La scienza, la statistica, la falsità e la fortuna: viaggio nella Commedia di Dante

La ventottesima puntata dell'avventura di MeteoWeb tra geofisica e letteratura: la Divina Commedia di Dante Alighieri analizzata con l'occhio della scienza

MeteoWeb

PARTE TREDICESIMA: La Scienza di Tutte le Scienze… e Statistica, Ombre et Similia

Il mondo delle idee. Logiche, Alogiche, Antilogiche e Geologiche. Errori e statistiche. Perché si è sbagliato sulla fusione. Come avviene che un errore evidente sia trascurato, perché farcito di gergo scientifico e chimica. Alcune altre parabole e metafore. Perché sbagli ed errori di logica sono peggiori dei paradossi, i quali invece permettono di aprire la mente come un paracadute. 

Logica

STUDENTE

Voglio essere molto
istruito e capire i segreti della Terra
e del firmamento –
le scienze naturali, vale a dire!

MEFISTOFELE

Usate bene il tempo, che fugge così presto; è l’ordine che insegna a risparmiarlo. Vi consiglio per questo, caro amico, di cominciare dal Collegium Logicum. La mente vi sarà addestrata bene, calzata e stretta in stivali spagnoli, perché s’incammini con prudenza sulle vie del pensiero, d’ora in poi, e non sfavilli come un fuoco fatuo di qua e di là, per dritto e per traverso. Quello che facevate alla carlona, senza una regola, come mangiare e bere, per giorni e giorni, là v’insegneranno a farlo a tempo debito: un, due, tre! La fabbrica delle idee funziona come il telaio del tessitore, dove un pedale muove mille fili, le spole volano su e giù, i fili scorrono invisibili, un colpo allaccia mille vincoli.

Entra il filosofo, e vi dimostra che deve essere così per forza:

se così sono il primo e il secondo, così saranno il terzo e il quarto; se non ci fossero il primo e il secondo, il terzo e il quarto non ci sarebbero. Gli allievi vanno ovunque in visibilio, ma nessuno diventa tessitore.

 [Faust, traduzione di Patrizio Sanasi, 2013 Edizione Acrobat]

La logica deduttiva è uno dei più potenti strumenti della scienza. La logica consente di fare affermazioni coerenti e di trarre, da dichiarazioni o ipotesi, conclusioni giuste. Tuttavia nessun processo di ragionamento logico, né un mero atto della mente o del computer, ha la possibilità di ampliare il contenuto informativo di assiomi e premesse da cui parte. Nessuna operazione logica può aggiungere qualcosa alle informazioni contenute in qualsiasi enunciato. Operazioni logiche evidenziano informazioni già contenute in assiomi, postulati e ipotesi. In breve, la deduzione si limita ad esplicitare informazioni che sono già implicitamente presenti.

La scienza, pertanto, non può procedere solo con la logica. Per progredire, sono importanti  anche fantasia, idee felici e scoperte accidentali. Ribelli, imbroglioni e persone pronte al rischio sono essenziali per il progresso della scienza.

“La logica … rimane sterile se non è fecondata dall’intuizione.”
                                               Poincaré (1908)

Se il mondo fosse un luogo logico, i maschi cavalcherebbero su selle da amazzoni.
                                             Rita Mae Brown 

I Punti Caldi che Spariscono: Scelta Arbitraria

Un tiratore scelto del Texas scarica il proprio revolver sulla parete di un fienile – e poi si avvicina al fienile e disegna un occhio di toro. Questo presso gli statistici è noto come l’Inganno del Tiratore scelto del Texas.

Nel 1976 gli sforzi di Peter Vogt, Kevin Burke e J. Tuzo Wilson avevano portato alla compilazione di cataloghi contenenti più di 120 punti caldi. I geochimici, utilizzando traccianti geochimici ed alcune ipotesi, ne aggiunsero molti altri. Asia, Nord America e Africa erano pieni di punti caldi. Libri di testo presentavano mappe di 117 punti caldi, la lista ufficiale.

Poi, da un giorno all’altro, la maggior parte di questi scomparve. In Asia non è rimasto nessun punto caldo. Ne è rimasto uno in Nord America e circa dieci nell’Oceano Pacifico.

L’ipotesi del pennacchio aveva portato a fare previsioni, ma la maggior parte dei punti caldi proposti non le ha soddisfatte. Essi sono stati quindi rimossi dalla lista. In seguito Peter Molnar e Joann Stock hanno dimostrato che i superstiti sembravano muoversi, come le estremità delle spaccature; non un buon comportamento per un pennacchio. Alcuni dei punti caldi ufficiali non avevano progressioni di età lineari, saltavano qua e là. Paul Wessell e Loren Kroenke hanno dimostrato che solo tre o quattro erano su binari paralleli. I rimanenti punti caldi non potevano essere considerati ufficiali, quindi sono stati ribattezzati “punti-crepa”. Marcia McNutt e Bill Dickinson hanno dimostrato che i punti caldi nel Pacifico del Sud non si sono comportati come punti caldi, ma hanno agito come le crepe, aprendosi e chiudendosi, lasciando fuoriuscire magma. E’ diventato chiaro che i magmi che escono dai punti caldi non sono particolarmente caldi. I punti caldi nell’Atlantico sono stati ri-etichettati ‘wetspots’.

Ad un vaglio dettagliato solo pochi vulcani continentali e isole oceaniche sono sopravvissuti come potenziali punti caldi. Ma questi sono tutti “sopra la media” e soddisfano le limitate aspettative dei plumologisti zelanti.

Grazie all’US Navy e alla NASA ora sappiamo che sui fondali degli oceani in qualche luogo ci sono tra 100.000 e un milione di montagne sottomarine vulcaniche. Molte di queste erano isole. La maggior parte di loro è su fenditure, che esistono da un lungo periodo e si sono formate quando il fondale marino era molto giovane. Forse un centinaio di questi vulcani, in gran parte estinti, sono coerenti anche con l’ipotesi dei punti caldi, avendo un andamento tendenzialmente parallelo alla catena hawaiana. Pertanto il 99,9% dei vulcani non è spiegabile con l’ipotesi del punto caldo. E’ come se uno avesse una teoria sulle stelle che spieghi l’Orsa Maggiore, l’Orsa Minore, la Stella Polare e nient’altro e che non prenda in considerazione nessuna delle stelle dell’emisfero Sud. Alcune catene di montagne sottomarine nel Golfo dell’Alaska sono parallele a parti della catena hawaiana – questi sono considerati ‘punti caldi reali’. Il resto non lo è. Nessuna delle isole e montagne sottomarine del Sud del mondo è coerente con la teoria dei punti caldi.

Sono stati inventati nomi per queste solitarie montagne sottomarine e per queste isole – wetspots, punti-crepa, linee calde … In altre parole, se non si adattano alla teoria, sono rimosse dalla lista ufficiale. L’astrologia sopravvive perché le persone credulone ricordano solo le previsioni azzeccate. Scegliere arbitrariamente è un controsenso statistico!

Falsità

Questo era tutto sbagliato. Ero aggrappato ostinatamente ad un’ipotesi elegante ma falsa. Succede ai migliori scienziati.
No, non ai migliori scienziati. A tutti.
                                                    Umberto Eco
                                                    Il Pendolo di Foucault

Lo studio e il riconoscimento degli errori è un ramo della logica. Miti, errori, semantica e paradossi sono tutti importanti nelle visioni attuali del mondo. Sono un affascinante campo di studio e d’intuizione, come lo sono sempre stati. Un filosofo o un logico-matematico potrebbero riscrivere la teoria della Terra semplicemente “afferrando l’altra estremità del bastone” durante la lettura della lista di paradossi, falsità e ipotesi ausiliarie.

La maggior parte della Terra è indifferenziata e non degassata. La crosta si è formata dal mantello superiore, che ora è impoverito e degassato. Le isole oceaniche raggiungono il mantello inferiore primordiale tramite pennacchi caldi e stretti. Flussi di basalti continentali e altipiani oceanici sono il risultato di grandi “teste di pennacchi” a forma di bulbo, che risalgono dal confine nucleo-mantello. I pennacchi contengono ³He in eccesso, un isotopo primordiale indicativo di mantello non degassato. I pennacchi sono indipendenti dalla convezione a scala delle placche e dalla tettonica delle placche.

Queste sono le previsioni del Modello Standard o dogma centrale.

Ci sono molte ipotesi nascoste, la maggior parte delle quali sono errori evidenti, quando chiaramente espresse. Le falsità sono molto peggiori dei paradossi. Eccone alcune:

1) Le dorsali medioceaniche sono passive. Esse quindi devono essere in contatto col mantello superficiale.

Versione quotidiana:

“Quando si sorseggia un caffè con panna montata sulla parte superiore, si degusta del caffè. Quindi il caffè è in cima. Si ignora, naturalmente, il primo assaggio di panna.”

‘Passive’ significa che le placche sono separate, in qualche modo, e che il magma riempie la fenditura. Le dorsali sono il passo finale nello scenario spaccatura-deriva. I magmi iniziali, in una nuova frattura o dorsale, sono “arricchiti” o simili a quelli delle isole oceaniche. Sembra che venga indicata la presenza di uno strato superficiale globale arricchito; uno strato che è consumato, man mano che viene estromesso sempre più magma.

2) Giacché il serbatoio dei MORB è nel mantello superiore, non ci può essere niente altro nel mantello superiore.

Ciò rappresenta la ben nota falsità Modus Moròn(1). “Dal momento che i cattolici vivono in Irlanda del Nord, lì non ci sono protestanti.”

3) I MORB sono omogenei; essi pertanto provengono dal mantello in convezione. Il mantello in convezione è ben mescolato e quindi omogeneo (L’Ipotesi Frittata).

“Ogni grande boccone di una torta alla frutta ha lo stesso sapore. Pertanto una torta alla frutta è omogenea e fatta da pastella ben mescolata, come quella della ‘torta degli angeli’.”

4) La Crosta Continentale deriva interamente dal mantello superiore.

Questo è semplicemente sbagliato! Non c’è altro modo per dirlo. Non c’è mai stata alcuna prova di questa tesi.

5) Basalti con alto rapporto ³He/⁴He si trovano in alcune isole oceaniche e in province continentali ricoperte da enormi flussi di basalto; ciò implica l’esistenza di un serbatoio primordiale ricco di ³He.

“Sofia è molto alta per la sua età. In realtà lei ha la particolarità di avere il massimo rapporto altezza (cm) età (anni) in tutta la Norvegia. Sofia è quindi la persona più alta di tutta la Norvegia.”

Questa è la Falsità del Rapporto o Falsità della Finta Tartaruga(2).

Stime moderne della composizione della crosta e del mantello superiore sono in linea con le moderne teorie di accrescimento planetario, vale a dire:

La maggior parte della Terra è stata fusa, differenziata e degassata. La subduzione restituisce un po’ di materiale volatile al mantello superficiale. Gran parte dei volatili presenti nell’inventario della Terra potrebbe essere stato introdotto come una tarda impiallacciatura, piuttosto che essere stato sequestrato, all’origine della Terra, nel mantello più profondo.

Non ci sono scuse se si commettono errori logici. La logica ha migliaia di anni. La statistica è un’altra questione. Tutti fanno errori nelle statistiche.

E’ stato dimostrato che le donne vivono più a lungo rispetto ai loro mariti?
Sì, è vero, almeno per le vedove.

CANTO XXIV CERCHIO QUINTO: SIGNORA FORTUNA

La Signora Fortuna tiene le cose buone del mondo nella sua borsetta. Il Re ha fatto i cieli e su di essi ha posto angeli, per guidare la luce eterna di sfera in sfera. Ha fatto la grandiosità della Terra e posto come suo ministro la Signora delle Permutazioni.

Statistica

Prima donna: Ho appena letto che la donna è pagata mediamente 75 centesimi per ogni dollaro che incassa un uomo. E’ un oltraggio.
Seconda donna: io sono l’ingegnere più pagato in azienda.
Prima donna: Questo è impossibile. L’articolo dice “le donne in media guadagnano meno”.
Seconda donna: Improvvisamente il problema è messo a fuoco.
                                               Scott Adams
                                               Dilbert (1997) 

Il rapporto medio, R, tra l’isotopo leggero dell’elio (³He) e l’isotopo pesante (⁴He) nei basalti delle dorsali medioceaniche è circa 8 volte il rapporto che c’è in atmosfera (Ra). Questo ‘valore medio’ si ottiene escludendo valori ‘anomali’. Tutti i valori sono compresi tra 6 e 10 riferiti al rapporto atmosferico (1 su questa scala). I valori inferiori a 6 sono stati ‘chiaramente’ contaminati dalla crosta o dall’aria e i valori superiori a 10 sono stati ‘chiaramente’ contaminati da pennacchi, così questi valori ovviamente sono scartati. Sorprendentemente tutti i restanti valori sono compresi tra 6 e 10. Valori pari a 11, trovati a volte lungo dorsali medioceaniche, sono “chiaramente campioni del mantello inferiore non degassato, portati su da pennacchi.”

Tale deduzione può essere chiamata la falsità di Dilbert. Ha la particolarità di essere non solo un errore, ma anche un caso di ragionamento circolare.

Alcuni basalti hanno valori di R pari a più di 30 volte il rapporto atmosferico, cioè R = 30 Ra, e sono “quindi” attribuiti a “pennacchi provenienti dal mantello profondo”.

Molti luoghi dove R è ‘alto’, tra 11 e 30 Ra, sono chiamati ‘punti caldi’ o ‘pennacchi’. In molti di questi luoghi ci sono anche campioni con R molto bassi e il valore medio o mediano è di solito vicino al valore dei MORB. Ci sono pochissimi atomi di ³He in tutti questi basalti.

Vaste regioni del mantello devono essere fuse e portate in superficie, al fine di alimentare l’appetito senza fine delle dorsali medioceaniche (Mid Oceanic Ridges – MOR) per nuova crosta vulcanica. Nel processo si mescolano fusi provenienti da varie regioni. La metafora è un boccone di una torta alla frutta. Il gusto è una miscela di sapori e differisce dai gusti dei singoli frammenti. Si può dire che un pezzo di ciliegia candita, strappato dalla torta alla frutta, in realtà non provenga da una torta alla frutta, perché ha un sapore diverso da un boccone di torta alla frutta?

Alcuni geochimici studiosi di gas nobili assegnano una storia esclusiva a un campione, se differisce dalla media. Se è sopra la media, è strano!

A quanto si dice, il presidente Eisenhower rimase piuttosto demoralizzato dopo aver appreso che la metà dei bambini in America era, fisicamente, sotto la media. Non sono solo i politici che hanno bisogno di una rinfrescata sulle statistiche. Anche se è vero che le statistiche possono dimostrare qualsiasi cosa, è anche vero che i bambini più intelligenti in Giappone non devono essere confrontati con lo studente medio in Germania.

E’ un dato di fatto, la media dei rapporti ³He/⁴He nei ‘punti caldi’ in località come l’Etiopia e le Galapagos … sono gli stessi che nei MORB, ma la dispersione è maggiore. D’altra parte, i volumi di basalto presso i cosiddetti ‘punti caldi’ sono molto minori rispetto a quelli delle dorsali medioceaniche ed esiste la possibilità di campionare una più ampia varietà di materiali. Una torta alla frutta campionata mediante pinzette produce più varietà di una torta campionata con dei bocconi. Ma la media di molti piccoli campioni produce lo stesso sapore di quello di un boccone.

Diverse spedizioni geochimiche sono state realizzate per mappare i rapporti di elio in zone lontane dall’influenza dei pennacchi, uno nel Sud dell’Atlantico e uno nel Sud del Pacifico. In ogni caso, isolati valori pari a 11 Ra sono stati trovati “significativamente superiori alla media per i basalti del fondo dell’oceano”. Per spiegare questi “valori elevati in modo anomalo” sono stati proposti “pennacchietti”. I ricercatori hanno dimenticato che qualsiasi valore pari o superiore a 11 Ra è stato escluso dalla media MORB, un caso di ragionamento circolare, e che i valori più alti non dovrebbero essere comparati con le medie, la falsità di Dilbert.

“Oh, Signore!” disse Wimsey. “E’ stata una cosa sgradevole. Da un  prete cristiano, per giunta!”

“Che cosa ho detto?” gridò Padre Whittington, molto sconcertato. “Avete fatto presente a Science”, disse Wimsey, “che solo il Papa è infallibile.”
                                               Dorothy L. Sayers
                                               Bellona Club(3)

Se tutte le misurazioni geochimiche effettuate sulle rocce dragate dalle dorsali medioceaniche sono messe in grafico come istogrammi statistici (numero di campioni rispetto al parametro geochimico), di solito si ottiene la familiare curva a campana. La maggior parte delle misure cade vicino al centro, nella parte alta della campana, ma un paio di misure cade ben al di sopra o ben al di sotto della media: sono le ‘code’ della campana. Quando le misurazioni alte e basse sono gettate via (campioni ‘contaminati’ o campioni ‘influenzati da pennacchi’) si ottiene una distribuzione a campana più stretta. La fonte dei basalti delle dorsali medioceaniche è quindi considerata ‘notevolmente uniforme’ e ‘perciò’ deriva da un ‘mantello in vigorosa convezione’.

La “lista ufficiale dei punti caldi” ha una storia simile. Il numero di punti caldi “ufficiali” è cresciuto rapidamente da circa 20 a circa 150 negli anni Sessanta del millennio scorso. Ci sono migliaia di vulcani attivi e decine di migliaia di montagne sottomarine sul fondo dell’oceano. Ma solo pochi sono designati come ‘punti caldi’. I punti caldi sono rimossi dall’elenco, quando si trovano ad avere un comportamento non simile a quello di un punto caldo. I superstiti supportano la teoria. Per lo stesso motivo solo gentiluomini rimangono membri del club per gentiluomini. I furfanti sono cacciati o riqualificati con il nome di riformati! La maggior parte delle isole vulcaniche e le montagne marine, scoperte da Harry Hess, non sono spiegate con l’ipotesi del pennacchio; sono isole e montagne che vìolano le previsioni e le aspettative delle ipotesi. La ‘teoria’ spiega solo quelle isole e montagne utilizzate per definire la teoria.

Ora la statistica ha permesso di stimare che ci dovrebbe essere un pennacchio ogni 300 chilometri. Questa è in realtà la definizione di convezione di piccole dimensioni, l’alternativa ai pennacchi. Trecento chilometri sono circa il doppio dello spessore dell’astenosfera e tale spessore corrisponde alla spaziatura prevista per le celle convettive. Ma ora queste sono chiamate pennacchi e si presume che le loro code si estendano fino al nucleo! Questo è ciò che s’intende per vaccinazione e mancanza di falsificabilità.

Il Belona Club è un club per gentiluomini. In onore di Dorothy Sayers, la traduttrice della versione da me (DA) preferita dell’Inferno, ho denominato questo tipo di scienza il Belona Club, o Club di Gentiluomini, Club della Falsità. (Simile club esiste nel settore della stima della pericolosità sismica, ndr).

Oltre a errori statistici, falsità logiche, ragionamenti circolari, vaccinazione subordinata all’opinione comune, rapporti errati, errori di ri-etichettatura e la falsità di Dilbert, il grande filosofo James Thurber ha elencato le seguenti caratteristiche: Transfert, Pio Desiderio, Sostituzione Inconscia, Dissociazione Psicologica, Taglio del Nodo Gordiano, Enumerazione Superficiale, Aberrazione, Abbandono della Densità Relativa, Falsificazione delle Premesse, Divergenza dalla Coerenza, Eccessivo uso del Corsivo, Evasione Retorica dalla Realtà, Violazione dell’Articolo Indefinito. E questa è solo l’analisi di una questione discutibile su un Campione di Test di Intelligenza.

La Terra delle Ombre

‘Mi sto stancando delle ombre,’ disse la Signora di Shalott.
                                 Alfred Lord Tennyson

Platone racconta il mito delle persone che vivono in una caverna, guardando sempre verso l’esterno, mentre dietro di loro c’è un mondo di burattini, che gettano ombre sulle pareti intorno all’ingresso. Gli abitanti della grotta vedono solo ombre di burattini che sono, a loro volta, soltanto imitazioni della realtà. Qual è la percezione del mondo reale che può avere il cavernicolo?

I terremoti inviano, attraverso la Terra, onde sismiche, che proiettano sul lato opposto ombre di cose presenti all’interno della Terra. I sismologi studiano queste ombre ed imparano a conoscere l’interno del mondo. Il nucleo della Terra è stato scoperto quando una gigantesca zona d’ombra è stata rilevata, da un grande terremoto, a un quarto del suo percorso intorno alla Terra. Platone fa congetture su come i cittadini del mondo dell’ombra avrebbero reagito, una volta esposti al mondo reale, vale a dire alla Verità. Non ci avrebbero creduto. Sarebbero molto più a loro agio con immagini al riparo dal sole. La verità, per loro, rimarrebbe legata alle ombre delle immagini. Guai al cavernicolo che fugge, che sale nel mondo reale e poi torna per informare i suoi fratelli!

Al contrario del cavernicolo, Mercurio era un messaggero tra due mondi e non è un caso che sia visto come un prestigiatore. Non è facile essere il messaggero.

Tomo, dal Greco ‘temno’, significa tagliare, tagliare netto. Tomahawk (ascia dei Pellerossa) significa la stessa cosa, ma, a quanto pare, ha radici diverse. Sono state sviluppate tecniche matematiche tomografiche che utilizzano raggi X o neutrini oppure onde sismiche, per ottenere “ombre” delle cose, che sono all’interno di un oggetto, per poi ricostruirne le forme nascoste. I cavernicoli di Platone, se fossero stati matematici e se avessero avuto abbastanza luce dai fuochi posti alle loro spalle, avrebbero potuto desumere le forme degli oggetti che passavano dietro di loro.

La scienza della tomografia sismica è molto giovane, poco più 30 anni, ma ora esistono raffinate mappe tridimensionali dell’interno della Terra, fino al suo centro. I terremoti sono le lanterne e i fuochi; le stazioni sismiche sono gli ‘occhi’. I tomografi lavorano con le ombre. Tendono ad essere scettici sui propri modelli, poiché anch’essi vivono nel mondo reale. Tuttavia fanno belle immagini a colori dell’interno della Terra, che sembrano modelli di Rorschach e scienziati di altre discipline manifestano le loro emozioni ed idee nelle loro interpretazioni di questi modelli. Inutile dire che i geochimici sono particolarmente stimolati da queste immagini. I sismologi si divertono facendo apparire e sparire cose diverse, cambiando i colori che sono del tutto arbitrari.

Abbiamo incontrato in precedenza gli uomini delle caverne che erano esperti nella metafora della pentola-sul-fuoco. La tecnologia ha inventato i cubetti di ghiaccio e i forni a microonde. Bisogna stare attenti, se si rivela questa conoscenza al troglodita.

Le immagini adombrate dai tomografi mostrano una visione dell’interno della Terra dall’alto verso il basso. Fredde sgocciolature  bluastre, provenienti da zone di subduzione ed antichi cratoni, si estendono verso il basso. Tentacoli di colore rosso vivo risalgono dalla parte superiore delle lastre verso l’ ‘anello di fuoco’ e dai 200 km più superficiali verso le dorsali in espansione.

Le prime mappe tomografiche grezze del mantello superiore sono state create al Caltech negli anni Sessanta. Nafi Toksöz e altri hanno mostrato che i continenti, i bacini oceanici e le aree tettonicamente attive si estendono tutte per almeno diverse centinaia di chilometri all’interno del mantello. Le caratteristiche superficiali non erano solo una schiuma sottile e il mantello sotto le placche non era il luogo uniforme e monotono ipotizzato da molti. Bruce Julian e Mrinal Sengupta avevano immagini in 3D di tutto il mantello già negli anni Settanta.

Molte immagini più nitide sono state ottenute negli anni Ottanta. Ichiro Nakanishi, Henri-Claude Nataf e Toshiro Tanimoto ottennero mappe dettagliate del mantello superiore, verificarono la complessità del mantello sotto le placche e mostrarono che l’anisotropia era importante. L’anisotropia è dovuta al flusso delle rocce ed all’allineamento dei cristalli. Le dorsali medioceaniche in alcuni punti sembravano estendersi tra 200 km e 400 km di profondità. Dove era prevedibile che ci fossero, non c’era evidenza di teste di pennacchi. Più tardi ancora, al Caltech, Yu-Shen Zhang e Toshiro Tanimoto ottennero immagini ancora più dettagliate. Tom Jordan poi, al MIT, credette di vedere ombre dei continenti estese a profondità di oltre 400 chilometri. Emil Okal, ora presso la Northwestern University, pensava che placche continentali si estendessero fino a 200 km di profondità.

Negli anni Settanta Sengupta dell’USGS ha tentato di fornire immagini dell’intero mantello. Adam Dziewonski e John Woodhouse a Harvard hanno usato approcci diversi, mentre, per sondare la Terra ancor più in profondità, lo stesso Dziewonski e Robert Clayton hanno usato altri tipi di onde. La scienza della tomografia sismica è nata così. Adam Dziewonski merita il titolo di Professore di Tomografia. Lui e Don Helmberger del Caltech hanno fatto più di chiunque altro per aiutarci a visualizzare il funzionamento interno del nostro pianeta in Technicolor®.

Strette ombre blu si estendono dalla superficie fino a metà del mantello, mentre imponenti chiazze rosse risalgono fino a metà percorso partendo dal fondo. La parte superiore e la parte profonda sembrano indipendenti.

Non sono palesi stretti pennacchi rossi che salgono dal fondo. La parte inferiore del mantello sembra mostrare normale convezione di grandi dimensioni, come ci si aspetta da riscaldamento interno (analogia del forno a microonde) e lenta perdita del calore primigenio. Strette lingue hanno origine nella parte superiore (la metafora del tè-con-ghiaccio), non in basso (metafora della pentola-sulla-stufa). La maggior parte del calore nel mantello sembra provenire dal mantello stesso piuttosto che da più in basso.

Le immagini di ombre consentono interpretazioni alternative. A volte l’ombra della mano di un burattinaio può essere fatta apparire come un coniglio. A volte si può scorgere un pennacchio, a meno di non cambiare prospettiva e quindi arrivare a vedere una saponetta screziata(4).

A 1200 o 1400 chilometri di profondità ci sono alcune caratteristiche che richiamano quelle delle lastre, che però non sono collegate a fosse superficiali. Steve Grand, presso l’Università del Texas ad Austin, ha riunito, con paziente meticolosità, migliaia di sismogrammi ed ha scoperto queste Grandi Strutture nel mantello profondo. Egli le interpreta come lastre che hanno iniziato la loro discesa circa 100 milioni di anni fa. Le scoperte di Grand estendono quelle precedenti di Tom Jordan e sono state confermate da Rob Van der Hilst del MIT. Altri scienziati invece si chiedono se queste strutture siano davvero vecchie lastre o siano macchie disconnesse, che rappresentano altre forme di convezione del mantello. Ma c’è sicuramente qualcosa ad attenuare la monotonia del mantello medio. Il mantello profondo non è la regione uniforme, rigida e non convettiva presupposta da J. Tuzo Wilson e oggi dai teorici dei pennacchi oppure il noioso cristallo singolo che avrebbe avvilito persino l’interesse di Galileo.

Sezioni tomografiche suggeriscono, o danno l’idea, che ci siano ostacoli alla convezione del mantello a profondità di circa 1000-1400 km e 1800-2000 km. Forse il materiale non attraversa queste frontiere. I sismologi che hanno ottenuto queste immagini dell’interno della Terra non ne sono ancora sicuri.

Adam Dziewonski, Barbara Romanowicz, John Woodhouse, Jeroen Ritsema e altri pensarono di aver trovato, nel mantello inferiore sottostante il Sud Pacifico e l’Africa, enormi risalite calde ampie migliaia di chilometri ed estese in profondità per mille o duemila chilometri attraverso il mantello inferiore. Ciò a migliaia di chilometri di distanza dalle grandi effusioni di basalto in superficie. E’ un comportamento coerente con la normale convezione del mantello, riscaldato dalla radioattività presente nei minerali, in particolare se il mantello è stratificato. Le simulazioni al computer della convezione, in modelli di mantello a strati riscaldati internamente, sono simili alle osservazioni tomografiche. Essi non assomigliano a nessuno degli esperimenti basati sulla siringa. L’elevata viscosità del mantello inferiore significa che queste caratteristiche possono essere esistite durante o prima del super continente (Pangea) – oltre 200 milioni di anni fa. Si potrebbero etichettare queste caratteristiche (apparentemente) calde come “pennacchi” o “superpennacchi” e le regioni inframezzate (apparentemente) fredde come “lastre”, ma questo porterebbe al punto di rottura l’idea dei pennacchi e l’idea di convezione di tutto il mantello. Oppure si potrebbe sostenere che pennacchi e lastre reali sono troppo piccoli per poter essere visibili, ma che ci sono. Tuttavia, in entrambi i casi, il pennacchio Fenice sopravvive o rinasce. Si possono espellere i furfanti o chiamarli gentiluomini. Il paradigma e il club di gentiluomini conservano la loro purezza.

Sono giunto a credere che tutto il mondo sia un enigma … reso terribile dal nostro parziale tentativo di interpretarlo come se avesse una verità di fondo.
                                             Umberto Eco
                                             (Casaubon, ne Il Pendolo di Foucault)

La convezione nel mantello può essere tripartita. La tettonica delle placche e la chimica dei basalti possono essere interamente controllate dai 1200 km più superficiali della Terra. Movimenti associati al calore proveniente dal nucleo possono essere essenzialmente limitati ai circa 1000 km più profondi del mantello. I confini devono variare in profondità, per minimizzare il contrasto di densità tra le diverse regioni. Così lastre fredde possono estendersi ad una profondità di oltre 1200 chilometri e larghe risalite calde dalla base del mantello possono risalire per un po’ più di 1000 km attraverso il mantello inferiore. Questa nuova ipotesi è facilmente verificata. Se il mantello terrestre contiene veramente tre regioni distinte, Dante sarebbe contento. Gli piacevano il numero tre e la Trinità. Guglielmo di Occam potrebbe preferire un singolo strato di mantello, fino a che non gli si illustrano tutte le ipotesi che devono essere fatte per ottenere ciò.

Gli esperimenti di laboratorio e la teoria mostrano che il calore può essere condotto e irradiato in modo molto efficiente nelle parti più profonde della Terra. Se lastre fredde affondano fino alla base di un mantello omogeneo e se il calore del nucleo è rimosso efficacemente attraverso tubi stretti che raggiungono la superficie, allora la Terra si raffredderà molto rapidamente e il nucleo sarà congelato (solido). Come ha sostenuto Kelvin, se una Terra così fatta è ancora calda, deve essere molto giovane. La Terra agisce come un thermos, con molti strati d’isolamento. Una Terra stratificata è complessa, ma non vìola il detto di Occam “entia non sunt multiplicanda”, poiché non è inutilmente complessa, non si complica “praeter necessitatem”, cioè oltre il necessario. Una Terra stratificata è il risultato di una evoluzione semplice.

Un mantello stratificato è molto più interessante di un mantello omogeneo. Alcuni scienziati sono interessati ad una Terra calda. Calcoli che risalgono a Lord Kelvin indicano che i pianeti dovrebbero raffreddarsi rapidamente. La radioattività rallenta questo raffreddamento, ma essa tende anche a concentrarsi nella crosta e negli strati superiori del mantello. La subduzione di lastre fredde accelera il raffreddamento. Una Terra a strati si raffredda molto lentamente. Un guscio esterno poderoso può rallentare ulteriormente il raffreddamento. In realtà un pianeta siffatto può effettivamente riscaldarsi nel tempo, se un po’ di radioattività è rimasta intrappolata negli strati più profondi. Il calore intrappolato nello strato inferiore può diffondersi solo molto lentamente attraverso i vari strati. La base del mantello è un mondo alquanto diverso rispetto alla sua sommità e può essere per sempre isolata da essa. La Terra  sembra essere più complicata di un uovo. La Terra tripartita di Dante, relativa al Pozzo dell’Inferno – Incontinenza, Violenza e Fraudolenza – potrebbe essere vicina alla verità.

A volte i Poeti sono in anticipo rispetto a Filosofi e Fisici.

Jason Morgan ha ipotizzato che cilindri di roccia caldi e stretti risalgano attraverso il mantello e che queste strette correnti guidino le placche e riforniscano il mantello superficiale ad uso dei vulcani. Per far quadrare i conti, il resto del mantello sta affondando lentamente verso il nucleo, con grandi ricadute di materiale denso. La tomografia vedrebbe cilindri molto caldi [raffigurati in rosso], che si diffondono sotto la placca in tiepide [rosa] frittelle. La maggior parte del mantello sarebbe fredda [blu] – enormi zone blu in affondamento. Le immagini tomografiche mostrano strette zone blu in affondamento ed enormi regioni rosse, come una lampada a lava. Questo è lo stile previsto per convezione del tipo raffreddamento da sopra e riscaldamento dall’interno. Questo è l’andamento opposto a quello previsto dall’ipotesi del pennacchio.

NOTE

1. Alla Maniera degli Sciocchi.
2. L. Carroll, Alice nel Paese delle Meraviglie, cap. IX.
3. Titolo originale: The Unpleasantness at the Belona Club.
4. L. Carroll, “Sylvie e Bruno”.

Puntata 1: Dante Alighieri: un testo inedito potrebbe svelare un ‘segreto’ nascosto della Divina Commedia

Puntata 2: Dante Alighieri, Marco Polo e il ‘segreto nascosto’ nella Divina Commedia: quando letteratura e geofisica si incontrano

Puntata 3: Dante Alighieri e Alice nel Paese delle Meraviglie: la Divina Commedia riletta tra letteratura, fiabe e geofisica

Puntata 4: La Selva Oscura dell’errore e il Pianeta Patchwork: prosegue il viaggio geo-letterario nella Commedia di Dante

Puntata 5: Dante Alighieri, viaggio nella Divina Commedia: la creazione tra mito, scienza e religione

Puntata 6: Dante, la Terra, la Scienza e Don Vito Corleone: quando il viaggio nella Divina Commedia arriva fino ai tempi moderni

Puntata 7: Da Neruda ne ‘Il Postino’ alla Cosmologia, passando per il monte Olimpo: l’Italia di Dante in una morsa geologica

Puntata 8: Il vento, il terremoto e i vulcani: la Divina Commedia di Dante e i suoi incredibili risvolti sismologici e scientifici

Puntata 9: Il vecchio caldo pianeta e l’isola volante di Gulliver: quando la Commedia di Dante diventa un viaggio (fanta)scientifico

Puntata 10: Ma lo sai su che pianeta vivi? La nascita della sismologia moderna e l’Inferno di Dante Alighieri

Puntata 11: La Creazione, la Terra e la sua formazione, l’Inferno di Dante Alighieri: qual è il nesso?

Puntata 12: Satana cadendo dal cielo raggiunge il centro della Terra, creando per reazione il monte Purgatorio: Dante Alighieri tra geologia e religione

Puntata 13: La Terra è un sistema sopra-sotto o sotto-sopra? Le scoperte, tra filosofia e scienza, attraverso il Mago di Oz e la Divina Commedia

Puntata 14: Dante e la Terra Primordiale: la Divina Commedia, le montagne sottomarine e i giganti

Puntata 15: Il linguaggio della scienza dalla Torre di Babele alla Divina Commedia, dai Giganti a Dante Alighieri

Puntata 16: La deriva dei continenti e Alice nel Paese delle Meraviglie: quando studiando Dante si arriva oltre

Puntata 17: Gli eretici, i terremoti e la geologia: quando la Commedia di Dante diventa un ‘saggio’ scientifico

Puntata 18: Dante, la cupola della cattedrale di Firenze e le placche tettoniche: tutto crolla se sottoposto a tensione

Puntata 19: Satana e la tettonica dei cubetti di ghiaccio: quando la Commedia di Dante Alighieri diventa un manuale di vita

Puntata 20: La Terra è troppo complicata per essere capita da un solo gruppo di persone: la Scienza tra santi e peccatori

Puntata 21: “Colate di fango, boschi in fiamme, erosione costiera, terremoti: la California merita ciò che riceve”: fisica e geologia da Salomone a Dante

Puntata 22: A Qualcuno Piace Caldo: il pianeta Terra attraverso la Commedia di Dante Alighieri

Puntata 23: “La Terra…sotto è sconvolta come se fosse in preda ad un incendio”: cosa ci racconta del presente il Pianeta Primordiale?

Puntata 24: Dante, la Divina Commedia e la Terra: “Finalmente iniziamo a svelare il Pianeta primordiale”

Puntata 25: “Penso penso; pertanto, penso di esistere”: viaggio con Dante Alighieri nei meandri della Terra (e della Filosofia)

Puntata 26: La scienza e l’Inferno: “Computer e telefoni cellulari sono ciò che gli spiriti inferiori hanno imposto, in sostituzione della TV e del sesso”

Puntata 27: “Ci possono essere veramente circa un milione di vulcani inattivi sul fondo del mare”