Esplorazione della terra: dalle indagini geognostiche alla tettonica a placche

Indagini geognostiche della terra

Per studiare l’interno della terra si utilizzano indagini geognostiche che possono essere allora volta dirette o indirette:

Le indagini dirette non superano i 3600 m di profondità, utilizzano le prospezioni geologiche, ovvero indagini del sottosuolo che riducono al minimo i rischi per le persone. La più comune forma di indagine diretta è la perforazione con un tubo cavo, detto carrozziere, che permette di prelevare campioni del sottosuolo, chiamati carote, da sottoporre poi all’analisi consentendo così di analizzare solo uno strato superficiale della terra;

Le indagini indirette trovano maggiore rilevanza in quelle geofisiche basate sull’analisi delle onde sismiche quindi sull’analisi dei sismogrammi di ogni terremoto. Vengono considerate le onde P ed S da cui la propagazione dipende dalle caratteristiche fisiche e chimiche dei materiali che attraversano e la loro velocità aumenta con l’aumentare della profondità quindi al crescere della pressione.

Superfici di discontinuità

Vengono individuate delle superfici di discontinuità grazie alle variazioni brusche di velocità delle onde sismiche e della loro direzione di propagazione. Sono zone in cui la composizione e lo stato fisico dei materiali che costituiscono la terra subiscono un forte cambiamento. Possono essere di tipo litológico (prodotto dal cambiamento della composizione chimica delle rocce) oppure fisico (l’origine risale a variazioni di densità e stato fisico dei materiali). Le superfici di discontinuità possono essere:

1. Discontinuità di Mohorovičić (Moho): la sua profondità media è di 33 km circa, venne scoperta nel 1909, al di sotto di essa si osserva un aumento della velocità sia delle onde P che delle onde S;

2. Di Gutenberg: è posta all’incirca a 2900 km di profondità, mostra una brusca diminuzione di velocità delle onde P e la propagazione delle onde S invece si interrompe;

3. Di Lehmann: localizzata a circa 5170 km di profondità, qui avviene un aumento della velocità delle onde P, è la più profonda conosciuto fino ad oggi.

Struttura interna della terra

La terra viene suddivisa internamente in gusci concentrici diversi fra loro per composizione:

la crosta terrestre è delimitata inferiormente dalla superficie della discontinuità di Moho e si distingue a sua volta in:

1. Continentale: più spessa e più leggera a una composizione granitica quindi formata da grandi dei rocce metamorfiche costituite principalmente da silicati di alluminio;

2. Oceanica: formata prevalentemente da basalti che si depositano sul fondo creando quello che diventerà fondo oceanico prodotto dall’eruzione dei vulcani sottomarini. La solidificazione più lenta dello stesso magma porterà alla creazione di un livello di gabbri (rocce ignee intrusive equivalenti al basalto). Questa crosta è molto più densa e ricoperta da strati di sedimenti di spessore variabile.

Composizione del mantello

Il mantello è diviso dalla crosta terrestre attraverso la superficie di discontinuità Moho. La sua composizione è ultra basica formata da rocce ignee ricche di silicati di ferro, magnesio e calcio, divisa dal nucleo con la discontinuità di Gutenberg. Nella parte superiore di questo i materiali sono presenti in stati fisici diversi dando origine quindi a:

1. La litosfera: più esterna, formata da rocce rigide ed elastiche, spessa 70 km al di sotto dei fondali oceanici. Questo strato mostra un comportamento omogeneo di crosta e mantello;

2. L’astenosfera: è duttile e plastica, formata da rocce parzialmente fuse sopra le quali galleggiano i grandi blocchi della litosfera, il suo spessore è compreso fra 200 e 250 km ma i magmi sono basici in quanto derivano dalla fusione di rocce ultra basiche;

3. la mesosfera: il più profondo. Sono presenti rocce solide ultra basiche con comportamento fisico rigido ed elastico.

Nucleo terrestre e campo magnetico

Il nucleo è formato da leghe di ferro e nichel. Al suo interno vi è una suddivisione: il nucleo esterno costituito da materiali fusi e il nucleo interno solido, sottoposto a una pressione enorme dimostrando che la composizione non cambia, ma lo stato fisico si.

Si suppone che il campo magnetico terrestre sia dovuto ai movimenti circolari dei materiali fluidi del nucleo esterno che generano flussi di corrente elettrica. La variazione di tali movimenti sarebbe la causa di periodiche inversione dei poli magnetici terrestri. Una prova della distanza di questo campo magnetico è legato ai minerali ricchi di ferro che hanno la caratteristica di cristallizzarsi disponendosi secondo la direzione del campo magnetico cui sono sottoposti.

Teoria della deriva dei continenti

Tra il 1910 e il 1929 Wagener elaborò la teoria della deriva dei continenti secondo la quale i continenti sono in continuo movimento e anticamente erano uniti fra loro, in un secondo momento si sarebbero divisi e allontanati. Vengono proposte diverse argomentazioni:

1. Geografica: basata sulla somiglianza dei profili delle coste.

2. Geologica: che mostra lo studio di catene montuose che erano presenti non solo in Europa e America settentrionale, ma anche in continenti come Australia, Africa, America meridionale, Antartide e India.

3. Paleontologica: in continenti molto distanti e diversi, alcuni resti fossili appartenevano a speci di animali e piante presenti anche in altri continenti (ad esempio la presenza di rocce e fossili di animali tipici di climi caldi in paesi freddi)

4. Paleoclimatica: l’organizzazione si basa su un’analisi della distribuzione delle tilliti, ovvero dei depositi di rocce di origine glacialeDal punto di vista paleoclimatico si riesce a notare che i tilliti risultavano essere vicini, concentrati in un’unica zona, giustificherebbe la distribuzione di tali depositi in più continenti. Per giungervi bisognava ammettere che i poli geografici avevano occupato una posizione differente da quello attuale in precedenza.

Tutte vengono verificate dal fatto che unendo i confini delle coste dei continenti coincidono.

Scoperta delle dorsali oceaniche

In seguito a questa scoperta vennero fatte diverse ricerche tra cui spicca quella che portò alla scoperta delle dorsali oceaniche: catene montuose vulcaniche sottomarine, attraversate da una spaccatura centrale (rift valley) mentre dal lato opposto riusciamo a vedere delle pareti alte e ripide che degradano verso la piana abissale ovvero il fondo pianeggiante dell’oceano.

Teoria dell'espansione dei fondi oceanici

Hess formula la teoria dell’espansione dei fondi oceanici secondo la quale le correnti convettive presenti nell’astenosfera risalgono in punti di calore della crosta oceanica generando le dorsali oceaniche, il magma quando risale si accumula lungo la frattura centrale solidificandosi e generando una nuova crosta che spinge verso l’esterno quella precedentemente presente. Questa crosta si allontana poi dalla dorsale e quindi l’oceano si espande. Devono esistere però anche zone in cui questa viene distrutta e nuovamente inglobata dal mantello, in quanto la terra non è aumentata di superficie. Si parla di fosse oceaniche riferendosi aree strette, lunghe e profonde. Le prove di questa espansione sono:

1. le anomalie magnetiche: i poli Nord e sud del campo magnetico terrestre non hanno sempre coinciso con i rispettivi poli geografici.

2. Il campo magnetico: Le lave basaltiche contengono alte quantità di ferro e di conseguenza si magnetizzano seguendo le linee di forza del campo magnetico terrestre. Si è potuto individuare quindi l’attuale campo magnetico basandosi su questo fatto e sul fatto che a tratti si ritrovavano delle fasce di rocce magnetizzate normalmente e altre con magnetizzazione invertita, parallele simmetriche rispetto la frattura centrale delle dorsali. Questo avviene in quanto è continua la solidificazione e creazione di strato, di conseguenza quello precedente non esiste più e quello nuovo segue le nuove linee del campo magnetico;

3. la datazione dei sedimenti oceanici: si nota che sopra dei fondi basaltici si sono stratificati un deposito di sedimenti in cui ritroviamo microrganismi marini, quelli di loro che hanno la stessa età si dispongono in fasci simmetriche rispetto alla dorsale, simili a quelle delle anomalie magnetiche.

Teoria della tettonica a placche

La teoria della tettonica a placche riguarda diversi punti chiave in cui troviamo: la superficie terrestre è fratturata in blocchi di litosfera rigidi chiamati placche litosferiche, hanno una dimensione diversa l’una dall’altra in quanto alcune sono formate dalla crosta continentale e altre da quello oceanica e alcune da entrambi i tipi di crosta.Queste placche sono in continuo movimento reciproco, scivolano sull’astenosfera trascinando con sé i continenti. I movimenti sono la causa principale dei fenomeni sismici e vulcanici i cui confini sono le placche litosferiche stesse. Le aree vulcaniche sismiche si concentrano lungo i margini di queste. Ad esempio nelle catene montuosi o nelle depressioni continentali in corrispondenza dei cratoni, aree centrali più antiche e stabili dei continenti, i margini sono i confini delle placche che variano e si distinguono in: divergenti, quelli che corrispondono alla frattura nelle dorsali oceaniche rappresentando la zona di allontanamento fra le placche, dove si forma la nuova crosta oceanica; possono essere convergenti, corrispondere alle zone dove queste placche si scontrano determinando lo scivolamento di una placca sotto l’altra e così avviene lo sprofondamento della crosta precedente e l’inglobamento nel mantello, questi scontri possono determinare forti terremoti ed eruzioni vulcaniche o la formazione di catene montuose tra cui ritroviamo ad esempio le Ande; il terzo tipo equivale ai margini di scivolamento o trascorrenti caratterizzata dallo scorrimento laterale delle placche dove si va a creare una zona in cui non c’è sprofondamento della crosta terrestre ma essendo sottoposta a forti tensioni si sviluppano terremoti estremamente violenti.

Formazione degli oceani

Questa teoria può spiegare anche la formazione degli oceani si divide in quattro fasi principali:

1. Nella prima fase si forma un punto caldo: l’aria di risalita del magma proveniente dall’astenosfera posta lontano dai margini delle placche per esempio in corrispondenza di un continente;

2. In un secondo momento: la pressione del magma porterà la crosta a sollevarsi e a fratturarsi determinando così una valle profonda continentale (rift valley) dai fianchi alti e ripidi punteggiata da vulcani;

3. Il terzo momento prevede la risalita del magma: in questo processo si vede che la frattura si allarga e quindi il fondo della rift valley si abbassa sotto livello del mare così la valle viene progressivamente invasa dalle acque e si forma un mare dalla forma allungata e stretta;

4. In ultimo momento: il magma continua a risalire e quindi i movimenti di apertura, durando per milioni di anni, la rift valley può trasformarsi in una dorsale oceanica, il mare gradualmente si allarga dando origine a un oceano.

Fenomeno della subduzione

In corrispondenza dei margini convergenti, dove le placche si spostano una contro l’altra, avviene che una di queste si fletta e scivoli al di sotto del margine della placca adiacente ottenendo così il fenomeno della subduzione causata dalla diversa densità dei materiali che formano le placche litosferiche.

Il margine viene definito Marianne nel caso in cui vengono coinvolte due placche oceaniche; se fosse una sola, più densa in quanto basaltica, questa scivolerebbe al di sotto di una placca continentale, creando così un margine andino. Avviene che la placca in subduzione scivoli nell’interno della terra verso il mantello dove hanno origine i terremoti, solitamente gli ipocentri si localizzano su un punto inclinato chiamato piano di Benioff, ovvero il profilo della placca in subduzione. Durante questo momento di subduzione il piano raggiunge il mantello creando un aumento di temperatura che porterà le rocce basaltiche a fondersi accumulando magma che tende a risalire verso la superficie dando origine a fenomeni eruttivi. Lungo i margini di tipo andino si formano le cordigliere vulcaniche mentre lungo i margini di tipo marianne si formano le cinture di fuoco.

Nel caso in cui una placca oceanica in subduzione passi sotto una placca continentale contenendo un blocco di crosta continentale, può avvenire che la crosta oceanica venga progressivamente inglobata nel mantello e due blocchi di crosta continentale vengano a contatto. A differenza della crosta oceanica è più densa quella continentale, non sprofonda nel mantello creando così un risultato che vede i due margini continentali incontrarsi e saldarsi fra loro. Le enormi pressioni generate deformano e frantumano la crosta continentale provocando il sollevamento di una catena montuosa. Il margine può essere detto di obduzione e il fenomeno che ne deriva è detto orogenesi (nascita delle montagne).