1. Deriva dei continenti

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1. Teoria di A. Wegener

La deriva dei continenti era una teoria rivoluzionaria che spiegava che i continenti cambiano posizione sulla superficie terrestre. La teoria fu proposta dal geofisico e meteorologo Alfred Wegenernel 1912, ma fu respinta dalla scienza tradizionale dell’epoca. Gli scienziati hanno confermato alcune delle idee di Wegener decenni dopo, che ora fanno parte della teoria ampiamente accettata della tettonica a placche.

La teoria della deriva dei continenti di Wegener introdusse l’idea di spostare i continenti verso la geo scienza. Egli propose che la Terra deve essere stata una volta un singolo supercontinente prima di sciogliersi per formare diversi continenti. Questo ha spiegato come formazioni rocciose simili a fossili vegetali e animali potrebbero esistere in continenti separati. La scienza moderna riconosce questo antico supercontinente chiamato Pangea esisteva prima di sciogliersi circa 200 milioni di anni fa, come teorizzava Wegener.

Quando Wegener propose la deriva dei continenti, molti geologi erano contrazionisti. Pensavano che le incredibili montagne della Terra fossero state create perché il nostro pianeta si era raffreddato e si era ridotto sin dalla sua formazione, ha detto Frankel. E per spiegare gli identici fossili scoperti in continenti come il Sud America e l’Africa, gli scienziati hanno invocato antichi ponti di terra, ora scomparsi sotto il mare.

I ricercatori hanno discusso sui ponti di terra fino a quando la teoria della tettonica a placche è stata sviluppata dal 1950 al 1970, ha detto Frankel. Ad esempio, quando i geofisici hanno iniziato a rendersi conto che le rocce continentali erano troppo leggere per affondare sul fondo dell’oceano, eminenti paleontologi hanno invece erroneamente suggerito che le somiglianze tra i fossili erano state sopravvalutate, ha detto Frankel.

La tettonica a placche è come un moderno aggiornamento della deriva dei continenti. Nel 1960, gli scienziati hanno scoperto i bordi delle placche attraverso indagini magnetiche del fondo oceanico e attraverso le reti di ascolto sismico costruite per monitorare i test nucleari, secondo l’Enciclopedia Britannica. Modelli alternativi di anomalie magnetiche sul fondo dell’oceano indicavano la diffusione del fondo marino, dove nasce nuovo materiale per lastre. I minerali magnetici in antiche rocce sui continenti hanno anche mostrato che i continenti si sono spostati l’uno rispetto all’altro.

Una mappa dei continenti ha ispirato la ricerca di Wegener per spiegare la storia geologica della Terra. Era incuriosito dall’incastro delle coste dell’Africa e del Sud America. 

Wegener ha quindi raccolto una quantità impressionante di prove di deriva dei continenti per dimostrare che i continenti della Terra erano una volta collegati in un singolo supercontinente.

Wegener sapeva che piante e animali fossili come i mosasauri, un rettile d’acqua dolce trovato solo in Sud America e in Africa durante il periodo Permiano, potevano essere trovati in molti continenti. Ha anche abbinato formazioni rocciose su entrambi i lati dell’Oceano Atlantico come pezzi di puzzle. Ad esempio, i Monti Appalachi (Stati Uniti) e i Monti Caledoniani (Scozia) si incastrano insieme, così come gli strati karoo in Sud Africa e le rocce di Santa Catarina in Brasile.

In effetti, le placche che si muovono insieme hanno creato le montagne più alte del mondo, l’Himalaya, e le montagne sono ancora in crescita a causa delle placche che si spingono insieme, anche ora, secondo il National Geographic. Nonostante le sue incredibili prove di deriva dei continenti, Wegener non visse mai per vedere la sua teoria ottenere una più ampia accettazione. Morì nel 1930 all’età di 50 anni appena due giorni dopo il suo compleanno durante una spedizione scientifica in Groenlandia, secondo l’Università di Berkeley.

2. Dorsali oceaniche

La dorsale oceanica è una qualsiasi delle numerose catene montuose sottomarine continue che salgono dal fondo dell’oceano. Individualmente, le dorsali oceaniche sono le più grandi caratteristiche nei bacini oceanici. Collettivamente, formano il sistema di dorsali oceaniche, che si estende per circa 80.000 km attraverso tutti gli oceani del mondo e costituisce quindi la caratteristica più importante sulla superficie terrestre dopo i continenti e i bacini oceanici stessi. In passato le dorsali erano indicate come dorsali medio-oceaniche, ma, come si vedrà, la più grande dorsale oceanica, l’East Pacific Rise, è lontana da una posizione a metà oceano, e la nomenclatura è quindi imprecisa. Le dorsali oceaniche non devono essere confuse con le creste asismiche, che hanno un’origine completamente diversa.

Le dorsali oceaniche si trovano in ogni bacino oceanico e sembrano cingere la Terra. Le creste salgono da profondità vicine a 5 km a una profondità essenzialmente uniforme di circa 2,6 km e sono approssimativamente simmetriche nella sezione trasversale. Possono essere larghi migliaia di chilometri. In alcuni punti, le creste delle creste sono compensate attraverso faglie di trasformazione all’interno delle zone di frattura, e queste faglie possono essere seguite lungo i fianchi delle creste. I fianchi sono segnati da insiemi di montagne e colline allungate e parallele all’andamento della cresta.

Una nuova crosta oceanica si forma nei centri di diffusione del fondo marino su queste creste delle dorsali oceaniche. Per questo motivo, alcune caratteristiche geologiche uniche si trovano lì. 

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Le lave basaltiche fresche sono esposte sul fondo marino alle creste di cresta. Queste lave vengono progressivamente sepolte dai sedimenti man mano che il fondo marino si allontana dal sito. Il flusso di calore fuori dalla crosta è molte volte maggiore sulle creste che altrove nel mondo. I terremoti sono comuni lungo le creste e nelle faglie di trasformazione che si uniscono ai segmenti di cresta offset. L’analisi dei terremoti che si verificano sulle creste di cresta indica che la crosta oceanica è sotto tensione lì. Un’anomalia magnetica ad alta ampiezza è centrata sulle creste perché la lava fresca sulle creste viene magnetizzata nella direzione dell’attuale campo geomagnetico.

Le profondità sopra le dorsali oceaniche sono piuttosto precisamente correlate con l’età della crosta oceanica; in particolare, è stato dimostrato che la profondità dell’oceano è proporzionale alla radice quadrata dell’età crostale. La teoria che spiega questa relazione sostiene che l’aumento della profondità con l’età è dovuto alla contrazione termica della crosta oceanica e del mantello superiore mentre vengono portati via dal centro di diffusione del fondo marino in una placca oceanica. Poiché una tale placca tettonica è in definitiva spessa circa 100 km, la contrazione di solo poche percentuali predice l’intero rilievo di una dorsale oceanica. Ne consegue poi che la larghezza di una cresta può essere definita come il doppio della distanza dalla cresta al punto in cui la piastra si è raffreddata a uno stato termico stazionario. La maggior parte del raffreddamento avviene entro 70 milioni o 80 milioni di anni, quando la profondità dell’oceano è di circa 5-5,5 km. Poiché questo raffreddamento è una funzione dell’età, le creste a diffusione lenta, come la dorsale medio-atlantica, sono più strette delle creste a diffusione più rapida. Inoltre, è stata trovata una correlazione tra i tassi di diffusione globale e la trasgressione e la regressione delle acque oceaniche sui continenti. Circa 100 milioni di anni fa, durante il primo periodo Cretaceo, quando i tassi di diffusione globale erano uniformemente alti, le dorsali oceaniche occupavano relativamente più bacini oceanici, causando la trasgressione delle acque oceaniche sui continenti, lasciando sedimenti marini in aree ora ben lontane dalle coste.

Oltre alla larghezza della cresta, altre caratteristiche sembrano essere una funzione della velocità di diffusione. I tassi di diffusione globali vanno da 10 mm all’anno o meno fino a 160 mm all’anno. Le creste oceaniche possono essere classificate come lente. Le creste a lenta diffusione sono caratterizzate da una rift valley sulla cresta. Una tale valle è controllata dai guasti. In genere è profondo 1,4 km e largo 20-40 km. Le creste che si diffondono più rapidamente mancano di valli di rift. A tassi intermedi, le regioni di cresta sono ampie altezze con occasionali valli delimitate da faglie non più profonde di 200 metri. A velocità elevate, un alto assiale è presente sulla cresta. Le creste spaccate a lenta diffusione hanno una topografia ruvida sui loro fianchi, mentre le creste che si diffondono più velocemente hanno fianchi molto più lisci.

centri di diffusione oceanica si trovano in tutti i bacini oceanici. Nell’Oceano Artico un centro di diffusione a tasso lento si trova vicino al lato orientale del bacino eurasiatico. 

Può essere seguito a sud, compensato da faglie di trasformazione, in Islanda. L’Islanda è stata creata da un hot-spot situato direttamente sotto un centro di diffusione oceanica. La cresta che porta a sud dell’Islanda è chiamata Cresta di Reykjanes e, sebbene si diffonda a 20 mm all’anno o meno, manca di una rift valley. Si pensa che questo sia il risultato dell’influenza del punto caldo.

Le camere magmatiche sono state rilevate sotto la cresta dell’East Pacific Rise da esperimenti sismici. Il principio alla base degli esperimenti è che la roccia parzialmente fusa o fusa rallenta il viaggio delle onde sismiche e le riflette fortemente. La profondità in cima alle camere è di circa 2 km sotto il fondo del mare. La larghezza è più difficile da accertare, ma è probabilmente da 1 a 4 km. Il loro spessore sembra essere di circa 2-6 km (da 1,2 a 3,7 miglia), sulla base di studi di ofioliti. Le camere sono state mappate lungo l’andamento della cresta tra 9° e 13° N di latitudine. La parte superiore è relativamente continua, ma è apparentemente interrotta da offset di faglie di trasformazione e centri di diffusione sovrapposti.

3. Margini trasformi

La dorsale, come accennato in precedenza, è interrotta e dislocata da zone di frattura, che in alcuni luoghi determinano alte e scoscese pareti sottomarine. La morfologia di queste zone di frattura può essere piuttosto complessa, con scarpate, depressioni e rilievi.

Le faglie, come ha dimostrato J. Tuzo Wilson, sono diverse dalle normali faglie trascorrenti, perché non continuano all’interno dei continenti, e i terremoti non si sviluppano su tutta la lunghezza. Le aree, infatti, sono interessate da fenomeni sismici con epicentro superficiale, localizzati esclusivamente nella zona della faglia compresa tra i due tratti dislocati della rift valley. All’esterno dei tronconi di dorsale la frattura diviene sismicamente inattiva, perché è una normale faglia verticale, dove non ci sono movimenti reciproci fra i blocchi; i movimenti si hanno soltanto nel tratto all’interno dei due tronconi, con direzione opposta rispetto ad una faglia trascorrente.

Queste faglie non sono la causa della dislocazione dei vari tronconi di dorsale, ma rappresentano la conseguenza dell’espansione dei fondali oceanici avvenuta in corrispondenza di ciascun troncone, e dimostrano che l’espansione dei fondali oceanici avviene per fasce separate.

Nel margine trasforme le due placche scivolano l’una rispetto all’altra, senza che vi sia né produzione di crosta, come avviene nelle dorsali oceaniche, né distruzione di crosta, come nelle zone di subduzione.

Oltre all’attività sismica superficiale, non si verificano fenomeni endogeni di rilievo tranne che a volte è presente qualche vulcano sottomarino.

Un margine trasforme può connettere due zone divergenti, come nel caso delle faglie oceaniche trasformi, oppure una zona divergente ed una convergente, oppure due zone convergenti.

I margini trasformi sono presenti solamente nelle aree oceaniche, con un’unica eccezione: la faglia di S. Andreas, in California. Essa collega un margine divergente (la dorsale medio-Pacifica) con un margine convergente (l’arco vulcanico Nordamericano). Una parte della California si è già staccata, ed è prevedibile che diventerà un’isola del Pacifico.

Nelle fasi iniziali di apertura di un oceano le faglie interessano direttamente il continente. In questo caso, il margine continentale trasforme è caratterizzato da ripide scarpate tra continente e oceano. Esempi di margini continentali trasformi si trovano sulla costa africana tra Liberia e Camerun, cioè il lato settentrionale del Golfo di Guinea, e sulla costa brasiliana tra Recife e la Guyana.

3.1. Conseguenza della sfericità della Terra

L’esistenza delle faglie trasformi è dovuta alla sfericità della Terra. Il movimento delle placche sulla superficie terrestre avviene attorno ad un asse passante per il centro della Terra. La velocità angolare è uguale in ogni punto ma è diversa la velocità lineare poiché, scendendo verso l’equatore, aumenta l’arco di circonferenza percorso nel medesimo intervallo temporale e ciò produce fratture trasversali.

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