TETTONICA
3. Deriva dei continenti ed
espansione degli oceani
Prof. Luigi Ferranti
DiSTAR - Università di Napoli ‘Federico II’
Continental Drift
Assemblaggio dei continenti
L’accostamento dei continenti (fatto al computer) è consistente con l’ipotesi che una volta essi
erano uniti
“Bullard” fit dei continenti attorno
all’oceano Atlantico
Aree di overlap e gap nel fit
Da considerare…
Parte della crosta continentale
(30%) è sommersa sotto le
piattaforme e questa parte va
considerata nelle ricostruzioni
Ricostruzione di precedenti strutture
Orogene Varisico
(Paleozoico superiore)
Orogene Caledoniano (Paleozoico inferiore)
La chiusura dei
continenti ricostruisce
precedenti strutture.
L’apertura
dell’Atlantico
settentrionale ha
seguito delle suture
paleozoiche
Correlazione di cratoni e orogeni proterozoici
Queste
ricostruzioni
confermano
quelle basate
solo sulle
piattaforme
continentali
Evidenze paleoclimatiche
I depositi del
supercontinente
Pangea sono
consistenti con le zone
climatiche attese
•I depositi di carbone si
formano nelle foreste pluviali
tropicali o nelle foreste
temperate
•I depositi glaciali si formano
alle alte latitudini
Paleo-equator
Tethys
Correlazione di sedimenti, glaciazioni e lave del
Paleozoico superiore-Mesozoico inferiore
Glaciazione del Paleozoico superiore
– L’orientazione dei
paleoflussi glaciali
su tutti I continenti
suggerisce che I
ghiacciai si sono
mossi da S a N
– Quindi:
1) I ghiacciai
scorrevano negli
oceani, oppure
2) i continenti erano
uniti
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Evidenze Paleontologiche
La diversità dei biota aumenta con la frammentazione continentale (maggiore isolamento)
Assembalggi floristici e faunistici distinti in Gondwana e Laurasia
I biota meridionali furono influenzati dalle glaciazioni limitrofe, quelli
settentrionali no
Paleomagnetismo
• L’inclinazione Magnetica può
essere usata per determinare
la paleolatitudine ma non la
paleolongitudine
• La Declinazione Magnetica può
essere usata per determinare
la rotazione relativamente al
nord magnetico
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Evidenze Paleomagnetiche
• Apparent Polar Wander (APW)
– I primi studi paleomagnetici documentarono che i poli magnetici si sono mossi e
che differenti continenti avevano differenti APW
– In realtà, I continenti si sono mossi rispetto ai poli e tra loro.
Nord America & Eurasia APW separati
Nord America & Eurasia APW riuniti
APW per 2 continenti
APW per 2 continenti che dapprima erano uniti (1-4), poi si separarono (5-8), poi si
riavvicinarono (9-12), infine si mossero assieme (13-14)
Il polo Magnetico rimane fisso, i
continenti si muovono
I continenti rimangono fissi, I poli
magnetici si muovono
Fig. 2.15
Fig. 2.15
Fig. 2.15
Fig. 2.15
Fig. 2.15
Fig. 2.15
Fig. 2.15
Fig. 2.15
Fig. 2.15
Fig. 2.15
Il Ciclo di Wilson
La durata è di ˜200-300 Ma e
comprende:
•uno stadio embrionale (1 e 2 = tipo
rift est-africano );
•un periodo di espansione e
crescita dell’oceano (3= Mar Rosso;
4= Atlantico);
•un periodo di declino (5= Pacifico;
6=Mediterraneo)
•un periodo di assemblaggio (7-8=
catena alpino-himalayiana)
Espansione dei fondi oceanici
Il sistema di Dorsali oceaniche
•40,000 km di dorsali
•Non tutte in mezzo all’oceano
•Quasi tutte in acque profonde
Alla fine degli anni ‘50 era accettata la migrazione
dei continenti ma i meccanismi non erano
compresi
La risposta era in fondo agli oceani ma come
studiarli?
Prime evidenze delle dorsali medio-oceaniche
Il cavo telegrafico Trans-Atlantico (Newfoundland-Irlanda) fu steso nel 1857-1858, durò
tre settimane, e fu nuovamente steso nel 1865-66.
Nel 1855, una carta batimetrica pubblicata dal Luogotenente della U.S. Navy Matthew Maury
mostrò le prime evidenze di montagne sottomarine nell’Atlantico centrale da lui chiamate “Terre
di Mezzo” ("Middle Ground”) che sappiamo essere la Mid-Atlantic Ridge.
Terremoti
Già negli anni ‘20 gli scenziati notarono che i terremoti erano concentrati in specifiche bande,
specialmente negli oceani.
Nel 1954, il sismologo francese J.P. Rothé pubblicò questa mappa che mostra la concentrazione
dei terremoti in queste bande negli oceani e nei continenti.
I rilevatori della Dorsale Medio-Atlantica
Heezen e Tharp pubblicarono la
loro prima carta fisiografica
dell’Atlantico settentrionale
nel1957, e la carta degli oceani
nel 1977 .
Marie Tharp e Bruce Heezen e la loro mappa
della Dorsale medio-atlantica
Marie Tharp alla fine convinse Bruce Heezen che c’era una rift valley lungo l’asse della Dorsale
Medio-Atlantica
La loro mappatura di una valle lungo la Dorsale medio-atlantica aprì la strada per l’accettazione
generale del concetto dell’espansione degli oceani.
L’espansione degli oceani (Hess, 1962)
Dietz (1961) coniò il termine “seafloor spreading”, sebbene Hess (1962) ne ha la fama.
Queste evidenze portarono alla formulazione della
ipotesi della Tettonica delle Placche che
rappresenta il nuovo paradigma attorno al quale si
sono accumulate le osservazioni dei geo-scienziati,
senza radicalmente cambiare la sua formulazione
sin dall’inizio degli anni ’60
Avanzamenti
tecnologici del 21
secolo
Anomalie magnetiche ed espansione degli oceani
La Magnetizzazione (Thermal Remnnent
Magnetization-TRM) è in prevalenza
nelle lave e dicchi basaltici (Layer 2) e
avviene quando i fusi passano sopra la
temperatura di Curie
Col magnetometro vengono misurati valori del campo magnetico totale di ±1nT
(~1/50,000 del campo terrestre)
Tipicamente le
anomalie sono larghe
10-20 km, con ampiezze
di 500-1000 nT.
Anomalie magnetiche offshore NW
USA (Mason & Raff 1961).
Anomalie magnetiche simmetriche
ai lati delle dorsali
Anomalie magnetiche dislocate
dalle zone di frattura
Magnetostratigrafia
La scala temporale magnetica viene
derivata dalle età radiometriche e polarità
magnetiche su lave affioranti, per poi
derivare l’età delle anomalie ai lati delle
dorsali.
Neri: polarità normale (N magnetico presso
polo N)
Bianchi: polarità inversa (N magnetico
presso polo S)
Chrons: Lunghi periodi (1-2 Ma) con
singola polarità (e.g., Brunhes, Matuyama,
Gauss, Gilbert, dai nomi dei primi
paleomagnetisti);
Subchrons: periodi più corti nominati dalle
località di scoperta (es., Jaramillo e Olduvai
entro il Matuyama Chron (0.73-2.48 Ma).
Espansione degli oceani e inversioni magnetiche:
l’ipotesi di Vine-Matthews
Va dato credito anche a L. Morley ma il suo manoscritto venne rigettao da Nature e da J
Geophys. Res.: “Troppo folle”
Profili delle Anomalie Magnetiche per 5 differenti dorsali (Vine 1966)
Profili Magnetici
osservati
Modello, con tasso
di espansione
derivato
“half rates”: Metà tassi di espansione
delle dorsali (tassi x fianco di dorsale).
Variano tra 6-75 mm/y half rate = 12 150 mm/y full rate.
Espansione lenta, intermedia, rapida
Rapida = 90-180 mm/year; Intermedia = 50-90 mm/year;
lenta= 10-50 mm/year (full rates; McDonald 1982)
Morfologia delle dorsali “rapide” e “lente”
Fast- e Slow-spreading ridges hanno differenti morfologie assiali:
Slow-spreading = axial rift; fast-spreading = axial ridge
Magnetostratigrafia
fino al Giurassico
medio (~160 Ma)
Anomalie numerate da 1
(Pleistocene) a 34 “Cretaceous Quiet
Zone” (~83-120 Ma), poi da M0
(Cretacico inferiore) a M27
(Giurassico medio)
Cande, S.C. and D.V. Kent, Revised calibration of
the geomagnetic polarity timescale for the late
Cretaceous and Cenozoic, J. Geophys. Res., 100,
6,093-6,095, 1995.
Applicazione della magnetostratigrafia di lungo
termine a profili magnetici lunghi
Atlantico meridionale (Heirtzler et al., 1968)
La Mappa dell’età dei fondi oceanici è quindi basata sulle anomalie magnetiche
Müller et al., 1997 JGR-B
Faglie Trasformi
J. Tuzo Wilson (1965) introdusse questa “new class of faults”
Accomodano il moto laterale di due placche litosferiche e
sono diverse dalle trascorrenti
Zona di
frattura
(inattiva)
attiva
Differenti tipi di trasformi
6 tipi di trasformi destre
Evoluzione temporale–
v, i = lunghezza costante
ii, iv = si allungano
iii, vi = si riducono
Wilson 1965
