Teoria della tettonica delle placche

Nel XIX era già noto il fenomeno dell’isostasia (sollevamenti e abbassamenti di grandi aree continentali, causati, ad esempio, dall’alternarsi delle glaciazioni), per cui la crosta sarebbe divisa in blocchi prismatici galleggianti come iceberg su una base solida più densa. L’idea di una “Terra mobile” nasce, tuttavia, intorno al 1910 ad opera di Wegener che comncluse i suoi studi teorizzando “deriva dei continenti” (1915) Egli si basò essenzialmente su tre prove : “la concordanza delle coste atlantiche” (incastro tra Africa occidentale ed america sud-orientale sia per forma [già evidenziata nel ‘600da Francis Bacon] che per struttura e composizione rocciosa. Lo studio dei paleoclimi (circa 200/250 milioni di anni fa, nelle due coste, c’era lo stesso clima caldo umico, il che fa pensare che i continenti fossero molto vicini e situati nella fascia intertropicale) Lo studio dei paleomagnetismi (l’orientamento magnetico del ferro ritrovato nelle varie miniere, e datato 200/250 milioni di anni, è comprensibile solo ammettendo che le rocce avessero una posizione differente da quella attuale).

Basandosi sulle prove sopradette, Wegner ipotizzò l’esistenza, 200/250 milioni di anni fa, di un unico supercontinente: la PANGEA, frammentatasi, poi, negli attuali continenti alla deriva.

Le “zattere galleggianti” Secondo Wegener, le aree continentali sarebbero zattere galleggianti alla “deriva” sulle aree sottostanti aventi densità più alta. Per la precisione definiva sial le aree continentali (da Si e Al, elementi più presenti nelle rocce continentali) e sima il materiale sottostante più denso (Si e Mg) che affiorava nei fondali oceanici e che, a suo parere, costituiva un involucro continuo.

Il meccanismo della deriva Secondo Wegener, la deriva sarebbe stata causata dal moto di rotazione della Terra. La velocità differenziale terrestre avrebbe causato lo scorrimento del sial sul sima. Il lavoro di Wegener risultò interessante, ma la sua spiegazione sul meccanismo del suo funzionamento venne considerato poco convincente.

Le scoperte degli anni Sessanta Grazie alla comparsa di nuovi strumenti e di più avanzate tecniche d’indagine, fu possibile studiare in maniera innovativa i fondali oceanici. Ci si accorse che il fondo degli oceani non è stabile ma in continua evoluzione: la crosta oceanica, si forma e si distrugge in continuazione.

Due importanti strutture L’idea del fondale in evoluzione nasce dallo studio di due tipi di formazioni geologiche: le dorsali oceaniche Le fosse oceaniche (o fosse di subduzione)

Dorsali e Fosse di subduzione

La dorsale medio-atlantica Era noto ai geologi, da oltre un secolo, che esiste una dorsale nel centro dell’Oceano Atlantico, la dorsale medio-atlantica che si erge fino a 2000 metri al di sopra del fondale.  La dorsale medio-atlantica è stata ripresa e analizzata, a partire dai primi anni '50,  in varie spedizioni con sommergibili attrezzati. Già sin dai primi studi e rilievi, si rilevarono segni di eruzioni recenti.

La struttura delle dorsali oceaniche Si evidenziò da subito, inoltre, che le dorsali non hanno una struttura paragonabile alle catene montuose continentali: Sono invece un’ampia fascia di crosta oceanica larga dai 1000 ai 4000 Km che si inarca verso l’alto (Può raggiungere i 3000m) Tale fascia è quasi ovunque segnata da un solco longitudinale largo qualche decina di Km e profondo 2000-3000m, tale solco è detto rift valley, e da numerosi solchi trasversali a distanza pressochè uguali. La struttura delle dorsali oceaniche Esse sono anche un’attiva fascia sismica (ovvero sede di terremoti).

Espansione dei fondali Negli ‘60 del secolo scrorso, Hess osservò che il fondale oceanico si muove allontanandosi ai due lati della dorsale. Ciò è dovuto alla risalita di magma femico dalla rift valley e dai solchi trasversali.

Quindi… Le colate di lava che fuoriescono scendono dal rilievo della dorsale si espandono nella piana abissale, dove formano la crosta oceanica che ricopre i fondali degli oceani. Nel tempo, le colate più giovani spingono lontano dalla dorsale i prodotti delle colate più antiche causando l’Espansione del fondale stesso. I fondali che si espandono, partendo dalla dorsale, si dirigono verso i continenti che, a causa della loro spinta, vanno alla “deriva”.

È proprio così papi ed eccoti le prove… Dho… ho capito! Le placche si spostano perché il fondale marino si espande! È proprio così papi ed eccoti le prove…

Il fondale ha varie età Gli studi sulle dorsali hanno rivelato che lo strato di sedimenti che ricopre il fondo oceanico aumenta gradualmente di spessore allontanandosi dalla dorsale. Questo dato suggerisce che il fondo oceanico sia più vecchio ai margini (dove si accumula più materiale sedimentario) e più giovane al centro Tale ipotesi è confermata anche dalle datazioni paleontologiche dei sedimenti.

Una prova inconfutabile Gli ultimi dubbi sulla correttezza del meccanismo di espansione dei fondali oceanici come base per spiegare la dinamica delle placche fu apportate dal paleomagnetismo Studiando il campo magnetico residuo nelle rocce contenenti materiali ferrosi dei fondali degli oceani, sono state rilevate anomalie positive e negative. Una volta mappate, le anomalie producono una figura a strisce di bande parallele.

Le bande paleomagnetiche

Le inversioni del campo magnetico danno luogo alle anomalie magnetiche alternate che si riscontrano sui fondali oceanici

Tutto ciò è noto come prova indipendente La prova indipendente La lava eruttata in differenti periodi, lungo il rift e la cresta delle dorsali medio atlantiche, presenta differenti anomalie magnetiche. Se il campo magnetico terrestre si è invertito nell'intervallo di tempo intercorso tra varie eruzioni, i flussi di lava avranno conservato un set di bande parallele con proprietà magnetiche differenti. Riscontrare quindi bande parallele ai due lati del rift con differenti proprietà magnetiche indica che il fondale si è indiscutibilmente formato (e si sta ancora formando) in tempi diversi. Tutto ciò è noto come prova indipendente

No papi perché ci sono le fosse di subduzione! Come è possibile però?! Scusa Lisa se fosse così allora il fondale marino e la Terra si espanderebbero all’infinito? DHO! No papi perché ci sono le fosse di subduzione!

Le fosse di subduzione I fondali oceanici presentano anche le così dette fosse di subduzione Una fossa è una depressione del fondale oceanico relativamente stretta ma molto profonda (anche più di 10.000 metri). Man mano che la crosta oceanica si allontana dalla dorsale essa diviene sempre più fredda e più pesante e ciò causa la sua discesa in profondità nella fossa che così si viene a formare   In queste strutture, quindi, il fondale oceanico tende a sprofondare (movimento di subduzione) cosa che ne causa la sua rifusione a causa dell’aumento di pressione e temperatura

Subduzione

Piano di Benioff Il piano di subduzione prende il nome di piano di Benioff e può avere inclinazione compresa tra 30° e 60°. Il piano di Benioff non è solo una superficie di separazione (discotinuità), ma rappresenta un intero pezzo di litosfera che si immerge ed ha un proprio spessore. Il processo di subduzione avviene con velocità variabile, da pochi millimetri a una decina di centimetri l'anno.

I margini di subduzione Il lembo della crosta terrestre adiacente alla fossa di subduzione è detto margine di subduzione Nei margini di subduzione si possono riscontrare: placche entrambe oceaniche (tipo Marianne), oppure una placca oceanica che si immerge sotto una continentale (tipo Andino o Cileno). La crosta oceanica viene quindi continuamente distrutta a livello dei margini di subduzione e continuamente formata ai lati delle dorsali Questo è il motivo per il quale la crosta oceanica è molto più recente di quella continentale

Conseguenze del processo di subduzione La subduzione implica importanti conseguenze: Sismicità: il sottoscorrimento di una placca in un’altra causa enormi attriti che determinano terremoti (le regioni vicine alle fosse di subduzione sono altamente sismiche) Vulcanesimo: il materiale in fusione risale sotto forma di magma e ciò provoca la comparsa di archi vulcanici o isole vulcaniche

Archi vulcanici Se la fossa fiancheggia il margine di un continente lungo questo margine si innalza una catena di vulcani che individua un arco vulcanico (es Ande parallele alla fossa del Perù-Cile)

Isole vulcaniche Se la fossa si sviluppa in pieno oceano si forma, parallelamente, una arco di isole vulcaniche (es. isole Marianne lungo l’omonima fossa)

Il sistema arco-fossa Poiché, quindi, le fosse di subduzione sono accompagnati da archi vulcanici si parla di sistema arco-fossa

I moti convettivi del mantello Queste ed altre scoperte portarono ad ipotizzare l’esistenza di profondi moti convettivi che trasportano in superficie, in corrispondenza delle dorsali medio-oceaniche, materiale roccioso fuso. Il magma tende a salire verso la superficie spostando verso il basso il materiale meno caldo e formando in questo modo grandi correnti convettive organizzate in celle cilindriche. Quando una corrente convettiva urta la crosta, la solleva. La crosta sollevata si assottiglia fino a fessurarsi lasciando fluire verso l'esterno il magma. Il magma che giunge all'esterno si raffredda e consolidandosi chiude la fessura.

Le celle convettive L’intero meccanismo si deve, quindi, a masse rocciose fuse che, a livello delle dorsali, si solidificano. Una volta giunte sui fondali marini, migrano su di essi, sprofondano nelle fosse di subduzione, tornano a fondersi e riemergono a livello delle dorsali. Per fare spazio alla continua aggiunta di nuova crosta, le placche che si trovano sui due versanti vengono lentamente ma continuamente allontanate.

Lungo le dorsali oceaniche il magma non fuoriesce nello stesso tempo ed alla stessa velocità Questo determina il fatto che, mentre in una certa zona della dorsale esso causa la formazione di nuova crosta oceanica in un’altra si ha un periodo di stasi Per accomodare gli sforzi generati da diseguali velocità di espansione dei fondali si formano, lungo la dorsale e trasversalmente ad essa, delle fratture dette faglie trasformi (famosa quella di S. Andrea dove la zolla pacifica scivola lungo la zolla americana alla velocità di circa 5 cm all’anno) (Faglia di San Andreas) 1 km Le faglie

La Tettonica delle Placche Alla fine degli anni Sessanta si è giunti alla elaborazione della teoria globale della Tettonica delle Placche Si parla di teoria globale perché tramite essa si dà spiegazione di gran parte degli eventi che riguardano la litosfera: “deriva dei continenti”, espansione dei fondali oceanici, vulcanesimo, terremoti, processi orogenetici.

Le placche La presenza di dorsali oceaniche, fosse di subduzione e faglie trasformi delineano un’immensa rete su tutta la litosfera dividendola in placche (circa 20 delle quali 6 molto grandi) I margini delle singole placche possono essere suddivisi in: Margini costruttivi (o divergenti) Margini distruttivi (o convergenti) Margini conservativi

Le placche

Placche principali 1.Placca Nord Americana - Nord America, Nord-Ovest Atlantico e Groenlandia 2.Placca Sud Americana - Sud America e Sud-Ovest Atlantico 3.Placca Antartica - Antartide e "Mari del Sud“ 4.Placca Euroasiatica -Nord-Est Atlantico, Europe e Asia ad eccezione dell'India 5.Placca Africana - Africa, Sud-Est Atlantico e Oceano Indiano Occidentale 6.Placca Indo-Australiana - India, Australia, Nuova Zelanda e gran parte dell'Oceano 7.Placca di Nazca - Oceano Pacifico Orientale adiacente al Sud America 8.Placca Pacifica - Gran parte dell'Oceano Pacifico e costa meridionale della California 9. Altre placche di media grandezza: Arabica, Cocos, Filippine.

Tettonica a zolle Essa afferma, in poche parole, che la crosta terrestre è suddivisa in zolle che spostandosi provocano la formazione di montagne e oceani e danno origine a terremoti e fenomeni vulcanici.

Il motore degli spostamenti delle zolle oceaniche e continentali è costituito dai moti convettivi del mantello

MARGINI di AVVICIMAMENTO Quando due zolle si scontrano, si consuma una parte della crosta terrestre. Si può verificare: Scontro tra due zolle continentali con formazione di montagne Scontro tra due zolle oceaniche con formazione di fosse oceaniche e archi insulari vulcanici. Scontro tra zolle continentali e oceaniche, con formazione di zone di subduzione, fosse e vulcani costieri.

Scontro di due zolle continentali: Conseguenza dello scontro di due zolle continentali è l’ OROGENESI. La collisione tra l’India e l’Asia ha formato la catena dell’Himalaya, quella tra Africa ed Europa le Alpi.

Scontro tra due zolle oceaniche si ha una subduzione e la formazione di una fossa e di un arco vulcanico insulare; in questo modo si sono formate le fosse delle Filippine e delle Marianne e si è formato l’arcipelago giapponese.

Scontro tra zolle continentali e oceaniche Si ottiene una zona di subduzione con formazione di fosse. Le rocce oceaniche più pesanti sprofondano nel mantello e dilatandosi creano pressioni che determinano la risalita del magma attraverso vulcani costieri . Un esempio è la fossa del Cile con la Cordigliera delle Ande.

MARGINI di ALLONTANAMENTO Quando due zolle si allontanano si forma nuova crosta e nasce un nuovo oceano. Dalle dorsali oceaniche fuoriesce magma che, solidificandosi, forma nuova crosta oceanica. L’oceano Atlantico si è formato in questo modo 200 milioni di anni fa. Oggi la Rift Valley è l’esempio di un oceano nascente.

MARGINI DI SLITTAMENTO tra due zolle continentali, Due zolle possono scorrere l’una accanto all’altra senza avvicinarsi o allontanarsi. La linea di frattura si chiama faglia Le tensioni determinate dal movimento di slittamento causano violenti terremoti.

Nella foto possiamo vedere la faglia di San Andreas in California La faglia è una frattura della crosta terrestre, originata da forze tettoniche, in corrispondenza della quale si verifica un moto di scorrimento parallelo al piano di frattura Nella foto possiamo vedere la faglia di San Andreas in California fine