Corso di Geologia

Argomento: TETTONICA GLOBALE


INDICE


03 - ESPANSIONE DEI FONDI OCEANICI

La Terra rilascia il suo calore interno per convezione.

Il mantello caldo astenosferico risale in superficie e si espande lateralmente trasportando oceani e continenti come su un lento nastro trasportatore.

La velocità è di pochi cm all’anno. La nuova litosfera creata nei centri di espansione si raffredda progressivamente e diventa tanto densa da affondare nel mantello.

La crosta subdotta rilascia materiali acquosi caldi che risalgono a formare gli archi vulcanici in superficie e dopo pochi milioni di anni sarà riscaldata e riciclata nei centri di espansione.

Terremoti di piccola profondità (tensionali sulle dorsali, movimenti laterali sulle trasformi).

Terremoti profondi (mostrano compressione da thrust e verso il basso).

 

 

 

Il rinvenimento nelle zone centrali degli oceani di coperture sedimentarie (più sottili di quanto pensato precedentemente dai geologi che consideravano gli oceani vecchi di quattro miliardi di anni e si aspettavano spessori notevoli di sedimenti), fu uno dei motivi essenziali che portarono allo sviluppo dei concetti sull’espansione dei fondi oceanici.

Quando il magma si raffredda formando le rocce vulcaniche registra l’orientazione magnetica o polarità (normale o inversa) del tempo. Mappando i fondi oceanici si trovò che bande alternanti rocce con magnetismo differente erano disposte in fila ai due lati delle dorsali, una banda con polarità normale e quella adiacente con polarità inversa. Questa caratteristica a pelle di zebra rappresentata da fasce di rocce con polarizzazioni normali alternate a rocce con polarità inversa, ha permesso di identificare le cosiddette Bande magnetiche. Vine e Matthews (1963) ipotizzarono che le bande (anomalie) magnetiche erano state prodotte da ripetute inversioni del campo magnetico terrestre. La scoperta delle bande magnetiche pone delle domande: come si forma il pattern delle bande magnetiche? Perché le bande magnetiche sono simmetriche nelle adiacenze della cresta delle dorsali? A questa domanda non si poteva rispondere se non conoscendo il significato geologico delle dorsali che già a quel tempo erano ritenute zone di debolezza dove il fondo oceanico ere lacerato in due lungo la cresta.

Le vaste implicazioni di queste assunzioni furono comprese inizialmente da pochi; tra questi Hess che suggerì che la nuova crosta oceanica si espande in continuazione dalle dorsali con un movimento di un nastro trasportatore e viene inghiottita, milioni di anni dopo, nelle strette e profonde fosse oceaniche (trenches) presenti ad esempio nell’Oceano Pacifico.

Quando la vecchia crosta oceanica viene consumata nelle fosse oceaniche nuovo magma risale e viene eruttato lungo le dorsali per formare nuova crosta.

Questo processo chiamato Seafloor spreading (espansione dei fondi oceanici) operando per milioni di anni è stato in grado di creare il sistema lungo 60 mila chilometri delle dorsali oceaniche.

Questa ipotesi veniva supportato da varie prove:

 1)       vicino alle cresta le rocce sono molto recenti e diventano più antiche allontanandosi dalla cresta delle dorsali;

 2)       le rocce recenti presentano un magnetismo con polarità normale corrispondente a quella attuale;

 3)       bande di rocce parallele alla dorsale posseggono polarità magnetica alternativamente normale-inversa-normale.

 

Quest’ultima caratteristica comprovava che il campo magnetico terrestre ha cambiato bruscamente e ripetutamente nel tempo. L’ipotesi dell’espansione dei fondi oceanici spiegava sia le bande magnetiche che la costruzione del sistema delle dorsali costituendo un supporto fondamentale per la Tettonica delle zolle.

Con lo sviluppo della geologia marina (per le ricerche petrolifere nei mari) la nave oceanografica Glomar Challenger lavorò per un intero anno, nel 1968, facendo molte sezioni attraverso la Dorsale Medio Atlantica e perforando varie località. Quando furono determinate le età dei campioni carotati, si ebbe la conferma dell’ipotesi dell’espansione dei fondi oceanici .

L’ipotesi spiegava chiaramente perché la Terra non diventa più grande, perché sui fondi oceanici c’è così poco sedimento e per quale motivo le rocce oceaniche sono più recenti delle rocce continentali.

La concentrazione dei terremoti riconosciuta negli ultimi 80 anni dai sismologi, si rivelò molto importante:

 a)       in corrispondenza delle fosse dove i terremoti identificano piani con un’inclinazione di oltre 50° ed estesi per centinaia di km che vennero chiamate piani di Benioff;

 b)       in corrispondenza delle dorsali medio oceaniche dove i terremoti presentano i caratteri della distensione.

Qual è il significato del collegamento tra i terremoti e queste aree della Terra?

Il riconoscimento di questo collegamento ha aiutato a confermare la teoria dell’espansione degli oceani localizzando con precisione le zone dove Hess, aveva previsto che nuova crosta oceanica veniva formata (dorsali) e le zone dove la litosfera oceanica s’immergeva nel mantello (al di sotto delle fosse).

  

Fig. 54

 

 

 

 

  

a

  
b

                                         c                                        

 

Fig. 55 a, b, c

 

 

 

La figura illustra una spiegazione alternativa per le anomalie magnetiche che sono approssimativamente parallele all’asse della dorsale e a volte anche simmetriche. Beloussov (scienziato russo oppositore dell’espansione dei fondi oceanici) suggerisce che le dorsali oceaniche sono strutture molto giovani costruite per successive venute di lava sistemate come tegole su un tetto e in cui le venute più vecchie sono più estese rispetto a quelle più recenti. In questo modo le anomalie magnetiche registrano semplicemente la successione delle espansioni laviche.

 

Fig. 56

 

 

 

 


Finestra 2: CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

 

Il campo magnetico terrestre risulta originato per il 90% da un dipolo che si trova vicino al centro della Terra e per il restante 10% da campi magnetici locali che si originano vicino alla superficie terrestre. Il campo dipolare è probabilmente indotto da correnti elettriche originate da flussi nel nucleo esterno o forse da interazioni dell’interfaccia nucleo/mantello.

  

Fig. 57:

I minerali agiscono come l’ago della bussola e puntano verso il nord magnetico

  

 Fig. 58

 

 

Il campo magnetico è una grandezza vettoriale la cui orientazione sulla superficie terrestre è una variabile funzione della latitudine. Nelle regioni equatoriali il campo magnetico è sub-orizzontale (quasi 0°) e la sua inclinazione aumenta fino a 90° ai poli. Questa variazione di latitudine è chiamata inclinazione magnetica. L’asse di rotazione della Terra non coincide con l’asse del dipolo del campo magnetico e questa differenza angolare costituisce la declinazione magnetica. In realtà la posizione dell’asse del dipolo migra irregolarmente nel tempo ma appare contenuta dentro valori non superiori a 12°-15° rispetto all’asse di rotazione. Se ci riferiamo a tempi geologici possiamo considerare l’asse di rotazione e il polo magnetico statisticamente coincidenti. Inoltre il campo magnetico cambia la sua polarità mostrando in determinati periodi di tempo un campo di polarità inverso. Le inversioni di polarità, durante le quali il campo magnetico si riduce al 10% della sua intensità massima, avvengono rapidamente, in intervalli compresi tra 10 e 100 mila anni.

Polarità, inclinazione, declinazione del campo magnetico terrestre sono “registrate” e conservate sia nelle rocce ignee che in quelle sedimentarie e danno informazioni essenziali per la teoria della tettonica a zolle.

I concetti di centro di espansione, di rifting e di traslazioni di masse continentali poggiano fondamentalmente su studi di paleomagnetismo.

 

 

 

Bande magnetiche ed inversioni di polarità

 

Negli anni 50, usando il magnetometro i geofisici marini si accorsero di sostanziali variazioni di magnetizzazione delle rocce del fondo oceanico. Si sapeva già che le misure del magnetismo nelle rocce permette di distinguere rocce con polarità normale (che avevano la stessa polarità dell’attuale campo magnetico della Terra) da rocce in cui si ritrova una polarità inversa (cioè una direzione di polarità opposta a quella attuale).

 

 

Significato delle bande magnetiche

Le Bande magnetiche sono “fasce” di rocce con polarità normale e inversa del magnetismo residuo disposte con simmetria assiale rispetto alla dorsale medioceanica. Queste fasce hanno un’età progressivamente più antica allontanandosi dalla zona di dorsale (in ambedue le direzioni) e vengono prodotte dal “nastro trasportatore” della litosfera oceanica di nuova formazione. La litosfera viene magnetizzata da un campo magnetico il quale periodicamente assume polarità inversa.

  

 

Fig. 59

Effetti delle inversioni di polarità sulla magnetizzazione di sedimenti pelagici. Nel caso A senza espansione oceanica si deposita una serie di strati con polarità esterna sopra la crosta. Nel caso B con espansione di fondo oceanico  ciascun strato magnetizzato ricopre sedimenti più vecchi e poggia su una porzione di lava che è si è generata alla cresta della dorsale durante lo stesso intervallo temporale (della deposizione degli strati) e successivamente allontanatasi dalla dorsale.

 

Fig. 60