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Pressione schiacciante: i misteri della fossa delle Marianne

Il viaggio sopra la fossa delle Marianne è pazzesco. Se l'acqua dell'oceano evaporasse all'improvviso, la tua nave cadrebbe di ben 10,9 km. Ancora più folle è la geologia di questa regione. Come ha fatto la Terra a formare qui una conformazione così ripida e profonda?

Ecco un fatto sorprendente. A circa 200 km a est dal punto più profondo c'è una catena di 15 isole perfettamente parallela alla fossa, nota come isole marianne. Da un lato una fossa profonda, dall'altro un insieme di isole. Ora riesci a indovinare come sia formata la fossa delle marianne? Sì, hai ragione. L'unica possibilità è la collisione di due placche tettoniche, nello specifico una placca molto densa che collide con una meno densa. Studiamo in dettaglio questo processo cruciale.

Milioni di anni fa la gigantesca placca del Pacifico che si muoveva verso ovest si è schiantata contro la più piccola placca delle Marianne. Quando si sono scontrate la placca del Pacifico è stata costretta a piegarsi e a sprofondare sotto la placca delle Marianne, più leggera e più galleggiante. Durante questo movimento si può vedere che la placca della Marianne si incurva verso l'interno e viaggia verso il basso facendola sprofondare con un angolo molto ripido. La fossa delle Marianne è l'esatta posizione fisica di questa collisione. Questo processo in cui una placa sprofonda sotto un'altra si chiama subduzione. È la profonda cicatrice a V sul fondale oceanico creata mentre la placca del Pacifico si piega e precipita nel mantello terrestre. È così che è stata creata la fossa più profonda del pianeta.

Ora esploriamo come si sono formate le isole Marianne. Mentre la placca del Pacifico sprofondava, trascinava verso basso acqua di mare e sedimenti impregnati d'acqua. La placca è sprofondata per centinaia di chilometri nel mantello caldo. La cosa sorprendente è che mentre viaggiava nel mantello la roccia nella placa in subduzione si è fusa molto prima del previsto. Il motivo è la presenza di acque e sedimenti intrappolati nella roccia. Questo ha ridotto la temperatura di fusione della roccia. Questo fenomeno è noto come fusione idrata. È molto simile a come il sale diminuisce il punto di fusione del ghiaccio.

Questa roccia appena fusa è ora più calda e meno densa del materiale circostante, quindi risale ed erutta sul fondale marino dalla placca delle Marianne. Nel corso di milioni di anni ripetute eruzioni di lave e cenere hanno costruito un'enorme montagna sottomarina. Quando queste eruzioni sono enormi, la sommità di uno di questi vulcani sottomarini finalmente rompe la superficie dell'oceano. È così che si sono formate le isole marianne, perfettamente arquate e parallele alla fossa delle marianne.

All'estremità meridionale della fossa delle marianne c'è un punto insolitamente profondo, l'abisso Challenger. Perché questa regione è improvvisamente così profonda rispetto alle altre parti della fossa? Gli scienziati ritengono che all'estremità meridionale della fossa la placa in subduzione si sia effettivamente lacerata. Per questo questa porzione ha perso il supporto dell'area restante della placca. Senza quel supporto laterale la porzione lacerata è di fatto in caduta libera nel mantello. Sta sprofondando verticalmente con un angolo molto più ripido rispetto alle normali zone di subduzione. Questa ripida caduta verticale crea una V molto più profonda sul fondo della fossa.

Ora è il momento di entrare in una fase entusiasmante del video. Le spedizioni umane nell'abisso challenger della fossa delle marianne e le tecnologie estreme che hanno utilizzato. La prima spedizione fu nel 1960 da Jaquard e dal tenente John Walsh. Hanno utilizzato una tecnologia navale interessante. Aveva un design da battiscafo, aveva due componenti principali, un enorme galleggiante in cima e una piccola sfera per l'equipaggio sotto. Per ottenere la gallegiabilità non si può usare aria compressa perché verrebbe schiacciata. Invece il Trieste utilizzava un enorme galleggiante a pareti sottili lungo 15 m, riempito con 320.000 1000 l di benzina per l'aviazione. Poiché la benzina è più leggera dell'acqua, fornisce la gallegiabilità positiva necessaria a sollevare il mezzo.

Questa imbarcazione aveva una tecnica geniale per mantenere la pressione della benzina uguale a quella dell'acqua di mare circostante. Man mano che il mezzo scendeva, attraverso questo tubo gli ingegneri permettevano l'ingresso di acqua di mare, poiché l'acqua è più densa, si depositerà sempre sul fondo e, naturalmente, non si mescolerà con la benzina. La spinta ad alta pressione dell'acqua aumentava anche con la pressione della benzina. Così per tutto il viaggio si garantiva che la pressione dell'oceano e quella all'interno del mezzo fossero le stesse.

La successiva parte principale di questo design è la sfera. La cabina dell'equipaggio. Questa era l'unica parte del mezzo che doveva realmente resistere alla pressione. In effetti la sfera era una fortezza di acciaio forgiato ad alta resistenza spesso 13 cm. Il diametro interno della sfera era di appena 1,93 m a malapena spazio sufficiente per far sedere due persone. Per affondare l'equipagio allagava i serbatoi e trasportava 9 tonnellate di granoli di ferro trattenuti in due grandi tramogge da elettromagneti. La discesa durò 4 ore e 47 minuti. L'equipaggio trascorse solo 20 minuti sul fondo, osservando notoriamente un pesce piatto. I biologi marini ora dubitano che potesse trattarsi di un cetriolo di mare. Per risalire il pilota semplicemente azionò un interruttore per togliere l'alimentazione agli elettromagneti. Questo rilasciò i granuli di ferro e il mezzo, ora con galleggiabilità positiva, grazie al suo galleggiamento pieno di benzina, iniziò la lenta risalita verso la superficie. La risalita durò 3 ore e 15 minuti.

La seconda avvenne 52 anni dopo per mano di niente meno che James Cameron. voleva diventare il primo uomo in solitaria a raggiungere il fondo dell'abisso Challenger. Questo nuovo mezzo, il Dipsy Challenger, fu una riprogettazione completa. Era progettato per scendere e risalire rapidamente, massimizzando il tempo sul fondo. Il Dipa Challenger era costruito attorno a una nuova schiuma brevettata. Questa schiuma, che è una resistenza incredibile, occupava il 70% del volume del sottomarino. Sorprendentemente, lo stesso materiale aiutava il sottomarino a galleggiare. Era più leggero dell'acqua e persino più leggero della benzina. Infatti i ricercatori dovettero sviluppare una nuova schiuma chiamata Isoflot, in grado di resistere all'incredibile pressione dell'abisso Challenger, poiché tutte le schiume esistenti fallivano sotto questa pressione. La schiuma non era solo nel sottomarino, era la struttura principale del sottomarino.
Questo design includeva anche una sfera. Poiché Cameron era un pilota in solitaria, la sfera poteva essere molto più piccola. Il sistema funzionava sullo stesso principio della zavorra, ma con tecnologia moderna. Il sottomarino trasportava un peso di zavorra di 450 kg di acciaio. Il Trieste poteva solo salire e scendere, ma il Challenger aveva 12 potenti propulsori elettrici riempiti d'olio per una mobilità completa in 3D sul fondale marino. La discesa dura solo 2 ore e 36 minuti.

Cameron trascorse 3 ore sul fondo filmando in 3D e cercando di usare un braccio manipolatore per raccogliere campioni. È riuscito davvero a usare il braccio manipolatore? Beh, fu una grande delusione per il team, nonostante una missione riuscita. La pressione schiacciante nella fossa delle marianne danneggiò una linea idraulica. Questa linea idraulica controllava un braccio manipolatore robotico che doveva raccogliere rocce. Cameron non riuscì ad azionare il braccio e non poter raccogliere rocce dalla fossa delle marianne.

La scoperta della fossa delle marianne è sorprendente. Nel 1875 l'equipaggio della HMS Challengers si imbattè in un oceano senza fondo. Il 23 marzo 1875 la nave stava navigando nel Pacifico occidentale a sud-ovest di Guam. L'equipaggio si fermò per eseguire uno scandaglio di routine. Questo era un metodo primitivo per misurare la profondità calando una corda zavorrata nell'oceano. Mentre calavano la corda continuava ad andare e ad andare. Il peso toccò finalmente il fondo. Dopo aver srotolato una corda lunga 8.184 m. L'equipaggio rimase sbalordito. Avevano appena trovato il punto più profondo dell'oceano noto all'uomo in quel momento. La fossa rimase misteriosa per oltre 75 anni. Nel 1951 la HMS Challenger visitò il sito, questa volta con la tecnologia eccandaglio. Registrarono una profondità di quasi 11.000 m. È per quello che è il punto più profondo della Terra ricevuto quel nome come tributo alla HMS Challenger 2.

Sul fondo della fossa delle Marianne la pressione supera i 1086 bar, quasi 1000 volte la pressione atmosferica. È come avere un elefante in piedi su un pollice. Nessuna luce solare penetra questa profondità. Inoltre l'acqua è costantemente appena sopra il punto di congelamento, tipicamente da 1° Cus a 4° Cus. La vita sembra impossibile nella fossa delle Marianne. Oh, hai visto quello? Un pesce dall'aspetto strano dentro la fossa. Questo è il pesce lumaca delle marianne. La star indiscussa della fossa e il pesce che vive alla maggior profondità mai scoperto. Questi pesci sono stati osservati nuotare una profondità di 8.178 m.

Il punto più profondo, l'abisso Challenger, è dominato da microbi e gigantesche amebe unicellulari chiamate chieno fiofori. Il pesce lumaca delle marianne che abbiamo visto vive nella zona ad ale. Il pesce lumaca delle marianne si nutre di minuscoli crostacei simili a gamberetti. Ci sono altre creature interessanti in questa zona. Dai un'occhiata al polpo d'umbo. Le altre creature interessanti nella fossa sono gli anfipodi giganti e i bentocodon. Questa immagine illustra diverse creature che vivono nella fossa delle marianne con la profondità.

Potresti chiederti perché questi animali non vengano schiacciati all'istante. È per una ragione semplice, non sono cavi. Un sottomarino pieno d'aria o un polmone umano vengono schiacciati perché c'è un'enorme differenza tra la bassa pressione interna e l'alta pressione esterna. Le creature abissalli invece sono quasi interamente fatte d'acqua. I loro corpi sono alla stessa pressione dentro e fuori, quindi non c'è alcuna forza netta che le schiacci. Questo significa anche che queste creature non hanno spazi pieni di gas come polmoni umani, altrimenti verrebbero compressi e collasserebbero all'istante. Potresti chiederti come queste creature riescano ad orientarsi senza luce? Si affidano molto a sensi diversi dalla vista. Molte hanno linee laterali altamente sviluppate, organi che possono percepire piccolissime variazioni della pressione dell'acqua e vibrazioni, permettendo loro di rilevare un predatore o una preda che si muove nelle vicinanze.

Per comprendere quanto sia profonda la fossa delle Marianne, considera questo confronto immaginario. L'altezza del Monte Everest è di 8849 m, il punto più alto del pianeta Terra. Se prendessi il Monte Everest e lo collocassi con la base per prima nella Bisso Challenger, la sua cima non emergerebbe nemmeno dalla superficie dall'acqua. La vetta dell'Everest sarebbe a più di 2 km sotto la superficie dell'acqua.

C'è una diffusa speculazione su internet che la fossa delle Marianne sia un tesoro di minerali e delle terre rare, ma in realtà non è stato identificato pubblicamente alcun deposito significativo per l'estrazione di minerali delle terre rare nella fossa delle Marianne. La discussione diffusa sui minerali delle terre rare in acque profonde è spesso concentrata su altre parti dell'Oceano Pacifico, perlopi ha una profondità da 4.000 a 6000 m. Per esempio l'isola di Minamitori è la zona Clarion Clipperton. L'isola di Minamitori è una zona economica esclusiva del Giappone. Qui è stato confermato un enorme deposito di fango ricco di elementi delle terre rare. Per quanto riguarda la zona Clarion Clipperton, questa vasta distesa del fondale del Pacifico tra le Hawaii e il Messico è coperta da noduli polimetallici. Queste rocce grandi come patate sono ricche di manganese, nichel, cobalto e rame e contengono anche elementi delle terre rare. Ma va notato che sia l'area dell'isola di Minamitori sia la zona Clarion Clipperton sono ancora nelle fasi di esplorazione, test e regolamentazione. L'estrazione su scala commerciale non è ancora in corso in nessuna delle due località.

Gli scienziati hanno risolto molti misteri attorno alla fossa delle marianne. Ma un mistero ancora rimane. La fossa delle Marianne sta agendo come un ladro d'acqua? Ecco il mistero. Ricercatori dell'Università di Washington e della Stony Brook University hanno studiato in dettaglio il movimento delle placche tettoniche. Hanno analizzato principalmente la roccia idratata che sprofonda nel mantello. Il loro studio ha scoperto che la roccia idratata si estende per 32 km sotto il fondale oceanico. I loro calcoli hanno dimostrato che tre volte più l'acqua penetra nel mantello rispetto a quanto si pensasse in precedenza. Quest'acqua dovrebbe in qualche modo tornare all'oceano. I livelli del mare sono rimasti relativamente stabili per un periodo di tempo significativo. L'unica opzione per questo sono le eruzioni vulcaniche. Ecco il problema. Gli studi mostrarono che l'acqua che esce dalle erozioni vulcaniche è molto inferiore all'acqua inghiottita dal mantello, dove finisce l'acqua rimanente.

Se vuoi visualizzare quanto è profonda la fossa delle Marianne, ecco un'animazione interessante.