Lic. classico” D. A. Azuni” - Sassari
Dalla deriva dei continenti
alla Tettonica delle placche
Prof. Paolo Abis
http://web.tiscali.it/abitec_2/
I continenti sono mobili? Prime idee
Fino alla fine del XVIII secolo
Catastrofismo
1596
il cartografo olandese Ortelius nota che accostando le coste di Africa, Europa,
Sud America e Nord America si ottiene un incastro sorprendente
Ipotesi: le Americhe sono state strappate via da Africa-Europa da terremoti e
alluvioni
Metà del XIX secolo
Attualismo (uniformitarianism)
Uniformitarian principle (Hutton, 1785: "I fenomeni del passato si possono
spiegare osservando quelli del presente")
Nel 1858
Snider-Pellegrini
Propone per la prima
volta la teoria della
deriva dei continenti
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Il Catastrofismo
Il Catastrofismo è una teoria, detta anche "dei cataclismi", avanzata nel
1815 dal naturalista francese Georges Cuvier. In continuazione
culturale con l'esegesi biblica e il Plutonismo, è stata messa a punto per
spiegare i cambiamenti verificatesi nella fauna e nella flora della Terra
nel corso della sua storia naturale, senza far ricorso a delle teorie
evoluzionistiche.
Pur essendo, infatti, un profondo conoscitore di fossili, Cuvier non
accettò una teoria evolutiva ma per conciliare la visione tradizionale,
fissista, come si era rivelata anche quella del naturalista svedese
Linneo, del mondo vivente, con la realtà di fossili diversi dalle forme
viventi attuali, elaborò questa teoria, che può essere spiegata in questo
modo.
Dio avrebbe creato un numero di specie superiore a quelle attuamente
viventi; catastrofi maturali, quali inondazioni, terremoti, eruzioni
vulcaniche, ecc. avrebbero periodicamente distrutto gli esseri viventi di
una regione che sarebbe stata poi ripopolata dalle specie provenienti
dalle aree geografiche circostanti. Egli riteneva che l'ultima delle
catastrofi fosse il Diluvio Universale, il cui ricordo si è tramandato
grazie alla Bibbia
Prof. Paolo Abis
L'attualismo
L'attualismo è una teoria formulata da Charles Lyell e
proposta nella sua opera Principles of Geology.
Lyell suggeriva che i processi geologici osservabili
presenti fossero adeguati per spiegare la storia della
geologia.
Pensava che l'azione della pioggia, del mare, dei
vulcani e dei terremoti spiegassero la storia della
geologia dei tempi passati:
infatti erano gli stessi che si verificarono in passato. Lyell si oppose
alle preminenti teorie di geologia di quei tempi. Pensava che le
teorie fossero influenzate dall'interpretazione della Genesi. Riteneva
fosse più pratico escludere le improvvise catastrofi geologiche per
poter garantire che i resti fossili fossero quelli di specie estinte e
credeva che fosse necessario creare una vasta scala temporale per
la storia della Terra. La seconda edizione dell'opera introdusse
nuove idea riguardanti le rocce metamorfiche. Esponeva che i
cambiamenti delle rocce fossero dovute alle alte temperature delle
rocce sedimentarie adiacenti alle rocce ignee.
Prof. Paolo Abis
Continenti alla deriva?
1912
Il meteorologo tedesco Alfred Wegener
pubblica la sua teoria della Deriva dei Continenti
Nota che sulle coste coniugate di Africa e Sud
America si trovano fossili simili
Fossili di piante tropicali in regioni polari
Depositi glaciali in Sud Africa
Circa 200 milioni di anni fà tutti i continenti erano
riuniti in un'unica massa, il supercontinente Pangea
Critiche
Come si muovono i continenti?
Perché si muovono i continenti?
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La teoria di Wegener
La teoria della deriva dei continenti si basa sui seguenti concetti:
Le terre attualmente emerse costituivano, all'inizio dell'Era
mesozoica (circa 200 milioni di anni fa), un blocco unico che
chiamò Pangea, circondato da un unico mare che chiamò
Pantalassia.
In seguito a colossali fratture, la Pangea sarebbe stata spezzata
in molte zolle (continenti e isole).
Per effetto della rotazione terrestre, le zolle continentali
avrebbero subito un movimento di deriva spostandosi nella
direzione della rotazione, cioè verso ovest.
Inoltre il livello medio delle terre emerse si trova 5 km più in
alto del livello medio degli oceani e le rocce dei fondali oceanici
sono circa il 15% più dense di quelle dei continenti. I continenti
"galleggiano“ come icebergs, emergendo sopra la superficie
oceanica per un settimo della loro altezza.
Prof. Paolo Abis
La teoria di Wegener
500 milioni di anni fa.
Prof. Paolo Abis
La teoria di Wegener
200 milioni di anni fa.
Prof. Paolo Abis
La teoria di Wegener
65 milioni di anni fa.
Prof. Paolo Abis
La teoria di Wegener
Prof. Paolo Abis
La teoria di Wegener
A sostegno della propria teoria, Wegener
portò una serie di prove:
Prove
Prove
Prove
Prove
geografiche e geologiche
paleontologiche
paleoclimatiche
geofisiche
Prof. Paolo Abis
La teoria di Wegener
Prove geografiche e litologiche
i continenti presentano una corrispondenza nelle
linee di costa, specialmente l'Africa e l'America
Meridionale, non solo figurativa (una
giustapposizione quasi perfetta) ma si nota anche
una corrispondenza delle serie stratigrafiche, e, ai
margini occidentali delle zolle in movimento, la
formazione dei corrugamenti montuosi.
" E' proprio - scrive Wegener - come se noi
dovessimo mettere a posto le parti strappate di un
giornale facendo combaciare i loro contorni e poi
vedere se le singole righe di stampa si susseguono
dalle due parti regolarmente. Se ciò si verifica,
evidentemente non resta altro che concludere che
tali parti erano effettivamente unite in questo
modo";
Prof. Paolo Abis
La teoria di Wegener
Prove geografiche e litologiche
Prof. Paolo Abis
La teoria di Wegener
Prove paleontologiche
all'inizio del secolo tutti i paleontologici più
influenti, per spiegare l'identità o similarità
floristiche e faunistiche tra continenti differenti,
ammettevano che tra essi potessero essere
esistiti specialmente durante il Mesozoico, dei
legami sotto forma di grandi lingue di terra, i
cosidetti ponti continentali, successivamente
sprofondati nell'oceano.
Wegener, dopo aver indagato a fondo sulla
distribuzione, attuale e geologica di vari
organismi, rigetta su evidenze geofisiche e
sulla base dei principi dell'isostasia, la
possibilità che i cosidetti ponti continentali
siano spariti e sprofondati negli oceani.
Quindi l'unica vera conclusione che si poteva
trarre era che i continenti oggi separati, si
fossero staccati spostandosi lateralmente da un
unico originario Supercontinente;
Prof. Paolo Abis
Prove paleontologiche
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La teoria di Wegener
Prove paleoclimatiche
conducendo ricerche anche sulla distribuzione
dei climi del passato, rilevò in Sudamerica,
Australia, Africa ed India, rocce sedimentarie
paleozoiche deposte in ambiente glaciale, le
tilliti, (morene fossili),
mentre in Siberia, America settentrionale
ed Europa centrosettentrionale trovò dei
carboni fossili della stessa età delle tilliti, ma
formate da resti vegetali tipici di climi
tropicali.
La particolare distribuzione di queste rocce
poteva essere spiegata solo ammettendo che
al momento della loro deposizione le terre
soggette al clima glaciale fossero tutte unite
tra di loro, così come dovevano esserlo quelle
dove il clima era invece tropicale.
Prof. Paolo Abis
La teoria di Wegener
Prove geofisiche:
partendo dal concetto di isostasia,
per altro gia' accettato fin
dall'800, si assunse che il
substrato della crosta terrestre
agisca come un fluido altamente
viscoso. Ed allora, come i
blocchi possono spostarsi
verticalmente, cosi' lo possono
fare anche orizzontalmente: E'
quindi una compressione
orizzontale quella necessaria alla
formazione delle catene
montuose.
Prof. Paolo Abis
Concetto di isostasia
Isostasia
le masse rocciose sono in
equilibrio al di sopra della
massa del mantello,
cioè in pratica queste masse
di crosta galleggiano sul
mantello come farebbe un
pezzo di legno sull'acqua,
e dipendendo dalla
densità di questo, cioè il
suo peso, questo pezzo di
legno sporge più o meno
dall'acqua.
Prof. Paolo Abis
Spessore della crosta e isostasia
I blocchi litosferici
tendono a raggiungere
un equilibrio isostatico,
diminuendo o
aumentando la parte
sommersa, a seconda
che la parte emersa
subisca un innalzamento
o un abbassamento.
Prof. Paolo Abis
Perché la teoria di Wegener non venne
accettata
Il punto debole dell'impalcatura della teoria di Wegener era
l'incertezza delle forze motrici,
come egli stesso ammette: " il Newton della teoria della deriva
non è ancora apparso….E' probabile che la soluzione completa
del problema delle forze motrici sia ancora lontana a venire,
perché significa districare un groviglio di fenomeni
interdipendenti in cui spesso è difficile distinguere la causa
dall'effetto,"
Formulò tuttavia alcune ipotesi indicando due possibili
componenti.
Una cosidetta forza di fuga dai poli che doveva spiegare i
movimenti dei continenti verso l'equatore e
una sorta di forza di marea per spiegare la deriva verso
ovest dei continenti americani
Prof. Paolo Abis
I continenti si muovono?
Prova delle anomalie magnetiche dei fondali oceanici
Agli inizi degli anni ’50, gli scienziati, usando strumenti magnetici
(magnetometri) adattati dalle strumentazioni di volo sviluppate durante la
II Guerra Mondiale per intercettare i sottomarini, iniziarono a rilevare
strane variazioni magnetiche lungo il fondale oceanico.
il fondo oceanico risultò avere un disegno zebrato,
ovvero bande alternate di rocce differenti dal
punto di vista del magnetismo
una banda presentava una polarità normale e la
banda adiacente polarità inversa.
Il disegno risultante, definito da queste bande di
rocce alternate presentanti polarità diretta o
inversa, divenne noto come "pattern zebrato".
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I continenti si muovono?
Età dei fondali oceanici
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Catene montuose sottomarine e subaeree
Catene montuose sottomarine : le dorsali oceaniche
Catene montuose subaeree : le cinture mobili orogeniche
Fosse marine profonde e allungate : le fosse di subduzione
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Dorsale oceanica (Mid-Ocean ridge)
Le dorsali formano un sistema di rilievi sommersi interconnesso,
presente in tutti gli oceani, molto spesso nella parte mediana degli
stessi, per uno sviluppo complessivo di 80.000 km.
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Dorsale oceanica (Mid-Ocean ridge)
Le placche si allontanano
Lo spazio è colmato da magma
basaltico
Il magma è eruttato nella valle
assiale di una catena
sottomarina (dorsale mediooceanica)
La dorsale è 2-3000 m più
elevata del fondo oceanico
Le dorsali sommano a 60000 km
Anomalie magnetiche lineari
Parallele alla dorsale oceanica
Età max fondali oceanici < 200 Ma
Età max rocce continentali ≈ 4 Ga
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Attività sismica
corrispondenza tra attività sismica
e
catene montuose sottomarine
+ catene montuose subaeree (e fosse di subduzione)
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Attività vulcanica
corrispondenza tra attività vulcanica
e
catene montuose sottomarine
+ catene montuose subaeree (e fosse di subduzione)
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La teoria della Tettonica a Zolle
Secondo questa teoria la parte superiore della terra e'
considerata suddivisa in due strati con differenti proprieta'
deformative.
Lo strato superiore rigido, chiamato litosfera e' spesso circa
100 km sotto i continenti e circa 50 km sotto gli oceani ed e'
costituito dalla crosta e dalla parte sottostante rigida del
mantello superiore (vedere Sezione Interno della Terra).
Lo strato sottostante, l' astenosfera si estende sino a 700 km
di profondita' ed e' caratterizzato da rocce meno fragili, cioe'
meno deformabili in confronto a quelle della litosfera.
La litosfera rigida e' suddivisa in una dozzina di placche
maggiori (che non coincidono necessariamente con i continenti)
ed un gran numero di placche secondarie.
Le placche litosferiche non sono stazionarie, al contrario esse
"galleggiano" in modo complesso con velocita' dell'ordine dei 210 cm/anno sullo strato di rocce "soffici" della sottostante
astenosfera.
Prof. Paolo Abis
Le placche litosferiche
Placca
Area interessata soltanto raramente da terremoti
Area interessata soltanto in punti limitati da attività vulcanica
Lo spessore della placca corrisponde allo spessore della
litosfera
Frammento rigido della litosfera terrestre
Si muove orizzontalmente
Si congiunge ad altra placche lungo fasce sismicamente e/o
vulcanicamente attive
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Le placche litosferiche terrestri
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Margini delle placche e movimenti relativi
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Margini delle placche e velocità di movimento
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Margini delle placche e velocità di movimento
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Margini delle placche
Divergenti (costruttivi)
• Litosfera oceanica litosfera oceanica
Convergenti (distruttivi)
• Litosfera oceanica litosfera oceanica
• Litosfera oceanica litosfera continentale
• Litosfera continentale litosfera continentale
Trascorrenti (conservativi)
• Litosfera continentale litosfera continentale
• (Litosfera oceanica litosfera oceanica)
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Margini delle placche
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Margini divergenti / costruttivi Dorsali
oceaniche
I materiali caldi e fluidi - Magmi - affiorano in grande quantità e con continuità
al centro degli oceani formando delle enormi catene di vulcani sottomarini: le
DORSALI MEDIO OCEANICHE. In qualche caso queste formazioni
emergono dal mare, l'Islanda ne è un eclatante esempio.
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Margini divergenti / costruttivi
L’Islanda
Prof. Paolo Abis
Convergenza e Zone di subduzione
Dato che la Terra non aumenta di dimensioni, se lungo le dorsali si genera
nuova crosta oceanica, devono esistere luoghi in cui la crosta oceanica viene
consumata. Ciò avviene o in zone in cui una crosta oceanica sprofonda sotto
un'altra crosta oceanica oppure dove una crosta oceanica si immerge sotto un
continente (subduzione).
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Convergenza e Zone di subduzione
litosfera oceanica - litosfera oceanica
litosfera oceanica - litosfera
continentale
litosfera continentale - litosfera
continentale
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Formazione della catena delle Ande
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Margini convergenti / distruttivi
piano di Benioff
Quando la placca più pesante e meno rigida affonda sotto l'altra (SUBDUZIONE), la frizione
genera terremoti localizzati sul contatto tra la placca subdotta e mantello
I sismi sono distribuiti su una fascia detta Piano (o zona) di Benioff
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Fossa Aleutiana
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Margini convergenti: Zone di collisione
Quando il movimento relativo di due placche è convergente, quella
più pesante e meno rigida, affonda sotto l'altra (SUBDUZIONE)
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Margini convergenti: Zone di collisione
Quando la porzione di litosfera oceanica interpostra tra due continenti è
stata completamente subdotta, i due continenti entrano in COLLISIONE:
avendo caratteristiche fisiche simili, nessuno dei due tende a sprofondare
sotto l'altro, per cui si accartocciano l'uno contro l'altro
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Orogenesi: la catena dell'Himalaya
Tra le creazioni più maestose e visibili della
tettonica a zolle c'è sicuramente l'imponente
catena dell'Himalaya, che si estende per
circa 2900 km lungo il confine tra l'India e il
Tibet.
Circa 40 milioni di anni fa, il braccio
oceanico della Tetide, che aveva
separato i continenti settentrionali da
quelli meridionali a partire dal tardo
Giurassico, fu schiacciato nella sua
porzione orientale dal sopraggiungere
dell'India che, dopo essersi staccata dal
Gondwana durante l'Era Mesozoica,
arrivò in prossimità delle coste asiatiche
alla velocità di circa 9 metri/100 anni
(una velocità notevole, se si pensa che
a muoversi era un blocco
continentale!).
Prof. Paolo Abis
Orogenesi: la catena dell'Himalaya
I meccanismi di formazione delle catene alpina ed
himalayana ha portato all'elevazione di molte altre
catene nell'area mediterranea
Catene legate all'orogenesi alpino-himalayana
Prof. Paolo Abis
Margini trascorrenti / conservativi
Margini lungo i quali
le placche scorrono
l'una contro l'altra
Il margine è una
faglia trasforme
Intensa attività
sismica
No attività vulcanica
Esempi:
faglia di San
Andreas (MessicoUSA occidentali)
North Anatolian
Fault (Turchia)
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Rift intracontinentali
Rift continentale
depressione tettonica allungata (rift valley = depressione
fisiografica riempita da vulcaniti e sedimenti continentali
limitata da faglie (fratture della crosta) dirette
Faglie legate a estensione dell’intera litosfera
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Rift intracontinentali
Rift attivo
legato alla risalita di materiale molto caldo dal mantello profondo:
plume mantellica
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Rift intracontinentali
Prof. Paolo Abis
Schema sinottico
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I Mantle Plumes (Pennacchi)
Alcuni geofisici ritengono che dalla base del mantello si sviluppino colonne di
materiale caldo ciascuno con un diametro di centinaia di Km che
arriverebbero in superficie e si manifesterebbero nei Punti caldi (hot spot)
Prof. Paolo Abis
Hot spots / Mantle plumes
I Punti caldi interferiscono con la litosfera
Prof. Paolo Abis
Hot spots / Mantle plumes
Si tratta della risalita di materiali caldi
provenienti dal mantello, che
attraversando le placche litosferiche
producendo in superficie un
vulcanismo caratterizzato da lave
basaltiche. Un vulcanismo di questo
tipo viene detto anche "intraplacca".
I Mantle plumes sono un fenomeno
geologico proposto originariamente da
W.Jason Morgan nel 1971. Vengono
descritti come dei zampilli o pennacchi
caldi, di materia relativamente
promordiale, che risalgono dal profondo
del mantello e che alimentano degli
hotspot (bolle di magma), posti vicino
alla superficie
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Hot spots / Mantle plumes
Le tracce del passaggio di un punto
caldo al di sotto di una placca si
presentano sotto forma di una catena
di vulcani di età sempre più antica man
mano che ci si allontana dal vulcano
attivo.
Ne sono un esempio le isole Hawaii e
le Tuamotu nel Pacifico, e le Canarie
nell'Atlantico.
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Hot spots / Mantle plumes
La localizzazione degli hot spots è
considerata fissa nel tempo, rispetto a un
riferimento profondo (es. interfaccia
nucleo-mantello)
La localizzazione degli hot spots è usata
per ricostruire I movimenti delle placche
nel passato
Mappa che mostra la posizione di alcuni dei punti caldi più importanti
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Hot spots / Mantle plumes
Secondo queste teorie i punti caldi
sarebbero localizzati nella verticale
di regioni al confine del nucleo e
“pomperebbero” calore
direttamente dal nucleo alla
superficie, attraverso l’intero
mantello.
In tale prospettiva i movimenti delle
placche sarebbero legati ai moti
convettivi dell’intero mantello, ma
con interferenze dovute alla risalita
dei pennacchi.
La loro azione continua sembra in
grado di interrompere la continuità
della litosfera (es. Islanda)
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I punti caldi ed il modello convettivo
Il doppio modello di circolazione
del mantello:
convezione
Mantle plumes
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Motore profondo
Celle convettive
Il mantello è solido, ma è
abbastanza caldo e debole da
fluire lentamente
Come un fluido è sottoposto a
convezione: le masse più calde si
espandono, diminuendo di
densità e tendono a risalire
il mantello sottostante le placche
è in lento movimento
Le placche sono passeggeri
passivi di un nastro trasportatore
La convezione porta calore
dall'interno verso l'esterno del
pianeta, mantenendo
l'astenosfera calda e debole
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Motore profondo
Le terorie sui moti
convettivi propongono
due modelli:
Zona convettiva unica
Zona convettiva su due
livelli Mantello superiore e
mantello inferiore con dei
collegamenti dovuti alla
risalita di materiali tramite i
“Pennacchi”
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