La Tettonica delle Placche e la Deriva dei Continenti, Appunti Universitari

Alfred Wegener e la Deriva dei Continenti

Alfred Lothar Wegener propose la teoria della deriva dei continenti basandosi su osservazioni di tipo geografico e geologico:

• In continenti oggi distanti (es. Antartide, India, Sudamerica) si rinvengono le stesse associazioni di fossili.
• Regioni oggi alle basse latitudini furono soggette a climi polari nel passato.
• Alcuni continenti si incastrano uno con l'altro come un puzzle (es. SudAmerica-Africa).
• Rocce depositatesi nel passato nel medesimo ambiente sono oggi distribuite in diversi continenti (es. SudAmerica-Africa, NordAmerica-Europa).

Il concetto di base è quindi che i continenti si spostano orizzontalmente e che questi movimenti sono responsabili per il modellamento dei paesaggi superficiali, almeno a grande scala.

Prove Paleontologiche della Deriva dei Continenti

Se la deriva dei continenti non fosse vera le spiegazioni alternative sarebbero:

• le specie si sarebbero evolute indipendentemente in diversi continenti, contraddicendo la teoria di Darwin o
• sarebbero migrate a nuoto a coppie da un continente all'altro per stabilire una seconda popolazione

Resti di Mesosaurus, rettile di acqua dolce simile coccodrillo vissuto nel Permiano (286-258 Ma) si trovano solo in Sudafrica e nella parte orientale del Sudamerica. Non poteva nuotare per coprire la distanza attuale tra i due continenti suggerendo quindi che dovessero essere uniti.

Il Cynognathus è un rettile simile ai mammiferi il cui nome significa "mascella di cane", grande come un lupo moderno. Visse durante parte del Triassico (250-240 Ma). Si trova solo in Sudamerica e nella parte meridionale dell'Africa.

Il Lystrosaurus (rettile pala) visse all'inizio del Triassico (250 Ma). Era erbivoro e aveva all'incirca la forma di un maiale. I resti fossili si trovano in Antartide, India e Sudamerica.

Il Glossopteris era un albero (o un cespuglio) legnoso che produceva semi. Il nome significa "lingua" per la forma delle foglie. Poteva raggiungere un'altezza di 30 metri. Si è evoluto durante il Permiano (299 Ma) e divenne la specie dominate in tutto il periodo alla fine del quale si estinse. I resti fossili si trovano in Australia, Sudafrica, Sudamerica, India e Antartide.

Prove Geografiche della Deriva dei Continenti

La coincidenza tra le line di costa del Sudamerica e dell'Africa Occidentale erano già note.

La miglior corrispondenza si ottiene prendendo come bordo la linea di costa a 1000 m sotto il livello marino attuale.

Le aree coincidenti o con dei vuoti possono essere spiegate come:

• Erosione delle coste dopo la separazione dei continenti
• Deposizione lungo le coste dopo la separazione
• Salita del livello marino dopo la separazione
• Variazioni del livello marino dopo la separazione

Prove Geologiche della Deriva dei Continenti

Quando fu realizzata la cartografia geologica del Sudamerica orientale e dell'Africa occidentale ci si accorse che gli affioramenti delle rocce più antiche (2 Miliardi di anni) erano continue da un continente all'altro.

Le lave delle eruzioni vulcaniche (i basalti) erano continue nei diversi continenti

Le datazioni radiometriche dei basalti associati con rocce sedimentarie glaciali, eoliche e organogene (carbon fossile) corrispondevano, quindi si erano deposte nei medesimi ambienti nello stesso momento.

I resti delle catene montuose di età compresa tra 450 e 400 Ma si trovano separate in diversi continenti. I pezzi di queste catene (dette Caledoniane) si trovano in Groenlandia, Canada, Irlanda, Inghilterra, Scozia e Scandinavia. Riassemblando queste masse continentali formano una catena lineare e continua.

Depositi glaciali Permo-Carboniferi (ca. 300 Ma) si trovano in Antartide, Africa, Sudamerica, India e Australia. Se i continenti non si fossero mossi dalla posizione di oggi si dovrebbe ipotizzare una calotta glaciale che si estendeva dal polo ben oltre l'equatore. Se i continenti dell'emisfero australe vengono rassembrati vicino al polo sud la calotta polare assume una forma e una dimensione più verosimile.

Paleomagnetismo e Movimento dei Continenti

Alla fine degli anni '50 il paleomagnetismo prova in parte il movimento dei continenti.

Il Campo Magnetico Terrestre è definito da un Polo Nord e Sud allineati in genere con l'asse di rotazione Terrestre. Le linee di forza entrano nella Terra nell'emisfero boreale e escono dall'emisfero australe.

Osservando l'andamento delle linee di forza si nota che l'angolo delle linee (e quindi il loro orientamento) è diverso secondo la latitudine. Ai Poli le linee sono verticali, all'equatore sono orizzontali, alle latitudini intermedie hanno angoli compresi tra 0° e 90°In natura esistono minerali (es. magnetite) che si orientano secondo il campo magnetico al momento della deposizione o formazione e quindi ne registrano il campo magnetico terrestre del tempo corrispondente.

La conformazione del campo magnetico terrestre, quindi, prevede una relazione semplice tra latitudine di un punto sulla Terra e l'inclinazione magnetica delle rocce magnetizzate all'atto della loro formazione.

Quindi misurando l'inclinazione del vettore di magnetizzazione naturale di una roccia, possiamo risalire alla latitudine alla quale la roccia si è formata.

Negli anni '50 si osservò che rocce antiche si formarono (cioè furono magnetizzate) a latitudini diverse da quelle attuali.

L'interpretazione fu che i continenti si spostarono nel corso delle ere geologiche.

Questa scoperta confermò la Deriva dei Continenti di Wegener e segnò la nascita della Teoria della Tettonica a Zolle.

Inoltre, il campo magnetico terrestre ha cambiato polarità più volte nel passato, cioè i poli magnetici si sono invertiti.

Una prova decisiva negli anni '60 venne dall'esplorazione dei fondali oceanici e dalle anomalie magnetiche associate.

I fondali oceanici risultarono essere costituiti da rocce che si solidificano fuoriuscendo dalla dorsale medio-oceanica e le rocce risultanti hanno polarità magnetica simmetricamente sui due lati.

L'età delle anomalie magnetiche: non esistono fondali oceanici (cioè crosta oceanica) più antichi di 180 Ma.

L'osservazione mise in evidenza che tutti gli oceani si sono formati all'incirca nella stessa età e che tutti i continenti si sono spostati uno rispetto all'altro e che i fondali oceanici si sono espansi lungo le dorsali medio-oceaniche che costituiscono dei margini che separano diverse zolle o placche terrestri.

La Tettonica delle Placche

• Litosfera: la parte rigida superficiale della Terra, spessa ~ 100 km. Le zolle sono costituite da litosfera.
• Astenosfera: la parte più superficiale e fluida del mantello sottostante la litosfera.
• Le zolle o placche litosferiche si muovono come scivolando e galleggiando sull'astenosfera; la crosta terrestre sarebbe è suddivisa in ca. 20 zolle in movimento relativo una rispetto all'altra.

L'asse di espansione a velocità più alta attualmente è l'East Pacific Rise tra zolla di Nazca e zolla Pacifica con punte di ~15 cm/anno (come la crescita media dei capelli!).

Relazioni tra i Margini delle Placche e i Fenomeni Geologici: Terremoti e Vulcani

Esistono quindi 3 principali tipi di margini di placca:

1. TRASFORME: sui margini trasformi le placche si muovono scivolando LATERALMENTE una rispetto all'altra.
2. DIVERGENTE: lungo i margini divergenti le placche si muovono ALLONTANANDOSI una rispetto all'altra e creano nuova litosfera (basalti , rocce magmatiche effusive). Lungo questi margini la litosfera ha il minimo spessore e il mantello fuoriesce sui fondali oceanici.
3. CONVERGENTE: lungo i margini convergenti le placche collidono e una delle due (quella costituita da crosta più leggera, oceanica) è spinta in basso fino al mantello dove fonde e viene riciclata.

Il fenomeno che si osserva a grande scala è la creazione di nuova crosta (o litosfera) lungo i margini divergenti (detti anche costruttivi) e la simmetrica distruzione di crosta lungo i margini convergenti (o distruttivi). Lungo i margini trasformi (dove avviene il movimento laterale tra due placche) non c'è né creazione né distruzione di litosfera.

I movimenti di convergenza (compressione), divergenza (distensione) e trascorrenza (movimento laterale) porta alla deformazione della crosta terrestre a comportamento prevalentemente rigido.

Le rocce inizialmente si deformano piegandosi e generando PIEGHE.