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LA TETTONICA DELLE PLACCHE

geologia


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LA TETTONICA DELLE PLACCHE

Alla fine degli anni sessanta del XX secolo si è giunti alla formulazione di una teoria globale sull'evoluzione del nostro pianeta, nota come Tettonica delle placche. La teoria prende in esame il comportamento della litosfera cioè dell'involucro rigido più esterno della Terra, che pog 333b12d gia sull'astenosfera meno rigida, rispetto alla quale la litosfera può muoversi. Ricordiamo che tale involucro non ha caratteristiche omogenee: la litosfera oceanica ha spessore uniforme tranne che al di sotto delle dorsali oceaniche, dove è molto assottigliata, mentre quella continentale è un po' più spessa. La litosfera è intersecata per tutto il suo spessore da fasce molto attive, caratterizzate da sismicità e vulcanismo: le dorsali di espansione, le fosse abissali, le fosse di subduzione e le grandi faglie trasformi. Nel loro insieme esse formano un'immensa rete che si dirama su tutta la litosfera, suddividendola in una ventina di maglie irregolari: 6 molto vaste, le altre assai minori. Queste maglie dette placche o zolle, possono essere formate da sola litosfera oceanica o da sola litosfera continentale o da porzioni di litosfera dei 2 tipi. I bordi delle singole placche, chiamati margini, vengono distinti a seconda della loro funzione in 3 tipi:

  • Margini costruttivi o divergenti: sono le dorsali oceaniche, lungo le quali si costruisce nuova litosfera oceanica che via via si allontana dalla dorsale
  • Margini distruttivi o di convergenza: sono le fosse oceaniche, lungo le quali la litosfera, divenuta col tempo fredda e densa, viene distrutta nel processo di subduzione
  • Margini conservativi: sono le faglie trasformi, lungo le quali lembi di litosfera soccorrono l uno a fianco dell'altro in direzioni opposte ( o con diverse velocità), con fenomeni di metamorfismo e forte attività sismica, ma senza variazioni nel volume della litosfera.

Poiché le placche sono a contatto reciproco, ogni margine è comune  a due placche; inoltre le placche litosferiche occupano in ogni momento tutta la superficie della Terra, per cui non rimangono spazi vuoti tra le tessere di questo mosaico. Alcune placche sono circondate in gran parte da margini costruttivi: in tal caso la loro superficie aumenta continuamente nel tempo; altre sono limitate sia da dorsali sia da fosse e in tal caso la loro superficie può rimanere stazionaria o modificarsi col tempo. Le dorsali sono i luoghi in cui i movimenti convettivi in atto nel mantello si manifestano con inarcamenti della litosfera e fuoriuscita di magma: continua  a formarsi così nuova litosfera oceanica che via via si allontana dalla rift valley dando luogo all'espansione dei fondali oceanici. Le fosse abissali sono invece i luoghi in cui la litosfera ritorna nel mantello e viene in gran parte riciclata nel processo di subduzione.



LEMBI DI CROSTA OCEANICA ALLA SOMMITA' DELLE CATENE MONTUOSE: L'OROGENESI.

Alcuni oceani hanno al loro interno una dorsale di espansione, ma non presentano fosse di subduzione: poiché la superficie della loro crosta oceanica continua ad aumentare per l'attività della dorsale, dobbiamo concludere che i continenti ai loro bordi devono allontanarsi tra loro per fare spazio alla nuova crosta. I blocchi continentali vengono trasportati alla deriva lungo la superficie terrestre dal movimento delle placche di cui fanno parte, un movimento che è guidato dall'accrescersi e dal consumarsi della litosfera oceanica. Ritorna il concetto della deriva dei continenti proposto da Wegener ma con una differenza: per W. I continenti galleggiavano su un involucro continuo e si muovevano in esso come iceberg alla deriva del mare; oggi sappiamo che i blocchi di crosta continentale sono solidali con la litosfera, di cui seguono i movimenti. Ma questo movimento passivo può avere conseguenze di grande portata se un lembo di crosta continentale finisce per interferire con una fossa di subduzione; il risultato infatti può essere un'orogenesi, cioè un processo di intensa deformazione crostale che coinvolge grandi volumi di rocce, con fenomeni di metamorfismo e magmatismo, e che si manifesta in superficie con il sollevamento di una nuova catena montuosa. 3 diverse situazioni in cui può formarsi un orogeno:

  1. crosta ( o litosfera) oceanica in subduzione, sotto il margine di un continente: se un continente si ritrova a ridosso di una fossa oceanica, non entra in subduzione, come farebbe la litosfera oceanica, perché la litosfera continentale, meno densa, non può sprofondare entro il mantello, al di sopra della quale è costretta a galleggiare. In questo caso la crosta oceanica si infila sotto il margine continentale che viene così deformato dal violento attrito. Dalla crosta oceanica in subduzione vengono strappati via i sedimenti oceanici insieme ai lembi dei sottostanti basalti: spinte da forze enormi, queste masse rocciose finiscono per saldarsi stabilmente al margine del continente e per formare una nuova striscia di crosta continentale. La crosta continentale si accresce di spessore, per la risalita di grandi quantità di magmi: si individua così il processo di orogenesi, con il sollevamento di una nuova catena montuosa. Tale processo prosegue fino a che è attiva la subduzione, contrastato solo dall'erosione superficiale che demolisce i rilievi.
  2. collisione continentale: immaginiamo un continente bloccato lungo una fossa di subduzione e la crosta oceanica della placca antistante che si immerge sotto di esso: si svilupperà una catena montuosa. Ma se la placca che sta sprofondando nella subduzione comprende, oltre a crosta oceanica, anche un continente, questo, una volta consumata tutta la crosta oceanica, finirà per arrivare alla fossa e la collisione continentale sarà inevitabile. I due margini che erano in contatto, vengono scoinvolti e deformati e grandi masse rocciose possono scivolare l'una sull'altra anche per centinaia di km, finchè si saldano facendo aumentare lo spessore della crosta; si origina così una lunga catena montuosa, che rimane come una cicatrice all'interno di un unico grande continente. Nel processo di collisione, l'oceano che separa i due continenti in avvicinamento viene progressivamente ridotto in ampiezza e il suo fondo viene in gran parte riassimilato per subduzione. I grandi accumuli di sedimenti che si sono deposti nel tempo lungo le coste dei due continenti vengono compressi nella gigantesca morsa  e deformati in pieghe e in falde, spinte ad accavallarsi una sull'altra per grossi spessori.
  3. accrescimento crostale: si verifica quando frammenti di crosta di varia natura in origine in aree molto lontane fra loro, sono incastrati in una placca oceanica in lento, progressivo movimento verso una fossa di subduzione. Man mano che arrivano nella fossa, questi frammenti, rilevati rispetto alla quota media del fondo marino, verrebbero letteralmente strappati via dalla placca che sprofonda  e spinti ad accavallarsi contro il margine del continente lungo cui si trova la fossa. Altri frammenti si aggiungerebbero nel tempo ai precedenti e condorrebbero ad ampliare le dimensioni del continente contro cui si saldano.

ALL'INIZIO DI UN CICLO: L'APERTURA DI UN CONTINENTE.

L' incessante movimento delle placche costringe ciclicamente i lembi di crosta continentale a saldarsi via via fino a formare un super continente, che ben presto gli stessi movimenti frammentano in nuovi continenti in separazione e in movimento verso nuove collisioni. Il ciclo del supercontinente o ciclo di Wilson è la nuova unità di misura dell'evoluzione del nostro pianeta e ha una durata dell'ordine di circa 500 milioni di anni. Non sappiamo quando si siano innescati questi cicli che coinvolgono l'intera crosta, ma è probabile che fossero attivi oltre 2 miliardi di anni fa.

VULCANI: AI MARGINI DELLE PLACCHE O ALL'INTERNO DELLE PLACCHE.

  • Il vulcanismo essenzialmente effusivo lungo l'asse delle dorsali oceaniche è dovuto alla risalita dalle profondità del mantello del materiale caldo che fa inarcare la litosfera. Il magma deriva dalla fusione parziale delle rocce del mantello ed è, di conseguenza, di natura basaltica: essendo povero in silice, questo magma dà origine a lave fluide, che fuoriescono tranquillamente.
  • Il vulcanismo fortemente esplosivo è localizzato lungo gli archi insulari vulcanici o lungo il margine dei continenti che fronteggiano le fosse abissali. Tale vulcanismo è collegato al processo di subduzione, nel corso del quale la placca che sprofonda viene progressivamente fusa; la presenza di notevoli spessori di sedimenti marini tutti imbibiti d'acqua  fa si che il magma prodotto dalla fusione sia ricco in silice quindi viscoso e con abbondanti fluidi. Il vulcanismo dà origine a manifestazioni altamente esplosive. Le lave sono da intermedie o neutre ad acide ma non mancano lave basaltiche. I magmi che si formano e risalgono dalle zone di subduzione possono in parte fermarsi entro la crosta e solidificarsi come ammassi intrusivi: anzi è proprio la risalita di tali fluidi ad alta temperatura che favorisce quel processo di intensa trasformazione e fusione della crosta continentale profonda che va sotto il nome di anatessi e che porta alla formazione dei giganteschi batoliti.
  • Le fasce di vulcanismo ora citate sono associate all'attività di margini costruttivi e distruttivi delle placche, ma esistono anche grandi numerosi centri vulcanici all'interno delle placche, sia in pieno oceano sia sui continenti. In qualche caso si tratta a vulcanismo associato a grandi fratture della crosta che preludono all'apertura di un continente, come nel caso della Great Rift Valley dell'Africa orientale. Nella maggior parte dei casi siamo invece di fronte alla manifestazione in superficie di un punto caldo: una cioè di quelle ristrette aree della crosta caratterizzate da elevato flusso termico e continua effusione di lave basaltiche. I punti caldi corrisponderebbero alla risalita localizzata di materiale caldo di origine molto profonda e non sembrano legati all'attività dei margini delle placche.

UN POSSIBILE MOTORE PER LA TETTONICA DELLA PLACCHE: CELLE CONVETTIVE E PUNTI CALDI.



Nel complesso meccanismo delle placche viene coinvolto anche il nucleo. Un contributo decisivo è venuto dalla tomografia sismica, una tecnica di analisi delle onde sismiche, che consente di ottenere un'immagine tridimensionale dell'interno della Terra in termini di regioni relativamente più calde o più fredde. Il quadro fornito dalla tomografia indica che, fino a profondità di circa 200 km, il mantello è freddo sotto i continenti e caldo sotto le dorsali oceaniche, dalle quali le placche si allontanano. A profondità maggiori la struttura termica del mantello sembra direttamente collegabile con movimenti a larga scala dei continenti. Si osservano 2 regioni calde, uno sotto l' Africa orientale e l'Arabia, l'altra sotto l'Oceano Pacifico, mentre intorno a tali regioni si snoda una specie di gigantesco anello di rocce relativamente fredde, localizzate al di sotto dei continenti: proprio come se i continenti fossero stati trascinati nella loro posizione attuale dallo sprofondamento di flussi freddi nel mantello. Sono limitati al mantello superiore più eterogeneo, o coinvolgono anche il mantello inferiore più omogeneo. Questo aspetto del problema richiede di prendere in esame i fenomeni che si verificano nel passaggio tra nucleo e mantello. Infatti il calore ad altissima temperatura nel nucleo interno allo stato solido si propaga verso l' esterno: nel nucleo interno si verificano lenti moti convettivi. Il nucleo esterno che per la minor pressione è allo stato fuso assorbe questo calore che si aggiunge al calore prodotto in loco da materiali radioattivi e al calore che si libera man mano che porzioni della lega ferro nichel solidificano e si aggregano al nucleo interno. Il nucleo esterno così è agitato da energici moti convettivi che trasferiscono il calore alla base del mantello. Ecco che nel mantello inferiore si localizzano regioni  a diversa termalità, per cui vi si presentano le condizioni adatte per il manifestarsi di moti convettivi. Il problema è non se esistano tali moti ma quali dimensioni abbiano. Alcuni geofisici ritengono che dalle regioni più calde presenti alla base del mantello si innalzino colonne di materiale caldo, chiamate pennacchi ciascuna con diametro di un centinaio di km, che arriverebbero fino in superficie,dove si manifesterebbero nei noti punti caldi caratterizzati da alto flusso termico e da intenso vulcanismo. Tali punti sono attivi da milioni di anni e appaiono fissi rispetto al continuo movimento delle placche: infatti, i vulcani attivi da essi alimentati sono localizzati all'estremità di lunghi allineamenti di altri vulcani, oramai estinti, che risultano tanto più antichi quanto più sono lontani da quelli attivi; questi ultimi sarebbero attualmente localizzati sopra i pennacchi, mentre gli altri si sarebbero via via allontanati da questi proprio per il movimento delle placche, estinguendosi perché orami privi di alimentazione. I pennacchi caldi pomperebbero calore direttamente dal nucleo alla superficie, attraverso l'intero mantello; in quest'ultimo sarebbero in atto anche movimenti convettivi su larga scala, ma sostenuti da sorgenti di calore proprie del mantello. L'idea di una circolazione estesa all'intero mantello non è però accettata da tutti. Alcuni geofisici in base alla presenza della complessa zona di transizione che permette di distinguere un mantello superiore da un mantello inferiore con caratteristiche diverse, propongono un modello di circolazione a 2 livelli: una serie di celle convettive localizzate tra la zona di transizione e il tetto del mantello, e un'altra tra la zona di transizione e il nucleo. I moti del mantello inferiore sarebbero più lenti mentre i movimenti delle placche sarebbero direttamente collegati ai moti convettivi del mantello superiore, relativamente più rapidi. In questo modello i punti caldi sarebbero alimentati da pennacchi in risalita dalla zona di transizione, dove potrebbero venire alimentati dal flusso di calore proveniente dal mantello sottostante piuttosto che dal solo calore del nucleo. L'entità dell'interferenza tra i 2 distinti circuiti è oggetto di dibattito.



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