Le Piane Abissali: formazione, sedimenti e teorie geologiche

Le Piane Abissali

Le piane abissali sono estese aree pianeggianti che si trovano tra 3.000 e 6.000 metri di profondità; si tratta di zone assai piatte e monotone, in cui si trovano sporadicamente rari rilievi che consistono in resti di vulcani spenti. Sono comprese tra i margini continentali e la dorsale oceanica.

• Si trovano in tutti gli oceani del pianeta, e sopra i basalti a pillow presentano una coltre di sedimenti incoerenti, dovuti alla deposizione di clasti molto fini provenienti dai fiumi e dalle correnti di torbida (che possono rimanere in sospensione nelle acque anche decenni) e di resti di microrganismi che vivono nelle colonna d'acqua sovrastante.
• Lo spessore di questi sedimenti varia da 500 a 1.000 metri, a seconda della distanza dai margini continentali e dalla morfologia dell'oceano.

Talud continental Plataforma continental Islas de origen volcanico Dorsal oceânica Cuenca oceánica Fosa marina · Rift Prof.ssa Sonia Gelmetti morfologia dei fondali oceanici - teoria di Hess

Sedimenti delle Piane Abissali

• sedimenti di origine clastica sono soprattutto i fanghi argillosi, tipicamente di colore rosso a causa della presenza di ferro contenuto nei clasti e ossidato dall'acqua (argille rosse abissali). Sotto i 4.500 metri di profondità sono praticamente la quasi totalità dei sedimenti.

I . I sedimenti di origine organica sono invece i fanghi calcarei, che derivano dall'accumulo di gusci di animali marini ed alghe; i fanghi calcarei si trovano ad una profondità inferiore a 4.500 (profondità di compensazione dei carbonati), poiché a profondità superiore la pressione dissolve il calcare che quindi non si deposita.

• I fanghi silicei possono invece depositarsi a profondità maggiori, perché la silice è più resistente alla dissoluzione; i fanghi silicei derivano dall'accumulo di gusci silicei di diatomee e radiolari.
• Altri tipi di sedimenti sono quelli di origine chimica e sono rappresentati dai noduli polimetallici o di manganese, che contengono soprattutto manganese ma anche altri metalli, quali ferro, nichel, cobalto e terre rare.

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Formazione dei Noduli Polimetallici

• La formazione dei noduli non è ancora ben chiara, ma si tratta comunque di un fenomeno molto lento (milioni di anni); l'interesse verso questi depositi è molto aumentato attualmente ai fini dell'estrazione dei metalli.

Colline Abissali e Seamounts

• Le piane abissali sono caratterizzate dalla presenza di resti di vulcani sottomarini, che sono chiamati colline abissali o seamounts. Si pensa ce ne siano oltre un milione in tutti gli oceani, e sono molto frequenti nell'Oceano Pacifico.
• La loro altezza è molto variabile, da decine di metri a migliaia di metri; quelli di dimensioni maggiori un tempo erano emersi e formavano isole oceaniche.

. | seamounts sono molto spesso disposti in lunghe catene, come per esempio la Catena dell'Imperatore nell'Oceano Pacifico. A causa dell'azione erosiva, i seamounts possono presentare la sommità appiattita: questi rilievi peculiari furono scoperti da Harry H. Hess, che li chiamò guyot in onore del geologo svizzero Arnold Guyot.

Patton Seamount Chain Murray Smt. Marchand Smt. Chirikof Smt. Patton Smt. Prof.ssa Sonia Gelmetti - morfologia dei fondali oceanici - teoria di Hess

Plateau Basaltici Oceanici

• Le piane abissali sono caratterizzate anche dalla presenza di estesi plateau basaltici oceanici, dovuti all'attività vulcanica sottomarina, e simili ai plateau presenti sui continenti.
• Questi plateau sono formati da rocce basaltiche a cuscino, e sono presenti soprattutto nell'Oceano Pacifico e nell'Oceano Indiano. I plateau di maggiori dimensioni sono l'Ontong Java nell'Oceano Pacifico, e il plateau delle Kerguelen nell'Oceano Indiano.

U 60°N Shatsky Rise Hess Rise East Mariana Basin 0° Nauru Basin . Magellan Rise Caribbean Manihiki Ontong Java 30°S Hikurangi Madagascar Rise Broken Ridge Conrad Rise Kerguelen Plateau Maud Rise Elan Bank 1180° Prof.ssa Sognawelmetti - morfologia dei fondali oceanici - teoria di Hess 190°E 60°S Rio Grande Rise

Le Dorsali Oceaniche

• Le dorsali oceaniche costituiscono circa 70.000 - 80.000 km di rilievi che percorrono gli oceani di tutto il pianeta, ed occupano circa il 23% della superficie terrestre. Sono dette anche dorsali medio - oceaniche, per mettere in risalto il fatto che si trovano nelle zone oceaniche lontane dai margini continentali, e nel caso dell'Oceano Atlantico la dorsale è più o meno equidistante dai margini occidentali ed orientali del bacino.

Zolla euroasiatica Zolla nordamericana Zofia adriatica Zolta turca Zolla juan de fuca Zolla indiana Zolla caraibica Zolla delle filippine Zolla africana Zolla arabica Zolla di cocos Zolla pacifica Zolla indo-australiana Zolla di nazca Zolla sudamericana Zolla antartica Zolla scotia W E Dorsali Fondali oceanici Vulcani Fosse oceaniche S Prof.ssa Sonia Gelmetti - morfologia dei fondali oceanici - teoria di Hess N

Scoperta delle Dorsali Oceaniche

• L'esistenza delle dorsali oceaniche fu notata dalla geologa americana Marie Tharp (1920 - 2006), che trasformò le migliaia di informazioni ottenute con le spedizioni di esplorazione dei fondali oceanici in mappe estremamente dettagliate.
• Grazie al suo lavoro di disegno delle mappe (che all'epoca erano eseguite tutte a mano), Tharp fece notare che nel mezzo del fondale dell'Oceano Atlantico vi era una vera e propria catena montuosa che ricordava un vulcano lineare con eruzioni fissurali.
• Tharp ipotizzò già nel 1948 che la dorsale oceanica potesse determinare la deriva dei continenti, e che quindi fosse la causa dello spostamento dei continenti che Wegener a lungo aveva cercato; tuttavia l'ipotesi di Marie Tharp, così come la teoria di Wegener, non ebbe seguito tra i geologi dell'epoca.

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Struttura delle Dorsali Oceaniche

• La larghezza della dorsale oceanica varia da 1 a 4 km al massimo, e l'altezza è uguale a 2-3 km rispetto alla quota della piana abissale, alla quale si raccorda gradualmente con fianchi con inclinazione molto bassa.
• Lungo l'asse centrale di ogni dorsale, la cresta, è presente una fascia ribassata anche di 1-2 km simile ad una lunga valle con i fianchi molto ripidi: si tratta di una fossa a graben (rift valley), prodotta da sistemi di faglie dirette in un regime distensivo.
• Si tratta infatti di un lunghissimo vulcano lineare che percorre tutti gli oceani della Terra e che erutta lava basaltica che si solidifica in lava a pillow.
• Osservando la struttura delle dorsali vediamo che la fossa a graben non è continua, ma è interrotta da faglie con andamento perpendicolare al graben.

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Faglie Trasformi

. Queste faglie sono dette faglie trasformi, e si trovano all'incirca ogni 100 km sul percorso della dorsale; esse suddividono la dorsale in segmenti, e ogni segmento di dorsale rispetto al successivo è dislocato lateralmente per decine fino a centinaia di chilometri.

• Si tratta di zone di rottura dove i blocchi di roccia scorrono uno rispetto all'altro, e sono sede di terremoti; le faglie trasformi hanno l'aspetto di faglie trascorrenti in alcune loro parti, anche se prese in toto non sono faglie trascorrenti: il loro funzionamento è spiegato dalla teoria della tettonica a placche.

• La dorsale oceanica può avere quota elevata, ed emergere in alcune zone del pianeta, formando isole percorse dal vulcano lineare, come per esempio l'Islanda o le Isole Azzorre.

oceanic ridge crest transform foult Mid-Atlantic Ridge NORTH AMERICAN PLATE EURASIAN PLATE Krafla fracture zone fracture zone Thingvellir Reykjavik Mid-Atlantic Ridge ATLANTIC OCEAN oceanic ridge crest Prof.ssa Sonia Gelmetti - morfologia dei fondali oceanici - teoria di Hess ICELAND

Vulcanismo Idrotermale

• Le faglie trasformi possono estendersi anche all'interno di zone emerse, come nel caso della California, dove la faglia di San Andreas è un tratto di faglia trasforme, o della Nuova Zelanda.
• In corrispondenza delle dorsali si osservano anche fenomeni di vulcanismo idrotermale, con emissioni gassose ricche di elementi metallici e di zolfo, dette fumaioli neri o black smokes.

. Il contatto con l'acqua molto fredda del fondale causa la condensazione dell'acqua e la cristallizzazione dei metalli e dello zolfo in solfuri nerastri che si depositano sui fianchi della dorsale; la temperatura del gas di emissione è di circa 400℃, con pH 2,8; si tratta di condizioni che permettono l'esistenza di un ecosistema che si basa su batteri estremofili, che sono cibo per animali quali molluschi e vermi tubicoli.

Explorer- ridge CANADA Juan de Fuca ridge Subduction zone Blanco fracture zone UNITED STATES Mendocino fracture zone Relative motion of North American Plate San Francisco Murray fracture zone San Andre Relative motion Los of Pacific Plate Angeles MEXICO 11 Molokai fracture zone Rise East Pacific Prof.ssa Sonia Gelmetti - morfologia dei fondali oceanici - teoria di Hess

Il Piano di Wadati - Benioff

• Il geologo giapponese Kiyoo Wadati (1902 - 1995) studiando nel 1935 la distribuzione degli ipocentri dei terremoti avvenuti in Giappone, si rese conto che questi erano distribuiti secondo un piano inclinato che ha origine nella fossa oceanica e si estende molto in profondità sotto l'arco insulare giapponese.
• Nel 1949 il geologo americano Victor Hugo Benioff (1899 - 1968), sull'esempio del giapponese Wadati, si occupò di studiare i terremoti che avvengono negli archi insulari in corrispondenza delle fosse oceaniche, e concentrò la sua attenzione sui terremoti delle Isole Kermadec - Tonga.
• Individuando gli ipocentri dei terremoti Benioff confermò le conclusioni di Wadati, ossia che gli ipocentri dei terremoti, anche nel caso delle Isole Kermadec - Tonga, erano distribuiti lungo un piano inclinato di oltre 45° fino ad una profondità molto elevata, che andava ben al di sotto della litosfera: 670 km.

Kinos Nadati Prof.ssa Sonia Gelmetti - morfologia dei fondali oceanici - teoria di Hess

Ipotesi di Benioff sulla Litosfera Oceanica

• Benioff ipotizzò nel 1955 che la litosfera oceanica, in corrispondenza delle fosse oceaniche, si pieghi verso il basso sprofondando fino al mantello, dove le rocce, a causa delle elevate temperature, fondono andando ad formare il magma che alimenta i vulcani dell'arco insulare.
• Questo sprofondamento venne indicato come subduzione della litosfera oceanica, e il lembo di litosfera in lentissimo sprofondamento come piano di Wadati - Benioff.

. Secondo l'ipotesi di Benioff quindi, la litosfera oceanica viene gradualmente distrutta, ma continuamente rimpiazzata da nuova litosfera che si origina con l'emissione di lava da parte delle dorsali oceaniche.

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