La tettonica delle placche La tettonica delle placche cerca di interpretare sia i movimenti della litosfera che i diversi fenomeni geofisici all interno di un unico quadro di riferimento. Essa non contraddice né la teoria di Wegener né quella di Hess ma, recuperando le idee originali di questi scienziati, le inquadra in un contesto più ampio assieme ad altri fenomeni geofisici come l origine dei terremoti, la particolare distribuzione dell attività vulcanica e sismica, la nascita delle montagne e numerosi altri. La tettonica a placche ritiene che la litosfera non formi un guscio continuo intorno alla Terra, ma sia scomposta in frammenti, detti placche, in movimento reciproco tra loro. I loro margini che andrebbero ricercati lungo le dorsali oceaniche, le fosse abissali, le catene montuose, le fosse tettoniche e le faglie possono trovarsi all interno dei continenti, al confine tra un continente e l oceano, oppure all interno di un oceano; in questo modo una singola placca può essere composta sia da litosfera oceanica che da litosfera continentale. Le placche, in accordo con il principio dell isostasia, galleggiano sulla sottostante astenosfera e sono in continuo movimento. Fu lo scienziato inglese Arthur Holmes a spiegare lo spostamento delle placche. Egli suppose che le forze in gioco andrebbero ricercate nelle correnti di rimescolamento, le correnti convettive, che si verificano nell astenosfera. Queste correnti sono come quelle che possiamo osservare in una pentola d acqua posta su un fornello: durante il riscaldamento si manifestano nel liquido movimenti dal basso verso l alto e viceversa che danno origine a correnti circolari di rimescolamento. L acqua che si trova a contatto con il fondo della pentola, scaldandosi, si dilata e diviene meno densa di quella che le sta sopra. Quest acqua tende allora a risalire, dando origine a una corrente ascendente. A sua volta l acqua sovrastante, più densa e fredda, tende a scorrere verso il basso determinando una corrente discendente. In questo modo si formano correnti circolari di rimescolamento: le correnti convettive. Se nella pentola d acqua calda mettessimo a galleggiare dei pezzettini di sughero, vedremmo che essi si spostano orizzontalmente spinti da queste correnti. La causa che provoca il movimento delle placche è del tutto simile: le rocce che si trovano alla base dell astenosfera sono notevolmente più calde rispetto alle rocce che si trovano nella sua parte esterna. In questo modo si innescano correnti convettive: correnti ascendenti che portano verso la superficie terrestre materiale caldo e poco denso che, una volta divenuto freddo dovrà necessariamente affondare di nuovo nel mantello. Questo continuo rimescolamento endogeno determina in superficie il progressivo spostamento delle placche, facendole muovere l una rispetto all altra. A. Belli TETTONICA PLACCHE.DOC
2 La tettonica delle placche LE INTERAZIONI TRA PLACCHE La tettonica a placche interpreta i fenomeni geologici come il risultato delle interazioni tra le diverse placche di litosfera. È importante allora vedere come queste si muovono e quali sono i fenomeni che si manifestano lungo i loro margini. Se consideriamo il tipo di movimento cui le placche vanno incontro, possiamo avere tre situazioni diverse: margini convergenti, quando le placche si avvicinano reciprocamente tra loro margini divergenti, quando le placche si allontanano l una dall altra margini trascorrenti, quando le placche scorrono l una rispetto all altra Ciascuno di questi margini, poi, manifesta fenomeni geodinamici diversi a seconda che vengano a contatto strati di litosfera oceanica o di litosfera continentale. In definitiva, considerando sia il tipo di movimento che il tipo di litosfera interessata, si hanno le seguenti situazioni: 1. margini oceanici divergenti 2. margini oceanici convergenti 3. margini continentali divergenti 4. margini continentali convergenti 5. margini oceanico convergente con uno continentale 6. margini trascorrenti (in questo caso non ha importanza il tipo di litosfera coinvolta) 1. margini oceanici divergenti Se una corrente convettiva risale nel bel mezzo di un oceano provoca la lacerazione della litosfera oceanica a causa del suo spessore sottile. Di conseguenza si ha, nel punto di frattura, la risalita di magma dall astenosfera con formazione di nuova litosfera oceanica, la formazione e l allontanamento reciproco di due placche di litosfera oceanica. Il materiale risalito, tende ad accumularsi e forma così una dorsale oceanica, caratterizzata da una linea di frattura (rift) ed un intensa attività vulcanica. Tutto ciò determina l ampliamento dell oceano, che a sua volta causa tensioni e fratture nelle masse rocciose generando numerosi terremoti con ipocentro superficiale a causa della sottigliezza della litosfera interessata. Tutte le dorsali oceaniche sono esempi di margini oceanici divergenti. Possiamo allora riassumere i fenomeni che avvengono in corrispondenza di due margini oceanici divergenti: formazione di litosfera oceanica dorsali medio-oceaniche attività vulcanica terremoti superficiali 2. margini oceanici convergenti Quando due placche di litosfera oceanica convergono, la spinta esercitata dalle forze convettive tende a spingerli in basso, verso l astenosfera. Questo fenomeno, detto subduzione, può accadere anche se la densità della litosfera è inferiore a quella dell astenosfera: la differenza, infatti, non è così elevata da impedirne lo sprofondamento. Uno dei due margini, di solito quello più freddo, trascina l altro in profondità, for- TETTONICA PLACCHE.DOC A. Belli
La tettonica delle placche 3 mando una depressione molto profonda una fossa oceanica lungo la quale avvengono terremoti con ipocentro profondo. Scendendo nell astenosfera la litosfera in subduzione si riscalda, fonde e genera un magma che risale in superficie formando catene di isole vulcaniche intensamente attive e tipicamente disposte ad arco, gli archi insulari. Poiché la subduzione avviene lungo un piano inclinato, detto piano di Benioff, la formazione degli archi insulari avviene ad una certa distanza dalla fossa oceaniche e non direttamente sopra di essa. Numerosi esempi di convergenza tra margini oceanici si hanno nell oceano Pacifico: qui troviamo numerose fosse oceaniche e diversi esempi di archi insulari, come l arcipelago del Giappone o le isole Aleutine. Riassumendo, margini oceanici convergenti sono caratterizzati da: fosse oceaniche terremoti profondi archi insulari attività vulcanica 3. margini continentali divergenti 4. margini continentali convergenti Nel caso in cui una corrente convettiva ascendente emerge nel bel mezzo di un continente si formano due placche di litosfera continentale divergenti. Inizialmente non si ha la lacerazione della litosfera, a causa del suo elevato spessore, ma un lento assottigliamento; tutto ciò genera fratture e, di conseguenza, terremoti con ipocentro poco profondo. A lungo andare si forma, nel punto di divergenza, una fossa tettonica (rift valley) che, almeno nello stadio iniziale, può essere invasa dall acqua con formazione di laghi (laghi tettonici). Se però la divergenza continua, la litosfera si separa definitivamente, l acqua del mare entra nella depressione e il magma, proveniente dall astenosfera, risale in superficie formando nuova litosfera oceanica: nasce in questo modo un nuovo oceano. Esempi di questo fenomeno si osservano in Africa orientale: qui vi sono strette e profonde depressioni, ora occupate da laghi, che segnano la probabile futura frammentazione del continente africano; il mar Rosso è un esempio di oceano in formazione. Riassumendo, margini continentali divergenti formano: fosse tettoniche terremoti superficiali nascita di nuovi oceani Se due margini di litosfera continentale convergono la subduzione non può avvenire poiché, a causa della bassa densità, la spinta non è sufficiente a spingere questo tipo di litosfera verso il basso. Di conseguenza le masse continentali tendono ad accartocciarsi l una contro l altra con formazione di un imponente A. Belli TETTONICA PLACCHE.DOC
4 La tettonica delle placche catena montuosa lungo la quale si verificano terremoti, spesso di notevole intensità. L accumulo di litosfera continentale determina inoltre, in conseguenza del principio di Archimede, uno sprofondamento della Moho verso il mantello (ed infatti sotto i continenti questa discontinuità è più profonda che non sotto gli oceani). L ispessimento della crosta continentale, poi, a seguito dell isostasia, produce una spinta verso l alto che contribuisce ad un ulteriore sollevamento della catena montuosa. Un esempio di tutto ciò lo si ha all estremità settentrionale della penisola indiana: lo scontro tra l India e il continente asiatico ha prodotto l imponente catena dell Himalaya. Ma anche le Alpi e gli Appennini si sono originati dallo scontro tra la placca africana e quella europea. Riassumendo, margini continentali convergenti sono caratterizzati da: formazione di catene montuose terremoti superficiali e profondi 5. margine oceanico e continentale convergenti Se una placca di litosfera oceanica ed una di litosfera continentale convergono, quella oceanica, più densa, va in subduzione passando al di sotto di quella continentale e formando, di conseguenza, una fossa oceanica. La litosfera continentale, invece, rimane in superficie e viene deformata e compressa così da dare origine ad una catena montuosa. Il magma che risale dalla subduzione forma un insieme di vulcani che normalmente emergono dalla catena stessa, (però talvolta, dovendo attraversare uno spesso strato di crosta continentale, il magma rimane intrappolato in profondità formando masse plutoniche). Lungo il piano di subduzione si generano terremoti profondi, mentre lungo la catena montuosa si producono terremoti superficiali. Un esempio di convergenza tra un margine oceanico ed uno continentale è quello che avviene lungo la costa occidentale del Sud-America: qui la litosfera dell oceano Pacifico va in subduzione al di sotto dell America meridionale, si è così formata una fossa oceanica (la fossa del Cile) ed una catena montuosa (le Ande) ricca di vulcani attivi. In questo tipo di margini vediamo allora riuniti insieme quasi tutti i fenomeni che abbiamo visto sinora: fosse oceaniche formazione di catene montuose terremoti profondi e superficiali attività vulcanica TETTONICA PLACCHE.DOC A. Belli
La tettonica delle placche 5 6. margini trascorrenti Questo tipo di interazione si ha quando le placche si muovono orizzontalmente l una rispetto all altra, lungo una linea di scorrimento che corrisponde ad una frattura detta faglia. Lo scorrimento provoca attriti e tensioni nelle masse di litosfera che danno luogo a terremoti con ipocentro a bassa profondità. L esempio più famoso di margini trascorrenti è dato dalla faglia di San Andreas: la California, che appartiene alla placca Pacifica, si muove verso Nord-Ovest e striscia contro la placca nordamericana. Quindi margini trascorrenti danno luogo a: terremoti superficiali LA PROVA DELLA TETTONICA A PLACCHE La prova della correttezza della tettonica a placche è venuta osservando l attività vulcanica in zone molto lontane dai confini delle placche, come accade per esempio nelle isole Hawaii. Il vulcanismo non associato ai margini delle placche è una piccola percentuale di tutta l attività vulcanica sulla Terra, probabilmente assai meno dell uno per cento. Questi vulcani isolati vengono chiamati hot spots (punti caldi). Si pensa che essi siano la manifestazione superficiale di correnti ascensionali di magma dette pennacchi o plumes. Il passaggio di una placca sopra un pennacchio lascia una traccia che si manifesta con una fila di vulcani la cui attività diminuisce progressivamente man mano che essi, in seguito allo scorrimento della placca, si allontanano dal punto caldo. Inoltre, poiché in corrispondenza dell hot spot la litosfera è più calda, e quindi meno densa, si ha un sollevamento. Per questo motivo, nel caso di hot spots situati in pieno oceano, avremo che in corrispondenza del punto caldo si formerà una serie di vulcani sotto forma di isole oceaniche; successivamente, allontanandosi dal punto caldo, queste isole saranno sempre meno elevate sul livello del mare e con attività vulcanica sempre più attenuata, finché sprofonderanno sotto la superficie dell oceano divenendo dei guyots, cioè montagne sottomarine con la caratteristica forma a tronco di cono. Il punto caldo più studiato è quello delle isole Hawaii. Oggi è ormai accertato che tutte le isole di questo arcipelago sono state formate da un unica sorgente di lava sulla quale è andata transitando la placca pacifica, muovendosi grosso modo in direzione nord-ovest. Al termine delle Hawaii inizia poi una catena di guyots (detta Catena dell Imperatore) a conferma di quanto precedentemente detto. Tuzo Wilson ebbe nel 1963 l idea che le catene di isole vulcaniche come le Hawaii fossero il risultato di un lento movimento di una placca tettonica sopra un punto caldo, posto sotto la superficie del pianeta. I geologi hanno poi identificato molti punti caldi sul pianeta, i più attivi oltre quelli delle Hawaii, si trovano nell isola di Réunion, nello Yellowstone e nell Islanda. A. Belli TETTONICA PLACCHE.DOC
6 La tettonica delle placche LA SITUAZIONE NELL AREA MEDITERRANEA La tettonica a placche appare una teoria molto chiara quando si ha a che fare con le grandi placche di litosfera, se però vogliamo scendere nei dettagli e interpretare alla luce di essa quanto avviene in ristrette aree della Terra, le cose si complicano notevolmente. È il caso, per esempio, dell area mediterranea. In questa zona, in particolare in Italia e nell Egeo, esistono numerosi indizi che indicano la presenza di interazioni tra placche: catene montuose (Pirenei, Alpi, Appennini, Balcani ), vulcani attivi (Stromboli, Etna, Vesuvio ), archi insulari (Eolie, Cicladi ) e diffuse aree ad intensa attività sismica interessate da terremoti sia superficiali che profondi. Il problema nasce quando si cerca di delimitare le placche coinvolte e, soprattutto, determinare il loro movimento. Attualmente si pensa che l area mediterranea sia caratterizzata dalla collisione di due grandi placche, quella eurasiatica e quella africana, che si muovono una contro l altra comprimendo sempre più il Mediterraneo che sarà, quindi, destinato a scomparire. Questo meccanismo, oltre ad aver provocato, a partire da circa 30 milioni di anni fa, l emersione della catena alpina, è responsabile dell attività sismica e vulcanica che caratterizza l intera regione. La chiusura del Mediterraneo presuppone necessariamente una fossa di subduzione lungo la quale la litosfera venga riassorbita; questa subduzione, che interessa i fondali dell Adriatico e dello Ionio, si pensa sia localizzata lungo la catena appenninica. A conferma di ciò abbiamo i numerosi vulcani, molti dei quali ormai spenti, dislocati lungo tutto l Appennino, e le isole Eolie, che sono un piccolo arco vulcanico. L avvicinamento delle placche è accompagnato anche da un movimento di torsione, secondo il quale la penisola italiana viene fatta ruotare verso est avvicinandosi sempre di più alla Jugoslavia. La conseguenza di tutto ciò è che l intero bacino mediterraneo, e in particolare l Italia, è una zona ad elevato rischio sismico, con terremoti prevalentemente superficiali. La complessità dell area mediterranea dipende anche dal fatto che essa non è interessata solo dai movimenti delle due grandi placche europea ed africana, ma pure da altre placche minori come quella egea, quella adriatica e quella turca. TETTONICA PLACCHE.DOC A. Belli