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Esplorare il mantello terrestre mediante le sue discontinuità: nuove evidenze nel Mediterraneo centrale
Quando si parla di terremoti, l’attenzione si concentra principalmente sulla crosta terrestre perché è lì che avvengono la maggior parte degli eventi sismici. Eppure, i processi che controllano la dinamica del pianeta e che influenzano anche la distribuzione della sismicità si sviluppano molto più in profondità, fino a centinaia di chilometri sotto i nostri piedi. Due studi recenti (Montuori et al., 2026; Bonatto et al., 2026) hanno consentito di esplorare proprio queste profondità sotto il Mediterraneo centrale, offrendo una visione che collega ciò che avviene nella crosta con i processi del mantello.
Il Mediterraneo centrale: una regione giovane e complessa, in continua evoluzione
La regione mediterranea, un’area geologicamente giovane e complessa, è uno dei laboratori naturali più affascinanti per la geodinamica. Da milioni di anni, l’interazione tra la placca africana e quella euroasiatica genera, in uno spazio relativamente ristretto, una straordinaria varietà di strutture geologiche e processi tettonici: catene montuose, bacini marini, zone di subduzione, collisioni continentali e un’intensa attività sismica e vulcanica. In particolare, nelle zone di subduzione, una porzione di litosfera si immerge progressivamente nel mantello, dando origine ai processi profondi che sono il focus di questo articolo.
Tra queste zone di subduzione, uno dei sistemi più attivi è rappresentato dall’arco calabro (Figura 1), in cui una porzione di litosfera oceanica – la placca ionica – sprofonda nel mantello raggiungendo la profondità superiori a 500 km. La configurazione di questa specifica zona di subduzione è illustrata chiaramente nell’animazione presentata in un articolo già pubblicato qualche anno fa.
Come si studia l’interno della Terra?
Non è possibile osservare direttamente ciò che accade a decine o centinaia di chilometri di profondità. Tuttavia, le onde sismiche ci permettono di “vedere” indirettamente l’interno della Terra.
Quando queste onde attraversano materiali con caratteristiche fisiche diverse, cambiano velocità, direzione e ampiezza. Analizzando queste variazioni, è possibile individuare le superfici di discontinuità all’interno del pianeta, cioè le zone in cui le proprietà fisiche delle rocce cambiano in modo significativo, come ad esempio avviene a causa di variazioni nella composizione o nella struttura dei minerali.
Tra le discontinuità più importanti c’è la Moho (dal nome del sismologo croato Andrija Mohorovičić), che delimita il confine tra crosta e mantello. Questa discontinuità non è una superficie netta, ma una zona di transizione. Sotto i continenti si trova tipicamente tra i 30 e i 50 km di profondità, mentre sotto gli oceani è molto più superficiale.
Andando in profondità verso l’interno della Terra dopo la Moho troviamo il mantello, che nella sua porzione più superficiale è rigido e, insieme alla crosta sovrastante, costituisce la cosiddetta litosfera. Al di sotto di questa, l’aumento della temperatura rende le rocce più deformabili: questo passaggio segna il limite Litosfera-Astenosfera (LAB, Lithosphere-Asthenosphere Boundary), il confine oltre il quale il mantello inizia a comportarsi in modo ‘plastico’, dando così origine all’astenosfera. Al di sotto dell’astenosfera vi sono altre discontinuità nel mantello terrestre, a circa 410 km e a 660 km di profondità.
Per caratterizzare queste discontinuità dal punto di vista fisico, gli studi citati utilizzano una tecnica sismologica chiamata receiver functions. Queste ultime sfruttano un principio fisico molto semplice: quando un’onda sismica attraversa un’interfaccia tra materiali diversi, una piccola parte della sua energia cambia il tipo di propagazione. Si analizzano quindi le onde sismiche generate da terremoti lontani e si osservano le conversioni che avvengono quando queste attraversano le varie discontinuità profonde al di sotto delle stazioni sismiche: ad esempio, una parte dell’onda compressiva (P) può trasformarsi in un’onda di taglio (S) o viceversa (Figura 2).
L’analisi e la combinazione di molti segnali registrati da diverse stazioni sismiche permettono di stimare la profondità e le proprietà delle discontinuità, fornendo immagini indirette della struttura interna della Terra.
Nel Mediterraneo centrale la situazione è tutt’altro che semplice.
Sotto l’arco calabro: una struttura “a più livelli”
Gli studi di Montuori et al. (2026) e di Bonatto et al. (2026) permettono di seguire la placca ionica lungo il suo percorso, dalla superficie fino alla zona di transizione del mantello, ricostruendo come la sua discesa modifichi la struttura della Terra a profondità sempre maggiori.
Il primo studio (Montuori et al., 2026) si concentra sulla parte più superficiale di questo viaggio, ricostruendo con grande dettaglio la struttura della litosfera sotto l’arco calabro e il Tirreno meridionale. I risultati mostrano un sistema geologicamente complesso (Figura 3) caratterizzato da variazioni significative nello spessore della crosta terrestre. Sotto il Mar Tirreno, la crosta è estremamente sottile, con uno spessore tra i 15 e i 25 km, mentre spostandosi verso l’arco calabro si osserva un sensibile ispessimento della crosta terrestre fino a raggiungere i 62 km. Questo ispessimento, particolarmente visibile al di sotto delle Isole Eolie, è causato dallo scivolamento della placca africana che sprofonda sotto quella tirrenica, provocando la sovrapposizione delle due croste e il conseguente raddoppio della Moho.
A questo si aggiunge un altro risultato importante per questa area di studio: è stato possibile riconoscere anche il limite inferiore dell’astenosfera (Low Velocity Layer, LVL). Delimitare sia il tetto sia la base dell’astenosfera permette infatti di definirne lo spessore e di ottenere un quadro molto più completo della struttura del mantello superiore.
Lo studio è riuscito, inoltre, a quantificare lo spessore della porzione superficiale e rigida del mantello (LID – mantello litosferico): circa 50 km sotto le aree stabili (dominio africano e adriatico) e solo 30 km sotto il Mar Tirreno. Questa differenza riflette la natura ‘giovane’ e calda del bacino tirrenico, nel quale il mantello profondo è più vicino alla crosta e ne influenza direttamente la dinamica.
Un altro dato particolarmente interessante emerso da questo studio è l’individuazione di lacerazioni litosferiche (tears). Questi “strappi” profondi costituiscono dei passaggi preferenziali, attraverso i quali il mantello profondo si muove, si incunea e interagisce con gli strati più superficiali.
L’insieme di questi dati ci consegna la fotografia di un processo di subduzione in pieno svolgimento altamente dinamico e articolato: la marcata variazione spaziale nella geometria delle placche non resta confinata in profondità, ma governa in modo diretto l’attività sismica e l’evoluzione geologica dell’intera regione.
Più in profondità: la zona di transizione del mantello
Le discontinuità della crosta e della litosfera raccontano però solo la prima parte della storia. Per capire che cosa accade alla placca ionica mentre continua a sprofondare nel mantello bisogna spingersi ancora più in profondità, entrando in una regione meno nota ma anch’essa fondamentale: la zona di transizione del mantello.
Tra circa 410 e 660 km di profondità, il mantello subisce importanti trasformazioni mineralogiche: i minerali cambiano struttura cristallina a causa delle alte pressioni e temperature. Questi cambiamenti generano discontinuità rilevabili con le onde sismiche.
Questa zona di transizione controlla il passaggio di materiale tra mantello superiore e inferiore. Può rallentare o “intrappolare” le placche in subduzione, ma anche modulare i flussi ascendenti del mantello, favorendone l’accumulo temporaneo o la deflessione e influenzando così la dinamica profonda e, indirettamente, i processi magmatici in superficie. Inoltre, contribuisce al ciclo dell’acqua profonda, perché alcuni minerali possono incorporare piccole quantità di acqua. La zona di transizione è caratterizzata da variazioni di temperatura e composizione.
Il secondo studio, quello di Bonatto et al., 2026, ha analizzato proprio questa regione sotto il Mediterraneo centrale, individuando tre principali discontinuità (Figura 4): a circa 300 km (la cosiddetta “X”), a 410 km e a 660 km.
Cosa rivelano queste profondità
Le profondità di queste tre discontinuità sismiche non sono uniformi: anche variazioni di pochi chilometri rispetto ai valori medi globali (la cosiddetta topografia delle discontinuità) contengono informazioni cruciali sullo stato termico e composizionale del mantello (Figura 5). Nel Mediterraneo centrale, le tre discontinuità identificate (X, 410 e 660 km) non vanno interpretate singolarmente, ma come parti di un sistema coerente, in cui temperatura e composizione agiscono insieme.
La discontinuità a 410 km risulta spesso più superficiale del normale: questo è generalmente indicativo di un mantello relativamente freddo, coerente con la presenza di materiale in subduzione. Tuttavia, anche questa discontinuità non fornisce solo informazioni termiche. Il confronto tra le ampiezze dei segnali sismici associati alla discontinuità a circa 300 km (la “X”) e a 410 km permette infatti di vincolare anche la composizione del mantello.
La discontinuità “X” (circa 250–300 km) è interpretata come evidenza della presenza di materiale derivato da crosta oceanica subdotta e trasformata in profondità. Il fatto che le ampiezze dei segnali associati alla X e alla 410 risultino comparabili suggerisce la presenza di quantità significative di materiale basaltico nel mantello.
La presenza di questa componente basaltica fornisce una chiave di lettura anche per la discontinuità a 660 km, che risulta spesso più profonda del previsto. La sua posizione non sembra infatti dipendere soltanto dalla temperatura, ma riflette anche l’effetto della composizione chimica del mantello.
Nel loro insieme, queste osservazioni delineano un mantello eterogeneo, in cui porzioni di crosta riciclata si accumulano e interagiscono con il campo termico, contribuendo a controllare la posizione e la geometria delle discontinuità.
Un mantello tutt’altro che uniforme
Considerati separatamente, i due studi descrivono livelli diversi dell’interno della Terra. Letti insieme, però, restituiscono un’immagine continua del sistema di subduzione calabro, dalla crosta fino alla zona di transizione del mantello, facendo emergere un quadro coerente. Sotto la Calabria la litosfera è frammentata e deformata, mentre più in profondità si accumula nella zona di transizione del mantello. I “pezzi” di crosta oceanica, sprofondando con le placche, vengono inglobati nel mantello e riutilizzati nei suoi processi interni. Il mantello conserva quindi le tracce di questo materiale riciclato, che ne modifica la composizione e la dinamica. Il risultato è un sistema fortemente eterogeneo, in cui temperatura e composizione variano nello spazio e nel tempo e influenzano i processi geodinamici (Figura 5d).
Perché tutto questo è importante?
Questi studi non riguardano direttamente i terremoti, ma sono fondamentali per comprendere il contesto in cui essi si generano. Capire come si comportano le placche in profondità e come il mantello è strutturato aiuta a interpretare meglio la distribuzione della sismicità, ricostruire l’evoluzione geologica della regione mediterranea e migliorare i modelli geodinamici.
Più in generale, questi risultati mostrano come la Terra sia un sistema dinamico e in continua evoluzione, in cui processi profondi influenzano nel lungo periodo ciò che osserviamo in superficie. In questo senso, il Mediterraneo centrale rappresenta un vero laboratorio naturale per studiare come la Terra ricicla e riorganizza la propria struttura interna.
Le onde generate dai terremoti, che in superficie possono causare danni, diventano così anche uno straordinario strumento di esplorazione: ci permettono di osservare processi che avvengono a centinaia di chilometri sotto i nostri piedi e di ricostruire la storia profonda del nostro pianeta.
Le osservazioni presentate in questo articolo si basano principalmente sui dati delle reti sismiche permanenti. Le future analisi beneficeranno anche dei dati acquisiti dalla rete temporanea europea AdriaArray, progettata per migliorare la conoscenza della struttura della placca adriatica e del Mediterraneo centrale. Una descrizione di questa infrastruttura è disponibile in un articolo pubblicato qualche mese fa.
A cura di Claudia Piromallo, Caterina Montuori, Luciana Bonatto, Stephen Monna, Mariagrazia De Caro, Alessandra Giuntini, Francesco Frugoni (INGV), Andrea Argnani (CNR-ISMAR), Vernon Cormier (Department of Physics, University of Connecticut, USA)
Nota: I lavori sono stati sviluppati nell’ambito del Progetto INGV Pianeta Dinamico 2023–2025 (Grant Number: CUP D53J19000170001, Italian Ministry of University and Research) ADRIABRIDGE – Bridging the gap between structure and geodynamics of the Adria Plate e del Progetto PRIN2022 AdriaLab – the dynamics of the Adria plate: a natural laboratory for multiple subduction systems (Grant Number: PRIN2022–M4C2–1.1, Unione Europea-Next Generation EU). Gli studi completi sono disponibili in open access su Geophysical Research Letters e Journal of Geophysical Research Solid Earth.
Bibliografia
Montuori, C., Monna, S., Frugoni, F., Piromallo, C., De Caro, M., Giuntini, A., & Argnani, A. (2026). New constraints on the Calabrian Arc (Central Mediterranean) geodynamics: High-resolution imaging of lithospheric and upper mantle discontinuities from P and S receiver functions. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL120347. https://doi.org/10.1029/2025GL120347
Bonatto, L., Monna, S., Montuori, C., Piromallo, C., & Cormier, V. (2026). Thermochemical controls on the X, 410, and 660 discontinuities in the central Mediterranean. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 131, e2025JB033542. https://doi.org/10.1029/2025JB033542
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