Diagramma che mostra i processi fisici all’interno della Terra che portano alla generazione del magma. Da A a D sono diverse impostazioni di tettonica a placche. I grafici sopra mostrano le perturbazioni risultanti nella pressione e nella temperatura del gradiente geotermico della Terra.
La fusione nel mantello richiede uno dei tre possibili eventi per verificarsi: un aumento della temperatura, una diminuzione della pressione, o l’aggiunta di volatili al sistema (un cambiamento nella composizione).
TemperatureEdit
Nel caso dell’aumento della temperatura, la fusione del mantello avverrà solo se il mantello viene riscaldato oltre la normale geotermia. Si ritiene che il flusso di calore dal nucleo e dal mantello inferiore sia responsabile dell’aumento della temperatura del mantello superiore. Le perturbazioni locali del gradiente geotermico, come gli hotspot, non sono ben comprese, ma sono considerate una probabile fonte di calore per il mantello. Il decadimento degli elementi radioattivi, sebbene sia considerato uno dei modi più semplici per generare calore nel mantello, non è realisticamente responsabile della fusione del mantello, poiché ci vorrebbero oltre 10 milioni di anni perché il decadimento radioattivo di K, U e Th faccia aumentare la temperatura della peridotite di 1 grado Celsius. Inoltre, anche se questo processo generasse una piccola frazione di fusione, gli elementi radioattivi si concentrerebbero nella fusione e sfuggirebbero al sistema, arrestando alla fine il processo di generazione della fusione.
PressureEdit
Fusione di una sostanza che presenta una soluzione solida, con una composizione bulk di CB. All’aumentare della temperatura, il solido segue il percorso blu, e inizia a fondere alla temperatura TA. Il liquido iniziale prodotto ha la composizione CL, e la sua composizione segue il percorso rosso. Alla temperatura TB l’intero solido si è fuso.
La fusione nel mantello può avvenire anche se c’è un sufficiente calo di pressione nel sistema ad una data temperatura. Per diminuire la pressione, le rocce del mantello devono salire a livelli meno profondi, pur subendo una minima perdita di calore verso l’ambiente circostante. Questo processo può essere definito adiabatico se la perdita di calore è nulla. Mentre la massa di roccia del mantello continua a salire attraverso gli strati della Terra, segue un percorso P-T che alla fine può attraversare il solidus, dando inizio alla fusione. Questo processo di fusione è noto come fusione per decompressione.
Aggiunta di volatiliModifica
La presenza di volatili (in particolare H2O e CO2) ha il potenziale di ridurre significativamente le temperature del solidus di un dato sistema. Questo permette di generare la fusione a temperature più basse di quelle altrimenti previste, eliminando la necessità di un cambiamento delle condizioni di pressione o temperatura del sistema. Tuttavia, il mantello ha tipicamente un contenuto volatile molto basso e questo può limitare la quantità di fusione generata. La fusione parziale è un processo importante in geologia per quanto riguarda la differenziazione chimica delle rocce crostali. Sulla Terra, la fusione parziale del mantello sulle dorsali medio-oceaniche produce la crosta oceanica, e la fusione parziale del mantello e della crosta oceanica nelle zone di subduzione crea la crosta continentale. In tutti questi luoghi la fusione parziale è spesso associata al vulcanismo, anche se alcune fusioni non arrivano in superficie. Si pensa che le fusioni parziali giochino un ruolo importante nell’arricchire le vecchie parti della litosfera continentale in elementi incompatibili. Le fusioni parziali prodotte in profondità si muovono verso l’alto a causa della compattazione della matrice circostante.