Il piano di Benioff rappresenta la zona di contatto fra due differenti tipi di crosta: oceanica e continentale. Esso è un piano inclinato dove la litosfera oceanica sprofonda sotto quella continentale, e viene definito dagli ipocentri dei sismi che si verificano nella zona di contatto tra le due placche.
IN BREVE
Un piano di Benioff (noto anche come piano o zona di Wadati-Benioff) è una zona sismica planare in corrispondenza di una placca che sprofonda in una zona di subduzione. I differenti movimenti delle due placche generano numerosi terremoti anche profondi: alcuni ipocentri possono trovarsi a 670 km di profondità. Il nome del piano deriva dai due sismologi che lo hanno scoperto: Hugo Benioff del California Institute of Technology e Kiyoo Wadati dell’Agenzia Meteorologica Giapponese. I terremoti del piano di Benioff si sviluppano sotto gli archi vulcanici e i margini continentali, al di sopra di zone attive di subduzione. Possono generarsi per slittamento lungo il sovrascorrimento della subduzione o scivolamento sulla faglia nella placca che sprofonda, come risultato della flessione e dell’estensione della placca che viene spinta nel mantello. I terremoti ad alta profondità lungo il piano permettono ai sismologi di mappare la superficie tridimensionale di una zona di subduzione oceanica e del mantello.
La scoperta del piano di Benioff
Nel 1949 Hugo Benioff introdusse un metodo per determinare la deformazione dovuta al rimbalzo elastico dei terremoti su particolari faglie. Determinò che la radice quadrata dell’energia di un terremoto è proporzionale sia all’incremento della deformazione di rimbalzo elastico che allo spostamento dovuto al rimbalzo. Così sviluppò un metodo per determinare se una serie di terremoti fosse generata lungo una singola faglia. La sua ricerca si concentrò sulla zona di subduzione delle Kermadec-Tonga e sulla zona di subduzione sudamericana. Determinò che in entrambe gli ipocentri dei terremoti sono su piani inclinati di 45 gradi. Il sismologo giapponese Kiyoo Wadati fece le stesse osservazioni indipendentemente da Benioff.
La struttura
L’angolo di inclinazione della placca di subduzione, e quindi del piano di Benioff, dipende dalla spinta negativa della placca e dalle forze dovute al flusso di roccia fusa nell’astenosfera. La litosfera più giovane è più calda e ha una maggiore galleggiabilità; ciò porta a un piano poco inclinato. La litosfera più antica è più densa e fredda, ciò porta a una maggiore inclinazione. La profondità delle zone di Benioff varia da pochi chilometri a 670 km. Il limite superiore è appena al di sotto dei deboli sedimenti in cima alla zona di subduzione; il limite inferiore è dove avviene la transizione da fragile a duttile della placca.

La maggior parte dei terremoti avviene nell’isoterma dei 1000°C, all’interno della placca, dove essa non si è ancora riscaldata a sufficienza per essere in equilibrio termico con il mantello che la circonda a causa della subduzione. A profondità maggiori dello spessore della litosfera i terremoti non vengono più generati dalle forze di interazione ai margini di placca; dato che l’astenosfera è debole e non può sopportare grandi sforzi, qui la causa dei terremoti è la deformazione termica interna della placca di subduzione ancora fredda. Fino a 300 km di profondità, le reazioni di disidratazione e di formazione di eclogite sono le principali cause di sismi. Al di sotto dei 300 km, a partire dall’isoterma dei 700°C, si verifica un cambio di fase mineralogico da olivina (struttura cristallina a tetraedri isolati) a spinello (struttura a cristalli ottaedrici); si pensa che questa trasformazione sia la causa principale dei terremoti a queste elevate profondità.
Zone di Benioff doppie
In alcuni casi le zone di subduzione presentano due superfici parallele di sismicità a pochi chilometri di distanza a profondità intermedie (50-200 km). Un esempio di ciò è la più grande isola del Giappone, Honshu, dove la zona di Wadati-Benioff è caratterizzata da due linee ben definite di ipocentri sismici distanti tra i 30 e i 40 km. Uno studio sui piani di Benioff doppi ha dimostrato che sono molto comuni nelle zone di subduzione in tutto il mondo. La superficie sismica superiore è sulla crosta della placca che sprofonda; lì i terremoti vengono causati dalle reazioni di disidratazione nella crosta oceanica e dalla risultante formazione di eclogite.

Il funzionamento della zona sismica inferiore, situata nella porzione superiore del mantello, non è ancora chiaro; la grande presenza di zone di Benioff doppie indica che deve essere un processo comune nelle zone di subduzione. Le ipotesi più accreditate includono un infragilimento dovuto a una reazione di disidratazione in cui antigorite e clorite si rompono e si forma peridotite nel mantello superiore, con una conseguente riduzione nella flessibilità della placca. In recenti pubblicazioni scientifiche è stato dimostrato che il mantello litosferico alle profondità intermedie dove sono presenti zone doppie è asciutto; ciò va a favore della sopra menzionata ipotesi di abbassamento della flessibilità della placca.
Fonte
- Benioff zone
Science Direct