moti convettivi

Amante, C. and B.W. Eakins, ETOPO1 Arm-Minute Global Relief Model:
Procedures, Data Sources and Analysis, NOAA Technical Memorandum NESDIS NGDC-24, March 2009

L’esplorazione dei fondali oceanici è stata determinante per la geologia moderna. Uno sguardo sulle fosse, le dorsali e il vulcanismo oceanico può permettere, anche a noi, di comprendere quali problemi gli scienziati hanno affrontato per interpretare le dinamiche delle placche tettoniche, e quale elegante soluzione hanno adottato con la formulazione della teoria della tettonica delle placche. Cominciamo dunque il viaggio che ci porterà nelle profondità degli oceani.

INDICE

In questo articolo

  1. L'esplorazione dei fondali oceanici
  2. Le dorsali medio-oceaniche
  3. Le fosse oceaniche
  4. Un enigma: gli Hot Spot
  5. Harry Hammond Hess

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Approfondimenti

1. L'esplorazione dei fondali oceanici

Esplorazione oceanica

H.M.S. Challenger - Alvin - Johnson-Sea-Link - fonte NOAA

L’esplorazione dei fondali oceanici è un’affascinante storia di uomini e mezzi, iniziata ufficialmente nel 1872 dalla corvetta H.M.S Challenger, della Marina Reale britannica. Alla piccola nave in legno si sono sostituiti, in tempi moderni, batiscafi, robot sottomarini e navi oceanografiche equipaggiate con ecoscandagli e nel 1968 è stato avviato il programma di perforazione del fondale oceanico "Ocean Drilling Program". Recentemente sono stati messi in orbita satelliti studiati appositamente per il rilievo dei fondali oceanici, capaci di misurare minimi cambiamenti del livello del mare indotti dalla variazione di gravità prodotta dalla topografia e dalla composizione del fondale sottostante.

Fondali oceanici

Simulazione dell'abbassamento del livello dei mari e del totale prosciugamento delle acque - antartis / 123RF Archivio Fotografico

Quali forze elevarono le catene montuose sottomarine e fecero sprofondare le fosse? Come si spiega il vulcanismo sottomarino lungo le dorsali? E come si spiegano le tracce vulcaniche nei “punti caldi”. Ebbene, furono le risposte a queste domande, e dunque lo studio dei fondali oceanici e non dei continenti, a far nascere la moderna teoria della tettonica delle placche.

Fondali oceanici

Simulazione dell'abbassamento del livello dei mari e del totale prosciugamento delle acque- antartis / 123RF Archivio Fotografico

2. Le dorsali medio-oceaniche

Età delle rocce sui fondali oceanici

Le dorsali medio-oceaniche (in rosso) sotto gli oceani.
Notare l'età delle rocce: dalle più recenti (rosse) alle più antiche (verdi)

da NOAA - National Oceanic And Atmospheric Administration

United States Department of Commerce

 

 

Sotto gli oceani vi sono delle enigmatiche catene montuose: si estendono, come la cucitura di un pallone da rugby, per più di 60.000 km su tutto la superficie del pianeta; larghe da 1000 a 4000Km s’innalzano fino a 2700 m sopra le piane abissali oceaniche, tra i 2500-2700 metri di profondità: sono le dorsali medio-oceaniche[1]. Si trovano al centro degli oceani, lungo i confini di quelle placche che si allontanano l’una dall’altra (margini divergenti[2]), dai quali sgorgano i magmi che ne costituiscono l’ossatura. E’ lungo le dorsali medio-oceaniche che il pianeta rinnova la sua pelle, ovvero la litosfera[3], riversando ogni anno sui fondali qualche kilometro quadrato di nuova crosta oceanica; Per questa continua effusione di lave l’oceanografo Bruce C. Heezen definì le dorsali come “La ferita che non cicatrizza mai”. Man mano che ci si allontana dalla dorsale l’età delle rocce aumenta: in altre parole le dorsali medio oceaniche sono formate da rocce giovanissime che diventano sempre più vecchie avvicinandosi alle coste dei continenti.

Dorsale atlantica

La Dorsale Medio-Atlantica- da USGS

Questo perché le giovani rocce, consolidate dai magmi che risalgono lungo le dorsali, si muovono verso i continenti traportate dai moti convettivi del mantello nel corso di milioni di anni. Pertanto, avvicinandoci ai margini continentali, troviamo gli stessi materiali che milioni di anni fa sgorgavano dalle dorsali medio-oceaniche, solo molto più vecchi.

L'asse centrale della dorsale è percorso da una fossa tettonica, larga una decina di chilometri e profonda 2000-3000 m, chiamata Rift-Valley, dal quale sgorgano i magmi che giungono dal mantello. Sul suo fondo si trovano colate di basalto e sorgenti idrotermali dovute all'acqua di mare che, penetrata nelle fratture, giunge a contatto con i materiali caldi e riaffiora con temperature dell'ordine dei 380 C.

I margini della Rift-Valley, frastagliati e interessati da intrusioni magmatiche, sono inarcati verso l’alto per il calore proveniente dal materiale in risalita e degradano lentamente in direzione dei margini continentali.

Dorsale Atlantica e profilo

Il profilo dell'Oceano Atlantico
Basata su: Morphologie des continents et des reliefs océaniques - edizioni Magnard

La dorsale, disarticolata e dislocata da una serie di faglie trasversali (faglie trasformi), assume un percorso a zig-zag; lungo queste faglie si verificano intensi terremoti, provocati dallo scivolamento di una placca rispetto all'altra.

Note

1. ⇑ Le dorsali medio-oceaniche non sono sempre sotto il livello del mare: le cime più elevate possono emergere formando isole vulcaniche come l’Islanda o le più piccole Azzorre, allineate lungo la Dorsale Medioatlantica.

2.⇑Le placche tettoniche divergenti si allontanano l’una dall’altra, il vuoto viene colmato dal magma che risale dal mantello. Cfr. La tettonica delle placche

3. ⇑ La litosfera è l’involucro esterno rigido della Terra composta dalla crosta e da una piccola porzione di mantello cfr. I moti convettivi del mantello.

Alvin

3. Le fosse oceaniche

Fossa oceanica

Fossa oceanica di Portorico - United States Geological Survey

 

 

 

In alcune luoghi del pianeta, sotto gli oceani, in corrispondenza di margini continentali o archi di isole, si trovano profondissime depressioni. Collocate lungo i confini dell’oceano Pacifico, Indonesia, Antille, mar Egeo, non sono presenti al centro degli oceani. Sono le fosse oceaniche, profonde fino a 11.000 metri e hanno caratteristiche geologiche singolari messe in luce dalle indagini geofisiche.

Profondità della fosse (fonte wikipedia)

Oceano Pacifico

Oceano Indiano

Oceano Atlantico

Fossa oceanica BGS

Fossa oceanica lungo un arco insulare
Reproduced with the permission of the British Geological Survey ©NERC. All rights Reserved'

Nelle fosse la crosta terrestre, o sarebbe meglio dire la litosfera, si inabissa fino a 700 chilometri di profondità. Sono i luoghi dove la litosfera sprofonda nel mantello terrestre (subduzione).L’attività vulcanica è dovuta alle alte pressioni e temperature raggiunte dai materiali che sprofondano nel mantello. Qui le rocce fondono e grandi quantità di magma risalgono verso la superficie, dando vita ad un vulcanismo di tipo esplosivo che forma archi insulari di isole vulcaniche, o cordigliere formate da succesioni vulcaniche e intrusioni magmatiche (Ande).

4. Un' enigma:gli hot spot

Hawaii

Le isole Hawaii

Hot spot Hawaii

Le isole Hawaii e gli hot spot - antartis / 123RF Archivio Fotografico

Le isole Hawaii sono di origine vulcanica e, curiosamente, sono allineate in una linea continua lungo la quale l’età dei vulcani aumenta, da quelli ancora attivi a quelli spenti ed erosi da moltissimo tempo.

Qual è il fenomeno che ha prodotto questo curioso accidente geografico sul nostro pianeta?

Hot spot

La genesi delle isole Hawaii - USGS

Nel 1963 John Tuzo Wilson suppose che una colonna di magma del diametro di 100-250 km risalisse dal mantello (hot spot o punti caldi), provocando attività vulcanica in un preciso punto della crosta terrestre. Siccome però le zolle si muovono, e la Placca Pacifica si muove di 1 cm/anno sul punto caldo in direzione nord-ovest, il vulcano si spostava di conseguenza, abbandonando ogni volta le vecchie eruzioni per dare luogo a eruzioni più giovani in un nuovo punto dell’oceano (William Jason Morgan, 1971).

Hot spot

Gli Hot spot nel mondo (pallini rossi)

(1) confini margini divergenti

(2) confini margini trasformi

(3) margini convergenti (subduzione)

(4) Hot Spot

Ecco così che, nel corso di 70 milioni di anni, mentre nuovi vulcani “si accendevano” lungo il percorso dell’ hot spot, le vecchie isole, oramai spente, andavano incontro a un lento processo di erosione e disfacimento.

L’allineamento delle isole Midway prosegue con la Catena dell’Imperatore, che devia decisamente dal precedente allineamento, putando verso nord. Questo cambiamento di direzione, avvenuto 40 milioni di anni fa, testimonierebbe un cambiamento di direzione del moto della Placca del Pacifico, da nord a nord-ovest.

Gli hot spot potrebbero essere il risultato dei moti convettivi del mantello terrestre, ma, alcuni studi, suggeriscono che potrebbero provenire dalle parti più profonde del mantello, al di sotto della fascia rimescolata efficacemente dalla convezione e, addirittura, potrebbero provenire dalla zone di confine tra nucleo e mantello.

 

5. Harry Hammond Hess

Hess

Tratto da: Corso di Storia ed Epistemologia delle Scienze "Dalla deriva dei continenti alla tettonica a placche “ di Tommaddi Cristiana e Eliana Graciotti http://www.minerva.unito.it/sis/hess/Hess2.html con alcuni adattamenti al testo originale.

Harry Hammond Hess (1906-1969), professore di geologia alla Princeton University e pioniere nell’esplorazione dei fondali oceanici, contribuì in maniera determinante alla nascita della teoria della tettonica delle placche. Negli anni ’30 partecipò ad alcuni studi sulla gravità sottomarina dell’arco insulare delle Indie Occidentali e più tardi estese questi studi alle Piccole Antille, utilizzando i sottomarini della Marina Militare.

Nel 1941, come ufficiale di riserva, fu chiamato ad un compito operativo a New York City: rilevare il posizionamento dei nemici nel Nord Atlantico.Durante le sue missioni sviluppò un efficace sistema per stimare la posizione dei sottomarini tedeschi ed al fine di ottenere un primo test sull’efficacia del suo programma di rilevamento, partecipò, su sua stessa richiesta, ad una pericolosa missione sulla nave civetta USS Big Horn. Successivamente, prese parte a quattro importanti sbarchi nel Pacifico come comandante della nave da attacco USS Cape Johnson e utilizzando la strumentazione di bordo, poté scandagliare 100 miglia di profondità che lo condussero alla scoperta di monti marini dalla cima piatta (vecchie isole sommerse) che più tardi chiamò "guyots" in onore di un geografo svizzero Arnold Guyot, fondatore del Dipartimento di Geologia di Princeton.

Dopo la guerra continuò le ricerche dei guyots e delle dorsali oceaniche e con la scoperta, nel 1953, della Great Global Rift, una valle vulcanica che corre lungo le dorsali oceaniche, Hess riconsiderò i dati acquisiti durante la guerra.

Nel 1962, le sue teorie furono pubblicate in un documento intitolato "History of ocean basins" che divenne uno dei più importanti contributi nello sviluppo della tettonica a placche. Nel documento, Hess attribuiva all’espansione dei fondali oceanici la causa del movimento dei continenti e proponeva un meccanismo geologico in supporto alla teoria di Wegener riguardo al loro movimento; secondo la sua interpretazione, il magma fuso, da sotto la crosta terrestre, fuoriesce attraverso le zolle nella Great Global Rift, si raffredda a contatto con le acque oceaniche, si espande e spinge le placche dall’altro lato rispetto ad essa; in questo modo il Nord e il Sud America sarebbero spinte verso Ovest ed Eurasia e Africa verso Est.

Fondali oceanici

Da Morphologie des continents et des reliefs océaniques - edizioni Magnard

Bibliografia

Bosellini A. (2005). Storia geologica d'Italia. Zanichelli - ISBN 88-08-07527-3
Brahic, Tapponier, Brown, Girardon 2001. Intervista con la Terra. Salani editore - ISBN 88-8451-266-2
F. Press, R. Siever, J. Grotzinger, T. H. Jordan. Capire la Terra. ZAnichelli - ISBN 88-08-07991-0
Bosellini A. (2011). La Terra dinamica. Zanichelli - ISBN 978-88-08-06707-4

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