1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO.

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1 1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE LEZIONE 23 * - DINAMICA DELLA LITOSFERA * Icone, grafici e foto provengono da varie fonti. Si ringraziano i relativi Autori ed Editori.

2 2 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE INTRODUZIONE PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA - PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - DINAMICA DELLA LITOSFERA - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO

3 3 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA Il concetto dell’espansione dei fondi oceanici e della tettonica delle placche litosferiche si è affacciato piuttosto tardi nell’ambito della comunità scientifica, per una serie di motivi. In realtà un elemento chiave di questo concetto, lo spostamento su vasta scala dei continenti, era stato proposto già da parecchio tempo. Il rompicapo dell’adattamento a incastro delle coste che si fronteggiano ai lati dell’Atlantico non era sfuggito all’attenzione dei primi filosofi naturalisti. Così l’inglese Francesco Bacone (1561- 1626) mise in luce nel 1620 il parallelismo delle coste che si affacciano sull’Atlantico. Antonio Snider Pellegrini nel 1858 pubblicò carte che descrivevano la deriva dei continenti. Alla fine del secolo scorso l’austriaco Eduard Suess (1831-1914) postulò l’esistenza nel passato di un grande continente, la Terra di Gondwana [1] composto dall’unione degli attuali blocchi continentali meridionali. [1] Gondwana: formazione geologica dell’India (Paleozoico) che affiora anche in America meridionale, Africa, Madagascar, Australia. DERIVA DEI CONTINENTI Il parallelismo fra le sponde dell’Atlantico è più evidente a livello della piattaforma continentale

4 4 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA Agli inizi del secolo scorso (1915) il geofisico tedesco Alfred Wegener (1880-1930), quale prova della deriva dei continenti da lui riproposta con fervore, invocò la notevole somiglianza di rocce, strutture geologiche e fossili presenti sui due lati opposti dell’Atlantico. Successivamente Wegener postulò l’esistenza di un supercontinente, la Pangea (= tutta terra), composta da tutti gli attuali blocchi continentali che iniziarono a scindersi poco più di 200 MAF. L’idea di Wegener tardò ad affermarsi perché gli studiosi dell’epoca non riuscivano ad individuare una forza motrice plausibile per il movimento dei continenti. Nel 1928 l’inglese Arthur Holmes propose come forza motrice un meccanismo di convezione termica nel mantello (allora SIMA) giungendo a pochi passi dal formulare i moderni concetti di placche, divergenza e subduzione allorché immaginò che uno strato basaltico subcrostale potesse agire come nastro trasportatore che trascina con sé un continente verso la zona dove il nastro si inflette verso il basso nel mantello, mentre il continente viene abbandonato in superficie. DERIVA DEI CONTINENTI A. WEGENER Corrispondenza tra formazioni simili tra le sponde atlantiche dei continenti

5 5 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA Occorsero più di trent’anni perché le concezioni di Holmes mostrassero tutta la loro modernità attraverso le prove fornite dall’esplorazione dei fondali oceanici. La teoria divenne modello convincente in seguito alle ipotesi di Hess sull’apertura di nuova crosta oceanica lungo le fratture centrali (RIFT) delle dorsali, ai lavori di Vine e Mathews sulla magnetizzazione residua dei fondi oceanici e via di seguito. Secondo la teoria della tettonica delle placche, la litosfera è smembrata in un certo numero di zolle o placche, moderatamente rigide. Le placche scorrono sopra un’astenosfera plastica, parzialmente fusa. DERIVA DEI CONTINENTI Frattura centrale (RIFT) DORSALI 200 MAF Emisfero Pantalassa Emisfero Pangea 180 MAF 60 MAF LAURASIA GONDWANA

6 La Rift Valley (Valle Spaccata), è una vasta formazione geografica e geologica che si estende per circa 6000 km in direzione nord-sud dal nord della Siria (Alessandretta, Medioriente) fino al Kenia e Mozambico (zona dei Grandi Laghi, Africa orientale). Si estende in larghezza dai 30 ai 100 km e in profondità da poche centinaia a parecchie migliaia di metri. Si è originata a causa dalla separazione in atto delle placche litosferiche africana e araba (processo iniziato 35 milioni di anni fa) e, in seguito, dalla separazione dell'Africa orientale dal resto dell'Africa (processo iniziato 15 milioni di anni fa). Per analogia ha conferito il suo nome alle depressioni centrali delle dorsali oceaniche (Rift in senso lato). PERCHE’ IL NOME RIFT 6 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA

7 7 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA LE 14 PLACCHE LITOSFERICHE PRINCIPALI (8+6) PLACCHE LITOSFERICHE

8 8 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA L’involucro più esterno della Terra è formato da un certo numero di placche che costituiscono elementi finiti e pertanto sono dotate di margini. In base ai moti relativi di placche adiacenti si possono definire tre tipi di zone marginali : - zone di divergenza o di espansione ; si rinvengono in corrispondenza delle dorsali oceaniche ; - zone di frattura che dislocano e smembrano le dorsali ; vengono definite faglie trasformi ; - zone di convergenza o di compressione ; si rinvengono in corrispondenza delle fosse di subduzione. PLACCHE LITOSFERICHE Modelli dei tre tipi di margine delle placche litosferiche

9 9 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA ZONE DI DIVERGENZA Sono i margini lungo i quali le placche si separano. In tale processo, materiale del mantello risale lungo le dorsali oceaniche e forma nuova litosfera lungo i bordi in allontanamento delle placche divergenti. Tali limiti sono caratterizzati da un vulcanismo basaltico attivo causato da elevato flusso di calore e da attività sismica con terremoti a ipocentro poco profondo, causati da sforzi di tensione dovuti al materiale in risalita che tende ad assottigliare la crosta soprastante. L’emissione di lava lungo le dorsali e la costruzione di litosfera oceanica è, sotto il profilo volumetrico, la forma più importante di vulcanismo. MODELLI DI MARGINE DIVERGENTE

10 10 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA ZONE DI CONVERGENZA Sono limiti lungo i quali il margine di avanzamento di una placca densa e fredda incontra un’altra placca ed entra in subduzione, cioè s’infila sotto l’altra all’interno del mantello; qui la litosfera viene riassorbita nel mantello stesso. Il meccanismo di spinta che opera lungo questi limiti di collisione, tende a originare fosse oceaniche, terremoti con ipocentro da poco profondo a profondo, catene montuose adiacenti con rocce deformate e vulcanismo sia basaltico che andesitico. MODELLI DI MARGINI CONVERGENTI FOSSA OCEANICA

11 11 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA FAGLIE TRASFORMI Sono limiti fisici lungo i quali le placche scivolano (slittano) una accanto all’altra, senza creazione né distruzione di litosfera. Occasionalmente segnate da scarpate, le faglie trasformi sono caratterizzate da terremoti a ipocentro poco profondo con spostamenti orizzontali. A volte le faglie trasformi sono accompagnate da vulcanismo e da un modesto allontanamento delle placche che sono a contatto. MARGINI TRASFORMI CHE SPOSTANO LEMBI DI DORSALE E INFORMANO SULLA DIREZIONE DI ALLONTANAMENTO FAGLIE TRASFORMISCARPATE

12 12 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA MARGINI DI PLACCHE Ogni placca è limitata da alcune combinazioni di questi tre tipi di margini. Per esempio, la placca di Natzca, nel Pacifico orientale, è limitata su tre lati da zone di divergenza lungo la quale si forma nuova litosfera e da un quarto lato da una zona di subduzione (Fossa del Perù). I margini dei continenti possono coincidere con i limiti delle placche. In questo caso i continenti tendono a rimanere ‘a galla’ perché le placche continentali, essendo più spesse e avendo maggiore spinta di galleggiamento, non entrano facilmente in subduzione. Nelle aree in cui due placche che presentano entrambe un continente sul margine di avanzamento entrano in collisione, la crosta si ispessisce e si formano grosse catene montuose (OROGENI), come la catena dell’Himalaya. La somma globale della formazione e della distruzione delle placche è praticamente uguale a zero. Se così non fosse, la Terra muterebbe la sua dimensione ma questo non avviene. Le placche, dunque, si formano, spariscono e cambiano di forma e di dimensione nel corso della loro evoluzione ma il loro bilancio globale è in pareggio. Placche continentali che entrano in contatto Placca oceanica in contatto con placca continentale

13 13 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA CONVERGENZA CONTINENTE-CONTINENTE MODELLO DI FORMAZIONE DELL’HIMALAYA

14 14 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA STRUTTURA ED EVOLUZIONE DELLE PLACCHE La litosfera è dunque smembrata in un certo numero di placche, ciascuna definibile come una piastra moderatamente rigida, costituita sia da crosta oceanica che da crosta continentale oltre che dalla parte alta del mantello. La deriva dei continenti è una conseguenza del movimento delle placche. Al di sotto c’è l’Astenosfera, sorgente della materia prima che va a costituire la nuova litosfera. La litosfera entrata in subduzione una volta riscaldata e parzialmente fusa, diventa anch’essa sorgente di magma che risale per alimentare le catene dei vulcani sovrastanti. Un profilo generalizzato del FLUSSO TERMICO, mostra una grande quantità di calore in deflusso lungo l’asse della dorsale, una quantità minore in uscita dalla placca, un minimo in corrispondenza della fossa di subduzione, un forte flusso in corrispondenza della catena di vulcani presente nella zona di subduzione e nel bacino marginale alle spalle di quest’ultimo, dove si sviluppa una piccola regione di espansione secondaria. Flusso di calore sull’oceano Evoluzione dei margini di placca

15 15 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA La profondità degli oceani aumenta con l’età T dei fondi oceanici, secondo una relazione molto semplice: per i primi 80 MA i dati si accordano con una curva in cui la profondità aumenta con  T, come previsto dalla contrazione e dal raffreddamento di una placca in espansione. Oltre gli 80 MA le profondità degli oceani sembrano appiattirsi rispetto alla curva teorica come se venisse aggiunta alla base della placca una piccola quantità di calore (fig. B). Quando una placca fredda entra in subduzione, si mantiene più fredda, rispetto al caldo mantello circostante (fig. A) per circa 12 MA riscaldandosi solo gradualmente man mano che penetra in profondità. Queste placche che scendono lentamente possono riscaldarsi ed essere assimilate a profondità modeste, forse 400 km, mentre le placche in rapido movimento possono penetrare a circa 700 km di profondità prima di riscaldarsi fino al punto di essere assimilate. Diagramma profondità crosta oceanica - età Variazione temperature- profondità nelle zone di subduzione EVOLUZIONE DELLE PLACCHE AB

16 16 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA Il processo di subduzione implica forze enormi le quali sono responsabili di terremoti a ipocentro via via più profondo che si presentano solo lungo placche in discesa. Gli improvvisi scatti a cui sono associati i terremoti continuano a verificarsi fino a quando le placche diventano tanto calde che le tensioni vengono liberate con lente deformazioni plastiche piuttosto che attraverso faglie. Questa sembra essere la probabile spiegazione del fatto che i terremoti scompaiono a profondità superiori a 700 km. EVOLUZIONE DELLE PLACCHE Epicentri di terremoti Modelli ipocentri- subduzione. I terremoti sono localizzati lungo un piano inclinato detto di Benioff

17 17 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA EVOLUZIONE DELLE PLACCHE Margine in distruzione (sopra) e margine in accrezione (sotto) EVOLUZIONE DI TRE DIVERSI TIPI DI MARGINE DI CONVERGENZA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA

18 18 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA VELOCITA’ DELLE PLACCHE La velocità delle placche in movimento viene misurata datando le anomalie magnetiche dei fondi oceanici e rapportandone il valore alla distanza dall’asse della dorsale. Le anomalie magnetiche registrate sui fondi oceanici, si verificano allorché le masse rocciose giovani, formate da dicchi recenti e da colate di lava, quando si raffreddano, possono magnetizzarsi nella direzione del campo magnetico terrestre attiva in quel momento. Le zone litosferiche più antiche, adiacenti a quelle giovani su entrambi i lati rispetto all’asse della dorsale, hanno magnetizzazione inversa perché furono originate quando il campo magnetico terrestre era invertito. Sulla base di questo processo, si è costituita nel tempo, nella litosfera oceanica, una configurazione a strisce magnetizzate ora in senso normale, ora in senso inverso. E’ questa, peraltro, una riprova del processo di espansione dei fondali oceanici. Espansione dei fondi oceanici e bande di magnetizzazione alternata Bande a magnetizzazione omologa Asse della dorsale Lembo di dorsale medioatlantica

19 Il campo magnetico terrestre subisce inversioni periodiche che sono state valutate diversamente dagli studiosi: da 200.000 a 780.000 anni. Il cambiamento avverrebbe in un arco di tempo di 4.000-5.000 anni in ossequio ai modelli conosciuti della struttura del nucleo terrestre. La valutazione di questi periodi di inversione sono alla base della ricostruzione della velocità di espansione dei fondali oceanici e implicitamente costituiscono una prova del loro meccanismo di trazione. Secondo alcune correnti di pensiero è possibile anche il verificarsi di inversioni del campo magnetico terrestre molto rapide, nell’ordine di alcuni anni. Tuttavia non vi sono modelli che giustifichino il realizzarsi di tale fenomenologia. Variazioni di intensità del campo magnetico terrestre INVERSIONI ACCERTATE DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE NEGLI ULTIMI 5 MILIONI DI ANNI 19 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA

20 20 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA VELOCITA’ DELLE PLACCHE

21 21 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA VELOCITA’ DELLE PLACCHE Vulcanismo basaltico nel mondo Stratificazioni basaltiche con inversioni magnetiche

22 22 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA VELOCITA’ DELLE PLACCHE ASSE DELLA DORSALE

23 23 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA VELOCITA’ DELLE PLACCHE Il modello dell’espansione dei fondi oceanici su scala mondiale viene elaborato con la combinazione di dati magnetici, sismici e batimetrici. Si ottengono così carte con l’indicazione delle zone di espansione, subduzione e frattura. Dall’analisi di una qualsiasi carta delle isocrone che evidenzia l’età del fondo oceanico espressa in milioni di anni, si evince che le isocrone dell’Atlantico sono più ravvicinate rispetto a quelle che si osservano nel Pacifico, dove la velocità di espansione è notevolmente più elevata. La massima velocità di espansione è registrata fra la placca del Pacifico e quella di Natzca con 18,3 cm/anno. L’ETÀ DEI FONDALI OCEANICI CI INFORMA SULLA LORO VELOCITÀ DI ESPANSIONE.

24 24 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA VELOCITA’ DELLE PLACCHE VALORI DELLA VELOCITÀ DI ALLONTANAMENTO DELLE PLACCHE LITOSFERICHE A PARTIRE DALL’ASSE DELLA DORSALE IN CM per ANNO

25 25 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA VELOCITA’ DELLE PLACCHE La velocità di espansione annua delle placche litosferiche ha potuto essere valutata in dettaglio grazie al rilevamento per triangolazione basato su osservazioni satellitari I vettori sono proporzionali alle velocità

26 26 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA ETA’ DEI FONDI OCEANICI Poiché la sedimentazione marina sui fondi oceanici inizia non appena la crosta oceanica si forma, l’età del più antico sedimento presente nella carota di sondaggio, a contatto con il substrato basaltico, consente di datare il fondo oceanico in quel punto. L’età si ricava dai fossili presenti nella carota. Non sono stati rinvenuti sedimenti superiori a 180 milioni di anni e ciò dimostra la ‘giovinezza’ del fondo oceanico. I sedimenti risultano via via più antichi man mano che ci si allontana dalle dorsali medioceaniche a conferma di quanto previsto dall’espansione dei fondali oceanici. BANDE DI ETA’ DELLE VARIE PORZIONI DEL FONDO OCEANICO EVIDENZIATE PER COLORE Porzioni più antiche del fondo oceanico (180 MA) Asse della dorsale

27 27 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA GEOMETRIA DEL MOTO DELLE PLACCHE Se le singole placche si comportano come corpi rigidi, il loro movimento relativo può essere studiato anche su basi geometriche. Una placca che scorre su un piano ottempera ad alcuni principi : Lungo le faglie trasformi non si hanno fenomeni di sovrapposizione, né di inarcamento, né di separazione. Le due placche scivolano semplicemente una accanto all’altra senza che muti l’area della superficie. Per dedurre la direzione del movimento delle placche basta cercare una faglia trasforme: l’orientamento della faglia è la direzione stessa dello scivolamento relativo delle due placche. Faglie trasformi La direzione delle faglie trasformi indica anche la direzione di scorrimento di una porzione di litosfera rispetto ad un’altra

28 28 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA Nelle zone di convergenza o di divergenza, invece, l’area della superficie cambia, in riduzione o in accrescimento. Le placche si possono muovere in direzione perpendicolare, ma anche obliquamente rispetto all’andamento della convergenza o della divergenza; i margini di queste zone, perciò, non sono indicatori fidati come quelli delle faglie trasformi per ricavarne direzioni di movimento. GEOMETRIA DEL MOTO DELLE PLACCHE

29 29 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA Le bande di anomalia magnetica e le isocrone sono grosso modo parallele e simmetriche rispetto all’asse della dorsale lungo la quale sono state create, proprio perché ogni banda magnetica (o isocrona) contraddistingue il bordo di un precedente margine di placca. Le isocrone di una stessa età poste sui lati opposti di una dorsale oceanica possono essere artificialmente riavvicinate per mostrare quali dovevano essere le posizioni delle placche e l’aspetto dei continenti in quell’età. GEOMETRIA DEL MOTO DELLE PLACCHE

30 30 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA Il punto in cui s’incontrano tre placche viene indicato come giunzione tripla. Se sono noti i movimenti relativi fra due delle coppie possibili nell’insieme delle tre placche, si può ricavare il terzo movimento ricorrendo ad una semplice equazione, tenendo presente che la velocità è una grandezza vettoriale e pertanto è dotata di direzione e intensità. La grandezza dei movimenti relativi si può ottenere dall’esame delle fasce di magnetizzazione. GEOMETRIA DEL MOTO DELLE PLACCHE

31 31 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA I modelli precedenti sono riferiti allo scivolamento di una placca su di un piano. Dobbiamo però tenere presente che in realtà le placche si muovono sulla superficie sferica della Terra. La geometria ci consente di descrivere la separazione di due placche su una sfera come una rotazione di un punto B rispetto ad A intorno a un polo di rotazione o meglio, intorno a un asse passante per il centro della Terra la cui intersezione con la superficie è detta polo di espansione o polo euleriano. E’ verificato che il meccanismo di espansione più semplice è quello che prevede placche che scivolano una accanto all’altra lungo la faglia trasforme, piuttosto che separarsi o accavallarsi lungo di essa. A B

32 32 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA IL MOTORE DELLA TETTONICA DELLE PLACCHE Ricapitolando, il meccanismo che aziona tutto il complesso movimento della tettonica delle placche è oggetto di attento studio. In linea generale si ammette che gran parte del mantello sia un solido caldo, capace di scorrere come un fluido a velocità dell’ordine di circa 1 cm/anno. La litosfera è frammentata in placche rigide, in qualche modo capaci di rispondere nei loro movimenti allo scorrimento del mantello sottostante. Numerose sono le ipotesi avanzate per dare una spiegazione plausibile al fenomeno. Tra queste : - le placche verrebbero spinte dal peso delle dorsali presenti nella zona di espansione (1); - le placche verrebbero trascinate dai pesanti lastroni in discesa nelle zone di subduzione (2) ; - le placche vengono trascinate da correnti nell’astenosfera sottostante (3). POSSIBILI MECCANISMI DI MOVIMENTO DELLA LITOSFERA 1 2 3

33 33 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA E’ probabile che alla base del fenomeno vi sia uno scorrimento convettivo molto complesso che coinvolga materiali in risalita, caldi e parzialmente fusi, e materiali in discesa, freddi e solidi, in diverse condizioni che vanno dalla fusione, alla solidificazione, alla rifusione. In questo processo deve rimanere coinvolta una parte non indifferente del mantello, dal momento che lembi di litosfera, come sappiamo dagli indicatori sismici, riescono a spingersi a profondità dell’ordine dei 700 km prima di essere riassorbiti. POSSIBILI MECCANISMI DI CORRENTI CONVETTIVE NEL MANTELLO TERRESTRE

34 34 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA Un modello elaborato al calcolatore prevede un pennacchio esteso di materiale caldo, riscaldato dal basso, che raggiunge la superficie in corrispondenza del centro di espansione da cui subito si allontana raffreddandosi. Il vecchio limite, avanzato e divenuto freddo, finisce per diventare litosfera solida e rigida. Divenuto più pesante per raffreddamento, il lastrone di litosfera tende a rientrare nel mantello presso una zona di subduzione, dove il materiale viene riassimilato. Un altro modello propone che pennacchi caldi e stretti, simili a getti, si alzino dalla base del mantello alimentando la placca in accrescimento e la spostino lateralmente allontanandola dai centri di espansione dove in linea generale si localizzano le risalite del materiale caldo. Queste ultime sono messe in evidenza sulla superficie da punti caldi, zone ad elevata risalienza termica. Pennacchi caldi Punto caldo da risalita (HOT SPOT) MODELLO DI PENNACCHIO ESPANSOMODELLO DI PENNACCIO RISTRETTO

35 35 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA I PUNTI CALDI I punti caldi (hot spots) possono segnalare la posizione di pennacchi principali di calore in corrispondenza dei quali calore, magma e materiale del mantello risalgono da grandi profondità. Questi pennacchi possono contribuire alla rottura e al movimento dei continenti. Se i punti caldi s’immaginano come punti fissi del mantello, la loro posizione può risultare determinante per la registrazione del movimento delle placche litosferiche durante le ultime decine di milioni di anni della storia della Terra. Vi è però un acceso dibattito scientifico circa la loro origine e la loro funzione nell’ambito della tettonica delle placche. Mentre possiamo ragionevolmente affermare che la Terra è interessata dalla convezione, non è chiaro se quest’ultima sia limitata al solo mantello superiore oppure a tutta la massa del mantello. Alcuni sistemi, come quello della catena Hawai-Isole dell’Imperatore, forniscono ottime prove che attestano che nel mantello vi è una sorgente di lava fissa, relativamente piccola e stabile, da circa 75 MA. Modello di Punto Caldo e di espansione oceanica Catene di vulcani del Pacifico collegate a punti caldi

36 36 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA PUNTI CALDI Altre aree anomale si ritrovano lungo i margini passivi in cui è presente un abbondante vulcanismo intraplacca, come nel caso delle isole al largo delle coste dell’Africa nordoccidentale (Canarie, Capo Verde). Anche il vulcanismo collegato alle fosse tettoniche continentali viene interpretato in termini di punti caldi, pur con qualche perplessità. Il modello dei punti caldi e dei pennacchi di risalita contrasta con le catene lineari vulcaniche che caratterizzano le dorsali medio- oceaniche e le zone di subduzione. Entrambi, però, sono elementi base della teoria della tettonica delle placche.

37 37 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA Poiché non si conoscono con certezza i processi della tettonica a placche precedenti a circa 200 MAF, è probabile che le dorsali medio-oceaniche e le zone di subduzione non siano esistite durante la prima fase della storia geologica della Terra. E’ invece molto ragionevole pensare che la convezione nel mantello sia stata più vigorosa nel passato e che i gradienti termici erano localmente più elevati. Se gli hot spots (punti caldi) vengono considerati punti circoscritti e non sorgenti lineari di lava, e se la loro componente magmatica si è originata per fenomeni di decompressione avvenuti nel mantello a causa di frattura della sovrastante litosfera, si può sostenere che essi abbiano rappresentato i fenomeni vulcanici della prima parte della storia evolutiva della Terra. Un fatto indiscutibile, comunque, è che lo studio del vulcanismo all’interno delle placche ha contribuito in modo determinante alla teoria della tettonica delle placche e alla ricostruzione della storia della Terra. LOCALIZZAZIONE DEI PRINCIPALI PUNTI CALDI INDIVIDUATI

38 FISIOGRAFIA DELLA SUPERFICIE TERRESTRE 38 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 23. DINAMICA DELLA LITOSFERA