Isostasia e Tettonica a Placche: Movimenti della Litosfera e Dinamiche Terrestri

Isostasia: Il Movimento Verticale della Crosta Terrestre

Nel 1892, Dutton definì isostasia il meccanismo di aggiustamento isostatico che spiega i movimenti verticali della crosta terrestre. Secondo questo modello, un sovraccarico di una zona terrestre ne provoca l'abbassamento, mentre una riduzione del carico ne causa l'innalzamento.

Meccanismo dell'Isostasia

1. Nelle zone montuose, la crosta è più spessa e profonda.
2. L'erosione rimuove materiale dalle zone elevate, attivando un recupero isostatico che innalza la base delle montagne.
3. Il recupero isostatico è distribuito a livello regionale, evitando dislivelli bruschi.

Precisazioni sull'Isostasia

1. Gli aggiustamenti isostatici sono processi lenti.
2. L'equilibrio isostatico non è locale, ma regionale. La litosfera, pur essendo rigida, si deforma elasticamente sotto carico, distribuendo lo sforzo su vaste aree. La litosfera risponde rigidamente a spinte laterali, ma si deforma verticalmente.
3. Il mantello sublitosferico, pur essendo solido, a causa delle alte pressioni e temperature, si comporta come un fluido su scala dei tempi geologici. Le correnti convettive ne sono un esempio.

La Curva Ipsometrica e l'Equilibrio Isostatico

La differenza di altitudine tra le vette più alte e le fosse oceaniche più profonde è di circa 20.000 metri. La rappresentazione grafica della percentuale di territorio a diverse altitudini è chiamata curva ipsometrica. Questa curva mostra due livelli principali: uno per la crosta continentale (meno densa e più spessa) e uno per la crosta oceanica (più densa e sottile). L'altitudine di ciascuna zona è determinata dal raggiungimento dell'equilibrio isostatico.

La teoria dell'isostasia spiega l'esistenza di oceani e continenti:

• Le aree con crosta continentale sono più elevate.
• Le aree con crosta oceanica sono più basse.
• Maggiore è lo spessore della crosta, maggiore è l'altitudine e la profondità.

Dalla Deriva dei Continenti alla Tettonica a Placche

Le Prime Teorie sulla Mobilità Continentale

Le teorie che ipotizzano movimenti orizzontali dei continenti sono chiamate mobiliste, in contrapposizione alle teorie fissiste. Alfred Wegener fu un sostenitore della mobilità continentale.

I Precursori di Wegener

La complementarità tra le coste dell'Africa e del Sud America fu notata già nel XVI e XVII secolo. Nel XIX secolo, Alexander von Humboldt osservò la continuità geologica tra le due coste. Frank Taylor, predecessore di Wegener, propose l'ipotesi della mobilità continentale, basandosi sulla forma e distribuzione delle catene montuose in Asia ed Europa.

La Teoria della Deriva dei Continenti di Wegener

Wegener ipotizzò che tutte le masse continentali fossero unite in un unico supercontinente chiamato Pangea. La frammentazione e lo spostamento dei frammenti di Pangea avrebbero portato alla formazione dei continenti attuali.

Le Prove di Wegener

• Argomenti geografici: La forma dei continenti suggerisce un incastro come in un puzzle.
• Argomenti paleontologici: La distribuzione di fossili simili (come il Mesosaurus e la Glossopteris) in continenti oggi lontani suggerisce che un tempo fossero uniti.
• Argomenti geologici: La continuità di catene montuose e formazioni geologiche su entrambi i lati dell'Atlantico.
• Argomenti paleoclimatici: La presenza di depositi glaciali (tilliti) della stessa età in luoghi oggi distanti e con climi diversi.

Le Cause della Deriva dei Continenti Secondo Wegener

Wegener attribuì la deriva dei continenti a due forze: la forza centrifuga dovuta alla rotazione terrestre (che sposterebbe i continenti verso l'equatore) e l'attrazione gravitazionale del Sole e della Luna (che sposterebbe la crosta terrestre verso ovest).

Errori di Wegener e Sviluppi Successivi

Gli errori di Wegener furono due:

1. Le cause dei movimenti continentali non sono quelle da lui ipotizzate.
2. Il fondo oceanico non è una struttura fissa, ma si muove, a volte insieme ai continenti, a volte indipendentemente.

Arthur Holmes propose l'esistenza di correnti convettive nel mantello come motore dei movimenti continentali. Nel 1965, Tuzo Wilson introdusse il termine placca per riferirsi ai frammenti di litosfera. Tre anni dopo, la teoria della tettonica a placche era pienamente sviluppata. Questa teoria afferma che la litosfera è divisa in placche che si muovono a causa dei moti convettivi del mantello, generando vulcanismo, sismicità, formazione di catene montuose e variazioni nella distribuzione di terre e mari.

Il Fondo Oceanico e la sua Dinamica

Caratteristiche del Fondo Oceanico

• Dorsali medio-oceaniche: Catene montuose sottomarine che attraversano gli oceani (ad esempio, la dorsale medio-atlantica, con una fessura centrale chiamata rift). Le dorsali sono interrotte da fratture trasversali chiamate faglie trasformi.
• Distribuzione e scarsità dei sedimenti: Assenza di sedimenti sulle dorsali e scarsità nel resto dei fondali oceanici.
• Giovinezza della crosta oceanica: I basalti sulle dorsali sono recenti (pochi milioni di anni), l'età dei sedimenti aumenta allontanandosi dalla dorsale e non supera mai i 180 milioni di anni.

Teoria dell'Espansione dei Fondali Oceanici

Vine e Matthews svilupparono la teoria dell'espansione dei fondali oceanici, secondo la quale le dorsali sono zone di creazione di nuova litosfera oceanica a partire da materiale magmatico proveniente dall'interno della Terra. Questa teoria spiega l'attività vulcanica sulle dorsali, l'aumento dell'età dei fondali allontanandosi da esse e la distribuzione dei sedimenti.

L'abbassamento del fondo oceanico a causa del raffreddamento progressivo della litosfera è chiamato subsidenza termica.

Subduzione e Zone di Subduzione

La subduzione è il processo di sprofondamento della litosfera nel mantello. Le zone di subduzione si trovano ai margini convergenti di due placche litosferiche.

Tipi di Convergenza

• Convergenza continentale-oceanica: La litosfera oceanica, più densa, si inflette sotto quella continentale. I terremoti associati a questo processo possono essere superficiali (profondità < 70 km), intermedi (70-300 km) o profondi (300-700 km). La subduzione porta alla fusione parziale dei minerali, generando magmi ricchi di silice.
• Convergenza oceanica-oceanica: La litosfera oceanica più vecchia e densa subduce sotto quella più giovane. Si parla di subduzione spontanea quando la litosfera oceanica ha circa 100 milioni di anni.
• Convergenza continentale-continentale: Dopo la subduzione completa della litosfera oceanica, si verifica la collisione continentale, con la formazione di catene montuose (es. Himalaya, Alpi).

Faglie Trasformi

Ai margini conservativi (faglie trasformi) non si crea né si distrugge litosfera. Esistono due tipi di margini conservativi:

• Faglie trasversali alle dorsali: Provocano uno spostamento laterale della dorsale.
• Faglie che collegano due margini di placca diversi: Esempio: faglia di San Andreas e faglia Alpina (Nuova Zelanda).

Non c'è vulcanismo associato ai margini conservativi, ma sono frequenti terremoti superficiali.

Il Movimento delle Placche Litosferiche

Il calore interno della Terra è fondamentale per la dinamica della litosfera (la Terra è un motore termico). L'energia gravitazionale gioca un ruolo importante.

Le idee più accettate sul movimento delle placche sono:

• Il calore interno della Terra genera correnti convettive nel mantello, che innescano il movimento delle placche.
• Dallo strato D'' alla base del mantello, si originano pennacchi di materiale caldo che possono raggiungere la superficie (punti caldi, es. Hawaii, Islanda).
• Le placche litosferiche si muovono.
• La gravità agisce attraverso due meccanismi:
  • La maggiore altezza delle dorsali favorisce lo scivolamento del fondo oceanico.
  • La litosfera in subduzione, spessa e fredda, diventa ancora più densa a causa della pressione, trascinando il resto della placca.

La Teoria della Tettonica a Placche: Sintesi

La tettonica a placche spiega il movimento della litosfera, le sue cause e le sue conseguenze. I punti chiave sono:

1. La litosfera è divisa in placche rigide.
2. I margini delle placche possono essere:
   • Dorsali (divergenti): creazione di nuova litosfera oceanica.
   • Zone di subduzione (convergenti): distruzione di litosfera.
   • Faglie trasformi (conservativi): spostamento laterale delle placche.
3. Le placche litosferiche si muovono sul mantello sublitosferico plastico.
4. I movimenti delle placche sono causati dal calore interno della Terra e dall'energia gravitazionale.
5. La litosfera oceanica si rinnova continuamente, mentre quella continentale è più permanente.
6. Nel corso della storia della Terra, sono cambiate la posizione, la forma, le dimensioni e il numero delle placche litosferiche.