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La genesi delle catene montuose - 06 L’espansione dei fondali oceanici PDF Stampa E-mail
Scritto da Pasquale Robustini   

Durante la Seconda Guerra mondiale Henry Hammond Hess (1906-1969), professore di geologia dell'Università di Princeton negli USA, era il comandante di una base di sottomarini americana. In missione su una nave equipaggiata per il rilievo dei fondali marini, scoprì l'esistenza di montagne sottomarine con la cima piatta, che egli battezzò "guyot", in memoria di un emerito professore svizzero-americano di geologia a Princeton, Arnold Henry Guyot (1807-1884). Sembrava che la loro parte superiore fosse stata erosa, ma erano a più di 2 km di profondità, fatto spiagato all'epoca oipotizzando improbabili correnti marine profonde. Dopo la fine della guerra continuò le sue ricerche sui guyot e dopo la scoperta delle lunghe valli vulcaniche all'interno delle dorsali montuose che percorrono gli oceani di tutto il pianeta (rift - vedi figura in basso), cominciò a formare l'ipotesi di espansione dei fondali oceanici. Secondo Hess, il magma che risale nelle valli di rift forzerebbe, raffreddandosi, il fondale oceanico esistente ad allontanarsi su entrambi i lati della dorsale. I guyot sarebbero stati quindi vulcani attivi ed emersi quando erano vicini alla dorsale, dove avrebbero quindi subito l'erosione da parte del mare. Il procedimento di espansione li avrebbe allontanati dalla zona di alimentazione e quindi estinti, sommergendoli in acque sempre più profonde.

Nello stesso periodo, Robert S. Dietz, professore di geologia della Arizona State University, conducendo ricerche oceanografiche per lo Scripps Institute of Oceanography, speculò sulla natura della catena di seamounts dell'Emperor, che si estende sommersa a nord ovest delle Isole Hawaii nell'oceano Pacifico: secondo Dietz dovevano essere state trascinate come su un nastro trasportatore. Oggi la catena è interpretata come un allineamento di vulcani sottomarini estinti che si formarono mentre la placca pacifica passava su un cosidetto "hot spot", un punto caldo su cui insiste un pennacchio di magma, una evidenza dell'espansione dei fondali oceanici.

Ma mancavano le prove. Sarebbero state fornite grazie al paleomagnetismo, la scienza che dagli anni 50 studiava la storia del campo magnetico della Terra registrando la magnetizzazione delle rocce di età diverse. I minerali ferromagnetici contenuti nei magmi hanno il tempo, durante il raffreddamento che porterà alla consolidazione, di orientarsi secondo la direzione delle linee di flusso del campo magnetico della loro epoca. Anche in ogni tipo di sedimento sono presenti minerali ferromagnetici, anche se in quantità minore. Anch'essi durante la sedimentazione hanno tutto il tempo di ruotare per allineare il loro campo magnetico con quello della terra (a sinistra). Anche se la compattazione che trasformerà il sedimento in roccia li farà ruotare ancora un po', la roccia conserverà una magnetizzazione orientata secondo il campo magnetico della sua epoca. Studi condotti in Gran Bretagna mostrarono che l'orientazione magnetica (la direzione in cui punta il campo magnetico fossile) deviava anche di 30° rispetto all'odierna posizione del polo nord a seconda dell'età della roccia; inoltre l'inclinazione magnetica era molto inferiore al previsto, cosa possibile soltanto se la roccia si fosse formata a latitudini ben più meridionali (le linee di flusso del campo magnetico terrestre sono da orizzontali all'equatore fino a quasi verticali verso i poli). Ci fu chi propose una migrazione dei poli del pianeta, ma dopo studi paralleli effettuati in Nord America si vide che i risultati erano perfettamente sovrapponibili con quelli britannici: bastava mettere a contatto i due continenti per sovrapporre le cosiddette curve di migrazione dei poli (figura a destra).

Ergo: non erano stati i poli a muoversi ma i continenti. Sebbene questi studi siano stati confermati da ulteriori ricerche nel resto del mondo, in particolare sui basalti nell'altopiano del Deccan in India, molti scienziati rimasero scettici a causa dell'imprecisione intrinseca dei metodi di paleomagnetismo. L'analisi paleomagnetica di campioni di rocce da tutto il mondo portò a scoprire che i poli, se non vagavano, si invertivano: furono trovate 9 inversioni magnetiche negli ultimi 3 milioni di anni. Successivamente si arrivò a stabilire che la Terra ha invertito i due poli 171 volte in 76 milioni di anni.

All'università di Cambridge negli anni 60 vi erano molti ricercatori attratti dalla teoria della deriva dei continenti. Tra questi il dottorando Fredrick J. Vine (a sinistra) ed il suo supervisore Drummond Matthews (a destra), che nel 1962 presero parte ad una spedizione oceanografica lungo la dorsale medio atlantica. I rilievi delle anomalie magnetiche del fondo oceanico mostravano lo stesso andamento "zebrato" che era stato osservato pochi anni prima nel Pacifico ed altri oceani. Fu loro abbastanza presto evidente che le strisce magnetiche non erano collegate all'intensità del campo magnetico ma alla sua direzione. Questo concetto, unito a quello dell'espansione dei fondali oceanici di Hess, poteva spiegare la formazione di bande magnetiche che registravano le inversioni polari man mano che il fondale oceanico si espandeva. I minerali ferromagnetici contenuti nel magma che fuoriesce dal rift della dorsale si allineano col campo magnetico esistente. Se il campo poi si inverte, il successivo magma acquisisce una magnetizzazione di direzione opposta. Le bande di magnetizzazione appaiata, simmetriche rispetto alla dorsale non sono altro che allineamenti di anomalie magnetiche positive, quando il campo magnetico attuale si somma a quello della roccia formatasi con lo stesso tipo di polarità del pianeta, negative dove la roccia del fondale è stata magnetizzata in un periodo di inversione dei poli rispetto all'attuale (figura a destra) e quindi si sottrae al campo magnetico presente.

Se l'ipotesi di Vine e Matthews è vera, allora è vero che gli oceani sono in espansione. In effetti, le età delle fasce magnetiche appaiate risultano anch'esse appaiate. Le coppie sono più antiche man mano che ci si allontana dalla dorsale e lo spessore dei sedimenti aumenta sempre più allontanandosi dalla dorsale. Lo spessore della crosta oceanica aumenta anch'esso allontanandosi dalla dorsale, così come diminuisce la sua temperatura.

Infatti, al contrario che sotto le catene continentali, la Moho sotto le dorsali oceaniche è poco profonda, fino ad arrivare a sparire in corrispondenza della valle di rift che si trova all’interno di esse (a destra). Inoltre la sismologia ci dice che le onde di taglio (le “onde S”) rallentano bruscamente, sia al di sotto degli oceani che sotto le catene montuose, ad una profondità superiore a quella della Moho (anche 100 - 200 km, per scendere però a zero nelle zone di rift oceanico). Ciò può essere spiegato con l’esistenza di una zona parzialmente fusa (basta l’1%) nella parte superiore del mantello. Quest’ultima è denominata “astenosfera”; la porzione del mantello al di sopra di essa, detta “lid” (mantello superiore o sub-crostale), forma, insieme alla sovrastante crosta, la “litosfera” (in alto a sinistra).

Quindi, accanto ad un limite chimico, composizionale (Chemical Boundary Layer = CBL), tra crosta e mantello, ne esiste uno meccanico (Mechanical Boundary Layer = MBL) che definisce l'astenosfera abbastanza bene sotto la litosfera oceanica e sotto quella delle catene montuose. Sotto le zone continentali stabili, dette cratoni, non è ben chiara la presenza di una astenosfera. Thomas H. Jordan, proponendo una ipotesi di composizione mineralogica del mantello superiore, suggerisce che al di sotto dei cratoni stabili il mantello sia impoverito della sua frazione basaltica e che questo renda stabile la base dei cratoni, da lui chiamata "tettosfera", una zona che viene traslata coerentemente durante il movimento della placca. Il mantello impoverito di basalto sarebbe invece ricco di ioni che per dimensioni e proprietà fisico-chimiche non sono adatti ad entrare nei reticoli cristallini tipici dei minerali delle rocce (Large Ion Lithophile = LIL), rendendo la tettosfera resistente alla distruzione da parte di moti convettivi.

 


 

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