TETTONICA. Tettonica delle placche
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- Cornelia Rizzo
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1 TETTONICA Tettonica delle placche Prof. Luigi Ferranti DiSTAR - Università di Napoli Federico II
2 Drift Continentale -> Espansione oceanica -> Tettonica delle Placche > Dinamica delle Placche Continental drift: un idea senza un meccanismo Fit dei margini continentali attraverso l Atlantico: Francis Bacon, 1620 Fit Geologici attraverso l Atlantico : Edwin Suess, 1883 Gondwanaland Alfred Wegener, 1915 moti delle placche m/yr Alex du Toit, 1937 evidenze di glaciazioni in aree tropical I e viceversa
3 Drift Continentale -> Espansione oceanica -> Tettonica delle Placche > Dinamica delle Placche L espansione oceanica: un meccanismo per il drift continentale Correnti convettive sub-crostali Arthur Holmes, 1931 Continent and ocean basin evolution by spreading of the sea floor Robert Dietz, Nature, 1961 Dorsali oceaniche elevate e con alto flusso di calore, associate con risalita mantellica Harry Hess, 1962 Magnetic anomalies over oceanic ridges - Fred Vine, Drum Matthews, Nature, 1963
4 Drift Continentale -> Espansione oceanica -> Tettonica delle Placche > Dinamica delle Placche Tettonica delle placche: geometria e cinematica dei moti litosferici Transform faults A new class of faults and their bearing on continental drift - J. Tuzo Wilson, Nature, 1965 Euler poles Rises, trenches, great faults, and crustal blocks - Jason Morgan, JGR, 1968; Sea-floor spreading and continental drift - Xavier Le Pichon, JGR,1968 Triple junction evolution The North Pacific an example of tectonics on a sphere - Dan McKenzie & Bob Parker, Nature, 1967 Benioff zones = underthrusting of the lithosphere at island arcs Seismology and the new global tectonics - Bryan Isacks, Jack Oliver, Lynn Sykes, JGR, 1968 Isaacs et al. 1968
5 11 grandi placche e molte piccole, disaccoppiate tra loro Le placche sono spesse km e larghe 1000 di km. Le (grandi) placche sono rigide tranne che ai bordi Si muovono a tassi di ~1-10 cm/yr.
6 Le 14 placche più grandi Placca Area (km2) Pacific 103,300,000 North America 75,900,000 Eurasia 67,800,000 Africa 61,300,000 Antarctica 60,900,000 Australia 47,000,000 South America 43,600,000 Somalia 16,700,000 Nazca 15,600,000 India 11,900,000 Philippine Sea 5,500,000 Arabia 5,000,000 Caribbean 3,300,000 Cocos 2,900,000
7 I terremoti definiscono i limiti di placca Magnitudo > 4, ; Barazangi & Dorman, 1969;
8 Moto relativo di due placche su una sfera Il moto relativo di due placche è definito da una separazione angolare attorno a un polo di rotazione (polo di Eulero)
9 Determinazione del polo euleriano Il polo viene tracciato usando trasformi (archi di cerchi minori), dorsali (archi di cerchi principali) e terremoti (cinematica)
10 Determinazione del polo euleriano Usa i meccanismi focali dei terremoti (o velocità geodetiche) per determinare i moti orizzontali (perpendicolari al polo di Eulero Calcolo del polo di rotazione ADRIA- EUROPA Cerchio: polo di Anderson & Jackson 1987 (terremoti) Quadrato: polo di Westaway, 1990 (terremoti) Stella: polo di Calsis et al 2003 (GPS) Calais et al., 2003
11 Moti relativi delle placche Velocità relative di placche e zone di deformazione
12 Moti assoluti delle placche Modello di Gripp & Gordon, 2002 Si basa su un sistema di riferimento fisso nel mantello inferiore (hot spots) Difatti Il moto relativo del mantello inferiore è piccolo (2 cm/yr) relativo a quello delle zolle e può fornire un sistema di riferimento per i moti assoluti Valido per gli ultimi 10 Ma. Placche oceaniche più veloci, placche miste mediamente veloci, placche continentali più lente
13 Hot spots (Punti Caldi) Jason Morgan (1971) propose che gli hot spots sono la manifestazione superficiale dei pennacchi mantellici. Struttura di un pennacchio che si origina nel mantello inferiore e sale nella litosfera NOTA: l ipotesi di pennacchi mantellici è controversa! Vedi: Mantle Plumes.org
14 I 40 hotspots esistenti Duncan & Richards, 1991 Il termine hotspot è una descrizione delle località con volumi unusualmente grandi di vulcaniti
15 Tracce degli Hotspots Le tracce predette dei Punti Caldi sono in accordo con le osservazioni Tracciati degli Hotspot sulla placca Pacifica: HE = Hawaii-Emperor chain; A-C = Austral-Cook chain; LS = Louisville chain; OP = Ontong Java plateau. Numeri: età dei seamounts in Ma (Gaina et al. 2000). Gomito H-E a 43 Ma
16 Traiettorie delle dorsali asismiche, poli di rotazione placca pacifica, e test della stabilità del sistema degli Hot Spots 2 poli diversi per la traiettoria Hawaii-Emperor con variazione del moto assoluto del Pacifico a 45 Ma. I poli fittano bene la traiettoria Tuamotu-Line islands, ma non la traiettoria <45 Ma Marshall-Gilbert Il misfit indica un moto relativo degli hot spots a 2 cm/yr
17 LIPs (Large Igneous Provinces) Province intraplacca con area > 100,000 km 2, volumi ignei > 100,000 km 3 e durata<50 Myr, con episodi ignei parossistici (~1-5 Myr), durante I quali il grosso del volume viene messo in posto (> 75%) (Bryan & Ernst, 2008). Si formano quando la testa di un pennacchio arriva alla base della litosfera
18 Distribuzione geografica dei LIPs Fanerozoici I LIPs sono sia continentali che oceanici
19 Columbia River Flood Basalt: il più noto LIP del Nord America Hooper (1988).
20 Snake River Plain Traccia del Columbia River Hotspot Yellowstone SRP Yellowstone: Attuale posizione dell hotspot
21 I Trappi del Deccan (India) Marcano la traccia dell hotspot delle Reunion
22 Afar hotspot Tolheiti povere in Ti Basalti ricchi in Ti
23 Dinamica delle placche
24 Drift Continentale -> Espansione oceanica -> Tettonica delle Placche > Dinamica delle Placche Descrizione quantitativa delle forze che muovono le placche La convezione nel mantello è associata con I moti delle placche. Ma la convezione muove le placche o. o le placche guidano la convezione?
25 Forze che muovono le placche Forze che agiscono alla base o alla sommità: Boundary forces: trascinamento basale (drag) legato al flusso astenosferico - applicato alla base della litosfera, dunque al mantello Body forces: legate al carico topografico - applicate principalmente alla crosta (benchè le radici galleggianti sono talora importanti - possono essere trasmesse verso l alto o il basso solo se la crosta superiore è meccanicamente accoppiata al mantello superiore (quanto è debole la gelatina nel sandwich?) Forze che agiscono ai lati: Boundary forces: derivanti dai moti delle placche - applicate a tutte le profondità nella litosfera - portano ovviamente a una deformazione verticale omogenea Le placche vengono trattate come oggetti rigidi e resistenti (strong) per tutto il loro spessore.
26 2 Forze alla base delle placche (accoppiamento viscoso fra litosfera e astenosfera) F DF : drag positivo se la convezione muove le placche, negativo se l astenosfera è passiva F CD : Possibile forza aggiuntiva (drag) sotto i continenti (= F DF +F CD ) Forsyth & Uyeda, GJRAS, 1975
27 1 Forza ai margini divergenti F RP = Ridge push (spinta della dorsale): dovuta allo scivolamento gravitativo di litosfera giovane e più superficiale verso quella più vecchia e profonda. Alto topografico nell oceano creato da sollevamento isostatico alla dorsale
28 1 Forza ai margini trasformi F TF = Forza di trasforme (resistenza)
29 4 Forze ai margini convergenti F SP = Slab pull (trascinamento dello slab). Galleggiabilità negativa della litosfera oceanica F SU = Trench suction (risucchio della fossa). Forza che muovono le placche sovrascorrenti verso l oceano Opposte da: F SR = Slab resistance (resistenza dello slab). Resistanza del mantello all affondamento dello slab F CR = Collision resistance. (Attrito tra due placche)
30 Risucchio della fossa (trench suction) e slab roll-back (arretramento dello slab) Il corner flow del mantello supraslab provoca un moto della placca Up verso la fossa L affondamento passivo dello slab produce un rollback della cerniera della subduzione, attirando la placca Up verso la fossa
31 Otto forze che agiscono sulle placche: quali sono importanti? Comparare con le osservazioni Il trascinamento del mantello (F CD, F DF ) dovrebbe essere proporzionale all area e alla velocità della placca rispetto alla litosfera. Ridge Push (F RP ): dovrebbe essere indipendente dalla velocità, ma proporzionale alla lunghezza della dorsale. Slab Pull (F SP ): dovrebbe essere proporzionale alla lunghezza della fossa, e all età e alla lunghezza subdotta dello slab.
32 Forsyth & Uyeda hanno considerato la velocità delle placche in funzione di differenti variabili: Lunghezza dorsali vs. velocità Nessuna variazione significativa -> la spinta di dorsale (ridge push) F RP non è importante.
33 Faglie trasformi vs. Velocità Nessuna variazione significativa -> la forza di trasforme F TF non è importante.
34 Area totale della placca vs. velocità Nessuna variazione significativa -> la forza di trascinamento F DF non è importante.
35 Area Continentale vs. Velocità Aumentando l area continentale diminuisce la velocità; -> F CD, la resistenza addizionale sotto i continenti è importante
36 Lunghezza della fossa vs. velocità I margini di subduzione sono correlati con le placche più veloci -> lo slab pull F SP (o la trench suction F SU ) è importante
37 Cosa muove le placche? (Carlson et al., 1995, GRL 22, ) il tasso di subduzione è ben correlato all età della litosfera in subduzione
38 Quindi le forze principali che muovono le placche sono: (modello A: le placche guidano la convezione) (1) Slab pull (body force) (2) Slab suction (boundary force) E in misura minore (Modello B: la convezione guida la placche): (3) Ridge push (4) Trascinamento viscoso alle radici continentali
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