Lez. 1. Crosta-Litosfera di oceani e continenti

TETTONICA
1. Crosta e Litosfera di
oceani e continenti
Prof. Luigi Ferranti
DiSTAR - Università di Napoli ‘Federico II’
layering
composizionale
(sismico)
crosta & mantello
vs.
layering termoreologico-meccanico
litosfera & astenosfera
Stratificazione sismica dell’interno della terra
Le onde P e S subiscono brusche variazioni di velocità suggerendo che ci sono
discontinuità nell’interno terrestre
La crosta e la Moho
La crosta è il più esterno dei tre livelli
composizionali (sismici) della terra.
E’ separata dal mantello da un aumento ben
definito nelle velocità delle onde P, la
cosiddetta Discontinuità di Mohorovicic
(Moho).
Andrija Mohorovicic (1857-1936) fu
un metereologo e sismologo croato.
‘refraction Moho’: Moho formalmente
definita.
In uso comune nei continenti:
‘reflection Moho’: una singola prominente
riflessione alla base di una riflettività
stratificata, sopra una regione poco o non
riflettiva, circa alla profondità della Moho a
rifrazione.
Spessori
crostali
(da sismica a rifrazione, strutture ≥150 km)
http://quake.wr.usgs.gov/research/structure/CrustalStructure/
Distribuzione delle quote topografiche
(diagramma ispometrico)
Le osservazioni sismologiche, geologiche e morfometriche indicano
che esistono due tipi di croste: oceanica e continentale
CONTINENTI
QUESTA PARTE
DELLA TERRA la
possiamo esplorare
da vicino
sui versanti e
pareti ben
accessibili
per procurarcene
parti da esaminare
in laboratorio
Oceani
questa parte la
possiamo studiare
per lo più in
maniera indiretta
Crosta
Oceanica vs.
Continentale
•
•
•
•
I due tipi di crosta sono
composizionalmente distinti tra loro e
dal mantello sottostante.
La crosta Continentale ha composizione
globale andesitica (~60% SiO2) (Vp ~ 6
km/s).
La crosta Oceanica ha composizione
globale basaltica (~50% SiO2) (Vp ~6.8
km/s).
Il mantello (litosfera inferiore e
astenosfera), ha composizione
ultramafica o peridotitica (~45% SiO2)
(Vp ~8 km/s).
Differenze tra crosta oceanica e continentale
Ocean Basins
Continents
Thickness
6±1 km
~40 km
Composition
Basalt (~50% SiO2)
Andesite (~60% SiO2)
Max. Age
170 Ma
4000 Ma = 4.0 Ga
Origin
Seafloor spreading
Elevation
=f(age)
=f(tectonics)
Demise
Subducted
Immortal
Humans
No
Yes
Arc magmatism & accretion
Eventi nella storia della Terra e età di
crosta continentale e oceanica
Gli studi di sismica a rifrazione e delle ofioliti affioranti indicano che la
crosta oceanica è composta di tre livelli ed è spessa 5-7 km
Sismica a
Rifrazione
Studi di rocce a terra
Composizione della
crosta oceanica:
modello delle
ofioliti (ideale)
Pelagic sed., Southern
Apennines
Pillows, Southern Apennines
Gabbro, Southern Apennines
Peridotite (serpentinite),
Coast Range, California
Nota che la “Moho
sismologica” (definita
dalleVp) giace sopra le
peridotiti, ma il limite crostamantello o “Moho
petrologica” definita dalla
distinzione tra cumuliti e
restiti giace entro il layer
ultramafico
Batimetria della crosta oceanica
(gravità da satellite)
Età della crosta oceanica
Modello composizionale di crosta continentale
Il modello petrologico-fisico suggerisce una forte variabilità laterale
Comunque si verifica un aumento delle velocità con la profondità
Età della crosta continentale (stabilita con gli Zirconi)
•Picchi di produzione di crosta continentale = eventi di assemblaggio di
supercontinenti
•Minimi di produzione = eventi di rottura di supercontinenti
Condie & Aster, 2009
ProvinceTettoniche nella crosta continentale
La crosta continentale è composta di molte province (o regioni) geologiche
Province crostali (continenti)
1. Scudi
2. Piattaforme
3. Grandi province ignee (Large Igneous
Provinces, LIP)
4. Bacini
-Bacini Cratonici
-Bacini di avanfossa
5. Crosta estesa
- Margini passivi
- Rift continentali
6. Orogeni
- Archi insulari
- Archi Continentali
- Avanrchi
Provincia Geologica :
“qualsiasi vasta regione tutte
le parti della quale hnno
simili cartteristiche o un
storia significativemente
differente dalle aree
adiacenti" (Glossary of Geology,
1980).
Cratoni – scudi–
piattaforme
Craton
Shield
• Tutti e 3 termini si
riferiscono all’interno
stabile dei continenti
• Cratone = antica crosta
stabilizzata da tempo
(rocce ignee e
metamorfiche).
• Scudo =cratone affiorante
• Piattaforma = cratone
ricoperto da rocce
sediementarie più giovani
Scudi precambriani
Divisi in
Terrane archeani e
Proterozoici
Archeano: 4-2.5 Byr
Proterozoico: 2.5-0.5 Byr
Terrane archeani:
a)
b)
Regioni di gneiss
di alto grado
(antica crosta
continentale?)
Greenstone belts
(antiche suture
ofiolitiche?)
Kalahari craton, S Africa
Barberton Greenstone
belt
Terrane proterozoici
A differenza dei terrane archeani, dove esiste tettonica diffusa, i cratoni del
Proterozoico sono stabili (sedimenti indeformati sopra il basamento deformato
Archeano)
Si distinguono solo 2 tipi di “aree mobili”:
1) Complessi stratiformi mafici-ultramafici; massicci anortositici anoregnici
2) Aulacogeni
Aulacogeni in N America
•Graben lineari con spesse
successioni sintettoniche.
•Spesso invertiti
•Prima testimonanza di
tettonica fragile
•Tettonica proterozoica più
simile alla fanerozoica
Bacini cratonici
Nel Fanerozoico, sono
diffusi bacini cratonici
separati da archi (aree
sorgenti) lontano da
limiti di placca
Orogeni – Fasce Orogeniche
• Fasce orogeniche: fasce di alto rilievo molto deformate (catene
montuose)
• Orogeni: settori crostali deformati nello stesso intervallo di tempo e
bacini associati (possono esserci orogeni estensionali, trascorrenti,
compressivi) - > Megasutura
Limiti di megasutura:
Tipo A (Ampferer)
Tipo B (Benioff)
Spessore
crostale
(continenti)
Struttura della crosta
continentale in N America
Perforazioni scientifiche Continentali
(a)
(b)
Kola borehole. Sedimenti Proterozoici e gneiss Archeani tagliati da faglie
KTB borehole. Sequenza Metamorfica (1=HP 475 Ma; intrusione granitic 310 Ma).
(Smithson et al., 2000 Tectonophysics 329, 301-317)
Lithosfere = Placche = Zolle
Litosfera vs. Astenosfera
Il mantello litosferico differisce dalla astenosfera sottostante per il suo comportamento reologico
(“fluisce”) piuttosto che per la sua composizione chimica (come crosta e mantello).
Sotto l’influenza degli sforzi remoti e di lungo termine che guidano la tettonica a placche, la
litosfera risponde rigidamente mentre l’astenosfera si comporta come un fluido viscoso.
Poprietà meccaniche più debole (astenosfera) ->alte temperature + fluidi
Spessore litosferico:
pochi km sotto le dorsali;
00 - 150 km sotto i vecchi bacini oceanici;
250 - 300 km sotto i continenti.
Evidenza sismologica della
litosfera e dell’astenosfera
La zona sismica a bassa velocità (low
velocity zone - LVZ) nel mantello
superiore è netta nelle onde S
Questa indica un bsso modulo di taglio,
dunque un materiale prossimo alla
temperatura di fusione (e meno
resistente).
Basse Vs (rosso) indicano astenosfera, alte Vs (blu) indicano litosfera
La litosfera è più spessa sotto i continenti che sotto gli oceani
La LVZ è meglio definita sotto gli oceani che sotto gli scudi continentali ->
La litosfera oceanica è meglio definita sismologicamente della litosfera
continentale.
Carlson et al. 2005 - Ritsema et al. 2004
Profilo reologico della litosfera
After Kohlstedt et al., 1995