L’analisi a grappoli rivela un aumento del magmatismo di tipo pennacchio durante il rifting progressivo in Afar (Etiopia)

Un motore nascosto sotto un continente che si lacera

Nell’Africa nordorientale, la crosta terrestre viene allungata così intensamente che si prevede la formazione di un nuovo oceano. La depressione dell’Afar in Etiopia e Gibuti è uno dei pochi luoghi emersi dove possiamo osservare questo processo in azione. Questo studio pone una domanda apparentemente semplice ma di vasta portata: durante la rottura di un continente, come cambia la roccia fusa che alimenta i suoi vulcani e quanta parte di quel magma proviene da un profondo e caldo pennacchio mantellare rispetto a porzioni più ordinarie dell’interno della Terra?

Leggere il passato della Terra dalle lave solidificate

Quando i vulcani eruttano, le loro lave si raffreddano in rocce che conservano una memoria chimica del luogo e delle condizioni della loro formazione. In Afar le eruzioni si susseguono da decine di milioni di anni, dalle estese pianure laviche antiche fino alle più giovani e strette creste vulcaniche osservate oggi. Gli autori hanno assemblato un ampio database con oltre mille campioni rocciosi provenienti da tutta la regione. Ogni campione disponeva di misure dettagliate di elementi maggiori, elementi in traccia e isotopi—diverse impronte chimiche che, prese insieme, possono rivelare la profondità di fusione, i tipi di minerali rimasti, e se il magma proviene da pennacchi profondi del mantello, da mantello impoverito come quello sotto le dorsali oceaniche, o da porzioni di radici continentali più antiche.

Lasciare che siano i dati a raggrupparsi

Tradizionalmente i geologi classificano questi dati a occhio, tracciando due o tre variabili alla volta e assegnando gruppi in base a posizione o età. Qui il team ha invece impiegato l’apprendimento automatico non supervisionato—l’analisi a grappoli—per lasciare che siano i dati a raggrupparsi. Hanno applicato due metodi di clustering, gerarchico e K-means, e ne hanno confrontato l’accordo con una misura statistica chiamata coefficiente di similarità di Dice per decidere quanti gruppi distinti fossero realmente presenti. Sono stati eseguiti test separati per elementi maggiori, per rapporti chiave di elementi in traccia sensibili alle condizioni di fusione, e per rapporti isotopici che tracciano serbatoi mantellari di lunga durata. Questo approccio ha ridotto il bias umano e ha reso possibile cercare schemi sottili ma coerenti su tutto il rift.

Profondità diverse, sapori diversi di magma

Il clustering ha confermato che la maggior parte dei magmi dell’Afar evolve secondo un percorso comune controllato dalla cristallizzazione progressiva e rimozione di minerali come olivina, pirosseno e feldspato man mano che il magma si raffredda. Ma i raggruppamenti basati sugli elementi in traccia hanno rivelato qualcosa di più: le lave del Centro e del Sud Afar ricadono in due gruppi principali che riflettono cambiamenti nella profondità in cui avviene la fusione. Le lave più antiche attingevano da parti più profonde del mantello, mentre i magmi più giovani “assiali” che alimentano i segmenti rift moderni provengono da livelli più superficiali. Ciò è coerente con l’idea che, con l’avanzare del rifting e l’assottigliamento della crosta, la zona in cui le rocce iniziano a fondere si sposti verso l’alto.

Un sorprendente aumento dell’influenza del pennacchio profondo

Il Nord Afar, tuttavia, ha raccontato una storia diversa. Qui, l’analisi a grappoli sia degli elementi in traccia sia degli isotopi ha raggruppato le lave in un insieme distinto caratterizzato da marcate firme “simili a pennacchio”: rapporti più elevati di alcuni isotopi del piombo e schemi di elementi in traccia che ricordano quelli dei basalti delle isole oceaniche, tipicamente associati a pennacchi mantellari. La chimica indica una fusione più estesa di mantello modificato da minerali contenenti acqua come l’amfibolo, probabilmente introdotti dal pennacchio mantellare dell’Afar. Invece di evolvere progressivamente verso le composizioni più uniformi e impoverite osservate alle dorsali oceaniche, i magmi in questa parte del rift, la più stirata, diventano sempre più dominati dal pennacchio man mano che la separazione continentale si avvicina.

Cosa significa per la nascita di un nuovo oceano

Per un pubblico non specialistico, la conclusione principale è che la rottura continentale non è una transizione liscia e unidirezionale da un magmatismo “dominato dal pennacchio” a uno “oceanico ordinario”. In Afar, il pennacchio mantellare profondo sembra concentrarsi sotto la porzione più sottile della litosfera continentale, intensificando la sua influenza chimica proprio nelle fasi finali prima della formazione di un bacino oceanico completo. In altre parole, man mano che la crosta africana lì viene allungata e indebolita, diventa un condotto sempre più efficiente per il magma caldo alimentato dal pennacchio affinché raggiunga la superficie. Questo risultato suggerisce che i pennacchi profondi possono svolgere un ruolo attivo e sostenuto nello strappare i continenti e nel plasmare la chimica dei fondali oceanici neonati che lasciano dietro di sé.

Citazione: Tortelli, G., Crescenzi, P., Pagli, C. et al. Cluster analysis reveals increasing plume-like magmatism during progressive rifting in Afar (Ethiopia). Sci Rep 16, 6843 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35961-0

Parole chiave: rifto Afar, pennacchio del mantello, rottura continentale, chimica del magma, geologia e apprendimento automatico