Terre in movimento, vulcani e terremoti

Terre in movimento

I continenti sono immobili? Così pensavano tutti, finchè,all'inizio del Novecento, uno studioso tedesco non formulò un'ipotesi davvero rivoluzionaria.

I continenti si muovono?

Nel 1912 il meteorologo Alfred Wegener osservando una carta geografica si accorse che i profili delle coste dell'America Meridionale e dell'Africa combaciavano. Ottenne lo stesso risultato accostando i profili degli altri continenti. Wegener raccolse inoltre numerosi dati su fossili di animali e piante della stessa specie che erano stati ritrovati in continenti diversi e lontani.

Poiché non era possibile che questi organismi avessero attraversato gli oceani passando da un continente all'altro,doveva esistere un'altra spiegazione. Grazie a queste intuizioni Wegener elaborò la sua famosa teoria della deriva dei continenti: milioni di anni fa le terre emerse non erano disposte così come sono oggi, ma erano raccolte in un unico grande continente, chiamato Pangea (cioè Pan= "tutta",Gea= "la terra"),che era circondato da un unico immenso oceano,chiamato Panthalassa (cioè Pan= "tutto",Thalassa= "il mare"). Circa 180 milioni di anni fa in questo supercontinente si produsse una grande frattura che portò alla separazione di due blocchi: Laurasia (che comprendeva le odierne America del Nord,Europa e Asia) e Gondwana (che corrispondeva alle attuali America del Sud,Africa,Antardide,India e Australia);a separare Laurasia e Gondwana c'era un mare chiamato Tetide. Questi primi continenti iniziarono ad allontanarsi l'uno dall'altro,andarono cioè alla deriva,e subirono nuove fratture fino ad assumere,65 milioni di anni fa,più o meno la posizione che occupano oggi. Ecco dunque spiegato il motivo per cui resti di animali e piante così simili si trovano in terre ora separate dall'oceano: questi esseri viventi dovevano essersi evoluti e diffusi quando i continenti erano ancora uniti.

Le due ipotesi di Wegener

Wegener propose due spiegazioni alla sua teoria:la prima era che la crosta continentale si facesse strada,aprendo la crosta oceanica sottostante come una prua di una nave solca l'acqua del mare;la seconda era che i continenti "scivolassero" sopra la crosta oceanica. Queste ipotesi erano sicuramente sbagliate per due motivi:la crosta oceanica è troppo rigida per poter essere "solcata" dai continenti,ed essa opporrebbe troppa resistenza allo scivolamento delle masse continentali.Alcuni fisici fecero notare che il meccanismo illustrato da Wegener era improbabile quanto l'ipotesi che una barca fatta di legnetti riuscisse farsi strada attraverso uno strato di catrame. Poiché le spiegazioni di Wegener non risultarono convincenti,la teoria della deriva dei continenti venne abbandonata per quasi cinquant'anni.

L'espansione dei fondali degli oceani

Nel frattempo erano stati raccolti molti datisu altri aspetti della struttura della Terra. Esaminando il comportamento delle onde sismiche (velocità di propagazione e direzione delle onde sismiche),i sismologi capirono che l'interno del nostro Pianeta è fatto a strati; altri scienziati,impegnati nello studio dei fondali oceanici scoprirono che sul fondo degli oceani esistono invece grandi catene montuose chiamate dorsali oceaniche. Le dorsali, lunghe migliaia di chilometri e simili a enormi cicatrici,sono formate da due carene montuose parallele,separate da un solco molto ampio e profondo chiamato con il termine inglese rift. Studiando la struttura dei fondali oceanici,nel 1962 il geologo americano Harry Hess arrivò alla conclusione che in corrispondenza dei rift imponenti fiumi di magma risalgono dalle profondità del mantello,più precisamente dall’astenosfera.Fuoriusciendo da fessure aperte nel pavimento oceanico,queste correnti di magma si raffreddano a contatto con l’acqua,si solidificano e si depositano,creando così nuova crosta oceanica.La quantità di crosta che si crea è bilanciata da un’analoga quantità di crosta che viene “inghiottita” di nuovo nell’astenosfera delle fosse oceaniche ,abissi profondissimi che si aprono nel fondo oceanico.

La tettonica delle placche

A metà degli ani sessanta,il geofisico canadese Tuzo Wilson raccolse tutti questi dati ed elaborò una teoria,chiamata tettonica delle placche.

Secondo Wilson la litosfera non è uno strato del tutto rigido: la sua parte inferiore è elastica.Inoltre non è uno strato continuo,ma formato da tante placche,o zolle,che sono delimitate dalle dorsali e dalle fosse oceaniche. Su di esse poggiano i continenti.

Le placche sono formate non solo dalla crosta continentale,come pensava Wegener, ma anche dalla crosta oceanica. Esistono quindi placche continentali e placche oceaniche che si distinguono per la diversa densità: le placche oceaniche sono più dense, e quindi più pesanti.

La teoria della tettonica delle placche perfeziona la teoria di Wegener: a spostarsi non sono i continenti, come aveva affermato Wegener, ma sono le intere placche che si muovono come gigantesche zattere sull’astenosfera,trascinando con sé le masse continentali sovrastanti.

Che cosa fa muovere le placche?

Alla base dei movimenti delle placche c’è un fenomeno particolare: la convenzione termica, cioè il “trasporto” di calore. Essa è dovuta alla necessità del nostro Pianeta di smaltire parte del calore che sale dal nucleo esterno incandescente: il mantello funziona come un manicotto roccioso che trasferisce questo calore verso gli strati più superficiali del Pianeta, dando origine alle correnti convettive del magma.

L’attività delle placche spiega anche le lente ma continue trasformazioni a cui sottoposte le rocce presenti sulla Terra. Queste trasformazioni nel loro insieme prendono il nome di ciclo delle rocce.

I movimenti delle placche

Le placche si muovono “galleggiando” sull’astenosfera: è stato calcolato che esse si spostano tra 1 e 10 cm all’anno.

Il movimento delle placche può essere di tre tipi: di divergenza, se si avvicinano; di scorrimento, se si muovono l’una a fianco dell’altra. Ognuno di questi movimenti determina conseguenze specifiche.

•La divergenza di due placche

Quando si allontanano due placche oceaniche il magma che fuoriesce in corrispondenza dei rift si raffredda e si deposita formando nuova crosta, mentre una quantità analoga di crosta sprofonda e viene riassorbita nelle fosse,che si trovano lungo i margini dei continenti. Questo processo si definisce subduzione.

Se invece si allontanano due placche continentali, si forma una grande frattura (rift) sulla superficie terrestre.

•La convergenza di due placche

Le placche possono avere densità diversa. Quando si avvicinano due placche oceaniche, una delle due, la più densa, scivola sotto l’altra, meno densa quindi più leggera. Questo fenomeno ha dato origine a una serie di fratture nella crosta. Il magma fuoriuscito da queste fratture ha portato alla formazione degli archi vulcanici insulari

Terremoti e vulcani

Le rocce della litosfera possono deformarsi,possono addirittura fondere fino a diventare liquide.

Perché a volte la Terra trema?

La superficie terrestre si modifica continuamente in seguito a fenomeni che hanno origine all’interno della Terra,come terremoti, eruzioni vulcaniche, fuoriuscita di magma. Nel loro insieme tali fenomeni sono chiamati fattori endogeni (endo=interno; geno=generato).La crosta terrestre è divisa in grandi placche che galleggiano sull’astenosfera. Questi movimenti lentissimi provocano compressioni sulle rocce: prima esse oppongono resistenza, poi iniziano a deformarsi continuando ad accumulare energia,a volte fino a rompersi. L’energia elastica applicata sulle rocce si propaga nelle masse di roccia circostante sotto forma di vibrazioni o onde che possono raggiungere la superficie della Terra. Questo fenomeno è ciò che definiamo terremoto o sisma.

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I terremoti

Il punto in cui i terremoti hanno origine si chiama ipocentro (ipo=sotto), mentre il punto della superficie terrestre che si trova sulla verticale dell’ipocentro si chiama epicentro (epi=sopra). É proprio nell’epicentro che il terremoto viene avvertito con la massima intensità. Le onde sismiche sono le vibrazioni che si propagano in ogni direzione dall’ipocentro. Esse sono due tipi: onde interne e onde di superficie. Le onde interne si distinguono a loro volta in onde primarie (onde P) e onde secondarie (onde S). Le onde primarie sono le prime a raggiungere l’epicentro: esse viaggiano a velocità comprese tra 6 e 7 km/secondo. Le onde secondarie, che seguono le primarie, viaggiano a velocità comprese tra 3 e 4 km/secondo. Il movimento delle onde di superficie è complesso: va dall’alto verso il basso e da sinistra a destra; quasi come l’andatura di un serpente. I sismologi classificano i terremoti in tre categorie, in base alla maggiore o min0re profondità in cui essi hanno origine. Si parla di terremoti superficiali,che si sviluppano entro 70 km dalla superficie terrestre;terremoti intermedi tra 70 e 300 km di profondità, e terremoti profondi, che hanno origine fino a 700 km di profondità.

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Dove avvengono i terremoti?

Nella maggior parte dei casi i terremoti si verificano proprio ai bordi delle placche, in particolare nei punti in cui due placche si muovono l’una rispetto all’altra. L’Italia è uno dei Paesi più esposti al rischio di terremoti perché è situata nella zona di incontro tra la placca euroasiatica e quella africana. I terremoti possono verificarsi anche sul fondo degli oceani. In questi casi l’energia sprigionata dal sisma può creare un onda che,avvicinandosi alla terraferma,diventa sempre più alta,con conseguenze catastrofiche per le coste. Questa onda anomala si chiama tsunami.

Come si registrano i terremoti

I terremoti si registrano con uno strumento chiamato sismografo, costituito da una penna che sporge da una grande massa sospesa e oscillante come un pendolo,collegata a una struttura pesantissima ancorata al terreno. Sotto la penna scorre un rotolo di carta millimetrata. Quando la terra trema in seguito a un sisma,la penna oscilla e lascia una traccia e lascia una traccia continua sul rotolo di carta. In alcuni sismografi la penna è sostituita da uno specchio che riflette un fascio luminoso, il quale imprime la traccia su un rotolo di pellicola fotografica. La traccia. chiamata sismogramma, è una linea continua a zig zag con oscillazioni tanto più ampie quanto più forte è la scossa avvertita dallo strumento. Un sismografo moderno è in grado di registrare vibrazioni lievissime che avvengono anche a migliaia di chilometri di distanza.

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La scala Mercalli e la scala Richter

La misurazione dei terremoti avviene applicando due criteri diversi: il primo valuta l’intensità di un terremoto in base ai danni prodotti; il secondo misura l’energia effettivamente liberata dal sisma e trasmessa attraverso le onde sismiche, cioè la sua grandezza o magnitudo. Il primo criterio sta alla base della scala Mercalli, dal nome dello scienziato italiano che la mise a punto verso la fine dell’Ottocento; il secondo criterio sta alla base della scala Richter, dal nome dello scienziato americano che la propose nel 1935. La scala Richter è concepita in modo che a ogni gradino successivo la magnitudo del sisma aumenti di 30 volte. Per fare un esempio, la bomba atomica sganciata su Hiroshima nell’agosto 1945 liberò una quantità di energia pari a un terremoto di magnitudo Richter 6,5. I terremoti di magnitudo 8,7, cioè i maggiori mai registrati,hanno liberato un energia pari a 900 volte quella della bomba atomica di Hiroshima. La scala Mercalli non è molto indicativa dell’effettiva energia sprigionata da un terremoto.

Si possono prevedere i terremoti?

É impossibile prevedere il movimento e il luogo esatto in cui si verificherà un terremoto, perché il meccanismo che determina la liberazione improvvisa di energia nelle profondità della litosfera è ancora del tutto sconosciuto. L’unica certezza che abbiamo è che molto spesso i terremoti avvengono lungo le faglie, e quindi si ripeteranno in quello stesso luogo,ma nessuno è in grado di stabilire quando e come. Tuttavia si può raccogliere la maggior quantità di informazioni su alcune regioni della Terra che da sempre sono soggette a terremoti,almeno per essere all’erta: ad esempio, si possono compilare le carte del rischio sismico.

Le carte del rischio sismico

Con l’espressione rischio sismico si intende la probabilità che un terremoto possa scatenarsi in una determinata zona,valutando i possibili danni agli edifici e alle persone.L’intensità di un terremoto dipende dalle caratteristiche geologiche di una zona: le carte del rischio sismico raccolgono queste valutazioni e le riportano sulla carta geografica di un Paese, indicando con colori diversi le zone dove il rischio di danni gravi è più o meno elevato.

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Gli edifici antisismici

Grazie alle sperimentazioni condotte sopratutto in Giappone e negli Stati Uniti,due paesi con zone a elevato rischio sismico,si possono progettare edifici capaci di resistere a scosse anche di notevole intensità. Sono state inoltre messe a punto tecniche di costruzione che migliorano le caratteristiche degli edifici, per esempio sospendendo i pilastri delle fondamenta su enormi tamponi di gomma dura che funzionano come degli ammortizzatori.

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Perché a volte la Terra “sputa” fuoco?

Sotto la litosfera si trova uno strato di roccia parzialmente fusa,l’astenosfera,che si comporta in modo plastico. La roccia fusa incandescente, chiamata magma, se sottoposta a grande pressione si comporta come un fluido molto caldo, cioè tende a espandersi e a risalire. Il magma si infiltra nelle fessure e nelle crepe della litosfera, fonde le rocce che incontra e si fa spazio, creando una camera magmatica, cioè una sorta di serbatoio in cui poi si raccoglie. Risalendo verso la superficie il magma subisce una forte riduzione della pressione; i gas in esso presenti tendono a espandersi sempre di più, esercitando a loro volta una spinta sulle rocce sovrastanti, e si fanno violentemente strada verso la superficie, fino a provocare un’ eruzione. Durante un’ eruzione, oltre i gas, vengono spinti fuori alcuni materiali: il magma, che una volta eruttato si chiama lava; i lapilli, cioè frammenti di lava solidificata che raggiungono dimensioni fino a 64 mm di diametro; le bombe vulcaniche, con un diametro superiore ai 64 mm; le ceneri vulcaniche,le particelle più piccole. Nel loro insieme questi frammenti sono chiamati prodotti piroclastici.

Da eruzioni successive; in seguito all’accumulo di strati di lava solidificata, ha origine una montagna dalla tipica forma a cono senza punta,il vulcano: sulla Terra ne esistono tipi diversi, che producono eruzioni differenti.

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La vita dei vulcani

L’eruzione di un vulcano avviene quando aumenta la pressione del magma aumenta contenuto nella camera magmatica. Questa aumento di pressione può essere determinato dall’arrivo di nuovo magma dal basso, oppure dal fatto che parte del magma liquido si trasforma in bolle di gas che si espandono. Dopo un’eruzione la camera magmatica può rimanere vuota o riempirsi di nuovo: a seconda di ciò che accade nelle profondità del vulcano, si possono determinare i tre casi che seguono.

Un vulcano è attivo se la camera magmatica si riempie di nuovo e si hanno testimonianze di eruzioni avvenute in tempi piuttosto ravvicinati. Oggi esistono sul nostro Pianeta più di 600 vulcani attivi, di cui 7 in Italia.

Un vulcano è inattivo, o quiescente, se la camera magmatica si riempie di nuovo ma non si verificano eruzioni per lunghi intervalli di tempo, a volte per secoli. Nonostante questo, però, il vulcano potrebbe riprendere a eruttare in qualsiasi momento.

Infine, un vulcano è spento se la camera magmatica non si riempie dopo l’ ultima eruzione e ,a poco a poco, il magma rimasto si solidifica. Tuttavia, anche se un vulcano viene classificato come spento, non è detto che non possa più risvegliarsi: ne sono un esempio gli antichi vulcani dell’ Auvergne, una regione della Francia centrale, ridotti a rotonde colline boschive ma che i vulcani i vulcanologi ritengono in grado di risvegliarsi e riprendere a eruttare, anche se in tempi molto molto lunghi.

La vita di un vulcano può avere anche un’ evoluzione drammatica, nel caso in cui si verifichi un eruzione esplosiva che distrugge tutta l’intera montagna svuotando del tutto la camera magmatica e provocandone lo sprofondamento sotto il suo stesso peso. In questo caso si forma un bacino chiamato caldera. A volte nella caldera può raccogliersi l’acqua piovana, trasformando quello che era un vulcano in un lago vulcanico. Nel Lazio si trovano alcuni laghi di origine vulcanica: il Lago di Bracciano, il Lago di Bolsena e il Lago di Nemi.

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Il vulcanismo secondario

Oltre alle eruzioni vulcaniche esistono anche i fenomeni definiti vulcanismo secondario: essi sono caratterizzati da emissione di gas, vapori e acqua bollente. Queste attività in genere si manifestano sia attorno ai vulcani attivi, sia nei pressi dei vulcani entrati in una fase di progressiva quiescenza.

Ai fenomeni di vulcanismo secondario appartengono le fumarole, le solfatare, i soffioni boraciferi e i geyser. I primi tre sono molto diffusi in Italia, mentre i geyser si trovano numerosi negli Stati Uniti, in Islanda e in Nuova Zelanda.

Un altro effetto legato all’attività vulcanica è il lento abbassamento o sollevamento periodico del suolo, chiamato bradisismo.

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Che relazione c’è tra vulcani e terremoti?

Sia i vulcani sia i terremoti si distribuiscono lungo le dorsali oceaniche e lungo i bordi delle placche in cui si verifica un processo chiamato subduzione. Il movimento di due placche può provocare fratture nella crosta e questo evento si accompagna a scosse sismiche,spesso molto violente. Allo stesso tempo il magma, trovando un’apertura, può fuoriuscire dando luogo a un’eruzione vulcanica.

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I punti caldi

Alcuni vulcani si trovano lontano dai bordi delle placche. La spiegazione risiede nell’esistenza al di sotto della crosta oceanica, nel mantello, di un punto caldo (hot spot), una camera magmatica alimentata dal magma sottostante. Il punto caldo rimane fisso e non si sposta insieme alla placca per motivi ancora sconosciuti: è dunque una sorta di valvola di sfogo del magma, capace di creare dei vulcani in modo indipendente dai movimenti delle placche.