l`esplorazione dei fondali oceanici

Cognome....................................................................... Nome ............................................................................. L’ESPLORAZIONE DEI FONDALI OCEANICI Il periodo che va dalla fine della Seconda Guerra Mondiale al decennio 1960‐70, fu caratterizzato da un forte impulso di studi e ricerche di tipo oceanografico e geofisico condotti sui fondali marini. I risultati che ne scaturirono rivoluzionarono completamente le scienze della Terra e in particolare le conoscenze circa il comportamento dinamico della crosta terrestre; nello stesso tempo convalidarono le ipotesi di Wegener. L’esplorazione dei fondali oceanici fu resa possibile dallo sviluppo di nuove tecnologie di indagine e soprattutto dall’impiego di navi per ricerche oceanografiche, equipaggiate con avanzati strumenti di rilevazione e attrezzate per trivellare la crosta oceanica a grandi profondità ed estrarne campioni. Uno strumento che si rivelò particolarmente utile nelle ricerche oceanografiche fu il sonar, in grado di tracciare il profilo dei fondali oceanici attraverso l’invio e la ricezione di ultrasuoni (segnali acustici ad alta frequenza). Fu così possibile effettuare per la prima volta una “mappatura” completa dei territori sommersi sotto le acque. Si poterono scoprire straordinari dettagli di un paesaggio rimasto da sempre nascosto alla vista; tra questi, profonde fosse lungo il margine dei continenti e soprattutto la presenza di lunghissime catene montuose di natura vulcanica che si innalzavano dai fondali fino a circa 3000 m di altezza: le dorsali oceaniche. Le dorsali oceaniche percorrono tutti gli oceani, per uno sviluppo complessivo di oltre 60 000 km: per tutta la loro lunghezza sono solcate da una profonda spaccatura centrale, chiamata rift o fossa tettonica, lungo la quale è stata rilevata una persistente attività sismica. Le dorsali non sono continue, ma tagliate trasversalmente da fratture, dette faglie trasformi, risultando perciò frammentate in “segmenti” che possono muoversi orizzontalmente: anche qui si originano terremoti. In corrispondenza della rift delle dorsali è stato rilevato un flusso di calore molto maggiore che nelle altre parti dei fondali oceanici e ciò segnala la risalita di materiale magmatico. In effetti, al centro della rift la crosta è molto sottile e percorsa da fratture da cui può fuoriuscire magma; in pratica si è in presenza di un sistema di vulcani di tipo lineare. L’espansione dei fondali oceanici Sulla base di queste scoperte, dei risultati di altre indagini sulla crosta oceanica e tenendo conto di precedenti ipotesi (deriva dei continenti, esistenza di moti convettivi nel mantello), nel 1960 il geologo statunitense Harry Hess (1906‐1969) elaborò la teoria dell’espansione dei fondali oceanici. Secondo questa teoria, le dorsali oceaniche si trovano in corrispondenza dei punti dove i materiali più caldi provenienti dall’astenosfera, che circolano lentamente sospinti da moti convettivi, convergono verso la superficie, per poi divergere in due flussi laterali; dove le correnti in risalita iniziano a divergere si possono creare sforzi di “distensione” nella litosfera rigida, che provocano al suo interno lacerazioni: sarebbero proprio queste lacerazioni all’origine della formazione delle dorsali stesse. Attraverso le fratture presenti alla base delle dorsali, il magma si riversa all’esterno come lava basaltica, che solidificando va a creare continuamente nuova crosta oceanica su entrambi i lati della dorsale. La crosta che via via si genera si salda alla precedente: questa viene spinta verso l’esterno e si allontana man mano dalla dorsale, trascinata dai sottostanti movimenti orizzontali nell’astenosfera; il risultato è la progressiva espansione o distensione del fondale oceanico, accompagnata dallo spostamento nel loro insieme delle porzioni di litosfera interessate. Poiché il volume della Terra si mantiene costante, da qualche altra parte la crosta “vecchia” deve venire distrutta. È ciò che si verifica in corrispondenza delle fosse oceaniche, profonde depressioni lunghe migliaia di chilometri che si allineano in particolare lungo i margini continentali pacifici dell’Asia e delle Americhe. Le fosse corrispondono a zone dove convergono i sottostanti moti convettivi discendenti di materiale dell’astenosfera: questo, essendosi raffreddato e appesantito, ridiscende verso il basso, completando così il “circuito”. In corrispondenza delle fosse la litosfera subisce fenomeni di compressione: queste zone sono perciò estremamente instabili, caratterizzate da intensa attività sismica e vulcanica; è qui, infatti, che la crosta oceanica più “pesante” di quella continentale si immerge al disotto di questa e, a una certa profondità, fonde, tornando in parte a incorporarsi nel mantello; questo fenomeno è chiamato subduzione e in un certo senso chiude un grandioso ciclo continuo di scomparsa e rinnovamento della crosta terrestre di tipo oceanico, che le acque degli oceani avevano tenuto a lungo nascosto. La teoria di Hess era in grado di spiegare i risultati di una serie di indagini compiute sui fondali. Una delle più importanti riguarda lo studio dei sedimenti. I sedimenti sono resti di minuscoli organismi marini e di detriti trasportati dai fiumi e dai venti, che si depositano sui fondali marini con una certa velocità media calcolabile, formando uno strato di copertura compatto e solidale con la sottostante crosta oceanica basaltica. Analizzando campioni di sedimenti prelevati in più punti dei fondali, si è osservato che il loro spessore aumentava quanto più ci si allontanava dalla dorsale, segno che la crosta vicina alla dorsale è più giovane di quella via via più distante. Se ne ebbe la controprova valutando l’età dei sedimenti (e indirettamente delle rocce basaltiche sottostanti) con metodi radiometrici (basati su misure di radioattività): si è accertato così che l’età aumenta con la distanza dalla dorsale e in modo simmetrico su entrambi i lati e che in nessun caso supera i 200 milioni di anni; per confronto, le rocce sui continenti sono in genere molto più antiche, potendo arrivare a un’età superiore a 3800 milioni di anni. Il paleomagnetismo La conferma più importante dell’espansione dei fondali oceanici proviene dallo studio e dall’interpretazione della magnetizzazione riscontrata nelle rocce basaltiche della crosta oceanica. Alcuni minerali di ferro, come la magnetite, presenti in molti tipi di rocce, hanno la caratteristica di essere magnetizzati in modo permanente in quanto le loro particelle tendono ad allinearsi secondo la direzione delle linee di forza del campo magnetico terrestre (come fa l’ago di una bussola). Questo allineamento può verificarsi a livello dei singoli atomi di ferro durante la formazione di rocce magmatiche che , come quelle basaltiche, contengono minerali di questo elemento. Per esempio, in una lava ancora fluida gli atomi di ferro sono orientati in modo disordinato, casuale: infatti, a una temperatura superiore al cosiddetto punto di Curie (circa 580 °C) i materiali magnetici si smagnetizzano (come accade se scaldiamo della magnetite oltre il punto di Curie). Quando la lava, solidificando, diventa abbastanza fredda, i singoli microcristalli di magnetite assumono la stessa orientazione del campo magnetico terrestre in quel dato luogo e in quel dato momento; la roccia, cioè, si magnetizza e conserva nel tempo la magnetizzazione così acquisita. L’”impronta magnetica” che in tal modo rimane registrata nella roccia prende il nome di magnetismo fossile o paleomagnetismo. Esperienza che dimostra l'esistenza di fenomeni di memoria magnetica: campione di roccia vulcanica magnetizzato (A); il campione si smagnetizza quando viene riscaldato al di sopra della temperatura di Curie (B); nel processo di raffreddamento e solidificazione alla presenza di un campo magnetico F, i momenti M dei domini ferromagnetici tendono ad allinearsi con il campo F, pur se contrastati dall'agitazione termica (C); avvenuta la solidificazione, il momento magnetico M della roccia mantiene intensita e verso anche in presenza di cambiamento del campo magnetico esterno (D). In base a studi compiuti, dopo il 1950, sul paleomagnetismo delle rocce terrestri si sono scoperti due fenomeni interessanti. Il primo riguarda la migrazione apparente dei poli. Osservando l’orientamento dei minerali magnetici in rocce appartenenti a età differenti, si è visto che più le rocce sono antiche più l’indicazione della posizione dei poli risulta spostata rispetto a quella odierna; inoltre, campioni di rocce europee e nordamericane della stessa età indicavano posizioni differenti dei poli, come se ci fossero stati due poli nord e due poli sud; dovendo escludere questa possibilità e non essendoci alcuna indicazione di spostamenti così rilevanti dell’asse magnetico terrestre, non rimaneva che una spiegazione: si erano spostati i continenti e ciò avvalorava l’ipotesi di Wegener. Il secondo fenomeno riguarda l’inversione della polarità magnetica. Esaminando il paleomagnetismo di rocce magmatiche terrestri di età differente, si è giunti alla conclusione che il campo magnetico terrestre si è letteralmente invertito più volte nelle epoche passate: a periodi in cui la polarità era normale, cioè con i poli nord e sud nella posizione attuale, si alternavano periodi in cui al posto del Polo Nord si trovava il Polo Sud e viceversa, cioè la polarità era invertita (le cause del fenomeno sono tuttora poco chiare). Il ripetersi del fenomeno con una certa regolarità permise di stabilire, valutando l’età delle rocce, una vera e propria cronologia di questi eventi di inversione magnetica. Strettamente collegato a questo fenomeno ce n’è un terzo, molto importante, scoperto nel 1963 nelle rocce dei fondali marini: si tratta delle cosiddette anomalie magnetiche. Alcuni scienziati notarono che nella crosta basaltica depositata ai lati di una dorsale oceanica era individuabile una serie di bande o strisce parallele di roccia magnetizzata alternativamente ora con polarità normale ora con polarità inversa; la disposizione delle bande era simmetrica rispetto all’asse della dorsale. Il significato di tutto questo apparve evidente: le varie coppie di bande rocciose dovevano essersi formate in epoche diverse, in cui prevaleva un orientamento magnetico ora normale ora inverso; di conseguenza, man mano che ci si allontana dalla dorsale si ritrovano bande di crosta terrestre sempre più antiche. Questo fenomeno fu verificato puntualmente in tutte le dorsali oceaniche. Ciò conferma in modo incontrovertibile che la crosta oceanica si è spostata nel tempo, in seguito all’espansione dei fondali: è la prova definitiva dell’ipotesi di Hess. Si è potuto calcolare che la velocità di espansione oscilla da 1 cm a 18 cm l’anno in funzione del luogo. DOMANDE DI APPROFONDIMENTO 1.
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Cosa sono i sonar? Cosa si intende per rift? Come avviene l’espansione dei fondali oceanici? Che cos’è la subduzione e dove si verifica? Che cosa ha evidenziato lo studio dei sedimenti oceanici? Quali fenomeni si sono scoperti studiando il paleomagnetismo delle rocce? In cosa consistono le anomalie magnetiche? .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................................................