Tettonica e Paleogeografia: dalle origini alla teoria delle placche

TETTONICA

e PALEOGEOGRAFIA Prof. Luca Bessone

Dalle ORIGINI alla TETTONICA A PLACCHE: teorie precedenti

Prima della teoria della tettonica a placche, diverse teorie cercavano di spiegare la distribuzione di continenti e oceani, la formazione delle montagne e i terremoti. Ecco alcune delle principali:

Teoria della Contrazione (o della Contrazione Termica)

• Proposta nel XIX secolo, suggeriva che la Terra si stesse raffreddando e contraendo nel tempo, causando la formazione di montagne e faglie sulla crosta terrestre (un po' come la buccia di una mela che si raggrinzisce mentre si secca);
• Problema: non spiegava la distribuzione dei terremoti né il movimento dei continenti.

Teoria dell'Isostasia

• Formulata tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo, indicava che la crosta terrestre galleggia su un substrato più denso (mantello), con masse continentali che si equilibrano in base alla loro densità;
• Sebbene corretta in parte, non spiegava il movimento orizzontale dei continenti.

Deriva dei Continenti (Alfred Wegener, 1912)

• Wegener propose che i continenti si muovessero lentamente sulla superficie terrestre e che un tempo fossero uniti in un unico supercontinente chiamato Pangea -- > si basava su prove come la somiglianza dei fossili e delle rocce su continenti oggi separati;
• Problema: non riusciva a spiegare il meccanismo del movimento.

TEORIA DELLA TETTONICA GLOBALE

Per spiegare la distribuzione dei vulcani e dei terremoti, alla fine del XX secolo, è stata elaborata la Teoria della tettonica globale o tettonica a placche:

1. la litosfera è suddivisa in un certo numero di placche incastrate una nell'altra come i pezzi di un puzzle;
2. le placche «galleggiano» sull'astenosfera sottostante e sono soggette a lenti movimenti orizzontali;
3. le placche si possono accrescere e distruggere, quindi la loro dimensione, forma e posizione geografica può cambiare nel tempo;
4. i movimenti generano attrito, spinte e tensioni lungo i margini di placca, mentre le regioni centrali di ciascuna placca sono sostanzialmente inattive e stabili.

NB: i margini di placca non sono necessariamente margini continentali Placca nordamericana Placca eurasiatica Placca dell'Anatolia Placca Juan de Fuca Placca indiana Placca dei Caraibi Placca delle Filippine Placca arabica Placca africana Placca delle Cocos Placca di Nazca Placca australiana Placca del Pacifico Placca sudamericana Placca antartica confini delle placche lungo i quali avvengono i più importanti eventi geologici: eruzioni vulcaniche, terremoti e orogenesi

7 placche principali

• placca nordamericana,
• placca sudamericana,
• placca africana,
• placca euroasiatica,
• placca indo-australiana,
• placca antartica,
• placca pacifica.

Placche minori (circa 15)

• placca di Nazca,
• placca delle Filippine,
• placca araba ...

CARATTERISTICHE DELLE PLACCHE

Le placche possono essere formate da sola crosta oceanica, da sola crosta continentale o da entrambe.

Crosta oceanica

• spessore sottile (tra 5 e 15 km)
• composizione uniforme (tre strati sovrapposti: inferiore di gabbri, intermedio di basalti e superficiale di sedimenti)
• densità maggiore (3,0 g/cm3)
• geologicamente più giovane (< 200 milioni di anni)

Crosta continentale

• spessore variabile (tra 30 e 90 km)
• composizione variabile (presenti tutti i tipi di rocce)
• densità leggermente minore (2,7 g/cm3)
• geologicamente più antica (> 200 milioni di anni)

Catena montuosa Crosta oceanica (3,0 g/cm3) km 0 - 10 20 Crosta continentale (2,7 g/cm3) 30 Moho 40 - Mantello (3,3 g/cm3) 50 Crosta oceanica Oceano Profondità al di sotto del fondo marino km- 0 1 Sedimenti 2,7 g/cm3 Crosta continentale 2,67 g/cm3 Crosta oceanica 2 4 Crosta granitica con elevato grado di metamorfismo Gabbro 6 Moho Moho- 8 Mantello Peridotite 3,3 g/cm3 10 Mantello 10 km Peridotite 3,3 g/cm3 Crosta continentale Rocce sedimentarie e magmatiche Basamento Basalto 3,0 g/cm3

MOVIMENTI DELLE PLACCHE

Calore interno della Terra

• in parte è il residuo del calore primordiale;
• in parte si rinnova per il decadimento radioattivo di isotopi (238U) soprattutto nel mantello

Cella convettiva

3 2 4 0 1 5 Il materiale dell'astenosfera si comporta come un fluido ad altissima viscosità: il calore si trasferisce dall'astenosfera alla sovrastante litosfera mediante moti convettivi (correnti calde di materiale che salgono verso quelle più fredde, mentre quelle fredde ridiscendono per il fenomeno della convezione, °T e densità dipendente) che generano le celle convettive (movimenti circolari descritti dai moti convettivi). Placca sudamericana Placca africana Dorsale medio-atlantica Placca di Nazca 1 Cella convettiva Litosfera oceanica Litosfera continentale Flussc discendente Flusso ascendente 1 Astenosfera

Ciclo intero di una cella convettiva (richiede centinaia di migliaia di anni)

calore in profondità (determina < densità) flusso ascendente > cessione di calore in superficie (determina > densità) flusso discendente ... Grado geotermico: numero di metri che bisogna scendere sotto la superficie terrestre per avere l'aumento di 1°C. In media, è di circa 39 m

MARGINI DI PLACCA

I margini tra le placche possono essere di tre tipi: divergenti, convergenti e trascorrenti. A B Margine di placca divergente Margine di placca convergente C Margine di placca conservativo

A] MARGINI DIVERGENTI (o costruttivi)

Quando la corrente ascendente tra due celle convettive diverge, per formare due rami orizzontali, la litosfera viene stirata in direzioni opposte e si assottiglia fino a spaccarsi: I il risultato è l'allontanamento di due placche l'una dall'altra. Essi sono caratterizzati da intensa attività vulcanica effusiva e da terremoti con ipocentro superficiale. Rift continentale 1 Magma Litosfera Astenosfera

A] MARGINI DIVERGENTI (o costruttivi)

Si trovano in corrispondenza delle dorsali oceaniche lungo le quali si costruisce nuova litosfera oceanica (espansione dei fondali). Bacino oceanico Rift continentale 1 Magma Litosfera Nuova crosta oceanica Penisola Arabica Mar Rosso Great Rift Valley OCEAN INDIAN Monte Kenya Kilimangiaro Rift continentale: zona di frattura che caratterizza la fase di nascita di un nuovo oceano all'interno di un continente (es. Great Rift Valley africana -- > margine divergente in uno stadio embrionale) Oceano «maturo» Dorsale 2 Dalla frattura che separa i blocchi continentali fuoriesce lava basaltica che genera nuova crosta e forma un nuovo pavimento oceanico. Nuova crosta oceanica 1 Rift oceanico 3 Dopo 50-60 milioni di anni i continenti sono separati da un fondale oceanico largo migliaia di kilometri, al cui centro corre una dorsale. Es. L'Oceano Atlantico è un oceano in fase matura, mentre il Mar Rosso è un oceano in fase giovanile. 1 La litosfera continentale comincia a spaccarsi. Astenosfera

B] MARGINI CONVERGENTI (o distruttivi)

Quando i rami orizzontali di due celle contigue convergono, si flettono e discendono verso il basso: il risultato è il movimento di una placca verso l'altra fino allo scontro Essi sono spesso caratterizzati da eruzioni vulcaniche ti tipo esplosivo e terremoti con ipocentri a varia profondità. A seconda della natura delle placche che si avvicinano, possiamo avere effetti diversi: subduzione e collisione.

1. Subduzione

a. Convergenza placca oceanica - placca continentale

La placca oceanica (essendo più densa) si immerge sotto la zolla continentale. La subduzione avviene lungo un piano inclinato in corrispondenza del quale si forma una fossa oceanica (depressione profonda, lunga e stretta). arco vulcanico: sistema di stratovulcani allineati parallelamente alla fossa oceanica. l'insieme della fossa e dell'arco vulcanico a essa associato è detto sistema arco-fossa Cordigliera: crosta continentale molto spessa in corrispondenza dell'arco vulcanico (es. cordigliera delle Ande). Fossa oceanica Arco vulcanico Placca oceanica Magma Placca continentale Litosfera Astenosfera Subduzione

1. Subduzione

b. Convergenza placca oceanica - placca oceanica

Una delle due placche scivola sotto l'altra a causa delle piccole differenze di densità legate alla rigidità e alla temperatura delle due placche: Arco vulcanico insulare Fossa oceanica Placca oceanica Subduzione si formano così una fossa in oceano aperto e un sistema di vulcani sottomarini che accrescendosi possono emergere e formare un arco vulcanico insulare (es. gli arcipelaghi come le Filippine, il Giappone e le isole Eolie). Isole Eolie

2. Collisione continentale

Quando a scontrarsi sono due placche continentali, entrambe hanno una densità troppo inferiore a quella del mantello per immergersi l'una sotto l'altra. Orogenesi: insieme dei processi e dei fenomeni geodinamici (sedimentari, magmatici e tettonici) che danno luogo alla formazione delle catene montuose. Non potendo sprofondare nell'astenosfera, i blocchi continentali spinti l'uno contro l'altro si piegano, si fratturano e si accavallano con conseguente formazione di una catena montuosa (le cui caratteristiche sono diverse da quelle generate dai sistemi arco-fossa). Catena montuosa Altopiano Crosta continentale Litosfera Astenosfera Antica crosta oceanica Collisione continentale detti ofioliti («pietre verdi» -- > rocce basaltiche di colore molto scuro provenienti dall'antico pavimento marino). India Placca eurasiatica 40 milioni di anni fa Himalaya Altopiano del Tibet India Placca eurasiatica Oggi Es. Himalaya Le differenze tra la collisione continente-continente e la subduzione sono utili per capire le differenze tra crosta continentale e oceanica: · la crosta continentale non si distrugge (più antica); · la crosta oceanica si forma e scompare ciclicamente (più giovane). Crosta continentale Tetide Arco vulcanico Crosta continentale India Placca eurasiatica Incastonati nelle rocce delle montagne si 60 milioni di anni fa trovano anche frammenti di crosta oceanica

C] MARGINI TRASCORRENTI (o conservativi)

Quando due placche scorrono in direzioni opposte o nella medesima direzione, ma con velocità differente, senza formazione o distruzione di litosfera. Il piano di scorrimento tra le due placche è detto faglia trascorrente (o faglia trasforme) Essi sono caratterizzati da terremoti, in genere di tipo superficiale, anche di grande violenza (ma non attività vulcanica, quindi non si produce nuova crosta). Caso particolare di faglia trasforme: Faglia di San Andrea Dorsale Juan de Fuca Zona di subduzione Nordamerica Epicentro del terremoto San Francisco Placca pacifica Placca nordamericana Los Angeles San Diego Oceano Pacifico Dorsale del Pacifico Orientale La faglia di Sant'Andrea corrisponde a un margine particolare perché collega un margine divergente con un margine convergente.