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.

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.

• 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”.

Quindi…

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

• 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

La prova indipendente

Come è possibile però?!Scusa Lisa se fosse così

allora il fondale marino e la Terra si espanderebbero

all’infinito?

No papi perché ci sono le fosse di

subduzione!

DHO!

Le fosse di subduzioneI 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

• 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.

Piano di Benioff

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.

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.

Le celle convettive

Le faglie

• 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

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 principali1.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 convettivimoti convettivi

del mantello

MARGINI di AVVICIMAMENTO Quando due zolle si scontrano, si consuma si consuma

una parte della crosta terrestre.una parte della crosta terrestre. Si può verificare:Scontro tra due zolle continentali con

formazione di montagnemontagne

Scontro tra due zolle oceaniche con formazione di fosse oceaniche fosse oceaniche e archi insulari vulcaniciarchi insulari vulcanici.

Scontro tra zolle continentali e oceaniche, con formazione di zone di

subduzione, fosse e vulcani costierifosse e vulcani costieri.

Scontro di due zolle continentali:

• Conseguenza dello scontro di due zolle continentali è l’ OROGENESIOROGENESI.

• La collisione tra l’India e l’Asia ha formato la catena dell’Himalaya, quella tra Africa ed Europa le Alpi.

si ha una subduzione e la formazione di una fossafossa e di un arco vulcanico insularearco vulcanico insulare; in questo modo si sono formate le fosse delle Filippine e delle Marianne e si è formato l’arcipelago giapponese.

Scontro tra due zolle oceaniche

Scontro tra zolle continentali e oceaniche

• Si ottiene una zona di subduzione con formazione di fossefosse.

• Le rocce oceaniche più pesanti sprofondano nel mantello e dilatandosi creano pressioni che determinano la risalita del magma attraverso vulcani costierivulcani costieri . Un esempio è la fossa del Cile con la Cordigliera delle Ande.

MARGINI di ALLONTANAMENTOQuando 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 fagliafaglia

Le tensioni determinate dal movimento di slittamento causano violenti terremoti.

Nella foto possiamo vedere la faglia di San Andreas in California

La fagliafaglia è una fratturafrattura della crosta terrestre, originata da forze tettoniche, in corrispondenza della quale si verifica un moto di scorrimento parallelo al piano di frattura fine