2. Tettonica delle placche

Tettonica delle placche

La parte più esterna del globo, la litosfera, è fratturata in grandi pezzi, chiamati placche o zolle, costituite in parte da crosta continentale ed in parte da crosta oceanica, e che si muovono costantemente su un substrato plastico detto astenosfera.

La parte più esterna del globo, la litosfera, formata dalla crosta e dalla parte superiore del mantello, è fratturata in grandi pezzi, chiamati placche o zolle (fig. 1), che si muovono sopra e solidali con il guscio sottostante, detto astenosfera. Le zolle litosferiche principali sono sette, con dimensioni di migliaia di chilometri quadrati e comprendono aree con crosta continentale o oceanica o di entrambi i tipi. Numerose sono le zolle secondarie, talvolta anche molto piccole (fig. 1).

Divisione della litosfera in zolle

Fig. 1 - Divisione della litosfera in zolle.

La ricostruzione dei movimenti delle zolle litosferiche ha preso l'avvio dopo la formulazione della teoria della tettonica a zolle. Il temine tettonica è di origine greca e significa costruzione. In geologia indica tutti i lenti processi della parte più esterna del globo come quelli, ad esempio, che portano alla formazione delle catene montuose.

La tettonica delle placche nasce sulle basi di un'altra teoria, quella della deriva dei continenti, formulata nel 1912 dal geofisico tedesco Alfred Wegener. 

Osservando i margini dell'America meridionale e dell'Africa, Wegener pensò che questi due continenti un tempo fossero stati uniti. In base a questa e ad altre osservazioni, ipotizzò che i continenti attuali si fossero formati dallo smembramento di un unico supercontinente che chiamò Pangea (fig. 2).

Deriva dei continenti

Fig. 2 - Deriva dei continenti.

L'intuizione non era molto lontana da quanto venne confermato da una lunga serie di scoperte successive, ma rimase ignorata dal mondo scientifico per quasi 50 anni. Le prime conferme alle ipotesi di Wegener si ebbero con la scoperta delle dorsali e delle fosse oceaniche.

Le dorsali oceaniche sono strutture geologiche formate da lunghe catene di vulcani sottomarini dai quali avvengono continue eruzioni.

Le dorsali sono formate dall'allineamento di vulcani alti 1500-2000 metri rispetto al fondo del mare, dai quali vengono emesse le lava che ricoprono il fondo oceanico. La cresta dei rilievi si trova mediamente a profondità tra 2000 e 3000 metri sotto il livello del mare. In alcuni casi la dorsale è percorsa nel centro da una valle che può essere larga 25-30 km e profonda 1-2000 m. Il sistema di dorsali presente negli oceani è lungo circa 60.000 km (fig. 3).

Dorsali oceaniche

Fig. 3 - Dorsali oceaniche.

La lava emessa si accumula ai piedi della dorsale e costituisce la parte più giovane della crosta oceanica che spinge lateralmente la precedente. Con la distanza, la lava diventa fredda, più densa e pesante di quella vicina alla dorsale, anche perché sopra di essa si accumulano i sedimenti che sono sempre più abbondanti andando verso i continenti. Questo appesantimento spinge la crosta oceanica progressivamente verso il basso (subsidenza) e favorisce il meccanismo di subduzione.

La formazione di una dorsale, con i suoi margini in allontanamento, si può originare in seguito al rigonfiamento di un'area molto ampia di crosta continentale nella zona della futura dorsale.

Questo rigonfiamento è causato da una anomala concentrazione di calore che risale dal mantello (fig. 4). Il movimento convettivo divergente provoca lo stiramento della litosfera soprastante che si frattura assottigliandosi (rifting). In queste aree depresse (graben) è frequente l'attività vulcanica e flusso di calore. Se la risalita di materiale caldo non si arresta e le celle convettive continuano a funzionare la crosta continentale continua ad assottigliarsi. Questo lento processo di distensione incide sempre di più sul fondo del graben.

Correnti convettive

Fig. 4 - Correnti convettive.

Con il progressivo allargamento e approfondimento, le acque marine che circondavano il continente cominciano ad invadere il graben che si frattura. Dalla frattura (dorsale) fuoriesce lava che solidificandosi forma nuova crosta oceanica.

I due originari continenti si trovano così separati da un nuovo oceano.

Il processo di rifting ha agito sul supercontinente Pangea (fig. 5) circa 250 milioni di anni fa fratturandolo in continenti più piccoli. La deriva dei continenti agì allora, lo fece ancor prima ed è in atto ancora adesso. Infatti, per esempio, il continente nordamericano e il continente europeo si stanno allontanando grazie alla presenza della dorsale atlantica che produce crosta oceanica.

Pangea

Fig. 5 - Pangea.

Le fosse sono le depressioni più profonde conosciute sulla croste terrestre; la fossa della Marianne raggiunge gli 11.000 metri di profondità. In corrispondenza di esse la crosta oceanica sprofonda e viene riassorbita nel mantello (subduzione).

Per spiegare la formazione delle dorsali e delle fosse ed il movimento stesso delle zolle si ipotizza la presenza nel mantello terrestre di correnti ascensionali legate al gradiente geotermico. Il materiale caldo risale in superficie al di sotto delle dorsali. Qui scorre al di sotto delle zolle, spostandole lateralmente rispetto alla dorsale. Quando è sufficientemente denso, a causa del raffreddamento, sprofonda nel mantello in corrispondenza delle fosse.

Vi sono molte prove dei movimenti delle zolle litosferiche e dei continenti [approfondimento 5].

Da queste e altre scoperte è nata l'ipotesi che i continenti possano essere allontanati uno dall'altro da oceani che si allargano per la continua formazione di nuova crosta oceanica che spinge lateralmente la precedente.

I margini delle zolle

Le zolle sono delimitate da margini lungo i quali si trovano gran parte dei vulcani attivi del mondo. A seconda di come si muove una zolla rispetto all'altra, i margini possono avere un movimento divergente, convergente o trasforme (fig. 6).

Movimenti relativi tra placche

Fig. 6 - Movimenti relativi tra placche.

Da queste e altre scoperte è nata l'ipotesi che i continenti possano essere allontanati uno dall'altro da oceani che si allargano per la continua formazione di nuova crosta oceanica che spinge lateralmente la precedente.

I margini divergenti o passivi (fig. 7), delimitano due zolle che si allontanano una dall'altra. Le zolle implicate in questo tipo di movimento possono avere crosta oceanica o crosta continentale, anche se gran parte dei margini divergenti attuali si trovano in corrispondenza delle dorsali oceaniche. I margini dei continenti che si stanno allontanando portati da due zolle divergenti prendono il nome di margini passivi.

Margini divergenti

Fig. 7 - Margini divergenti.

Da queste e altre scoperte è nata l'ipotesi che i continenti possano essere allontanati uno dall'altro da oceani che si allargano per la continua formazione di nuova crosta oceanica che spinge lateralmente la precedente.

I margini convergenti, o attivi, sono quelli che delimitano due placche litosferiche che si avvicinano una all'altra. Le zolle in convergenza possono avere crosta oceanica o crosta continentale. Quando sono a contatto, una delle due zolle si incunea sotto l'altra e sprofonda verso il mantello. Questo fenomeno è detto subduzione (fig. 8). In genere, se una zolla con crosta oceanica è spinta verso una di crosta continentale, essendo più densa e sottile, sprofonda più facilmente. Le zone di subduzione sono aree interessate sia da terremoti sia da eruzioni. La presenza di un lungo allineamento di vulcani che circonda gran parte dell'oceano Pacifico, detto "Anello di fuoco", è causata dalla convergenza e dalla subduzione di zolle.

Subduzione

Fig. 8 - Subduzione.

In base al tipo di crosta che entra in contatto si possono avere principalmente margini convergenti di tre tipi. Se crosta oceanica scende sotto un crosta continentale si ha la collisione oceano-continente e si formeranno catene montuose come quella delle Ande. Se entrambe le croste sono di tipo oceanico si ha una collisione oceano-oceano e il risultato è l'evoluzione di isole vulcaniche come quelle che formano gli archi vulcanici che bordano il margine pacifico del continente asiatico. Se entrambe le zolle in collisione hanno crosta di tipo continentale si ha una collisione continente-continente e questo tipo di convergenza origina spesso catene montuose come le Alpi e l'Himalaya.

I margini trasformi (fig. 9) delimitano due zolle che scorrono orizzontalmente una accanto all'altra parallelamente senza che si abbia consumo o formazione di crosta.

Margini trasformi

Fig. 9 - Margini trasformi.

Un esempio di margine trasforme che interessa milioni di persone è quello che genera la faglia di S. Andreas in California (fig. 10) frattura nelle crosta lunga centinaia di Km, con un rigetto (spostamento delle due parti) di varie decine di km. La faglia, che dà periodicamente origine a terremoti anche molto intensi, è responsabile dello spostamento verso Nord dell'intera penisola della California rispetto al continente nord americano.

Faglia di S. Andreas

Fig. 10 - Faglia di S. Andreas.