L’imaging 3D svela misteri oltre i fondali oceanici

Le dorsali oceaniche (mid-ocean ridge, MOR) rappresentano la più lunga catena montuosa vulcanica al mondo. Si sa tuttavia poco riguardo ai processi che modellano questa vastissima catena montuosa sulla Terra.

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Lungo le MOR, le placche si sono allontanate le une dalle altre, e una crosta oceanica si è formata grazie ai processi magmatici che operano all’interno e alla base della crosta. Si ritiene che vi sia un forte collegamento fra questi processi magmatici e processi vulcanici, tettonici e idrotermali relativamente circoscritti. Tuttavia, le “caratteristiche di questo collegamento sono in gran parte sconosciute,” afferma la dott.ssa Milena Marjanovic, una geofisica marina che ha ricevuto una borsa individuale Marie S. Curie quale ricercatrice principale per il progetto 3DWISE, finanziato dall’UE. “Abbiamo esaminato questo collegamento e affrontato delle questioni fondamentali e di lunga data nel campo delle scienze della Terra che riguardano i meccanismi alla base di accrescimento crostale, circolazione idrotermale ed eruzioni vulcaniche sottomarine.” Le proprietà scarsamente definite della crosta superiore, dove il collegamento si trova e l’attività ha luogo, è ciò che sta alla base del problema. Andare al fondo degli strati interni della Terra Per mappare queste proprietà, 3DWISE ha utilizzato un’inversione 3D completa della forma d’onda (3D FWI), una tecnologia all’avanguardia sviluppata dall’industria petrolifera e del gas simile alle scansioni a raggi X o alla risonanza magnetica usate in medicina. La tecnologia è stata applicata ai set di dati sismici ad alta fedeltà disponibili raccolti lungo un tratto della Dorsale del Pacifico orientale (East Pacific Rise, EPR), una MOR situata lungo il fondale dell’Oceano Pacifico. La EPR è caratterizzata da una notevole attività idrotermale, due eruzioni vulcaniche documentate e considerevoli misurazioni di serie temporali che sono uniche sulla Terra. Una volta che l’acqua di mare penetra nella crosta, non si hanno conoscenze sufficienti riguardo alle sue vie idrotermali e al modo in cui essa interagisce con altri processi crostali. Gli scienziati hanno esaminato la natura della crosta di età zero formata nella EPR da 9 º16’N a 9 º56’N usando moderne tecniche geofisiche. Essi hanno realizzato immagini delle irregolarità a bassa velocità e le hanno associate con la presenza di vie idrotermali risalenti e discendenti all’interno del piano assiale della dorsale che si allarga velocemente. I partner del progetto hanno poi confrontato i risultati con le serie di dati disponibili. Le conclusioni mostrano che l’interazione tra i processi tettonico-magmatici e quelli idrotermali non è chiara a causa delle differenti scale temporali a cui questi agiscono. Inoltre, hanno scoperto che l’elevata permeabilità crostale e l’alto regime termico devono coesistere nel tempo e nello spazio per sviluppare, mantenere e alimentare un forte flusso idrotermale ad alta temperatura. La parte superiore della crosta formata presso la EPR è rappresentata da basalti (strato 2A) e filoni eruttivi (2B). Nei modelli di velocità, lo strato limite 2A/2B è caratterizzato da un gradiente di velocità, che è attribuito a un cambiamento nella porosità. La natura geologica del gradiente è oggetto di discussione. A causa di informazioni limitate sulle velocità crostali superiori, risulta poco chiaro se questa osservazione è dovuta all’ispessimento fisico dello strato estrusivo o a un fronte di spaccatura che si propaga verso il basso causato da un processo idrotermale. I membri del team hanno applicato un metodo elastico 3D FWI a un set di dati sismici 3D raccolto presso la EPR. I risultati indicano che la postazione delle rocce estrusive, la variazione nel loro spessore e il tasso di subsidenza dei filoni eruttivi sono controllati principalmente da caratteristiche e processi tettonico-magmatici che agiscono vicino all’asse della dorsale. Catturare rivoluzionarie immagini 3D della crosta oceanica superiore Inoltre, 3DWISE ha fornito un’immagine 3D corretta della lente assiale di magma che si trova circa 1,5 km al di sotto del fondale marino ed è larga circa 1 km. Secondo la dott.ssa Marjanovic, questa è la prima volta che è stata ottenuta un’immagine 3D ad alta risoluzione della parte superiore della crosta oceanica. Comprendere la formazione delle croste all’origine delle placche oceaniche fornirà una migliore conoscenza del comportamento della placca più lontano dall’asse della dorsale e nelle zone di subduzione. “Queste zone sono particolarmente importanti, perché sono i luoghi dove hanno avuto inizio grandi terremoti e devastanti tsunami, alcuni dei quali sono considerati come i peggiori disastri nella storia dell’umanità,” conclude la dott.ssa Marjanovic.

Parole chiave

3DWISE, fondale oceanico, crosta oceanica, dorsale oceanica, tettonica placche, inversione 3D completa della forma d’onda, Dorsale del Pacifico orientale

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