Tettonica a Placche e Orogenesi: Come si Formano Oceani e Montagne

La Struttura dei Fondali Oceanici e la Crosta Terrestre

La dorsale oceanica (o crinale sottomarino) si eleva tra i 2 e i 3 km sopra la pianura abissale ed è periodicamente interrotta da faglie trasformi. La dorsale oceanica presenta una scanalatura centrale chiamata rift (o spaccatura).

Tutte le rocce del fondale oceanico hanno un'età inferiore ai 185 milioni di anni, mentre la Terra ha circa 4500 milioni di anni e i continenti si sono sviluppati a partire da 3800 milioni di anni fa. I dati geologici evidenziano tre aspetti fondamentali:

• Presenza di rocce giovani nella dorsale: i basalti della dorsale hanno meno di un milione di anni e sono di formazione recente.
• Invecchiamento della crosta oceanica allontanandosi dalla cresta: l'età del basalto aumenta man mano che ci si allontana dalla dorsale, mostrando una distribuzione quasi simmetrica.
• Spessore dei sedimenti: lo spessore dei sedimenti è direttamente legato all'età del fondale marino (più il fondale è antico, maggiore è l'accumulo di sedimenti).

Distribuzione di vulcani e terremoti

I vulcani e i terremoti sono processi geologici interni, originati dall'energia termica presente all'interno della Terra. La loro rappresentazione su una mappa ci permette di osservare che:

• I vulcani e i terremoti non sono distribuiti regolarmente, ma si concentrano in aree ben precise.
• In molti luoghi vi è una coincidenza tra attività vulcanica e sismica; sono numerosi i punti in cui si verifica questa sovrapposizione.

Prime conclusioni geologiche

• Vi sono molte aree geologicamente attive, mentre altre sono estremamente stabili.
• Esistono luoghi in cui grandi masse di materiale roccioso si muovono l'una rispetto all'altra.

Confini delle placche litosferiche

Il confine tra una placca e l'altra è detto bordo o limite di placca. Si distinguono tre tipologie principali:

• Dorsali oceaniche: limiti divergenti in cui si genera nuova litosfera oceanica.
• Zone di subduzione: confini convergenti in cui la litosfera viene distrutta e sprofonda nel mantello.
• Faglie trasformi: limiti conservativi in cui la litosfera non si crea né si distrugge, ma i blocchi scorrono lateralmente l'uno rispetto all'altro.

I bordi delle placche definiscono sette placche principali: Eurasiatica, Africana, Indo-australiana, Pacifica, Nordamericana, Sudamericana e Antartica; e diverse placche più piccole, come la placca di Nazca, dei Caraibi o Arabica.

Correnti di convezione

Un fluido si espande quando viene riscaldato, perde densità e sale verso l'alto. Nelle aree a temperatura inferiore, il fluido si raffredda, aumenta di densità e scende. Questo meccanismo costituisce le correnti di convezione.

Cosa muove le placche?

Il movimento delle placche litosferiche è guidato dall'energia termica interna della Terra e dalla forza di gravità.

Come si divide un continente?

Dal mantello profondo risalgono colonne di materiale caldo chiamate pennacchi (plumes). La loro minore densità permette loro di farsi strada e di aprirsi un varco alla base della litosfera.

Processo di formazione di un oceano

1. Inarcamento della litosfera: la litosfera si solleva e si inarca sotto la pressione dei pennacchi caldi.
2. Formazione del Rift: la tensione crea le prime fratture, originando una fossa tettonica (rift valley) nella parte centrale.
3. Formazione della litosfera oceanica: attraverso le fratture del rift il magma risale e si solidifica. La valle si allarga, i blocchi di litosfera continentale si separano e inizia a formarsi la litosfera oceanica, dando origine a un mare stretto (come il Mar Rosso).
4. Formazione di un oceano: se il processo continua, si forma un vero e proprio oceano con nuova litosfera oceanica interposta tra i continenti.

La Teoria della Tettonica a Placche

La teoria della tettonica a placche permette di spiegare i movimenti degli oceani e dei continenti, l'origine dei terremoti, dei vulcani e delle catene montuose. Si riassume in queste idee chiave:

• La litosfera è divisa in una serie di blocchi rigidi chiamati placche litosferiche.
• I bordi delle placche possono essere di tre tipi: dorsali, zone di subduzione e faglie trasformi.
• La litosfera oceanica si rinnova continuamente, mentre la litosfera continentale è permanente e molto più antica.
• Le placche litosferiche si muovono sopra i materiali plastici del mantello sottostante (astenosfera).
• I movimenti delle placche sono causati dall'energia termica interna, coadiuvata dall'energia gravitazionale.
• Nel corso del tempo geologico, la Terra ha cambiato non solo la posizione dei continenti, ma anche la loro forma, dimensione e il numero di placche.

Deformazione delle Rocce

La deformazione è il cambiamento di posizione, forma o volume subito dalle rocce sottoposte a sforzi geologici. Esistono tre tipi di deformazione:

• Elastica: la roccia si deforma, ma ritorna alla sua forma originale quando cessa lo sforzo.
• Plastica (o duttile): la roccia si deforma in modo permanente senza rompersi.
• Fragile (o di rottura): quando si applica una forza che supera il limite di resistenza, la roccia si rompe (generando fratture o faglie).

Elementi e Tipologie di Pieghe

Elementi di una piega

• Piano assiale: il piano che divide la piega in due parti simmetriche.
• Cerniera: la linea di massima curvatura della piega.
• Asse della piega: l'intersezione del piano assiale con la cerniera.
• Fianchi: i lati della piega situati da entrambi i lati della cerniera.
• Nucleo: la zona più interna della piega.

Tipi di pieghe

• Anticlinale: piega convessa con il nucleo formato dai materiali più antichi.
• Sinclinale: piega concava con il nucleo formato dai materiali più recenti.
• Diritta (o retta): piega il cui piano assiale è inclinato di circa 90°.
• Inclinata: piega con piano assiale inclinato tra 85° e 10°.
• Coricata: piega con piano assiale quasi orizzontale (inferiore a 10°).
• Rovesciata: piega il cui piano assiale ha ruotato di oltre 90°.
• Simmetrica: il piano assiale divide la piega in due metà speculari.
• Asimmetrica: il piano assiale divide la piega in due metà non simmetriche.

Fratture della Crosta: Diaclasi e Faglie

• Diaclasi (o giunti): fratture nelle rocce in cui i blocchi non si spostano l'uno rispetto all'altro, o al massimo si allontanano leggermente. Si raggruppano in sistemi di diaclasi.
• Faglie: fratture in cui si verifica uno spostamento relativo tra i due blocchi rocciosi.

Elementi di una faglia

• Piano di faglia: la superficie lungo la quale è avvenuta la frattura e lo scorrimento.
• Labbra della faglia: i due blocchi rocciosi separati dalla frattura.
• Rigetto di faglia (salto): la misura dello spostamento relativo tra i blocchi.
• Orientamento della faglia: direzione e inclinazione del piano di faglia.

Associazioni di faglie

• Graben (o fossa tettonica): un blocco centrale ribassato delimitato da faglie parallele.
• Horst (o pilastro tettonico): un blocco centrale rialzato delimitato da faglie parallele.

Orogenesi: La Formazione delle Catene Montuose

Un orogene è un rilievo continentale formato da rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche che sono state piegate e fratturate.

Fasi di formazione di una catena montuosa

1. Formazione del prisma di accrezione: la maggior parte dei sedimenti trasportati dalla litosfera oceanica non subduce. Vengono invece raschiati dal fronte della placca continentale, accumulandosi, piegandosi e fratturandosi fino a formare il prisma di accrezione.
2. Magmatismo e metamorfismo: la presenza di acqua e l'elevato calore favoriscono la fusione parziale delle rocce. I magmi risalgono: alcuni raggiungono la superficie (vulcani), altri rimangono all'interno contribuendo all'ispessimento della crosta continentale. Le elevate pressioni e temperature favoriscono la formazione di rocce metamorfiche.
3. Sollevamento dell'orogene: il rilievo montuoso è il risultato di due processi combinati: l'ispessimento della crosta continentale e il sollevamento isostatico.

Processo di collisione continentale

1. Subduzione oceanica: in una prima fase, la litosfera oceanica subduce e i sedimenti trasportati si accumulano, si piegano e si fratturano.
2. Chiusura del bacino oceanico: arriva un momento in cui l'intera sezione di litosfera oceanica viene consumata e il continente raggiunge la zona di subduzione. I materiali continentali sono meno densi e difficilmente penetrano nel mantello; inoltre, il maggiore spessore della litosfera continentale ostacola la subduzione.
3. Collisione continentale: i due continenti finiscono per scontrarsi. I materiali interposti vengono compressi, piegati, fratturati e sollevati. Se il processo continua, si verifica il sovrascorrimento di un continente sull'altro, arrivando a raddoppiare lo spessore della crosta continentale in quella zona, con un conseguente e importantissimo sollevamento isostatico.