I FONDALI OCEANICI E LA DERIVA DEI CONTINENTI Il 1957 fu dichiarato ANNO GEOFISICO INTERNAZIONALE e, in quell'anno scienziati di diverse nazionalità poterono operare in collaborazione facilitati dai propri governi nell'adempimento delle varie formalità burocratiche. Dati i risultati ottimi, gli scienziati decisero di continuare a lavorare assieme e, grazie alle nuove strumentazioni disponibili (radar e sonar) fu possibile esplorare i fondali oceanici identificando le DORSALI o rilievi montuosi che si trovano sui fondali oceanici e le FOSSE o depressioni allungate per migliaia di Km. Si capì che attorno ai continenti si ha una PIATTAFORMA CONTINENTALE che, verso i 2000 m termina con la SCARPATA CONTINENTALE. TERREMOTI, VULCANI E PROBLEMI NEI FONDI OCEANICI Le dorsali, che si trovano al centro delle fosse abissali, sono sede di intensa attività sismica i cui IPOCENTRI (da dove si generano) si trovano pochi Km al di sotto delle dorsali stesse o delle fosse colpite. L'energia di tali sismi è violenta ed improvvisa ma si annulla a breve distanza dalle dorsali. Le dorsali risultano essere ad attività sismica almeno 10 volte superiore a quella presente sulla terraferma, quindi si pensò subito che esse fossero strutture vulcaniche (a conferma di ciò si vide che la dorsale MEDIOATLANTICA, affiora in superficie con isole vulcaniche come l'ISLANDA, le AZZORRE, Sant'Elena). IL VULCANISMO DI UNA DORSALE è particolare: la lava effonde da una frattura e non da un cono come accade in Islanda, nel vulcano LAKI. Le navi oceanografiche scoprirono che un avvallamento di circa 15Km e profondo centinaia di metri, è sempre presente sull'asse delle dorsali e, proprio in questa zona si concentra l'attività sismica. Tali conformazioni, cioè dei vulcani lineari, sono del tutto simili alla RIFT VALLEY, frattura tettonica cenozoica. LE FOSSE non sono dotate di particolare attività vulcanica ma le terre emerse che le circondano sono ad intensa attività vulcanica, quindi il vulcanesimo associato alle fosse risulta ESPLOSIVO. La sismicità delle terre attorno alle fosse risulta intensa e con ipocentri profondi. L'IPOTESI DI HESS L'età dei fondali oceanici risulta essere recente (180 milioni di anni) mentre le terre limitrofe superano i 3 miliardi di anni. Per spiegare questo enigma il geologo HARRY HESS, nel 1962 ipotizzò che le dorsali fossero delle grandi fratture della crosta terrestre e la zona sottostante (il mantello) poteva essere allo stato fuso. Nel mantello si ipotizzavano movimento convettivi che facevano salire in alto la materia incandescente che spezza la crosta terrestre e trova sfogo avviando una attività di tipo vulcanico. Gran parte della massa fluida continua a scorrere sotto la crosta senza fuoriuscire all'esterno e quindi la frattura viene sollecitata ad aprirsi ma contemporaneamente viene saldata dal magma che dopo essere fuoriuscito solidifica e che formerà al dorsale. In questo modo si spiega il perché le dorsali sono di recente formazione geologica e quindi l'età della crosta terrestre aumenta allontanandosi da esse. Il fondo oceanico viene diviso dalle dorsali in due PLACCHE (o ZOLLE) che sono parti sollecitate ad allontanarsi l'una dall'altra. Sono poco spesse (qualche Km) e di forma molto estesa (decine di milioni di Kmq). LE FOSSE abissali altro non erano che le zone di incontro-scontro tra placche in quanto una delle due placche che si scontra deve cedere il passo all'altra (si deve tener conto della densità e velocità delle placche) e si inflette formando un avvallamento o FOSSA DI SUBDUZIONE. Il piano di subduzione viene detto PIANO DI BENIOFF. L'attrito produce enormi quantità di calore e ciò spiega l'attività vulcanica che si riscontra lungo allineamenti paralleli di fosse. La teoria di HESS spiega quindi il perché gli ipocentri siano superficiali nelle dorsali (perché generati dal magma che risale) e nelle fosse ( dove una placca ha cominciato a discendere). Le terre attorno alla fossa appartengono alla placca che non si inabissa, quindi tale placca viene fratturata dallo scontro con l'altra placca, si innalza e la sua sismicità è molto intensa. Questa ipotesi suscitò molte polemiche e aprì la discussione sulla DERIVA DEI CONTINENTI. WEGENER: LA DERIVA DEI CONTINENTI Fin dall'inizio del '500 quando, grazie a Vespucci vennero realizzate le prime carte geografiche delle coste sudamericane, alcuni notarono che Africa e Sudamerica sembravano due metà di un unico continente spezzato. Nei primi decenni del '900 il climatologo ALFRED WEGENER ipotizzò che lembi di crosta terrestre (i continenti) si fossero realmente spostati muovendosi sul mantello (teoria della deriva dei continenti). Egli affermava che, al termine del Paleozoico (200 milioni di anni fa), tutte le terre emerse fossero riunite nella PANGEA mentre il resto della terra era coperto da un oceano: la PANTALASSA. Da quel momento la Pangea si sarebbe smembrata. L'attrito sul fondo avrebbe generato le catene montuose ai bordi dei continenti in moto (per es. Le Alpi e le catene montuose asiatiche venivano generate dal movimento del continente euro-asiatico verso sud). Nel 1929 il geologo ARTHUR HOLMES scrisse che i movimenti dei continenti avrebbero potuto derivare dai moti delle masse incandescenti presenti nel mantello. Fino agli anni '50 la teoria di Wegener non fu accettata anche perché furono ritrovati fanghi pelagici spessi molte centinaia di metri, nell'Atlantico. Questi fanghi sedimentano con incredibile lentezza: occorre anche mezzo milione di anni per raggiungere lo spessore di un metro; quindi un così grande accumulo presupponeva tempi molto più lunghi dei 200.000.000 di anni che Wegener aveva attribuito all'Atlantico. Non si capiva il perché dei movimenti orizzontali di diverse centinaia di Km effettuati dai continenti. HARRY HESS, nel 1962 ipotizzò che i continenti sono solo delle zattere che galleggiano sul mantello e vengono trascinati dai moti convettivi del mantello. Il materiale del mantello preme sulla crosta soprastante e la spezza lungo le dorsali (ottenendo una ventina di placche in tutto il pianeta). Le placche ottenute sono OCEANICHE (coperte dal mare) o CONTINENTALI (su di esse poggia un continente). I margini delle placche sono * DIVERGENTI se costituiti da una dorsale (sono sempre placche oceaniche) * CONVERGENTI se le placche si scontrano fra loro (possono essere continentali o oceaniche). Nella collisione la placca più antica è anche la più densa e andrà in subduzione formando una fossa. Una attività vulcanica si avvierà dalle fratture e si formeranno isole vulcaniche. Queste isole sono solo la sommità di apparati enormi, infatti la loro base poggia migliaia di metri più in basso. Il magma che si trova nel sottosuolo tenderà ad innalzare tutto l'arco insulare e l'attività sismica sarà fortissima, come accade in Giappone. Il magma ingloberà i sedimenti silicei del fondo e fondendoli la composizione del magma sarà acida e a densità inferiore al fondo oceanico basico. Questo spiega il perché gli archi insulari non affondano una volta formati: sono leggeri e restano a galla sul mantello. Quando una collisione coinvolge un continente, questo, essendo più leggero non andrà in subduzione bensì vi andrà la PLACCA OCEANICA formando una FOSSA ABISSALE che sarà riempita dal CUNEO SEDIMENTARIO (sedimenti della crosta che si solleva) e la pressione enorme farà formare dei miscugli di rocce sedimentarie o metamorfosate o scaglie di crosta basaltica (PIETRE VERDI). Il magma consolidato, nel sottosuolo, formerà dei batoliti (Massa di rocce eruttive intrusive di grandi dimensioni, a forma di cupola, che si allarga verso il basso fino a profondità sconosciute) granitici (es. La costa del Sudamerica). Se due continenti si avvicinano di pochi centimetri l'anno, ma la collisione avviene per milioni di anni, non potendo affondare perché leggeri, i loro bordi si fratturano e il loro spessore raddoppia. I magmi non riusciranno ad arrivare in superficie, per questo l'attività vulcanica sarà inesistente ma vi sarà attività sismica. TEORIE OROGENETICHE ( L'insieme dei fenomeni geologici che portarono alla formazione delle catene montuose). Una teoria sulla formazione delle montagne, dato che le montagne sono di vario tipo (tabulari, cioè generate da una spinta verso l'alto; a pieghe; ammassi di formazioni rocciose) doveva partire per forza da una terra molto più calda di quella di oggi il cui raffreddamento aveva formato una crosta solida che si sarebbe raggrinzita. Un'altra teoria spiegava che le parti leggere della crosta venivano spinte verso l'alto, come ad esempio il ghiaccio e il sughero che galleggiano sull'acqua con altezze diverse (isostasia = Teoria secondo la quale le masse rigide di sial che costituiscono i continenti "galleggerebbero" in equilibrio statico sul sottostante sima plastico). WEGENER spiegò che i movimenti orogenetici derivavano dall'attrito fra i continenti (anche se non sapeva spiegare il perché i continenti si muovessero). LA TETTONICA A PLACCHE spiega che l'orogenesi è un effetto della collisione fra placche continentali (ad es. PIRENEI, ALPI, HIMALAIA). COSA MUOVE L'AGO DELLA BUSSOLA? L'ago della bussola indica la direzione NORD-SUD in quanto (lo scoprì GILBERT nel 1600) viene influenzato dal cmt (campo magnetico terrestre). Il MAGNETOMETRO è lo strumento che misura il campo magnetico (la cui unità di misura è il GAUSS). Il cmt ha un campo magnetico di solo 1/2 Gauss ed esso sembra generato da una grandissima barra magnetica posta nel centro del pianeta ed inclinata di 11°30' rispetto all'asse di rotazione. I POLI MAGNETICI quindi non coincidono con I POLI GEOGRAFICI ma la direzione del campo magnetico forma con la direzione dell'asse N-S geografico un angolo detto DECLINAZIONE MAGNETICA (11°30'). Inoltre l'ago magnetico tende ad inclinarsi fino ad arrivare ad essere perpendicolare ai poli magnetici e in piano all'equatore magnetico. In ogni caso una barra magnetica gigantesca non può esistere perché le proprietà magnetiche dei minerali ferrosi scompaiono alla temperatura di 550°C che nel sottosuolo si raggiunge dopo pochi Km. La spiegazione deriva dalla presenza di una specie di DINAMO ELETTROMAGNETICA. Se noi mettiamo un liquido ricco di molecole contenenti ferro in un campo magnetico, le molecole si orienteranno secondo il campo magnetico, come dei minimagneti. Se abbassiamo la temperatura le molecole, solidificando, non si muoveranno più e manterranno l'orientamento assunto precedentemente. Questo è ciò che accade nelle lave e con i magnetometri (nell'anno Geofisico Internazionale) si misurò il magnetismo delle lave con risultati sconcertanti: le lave antiche avevano magnetismo orientato in modo diverso da quello attuale, i poli sarebbero risultati spostati di migliaia di Km, senza alcuna relazione con lo spostamento dei poli geografici, molto limitato nei millenni. La spiegazione c'era: non si erano mossi i poli, bensì i continenti. Per far collimare tutti i dati bastava pensare che tutte le terre emerse fossero unite prima di 220 milioni di anni fa. INVERSIONI MAGNETICHE Studiando le lave di pochi milioni di anni fa si potevano studiare i movimenti dei poli magnetici (visto che i continenti si erano spostati pochissimo in questo periodo). I risultati furono sconvolgenti: o la variazione era di pochi gradi o di 180° ! cioè i poli magnetici ogni tanto si scambiavano di posto. Cioè si avevano periodicamente delle INVERSIONI MAGNETICHE: gli ultimi 80 milioni di anni avevano avuto 171 EPOCHE MAGNETICHE (in media ogni 500.000 anni anche se la fase attuale dura da 700.000 anni). MAGNETISMO ED ESPANSIONE DEI FONDI OCEANICI Al termine degli anni '50 i geologi accertavano che il fondo degli oceani era di lava basica, quindi si misurò la magnetizzazione di tale lava (dalle navi o dagli aerei). I fondali erano magnetizzati a bande parallele larghe alcuni Km e la struttura era regolare. I geologi F. VINE e D.H. MATTEWS spiegarono l'enigma con la espansione dei fondali oceanici: infatti le bande magnetiche sono allungate lungo le dorsali e vengono formate dalla lava appena uscita accanto alla quale si trovano bande più antiche e di epoche magnetiche inverse. Si poté misurare la velocità di espansione delle dorsali oceaniche.