Log schematici dei quattro pozzi perforati nel Gargano (da Bosellini e Morsilli, 2001)

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1 Log schematici dei quattro pozzi perforati nel Gargano (da Bosellini e Morsilli, 2001) metapeliti da nere a grigio scure; in questo complesso metamorfico di basso grado sono anche presenti due corpi intrusivi. Secondo il rapporto della CONOCO, la successione sovrastante la discordanza angolare é di età ladinico-carnica, mentre i sottostanti 311 m possono essere riferiti al Permiano inferiore.

2 Introduzione La Terra è un pianeta unico nel sistema solare poiché ha una topografia bimodale che riflette la presenza di due tipi di crosta: la bassa crosta oceanica, sottile (spessa 7 km in media), formata da rocce con densità relativamente alta come il basalto e di giovane età ( 200 Ma); la crosta continentale, elevata e spessa ( 40 km in media), formata da rocce molto diverse (virtualmente ogni roccia conosciuta sulla Terra), che producono nell insieme una composizione andesitica e che comprende rocce molto antiche di 4.0 Ga (gneiss di Acasta, Canada) e zircone detritico di 4.4 Ga (Yilgarn block, Australia). I continenti conservano la memoria di una ricca storia geologica e la conoscenza della loro origine è di estrema importanza per comprendere l origine e la differenziazione della Terra. L origine dei continenti ha ricevuto un ampia attenzione nella comunità geologica, con centinaia di articoli scientifici e diversi libri dedicati all argomento: Taylor and McLennan (1985): The Continental Crust: Its Composition and Evolution Windley (1995): The evolving continents. Condie (1997): Plate tectonics and crustal evolution. La conoscenza della composizione e dell età della crosta continentale è fondamentale per risalire alla sua origine. Tradotto e modificato da: Rudnick and Gao (2003): Composition of the Continental Crust.

3 Distribuzione delle rocce più antiche della Terra

4 Curva ipsometrica

5 Ipsometria della superficie terrestre

6 Cos è la crosta continentale? La crosta continentale si estende verticalmente dalla superficie terrestre sino alla discontinuità di Mohorovicic, un salto della velocità delle onde sismiche compressive da 7 km/s sino a 8 km/s, interpretato come il passaggio dalla crosta al mantello. In alcune regioni la Moho è graduale e non discontinua e ciò può determinare incertezza e ambiguità sulla posizione del limite crosta - mantello. L estensione laterale dei continenti è determinata dalla rottura di pendio sulla piattaforma continentale. Prendendo questo come riferimento, risulta che il 31% delle aree continentali è sommerso dagli oceani, ed è quindi meno accessibile per il campionamento. Per questo motivo gran parte delle stime sulla composizione della crosta derivano da aree continentali esposte. In alcuni casi i limitati dati geofisici disponibili sulle aree sommerse dal mare indicano proprietà fisiche delle aree di piattaforma non sostanzialmente diverse da quelle delle aree esposte. In altri casi, come i margini di rift interessati da attività vulcanica, il continente sommerso è caratterizzato dalla presenza in profondità di strati ad elevata velocità. Si tratta di intrusioni basiche associate al sistema di fratture continentali. In funzione dell estensione di queste ultime aree, le stime sulla composizione della crosta continentale ottenute dalle aree esposte possono risultare non completamente rappresentative di tutta la massa continentale.

7 Spessore della crosta continentale Christensen and Mooney (1995)

8 Profondità della Moho in Italia Tipi crostali: 1 Zolla europea; 2 Zolla afro adriatica; 3 Bacini della Stiria e Pannonico; 4 Crosta di transizione ligure-toscanaperitirrenica. Lo stesso simbolo è stato usato per il rift di Pantelleria; 5 Crosta oceanica e suboceanica; 6 Fronti di sovrascorrimento della Moho; 7 Linee di discontinuità verticali nel mantello superiore; 8 Isobate della Moho; 9 Isobate della Moho in subduzione. Da Cassinis et al. (2003).

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10 Estensione laterale della crosta continentale Mappa delle regioni continentali della Terra, incluse le parti sommerse (da Cogley, 1984)

11 Composizione della crosta continentale Approcci Diversi approcci sono stati utilizzati per stimare la composizione chimica e la composizione mineralogica della crosta. Le stime relative alla crosta continentale in toto sono basate sulla composizione media del basalto e del granito in rapporti che vanno dal 1:1 a 1:3 (Taylor e McLennan, 1985), o combinando le composizioni di vari litotipi ignei, metamorfici e sedimentari in base alla loro abbondanza nella crosta (Ronov e Yaroshevsky, 1969). Uno dei primi metodi utilizzati per valutare la composizione della crosta continentale superiore è basato su analisi chimiche di argille glaciali, che sono state assunte come rappresentative della composizione di ampie porzioni della crosta continentale superiore. Le stime più accurate della composizione della crosta continentale superiore provengono dal campionamento esteso di rocce esumate da profondità variabili in scudi Precambriani e dalla composizione di scisti Fanerozoici (Taylor e McLennan, 1985; Condie,1993). Poiché la crosta continentale profonda non è accessibile per il campionamento, approcci indiretti devono essere utilizzati. Questi includono: 1 misure di velocità delle onde sismiche in rocce crostali in laboratorio, a temperature e pressioni opportune; confronto di queste misure con la distribuzione delle velocità di onde sismiche osservata nella crosta; 2 campionamento e analisi di rocce provenienti da blocchi di crosta continentale esumata; 3 analisi di xenoliti di rocce crostali inferiori portati in superficie durante le eruzioni vulcaniche.

12 Composizione della crosta continentale La crosta continentale è divisa su base sismica in tre parti: crosta superiore; crosta intermedia; crosta inferiore. La crosta superiore è facilmente accessibile per il campionamento e pertanto stime affidabili della sua composizione sono disponibili per la maggior parte degli elementi. Queste indicano una composizione globale granodioritica, ricca in elementi incompatibili, e generalmente impoverita in elementi compatibili. Le parti profonde della crosta sono più difficili da studiare. In generale, tre sonde della crosta profonda sono impiegate per determinare la sua composizione: (i) studi di rocce metamorfiche di alto grado esposte in superficie ed in alcuni casi in sezioni crostali sollevate che mostrano livelli originariamente posti alla profondità di 20 km o più: (ii) studi di xenoliti equilibrati in facies granulitica, trasportati in superficie da magmi ad elevata velocità di risalita; (iii) remote sensing delle litologie di crosta profonda attraverso le indagini sismiche o attraverso studi del flusso di calore superficiale. Nell insieme queste indagini rivelano che la composizione della crosta diviene più mafica con la profondità. Inoltre, la produzione di calore radiogenico cala rapidamente con la profondità. Questo è in parte dovuto all aumento del grado metamorfico, ma dipende principalmente dalla proporzione crescente di rocce mafiche. Pertanto, la crosta è verticalmente stratificata in termini di composizione chimica. Oltre alla stratificazione, gli studi scientifici indicano che la crosta è eterogenea lateralmente. Per esempio, la crosta dei cratoni Archeani è in alcuni casi sottile e caratterizzata da velocità delle onde sismiche basse, che suggeriscono una composizione relativamente evoluta. In altri cratoni la crosta è spessa (40-50 km) e la parte profonda è caratterizzata da velocità elevata delle onde sismiche che indicano composizioni mafiche. Simile variabilità si osserva anche nelle regioni Proterozoiche e Paleozoiche. Pertanto, determinare la composizione di una massa così eterogenea è difficile e, di primo acchito può apparire non così utile. Tuttavia, è proprio attraverso queste stime medie che si può risalire all origine dei continenti e al contributo della crosta sul budget chimico degli elementi all interno del sistema Terra globale.

13 Composizione della crosta continentale Velocità delle onde sismiche a diversi livelli crostali Christensen and Mooney (1995)

14 Composizione della crosta continentale Velocità delle onde sismiche in diverse rocce crostali

15 Composizione della crosta continentale

16 Composizione della crosta continentale Northern Italy Western Australia Central Australia Manitoba Canada Sierra Leone

17 Zona Ivrea-Verbano Quick et al. (2009)

18 Zona Ivrea-Verbano

19 Sezioni crostali in Calabria

20 Le Serre Calabre

21 Schema semplificato della crosta continentale nel Carbonifero in Calabria

22 Composizione della crosta oceanica La composizione della crosta oceanica è definita sulla base della composizione delle rocce ofiolitiche e da carote estratte dal sedimento e dagli strati sottostanti della crosta oceanica, recuperate con il progetto ODP (Ocean Drilling Project). I risultati sono quindi confrontati con la distribuzioni di velocità sismiche in crosta oceanica.

23 Composizione della crosta oceanica DSDP Hole 504B Costarica rift Fowler (2010)

24 Distribuzione delle ofioliti Fowler (2010)

25 Ofiolite di Vourinos

26 Composizione chimica media di crosta continentale e oceanica

27 Composizione chimica della crosta continentale esposta in Sila

28 Sintesi delle caratteristiche geofisiche dei diversi tipi di crosta