Dalla deriva dei continenti alla Tettonica delle placche

Prof. Paolo AbisProf. Paolo Abis

Lic. classico” D. A. Azuni” - Sassari

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I continenti sono mobili? Prime ideeFino alla fine del XVIII secolo

Catastrofismo1596

il cartografo olandese Ortelius nota che accostando le coste di Africa, Europa, Sud America e Nord America si ottiene un incastro sorprendenteIpotesi: le Americhe sono state strappate via da Africa-Europa da terremoti e alluvioni

Metà del XIX secoloAttualismo (uniformitarianism)Uniformitarian principle (Hutton, 1785: "I fenomeni del passato si possono spiegare osservando quelli del presente")

Nel 1858Snider-Pellegrini

Propone per la prima volta la teoria della deriva dei continenti

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Il CatastrofismoIl Catastrofismo è una teoria, detta anche "dei cataclismi", avanzata nel 1815 dal naturalista francese Georges Cuvier. In continuazione culturale con l'esegesi biblica e il Plutonismo, è stata messa a punto per spiegare i cambiamenti verificatesi nella fauna e nella flora della Terra nel corso della sua storia naturale, senza far ricorso a delle teorie evoluzionistiche.

Pur essendo, infatti, un profondo conoscitore di fossili, Cuvier non accettò una teoria evolutiva ma per conciliare la visione tradizionale, fissista, come si era rivelata anche quella del naturalista svedese Linneo, del mondo vivente, con la realtà di fossili diversi dalle forme viventi attuali, elaborò questa teoria, che può essere spiegata in questo modo.

Dio avrebbe creato un numero di specie superiore a quelle attuamente viventi; catastrofi maturali, quali inondazioni, terremoti, eruzioni vulcaniche, ecc. avrebbero periodicamente distrutto gli esseri viventi di una regione che sarebbe stata poi ripopolata dalle specie provenienti dalle aree geografiche circostanti. Egli riteneva che l'ultima delle catastrofi fosse il Diluvio Universale, il cui ricordo si è tramandato grazie alla Bibbia

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L'attualismoL'attualismo è una teoria formulata da Charles Lyell e proposta nella sua opera Principles of Geology. Lyell suggeriva che i processi geologici osservabili presenti fossero adeguati per spiegare la storia della geologia.Pensava che l'azione della pioggia, del mare, dei vulcani e dei terremoti spiegassero la storia della geologia dei tempi passati: infatti erano gli stessi che si verificarono in passato. Lyell si oppose alle preminenti teorie di geologia di quei tempi. Pensava che le teorie fossero influenzate dall'interpretazione della Genesi. Riteneva fosse più pratico escludere le improvvise catastrofi geologiche per poter garantire che i resti fossili fossero quelli di specie estinte e credeva che fosse necessario creare una vasta scala temporale per la storia della Terra. La seconda edizione dell'opera introdusse nuove idea riguardanti le rocce metamorfiche. Esponeva che i cambiamenti delle rocce fossero dovute alle alte temperature delle rocce sedimentarie adiacenti alle rocce ignee.

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Continenti alla deriva?1912

Il meteorologo tedesco Alfred Il meteorologo tedesco Alfred WegenerWegener pubblica la sua teoria della Deriva dei ContinentiNota che sulle coste coniugate di Africa e Sud America si trovano fossili similiFossili di piante tropicali in regioni polariDepositi glaciali in Sud AfricaCirca 200 milioni di anni fà tutti i continenti erano riuniti in un'unica massa, il supercontinente Pangea

CriticheCome si muovono i continenti?Perché si muovono i continenti?

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La teoria di WegenerLa teoria della deriva dei continenti si basa sui seguenti

concetti:

Le terre attualmente emerse costituivano, all'inizio dell'Era mesozoica (circa 200 milioni di anni fa), un blocco unico che chiamò Pangea, circondato da un unico mare che chiamò Pantalassia.In seguito a colossali fratture, la Pangea sarebbe stata spezzata in molte zolle (continenti e isole).Per effetto della rotazione terrestre, le zolle continentali avrebbero subito un movimento di deriva spostandosi nella direzione della rotazione, cioè verso ovest.Inoltre il livello medio delle terre emerse si trova 5 km più in alto del livello medio degli oceani e le rocce dei fondali oceanici sono circa il 15% più dense di quelle dei continenti. I continenti "galleggiano“ come icebergs, emergendo sopra la superficie oceanica per un settimo della loro altezza.

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La teoria di Wegener

500 milioni di anni fa.

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La teoria di Wegener

200 milioni di anni fa.

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La teoria di Wegener

65 milioni di anni fa.

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La teoria di Wegener

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La teoria di WegenerA sostegno della propria teoria, Wegener portò una serie di prove:

Prove geografiche e geologicheProve paleontologicheProve paleoclimaticheProve geofisiche

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Prove geografiche e litologichei continenti presentano una corrispondenza nelle linee di costa, specialmente l'Africa e l'America Meridionale, non solo figurativa (una giustapposizione quasi perfetta) ma si nota anche una corrispondenza delle serie stratigrafiche, e, ai margini occidentali delle zolle in movimento, la formazione dei corrugamenti montuosi.

" E' proprio - scrive Wegener - come se noi dovessimo mettere a posto le parti strappate di un giornale facendo combaciare i loro contorni e poi vedere se le singole righe di stampa si susseguono dalle due parti regolarmente. Se ciò si verifica, evidentemente non resta altro che concludere che tali parti erano effettivamente unite in questo modo";

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Prove geografiche e litologiche

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La teoria di WegenerProve paleontologiche

all'inizio del secolo tutti i paleontologici più influenti, per spiegare l'identità o similarità floristiche e faunistiche tra continenti differenti, ammettevano che tra essi potessero essere esistiti specialmente durante il Mesozoico, dei legami sotto forma di grandi lingue di terra, i cosidetti ponti continentali, successivamente sprofondati nell'oceano.Wegener, dopo aver indagato a fondo sulla distribuzione, attuale e geologica di vari organismi, rigetta su evidenze geofisiche e sulla base dei principi dell'isostasia, la possibilità che i cosidetti ponti continentali siano spariti e sprofondati negli oceani. Quindi l'unica vera conclusione che si poteva trarre era che i continenti oggi separati, si fossero staccati spostandosi lateralmente da un unico originario Supercontinente;

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Prove paleontologiche

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La teoria di WegenerProve paleoclimatiche

conducendo ricerche anche sulla distribuzione dei climi del passato, rilevò in Sudamerica, Australia, Africa ed India, rocce sedimentarie paleozoiche deposte in ambiente glaciale, le tilliti, (morene fossili), mentre in Siberia, America settentrionale ed Europa centrosettentrionale trovò dei carboni fossili della stessa età delle tilliti, ma formate da resti vegetali tipici di climi tropicali. La particolare distribuzione di queste rocce poteva essere spiegata solo ammettendo che al momento della loro deposizione le terre soggette al clima glaciale fossero tutte unite tra di loro, così come dovevano esserlo quelle dove il clima era invece tropicale.

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La teoria di Wegener

Prove geofisiche: partendo dal concetto di

isostasia, per altro gia' accettato fin dall'800, si assunse che il substrato della crosta terrestre agisca come un fluido altamente viscoso. Ed allora, come i blocchi possono spostarsi verticalmente, cosi' lo possono fare anche orizzontalmente: E' quindi una compressione orizzontale quella necessaria alla formazione delle catene montuose.

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Concetto di isostasia

Isostasia le masse rocciose sono in

equilibrio al di sopra della massa del mantello,

cioè in pratica queste masse di crosta galleggiano sul mantello come farebbe un pezzo di legno sull'acqua, e dipendendo dalla densità di questo, cioè il suo peso, questo pezzo di legno sporge più o meno dall'acqua.

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Spessore della crosta e isostasia

I blocchi litosferici tendono a raggiungere un equilibrio isostatico, diminuendo o aumentando la parte sommersa, a seconda che la parte emersa subisca un innalzamento o un abbassamento.

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Perché la teoria di Wegener non venne accettata

Il punto debole dell'impalcatura della teoria di Wegener era l'incertezza delle forze motrici, come egli stesso ammette: " il Newton della teoria della deriva non è ancora apparso….E' probabile che la soluzione completa del problema delle forze motrici sia ancora lontana a venire, perché significa districare un groviglio di fenomeni interdipendenti in cui spesso è difficile distinguere la causa dall'effetto,"

Formulò tuttavia alcune ipotesi indicando due possibili componenti.

Una cosidetta forza di fuga dai poliUna cosidetta forza di fuga dai poli che doveva spiegare i movimenti dei continenti verso l'equatore e una sorta di forza di marea per spiegare la deriva una sorta di forza di marea per spiegare la deriva verso ovestverso ovest dei continenti americani

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I continenti si muovono?Prova delle anomalie magnetiche dei fondali oceanici

Agli inizi degli anni ’50, gli scienziati, usando strumenti magnetici (magnetometri) adattati dalle strumentazioni di volo sviluppate durante la II Guerra Mondiale per intercettare i sottomarini, iniziarono a rilevare strane variazioni magnetiche lungo il fondale oceanico.

il fondo oceanico risultò avere un disegno zebrato, ovvero bande alternate di rocce differenti dal punto di vista del magnetismo

una banda presentava una polarità normale e la banda adiacente polarità inversa.

Il disegno risultante, definito da queste bande di rocce alternate presentanti polarità diretta o inversa, divenne noto come "pattern zebrato".

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I continenti si muovono?Età dei fondali oceanici

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Catene montuose sottomarine e subaeree

Catene montuose sottomarine : le dorsali oceanicheCatene montuose sottomarine : le dorsali oceanicheCatene montuose subaeree : le cinture mobili orogenicheCatene montuose subaeree : le cinture mobili orogeniche

Fosse marine profonde e allungate : le fosse di subduzione Fosse marine profonde e allungate : le fosse di subduzione

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Dorsale oceanica (Mid-Ocean ridge)

Le dorsali formano un sistema di rilievi sommersi interconnesso, presente in tutti gli oceani, molto spesso nella parte mediana degli stessi, per uno sviluppo complessivo di 80.000 km.

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Dorsale oceanica (Mid-Ocean ridge)

Anomalie magnetiche lineariParallele alla dorsale oceanicaEtà max fondali oceanici < 200 MaEtà max rocce continentali ≈ 4 Ga

Le placche si allontananoLo spazio è colmato da magma basalticoIl magma è eruttato nella valle assiale di una catena sottomarina (dorsale medio-oceanica)La dorsale è 2-3000 m più elevata del fondo oceanicoLe dorsali sommano a 60000 km

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Attività sismica

corrispondenza tra attività sismicae

catene montuose sottomarine+ catene montuose subaeree (e fosse di subduzione)

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Attività vulcanica

corrispondenza tra attività vulcanicae

catene montuose sottomarine+ catene montuose subaeree (e fosse di subduzione)

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La teoria della Tettonica a ZolleSecondo questa teoria la parte superiore della terra e' considerata suddivisa in due strati con differenti proprieta' deformative. Lo strato superiore rigido, chiamato litosfera e' spesso circa 100 km sotto i continenti e circa 50 km sotto gli oceani ed e' costituito dalla crosta e dalla parte sottostante rigida del mantello superiore (vedere Sezione Interno della Terra).Lo strato sottostante, l' astenosfera si estende sino a 700 km di profondita' ed e' caratterizzato da rocce meno fragili, cioe' meno deformabili in confronto a quelle della litosfera. La litosfera rigida e' suddivisa in una dozzina di placche maggiori (che non coincidono necessariamente con i continenti) ed un gran numero di placche secondarie. Le placche litosferiche non sono stazionarie, al contrario esse "galleggiano" in modo complesso con velocita' dell'ordine dei 2-10 cm/anno sullo strato di rocce "soffici" della sottostante astenosfera.

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Le placche litosferiche

PlaccaArea interessata soltanto raramente da terremotiArea interessata soltanto in punti limitati da attività vulcanicaLo spessore della placca corrisponde allo spessore della litosferaFrammento rigido della litosfera terrestreSi muove orizzontalmente

Si congiunge ad altra placche lungo fasce sismicamente e/o vulcanicamente attive

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Le placche litosferiche terrestri

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Margini delle placche e movimenti relativi

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Margini delle placche e velocità di movimento

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Margini delle placche e velocità di movimento

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Margini delle placche

Divergenti (costruttivi)• Litosfera oceanica -

litosfera oceanica

Convergenti (distruttivi)• Litosfera oceanica -

litosfera oceanica• Litosfera oceanica -

litosfera continentale• Litosfera continentale -

litosfera continentale

Trascorrenti (conservativi)• Litosfera continentale -

litosfera continentale• (Litosfera oceanica -

litosfera oceanica)

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Margini delle placche

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Margini divergenti / costruttivi Dorsali oceaniche

I materiali caldi e fluidi - Magmi - affiorano in grande quantità e con continuità al centro degli oceani formando delle enormi catene di vulcani sottomarini: le DORSALI MEDIO OCEANICHE. In qualche caso queste formazioni emergono dal mare, l'Islanda ne è un eclatante esempio.

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Margini divergenti / costruttivi

L’Islanda

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Convergenza e Zone di subduzione

Dato che la Terra non aumenta di dimensioni, se lungo le dorsali si genera nuova crosta oceanica, devono esistere luoghi in cui la crosta oceanica viene consumata. Ciò avviene o in zone in cui una crosta oceanica sprofonda sotto un'altra crosta oceanica oppure dove una crosta oceanica si immerge sotto un continente (subduzione).

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Convergenza e Zone di subduzione

litosfera oceanica - litosfera oceanica

litosfera oceanica - litosfera continentale

litosfera continentale - litosfera continentale

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Formazione della catena delle Ande

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Margini convergenti / distruttivipiano di Benioff

Quando la placca più pesante e meno rigida affonda sotto l'altra (SUBDUZIONE), la frizione genera terremoti localizzati sul contatto tra la placca subdotta e mantelloI sismi sono distribuiti su una fascia detta Piano (o zona) di Benioff

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Fossa Aleutiana

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Margini convergenti: Zone di collisione

Quando il movimento relativo di due placche è convergente, quella più pesante e meno rigida, affonda sotto l'altra (SUBDUZIONE)

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Margini convergenti: Zone di collisione

Quando la porzione di litosfera oceanica interpostra tra due continenti è stata completamente subdotta, i due continenti entrano in COLLISIONE: avendo caratteristiche fisiche simili, nessuno dei due tende a sprofondare sotto l'altro, per cui si accartocciano l'uno contro l'altro

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Orogenesi: la catena dell'Himalaya

Tra le creazioni più maestose e visibili della tettonica a zolle c'è sicuramente l'imponente catena dell'Himalaya, che si estende per circa 2900 km lungo il confine tra l'India e il Tibet.

Circa 40 milioni di anni fa, il braccio oceanico della Tetide, che aveva separato i continenti settentrionali da quelli meridionali a partire dal tardo Giurassico, fu schiacciato nella sua porzione orientale dal sopraggiungere dell'India che, dopo essersi staccata dal Gondwana durante l'Era Mesozoica, arrivò in prossimità delle coste asiatiche alla velocità di circa 9 metri/100 anni (una velocità notevole, se si pensa che a muoversi era un blocco continentale!).

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Orogenesi: la catena dell'Himalaya

I meccanismi di formazione delle catene alpina ed himalayana ha portato all'elevazione di molte altre catene nell'area mediterranea

Catene legate all'orogenesi alpino-himalayana

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Margini trascorrenti / conservativi

Margini lungo i quali le placche scorrono l'una contro l'altraIl margine è una faglia trasformeIntensa attività sismicaNo attività vulcanicaEsempi:

faglia di San Andreas (Messico-USA occidentali)North Anatolian Fault (Turchia)

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Rift intracontinentali

Rift continentaledepressione tettonica allungata (rift valley = depressione fisiografica riempita da vulcaniti e sedimenti continentalilimitata da faglie (fratture della crosta) diretteFaglie legate a estensione dell’intera litosfera

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Rift intracontinentali

Rift attivolegato alla risalita di materiale molto caldo dal mantello profondo: plume mantellica

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Rift intracontinentali

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Schema sinottico

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I Mantle Plumes (Pennacchi)

Alcuni geofisici ritengono che dalla base del mantello si sviluppino colonne di materiale caldo ciascuno con un diametro di centinaia di Km che arriverebbero in superficie e si manifesterebbero nei Punti caldi (hot spot)

Prof. Paolo AbisI Punti caldi interferiscono con la litosfera

Hot spots / Mantle plumes

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Hot spots / Mantle plumesSi tratta della risalita di materiali caldi provenienti dal mantello, che attraversando le placche litosferiche producendo in superficie un vulcanismo caratterizzato da lave basaltiche. Un vulcanismo di questo tipo viene detto anche "intraplacca".

I Mantle plumes sono un fenomeno geologico proposto originariamente da W.Jason Morgan nel 1971. Vengono descritti come dei zampilli o pennacchi caldi, di materia relativamente promordiale, che risalgono dal profondo del mantello e che alimentano degli hotspot (bolle di magma), posti vicino alla superficie

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Hot spots / Mantle plumes

Le tracce del passaggio di un punto caldo al di sotto di una placca si presentano sotto forma di una catena di vulcani di età sempre più antica man mano che ci si allontana dal vulcano attivo.

Ne sono un esempio le isole Hawaii e le Tuamotu nel Pacifico, e le Canarie nell'Atlantico.

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Hot spots / Mantle plumesLa localizzazione degli hot spots è considerata fissa nel tempo, rispetto a un riferimento profondo (es. interfaccia nucleo-mantello)La localizzazione degli hot spots è usata per ricostruire I movimenti delle placche nel passato

Mappa che mostra la posizione di alcuni dei punti caldi più importanti

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Hot spots / Mantle plumesSecondo queste teorie i punti caldi sarebbero localizzati nella verticale di regioni al confine del nucleo e “pomperebbero” calore direttamente dal nucleo alla superficie, attraverso l’intero mantello.In tale prospettiva i movimenti delle placche sarebbero legati ai moti convettivi dell’intero mantello, ma con interferenze dovute alla risalita dei pennacchi.La loro azione continua sembra in grado di interrompere la continuità della litosfera (es. Islanda)

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I punti caldi ed il modello convettivoIl doppio modello di

circolazione del mantello: convezione Mantle plumes

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Motore profondo

Celle convettiveIl mantello è solido, ma è abbastanza caldo e debole da fluire lentamenteCome un fluido è sottoposto a convezione: le masse più calde si espandono, diminuendo di densità e tendono a risalireil mantello sottostante le placche è in lento movimentoLe placche sono passeggeri passivi di un nastro trasportatore

La convezione porta calore dall'interno verso l'esterno del pianeta, mantenendo l'astenosfera calda e debole

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Motore profondo

Le terorie sui moti convettivi propongono due modelli:Zona convettiva unica Zona convettiva su due livelli Mantello superiore e mantello inferiore con dei collegamenti dovuti alla risalita di materiali tramite i “Pennacchi”