Grandi terremoti megathrust negli angoli del cuneo mantellare freddo sotto la facies blueschist della lawsonite

Perché i terremoti profondi sono importanti

La maggior parte delle persone immagina i terremoti come rotture della crosta terrestre poco sotto i nostri piedi. Ma alcuni dei terremoti più potenti del pianeta si propagano in rocce a oltre 30 miglia di profondità, dove le temperature e le pressioni sono estreme. Questo articolo esplora perché terremoti insolitamente grandi possono verificarsi così in profondità in certe zone di subduzione — dove una placca tettonica scivola sotto un’altra — e mostra che un particolare tipo di sedimento marino trasformato potrebbe essere la chiave.

Dove i grandi terremoti normalmente si fermano

In molte zone di subduzione ben studiate, come al largo del Giappone o del Nord‑Ovest del Pacifico, i grandi terremoti “megathrust” tendono a verificarsi solo fino a una certa profondità. Al di sotto di circa 350 °C o vicino al confine tra crosta e mantello terrestre, le rocce di solito si deformano in modo troppo lento per generare rotture importanti. Invece di fratture improvvise, scivolano lentamente o ospitano eventi deboli e prolungati detti slow slip e tremori. Questo limite di profondità ha influenzato come gli scienziati stimano la magnitudo dei futuri terremoti e tsunami.

Un enigma nelle zone di subduzione fredde

Tuttavia diversi terremoti recenti sfidano questa regola. Il terremoto di magnitudo 8.1 del 2021 alle Kermadec e eventi profondi di magnitudo ~7 al di sotto del nord del Cile e della Fossa del Giappone si sono rotti ben al di sotto del punto di arresto usuale, all’interno di una regione chiamata angolo del cuneo mantellare. Queste aree si trovano dove la placca in discesa si piega sotto il mantello sovrastante, in zone di subduzione relativamente fredde dove le rocce vengono trasformate in tipi a bassa temperatura detti “blueschist”. I frequenti terremoti profondi lì suggeriscono che, nelle giuste condizioni, parti dell’interfaccia profonda della placca possono comportarsi in modo sorprendentemente fragile e favorevole ai terremoti.

Uno sguardo più attento al sedimento marino trasformato

Per sondare questo comportamento, gli autori hanno testato una roccia chiamata metagreywacke — un tipo comune di sedimento marino subdotto che è stato compattato e riscaldato fino alla facies blueschist della lawsonite. Hanno prelevato un campione dall’isola di Santa Catalina in California, dove antiche subduzioni hanno riportato tali rocce in superficie. L’analisi microscopica ha mostrato una miscela di quarzo, feldspato e frammenti ricchi di minerali come lawsonite, clorite e anfibolo, coerente con condizioni di circa 330 °C e profondità intorno ai 37 chilometri in un contesto di subduzione fredda. Ciò rende il campione un rappresentante realistico del materiale attualmente trascinato verso il basso in placche fredde moderne come Kermadec e la Fossa del Giappone.

Come la roccia cede sotto sforzo

In laboratorio il team ha frantumato la metagreywacke in una polvere fine, l’ha posta tra blocchi di roccia più dura e l’ha sottoposta a taglio con temperatura, pressione e condizioni di acqua controllate. Variando improvvisamente la velocità di scorrimento e monitorando come evolveva la resistenza, hanno potuto determinare quando il materiale tendeva a scorrere in modo stabile oppure a diventare instabile — un ingrediente essenziale per i terremoti. A basse temperature il materiale si rafforzava in genere quando veniva forzato a scorrere più velocemente, segno di comportamento stabile. Con l’aumento della temperatura nella gamma della facies blueschist della lawsonite sotto normali sforzi modesti, passava a un regime di “indebolimento da velocità”, dove lo scorrimento più veloce riduce la resistenza e favorisce lo scorrimento incontrollato. A pressioni e temperature ancora maggiori, il materiale cominciava a fluire in modo più duttile, riducendo la tendenza a rompersi in modo fragile.

Collegare il laboratorio alle faglie reali

Usando queste misure, gli autori hanno costruito un modello di attrito che cattura come questa roccia sedimentaria risponde su un ampio intervallo di profondità, temperature e velocità di scorrimento. Hanno poi applicato il modello a profili realistici di temperatura e pressione per la zona di subduzione Kermadec e la Fossa del Giappone. I calcoli suggeriscono che, lungo l’interfaccia di placca dove è presente metasedimento contenente lawsonite, una ampia fascia di profondità rimane in uno stato instabile, di indebolimento da velocità, anche al di sotto del confine crosta‑mantello. Simulazioni numeriche del ciclo sismico basate su questo comportamento della roccia producono rotture profonde ricorrenti con dimensioni e profondità comparabili agli eventi osservati in Giappone e Kermadec, implicando che tali rocce possono effettivamente ospitare grandi terremoti megathrust nell’angolo del cuneo mantellare.

Quali implicazioni per il rischio sismico

Per i non specialisti, il messaggio chiave è che il limite di profondità dei grandi terremoti di subduzione non è fissato unicamente dalla temperatura o dall’ingresso nel mantello. Dipende anche in modo significativo dai tipi di rocce che rivestono il bordo di placca e da come queste rocce sono state alterate durante la subduzione. Nelle zone fredde dove i metasedimenti ricchi di lawsonite formano uno strato continuo lungo l’interfaccia, le condizioni favoriscono scorrimenti fragili e instabili su un intervallo di profondità molto più ampio di quanto si pensasse in precedenza. Ciò significa che alcune fosse possono essere in grado di generare terremoti sorprendentemente profondi e potenti, e che comprendere i tipi di rocce sepolte lungo le interfacce di placca è essenziale per valutazioni del rischio sismico più accurate.

Citazione: Zhang, H., Barbot, S., Yang, Z. et al. Large megathrust earthquakes in cold mantle wedge corners under lawsonite blueschist facies. Nat Commun 17, 4007 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70315-4

Parole chiave: megathrust di subduzione, terremoti profondi, blueschist di lawsonite, cuneo mantellare, attrito di faglia