Modelli geodinamici

La prima elaborazione della teoria della deriva dei continenti spetta a Taylor, che prese in esame la distribuzione delle catene montuose del Cenozoico in Europa. Le sue considerazioni furono:
- la crosta che compone l'Asia e l'Europa ha subìto un movimento da nord a sud; dove ha incontrato un ostacolo si è formato l'altipiano del Pamir e l'Himalaya
- la Groenlandia è il residuo di un massiccio che comprendeva il Canada e l'Europa
- la dorsale atlantica è la linea di separazione tra Africa e Sudamerica
- il Sudamerica si è spostato verso ovest.
La teoria più accreditata nel Novecento fu comunque quella di Suess, che aveva ipotizzato che la deriva dei continenti fosse dovuta a una contrazione del globo, dovuta al raffreddamento della terra.

Alcune parti della crosta sarebbero sprofondate dando vita agli oceani. Questa teoria è ora inaccettabile, ma si deve a Suess l'avere avanzato ipotesi sul centro della Terra.
Nel 1910 Wegener elaborò un ipotesi che chiamò "deriva dei continenti". Egli ipotizzò che nel Mesozoico esistesse un supercontinente, la Pangea, che avrebbe iniziato a frantumarsi nel Cretaceo. I continenti formati si sarebbero comportati come grandi zattere, scivolando sul sima. Le catene montuose si sarebbero originate per l'attrito tra la crosta sialica e il sima. Le Cordigliere americane si sarebbero formate a causa della deriva verso ovest delle Americhe, e il sistema alpino-himalayano dalla fuga dai poli. Le forze a cui si deve questo fenomeno sarebbero due: La forza di marea, e la repulsione dei poli. Wegener per avvalorare la sua tesi propose diverse prove: prove geofisiche: se i blocchi continentali possono subire movimenti verticali, allora potranno subire movimenti orizzontali; prove geologiche: ricavate dal confronto tra rocce diffuse sulle coste Atlantiche di Europa, Asia e America, che sembravano far parte di un blocco originario; prove paleontologiche: basate sulla somiglianza delle flore e delle faune di zone oggi distanti fra loro; prove paleoclimatiche: basate sullo studio della distribuzione dei climi nel passato. Quest'ultima prova si concentra sullo studio delle tilliti, ovvero depositi glaciali che sono state trasportate dai continenti alla deriva in zone dove il clima oggi è totalmente diverso.
Tra gli studiosi sostenitori di Wagner abbiamo Holmes e Du Troit. Holmes teorizzò che la terra fosse composta da tre strati: granitico, dioritico e peridotitico (sede di correnti convettive). Dove tali correnti sono divergenti, la crosta è sottoposta a tensione e ciò potrebbe spiegare la rottura della Pangea; Du Troit appoggiò la teoria della deriva e ipotizzò la rottura della Pangea in: Laurasia a nord e Gondwana a sud.
Un'altra prova a favore di questa teoria è quella dei paleomagnetismo, cioè un magnetismo fossile registrato nelle rocce magmatiche e sedimentarie. Questo magnetismo era anomalo inquanto registravano un campo magnetico come se il polo fosse in una posizione diversa da quella attuale. Si pensò allora ad una migrazione dei poli magnetici, ma si arrivò poi alla conclusione che in realtà erano i continenti a essersi spostati, non i poli. Fu inoltre scoperto che le dorsali oceaniche erano distribuite con continuità in tutti gli oceani e furono inoltre ritrovate nella magnetizzazione delle rocce dei fondali, le stesse anomalie riscontrate nelle rocce continentali. In definitiva quindi, la crosta oceanica non era diversa da quella continentale: la sua rigidità le consentiva di rompersi in faglie. Successivamente Hess ipotizzò che le grandi fosse oceaniche si trovassero in corrispondenza di una zona di convergenza tra due celle del mantello. Dopo vari esperimenti,, enunciò la teoria dell'espansione dei fondali secondo la quale gli oceani attuali non sono più antichi del Mesozoico. La crosta oceanica sarebbe costituita da tre strati: sedimenti incoerenti, rocce basaltiche e serpentinite. La teoria dell'espansione è avvalorata da quattro prove: Le faglie trasformi che interrompono la continuità delle dorsali oceaniche; le anomalie magnetiche già dette; l'età dei sedimenti, che aumentava progressivamente allontanandosi dalla dorsale; l'attività sismica in corrispondenza degli archi insulari dei Pacifico che permise di scoprire un piano sede di molti ipocentri, nel quale avviene un movimento di materiale crostale: il piano di Benioff.

La teoria della tettonica delle placche
La teoria della tettonica delle placche viene attribuita a Morgan, McKenzie e Parker. Secondo questa teoria la litosfera è suddivisa in una ventina di zolle o placche, rigide, che variano di dimensione e forma. I margini delle placche possono essere:
• margini costruttivi (divergenti) localizzati in corrispondenza delle dorsali; la zona delle dorsali è frastagliata e fratturata e nelle fratture si insinua l'acqua marina che crea una circolazione idrotermale. La formazione di una dorsale avviene attraverso degli stadi. Dapprima si verifica una risalita di materiale caldo dall'astenosfera, che cede calore alla litosfera e ne determina un inarcamento; la tensione del blocco continentale ne provoca la fratura, con formazione di una depressione. In una seconda fase la depressione si allarga sotto la spinta delle correnti convettive, facendosi invadere dal mare.
• margini distruttivi (convergenti) situate dove la crosta sprofonda lungo il piano di Benioff; possono dare vita a:
- sistemi arco-fossa: sono localizzati in zone dove si verificano dei fenomeni come: vulcanismo, metamorfismo,sedimentazione. Una delle due placche in collisione viene subdotta e assorbe calore dal mantello, viene rifusa e origina il magma, il quale entra in contatto con la placca superiore, che subisce una fusione parziale. Si forma cosi un sistema arco-fossa, caratterizzato da un piano di Benioff, un bacino sedimentario e un arco magmatico che è una fascia vulcanica parallela alla fossa con vulcanismo andesitico. L'arco magmatico intraoceanico si forma quando la collisione avviene tra due lembi di crosta oceanica. Un esempio caratteristico è l'arcipelago del Giappone, formato da isole vulcaniche, affiancate ala fossa del Giappone, mentre il bacino di retroarco è rappresentato dal Mare del Giappone. L'arco magmatico di margine continentale si presenta invece come una catena montuosa vulcanica parallela alla costa del continente. Esempio è la collisione tra la placca di Nazca e la placca sudamericana che ha dato vita ai vulcani delle Ande, di tipo esplosivo;
- collisione tra continenti: La crosta continentale, leggera, non può essere subdotta, e perciò si verifica un accavallamento dei due blocchi crostali, con formazione di grandi scaglie che originano una catena montuosa a pieghe.
• margini conservativi (trascorrenti) dove le placche scivolano una accanto all'altra, senza costruzione nè distruzione. Il caso più studiato è quello del margine californiano, dove la placca pacifica e quella nordamericana hanno dato vita nel tempo a un fascio di faglie detto struttura a fiore; la più nota è quella di San Andreas. La zona è soggetta a fenomeni compressivi e distensivi e in corrispondenza delle faglie si manifestano fenomeni di deformazione. Le rocce superficiali si presentano più fragili, mentre quelle profonde hanno un carattere più plastico.
Le placche sono costituite da litosfera e scivolano sulla sottostante astenosfera; alcune sono formate da crosta oceanica (placca del Pacifico), altre da crosta continentale (Eurasia), altra ancora da crosta di due tipi (Africa).