COSTRUZIONE DELLA CROSTA TERRESTRE

Scritto da Stefano Mencherini on . Postato in LA TERRA

Sappiamo che dalle dorsali oceaniche si crea ogni giorno nuova crosta terrestre. Il nuovo basalto viene allontanato dalla dorsale e scorre fino alla zona di subduzione, dove viene quasi completamente riassorbito nelle profondità della Terra. Non tutta la crosta nuova viene però riportata nel mantello, alcuni lembi del pavimento oceanico, le ofioliti, insieme con gran parte dei sedimenti che si depositano continuamente sul fondo del mare, vengono trascinati in superficie a causa dei grandi sforzi che si generano al contatto tra le due placche in collisione. Nello stesso tempo, un vulcanismo del tutto nuovo si sviluppa proprio nella zona di contatto e si formano catene di vulcani molto esplosivi che producono una lava chiamata andesite, molto diversa dal basalto di provenienza. Più in profondità i processi chimici e fisici connessi alla discesa della placca che va in subduzione portano alla formazione di grandi corpi intrusivi di granito, i batoliti, che costituiscono l’ossatura di quella che in questa ricerca viene indicata come costruzione della crosta di tipo continentale: la catena montuosa.

È necessario specificare «crosta continentale» perché la crosta oceanica, più densa, non può essere portata in superficie al di sopra di quella continentale, più leggera. Allo stesso modo è vero anche il contrario: la crosta continentale non può essere portata in profondità, al di sotto di una crosta più pesante.
La nascita delle catene montuose è il tema principale di questa ricerca; tale fenomeno è in realtà molto complicato e ancora non chiarito in tutti i suoi punti, ma è talmente suggestivo da poter sopportare anche molte semplificazioni purché sia fatta salva la sostanza del fenomeno che, per molti versi, risulta sorprendente. Infatti, chi penserebbe mai che dallo scontro tra un continente e un oceano (le placche) possa nascere una montagna? E che le rocce che ritroviamo adesso sulle cime delle Alpi o dell’Appennino per la gran parte si trovavano sotto molte centinaia di metri di acqua?

Le orogenesi
Il termine «orogenesi» significa nascita della montagna (dal greco óros, montagna, e ghénesis, nascita) ed è quello comunemente usato per indicare l’insieme dei fenomeni che portano alla formazione e all’innalzamento di una catena montuosa. Il fenomeno può essere descritto attraverso una serie di eventi caratteristici che riportiamo qui di seguito, pur sapendo che questo tipo di ricostruzione può variare molto da geologo a geologo.
Due placche litosferiche, una di crosta oceanica e una di crosta continentale – è il caso più semplice e più comune–, cominciano a entrare in collisione per motivi che per il momento non ci interessano. Il contatto tra i due margini che si oppongono è drammatico: la placca oceanica, più densa, si flette e tende ad andare in subduzione rispetto a quella continentale. Le deformazioni che si generano nella zona di contatto sono così intense da rendere del tutto irriconoscibile la struttura originaria delle rocce che vi si trovavano: gli strati assumono forme contorte, si piegano e si rompono. Si crea un vulcanismo acido di tipo esplosivo che rapidamente genera archi di isole con apparati eruttivi. Intrusioni di granito a diverse profondità irrobustiscono la creazione di una striscia di crosta nuova con caratteristiche assai diverse da quelle della litosfera oceanica originaria. Terremoti di intensità elevata scuotono tutta la zona del margine, dalla superficie fino a qualche centinaio di chilometri di profondità.
Intanto, in profondità, le rocce già pesantemente deformate subiscono cambiamenti della struttura e della composizione, trasformandosi da rocce ignee e sedimentarie in rocce metamorfiche, cioè rocce trasformate, come gli scisti e gli gneiss. La placca continentale viene intensamente deformata, rotta in più punti e sollevata insieme con sedimenti, rocce metamorfiche e ofioliti strappati dalla placca oceanica in subduzione.
Attraverso queste tappe si costruisce l’embrione di una catena montuosa che alla fine risulterà costituita da rocce fagliate, deformate e metamorfosate mescolate a rocce ignee di nuova formazione e a resti di rocce sedimentarie.
Come si vede, l’altitudine elevata, che è una caratteristica delle attuali catene montuose come le Alpi o l’Himalaya, non è un carattere distintivo delle montagne intese in senso geologico. Esistono montagne che hanno centinaia di milioni di anni ridotte attualmente all’altezza di colline, e che da un punto di vista geologico sono a tutti gli effetti vere e proprie catene montuose.
In altre parole, sono le caratteristiche geologiche a permetterci di definire una catena montuosa più che quelle geografiche e topografiche: l’altitudine non è il principale tratto distintivo delle catene, lo è solo per quelle più giovani, che non hanno ancora subito i processi erosivi superficiali che le porteranno a essere livellate. Il ciclo iniziato nelle dorsali, dunque, si chiude nelle zone di subduzione e nei processi che portano alla formazione delle montagne, ma subito ricomincia, in profondità, nella rielaborazione del materiale che viene reintrodotto nel mantello. Molti studiosi hanno cercato una spiegazione ciclica di questi fenomeni, che sarebbero governati da un sistema di celle convettive. Queste sono determinate dalle correnti che si formano in un fluido quando viene a contatto con una fonte di calore.

Come è fatta una montagna?
Una catena montuosa tipica è naturalmente quella alpino-himalayana: si tratta di un sistema tra i più importanti conosciuti sulla Terra ed è dovuto principalmente alla collisione tra il supercontinente eurasiatico e i blocchi africano e indiano. Ma se le Alpi sono una catena montuosa tipica, anche sistemi più piccoli conservano caratteristiche del tutto analoghe. Così l’Appennino italiano o le montagne della Grecia, che possono essere considerati derivazioni del più grande sistema alpino. Come si presentano queste montagne, a prescindere dalle loro dimensioni e dalle altezze? In tutti i casi si ritrovano rocce sedimentarie piegate e molto deformate; quasi dovunque queste rocce sono anche tagliate da faglie e interessate da processi metamorfici che le hanno trasformate. Lungo l’asse della catena si ritrovano ofioliti e altre rocce a testimonianza del vecchio pavimento di un oceano ormai consumato, così come è comune ritrovare resti di antichi apparati vulcanici.

Lo spessore della crosta terrestre
Esistono due tipi di crosta terrestre: la crosta continentale e quella oceanica. La prima è costituita dai cinque continenti, sia nella loro parte emersa sia in quella sommersa; la seconda, invece, è formata dai fondali oceanici ed è interamente ricoperta dall’acqua.
Si calcola che il 7% di tutta la superficie sottomarina sia occupato dalla piattaforma continentale e che il 9% sia interessato da scarpate, mentre solo l’1% sarebbe costituito da fosse o abissi oceanici, ossia le depressioni che scendono fino ai 6000 metri di profondità. I due tipi di crosta sono caratterizzati da spessori, quote medie della superficie, età delle rocce e giacitura diversi.
Anzitutto, la crosta continentale ha uno spessore medio di 35 km, che in presenza delle catene montuose aumenta, arrivando a 60-70 km; questi dati sono tra i più importanti risultati degli studi sismologici degli anni Ottanta, derivati dall’analisi e dallo studio delle variazioni laterali nello spessore della crosta terrestre, in una sezione che si estende dal continente all’oceano. Lo spessore della crosta oceanica, invece, è di circa 6 km sotto il livello del mare e si assottiglia in corrispondenza delle dorsali oceaniche.
Ancora più evidente è la differenza tra le quote medie della superficie della crosta continentale e di quella oceanica. La prima, infatti, affondando di più nel mantello, è maggiore di oltre 4000 m. La crosta continentale, presenta rocce risalenti a periodi anche molto lontani tra loro, che vanno da 4 miliardi di anni fa a oggi, mentre nei fondali oceanici le rocce più antiche risalgono a non più di 190 milioni di anni fa. Questa differenza trova una spiegazione nel fatto che la crosta oceanica è più giovane, essendosi formata solo nell’ultimo 4% dell’intera storia geologica della Terra. Inoltre, la crosta oceanica ha una struttura a strati molto regolare: uno strato di sedimenti poco litificati (strato 1), uno di basalto (strato 2), e uno di gabbro (strato 3), più profondo, che è il corrispettivo intrusivo del basalto. Al di sotto di questo si trova la Moho, lo strato che segna il confine tra la crosta e il mantello. La crosta continentale, invece, presenta una struttura molto più eterogenea: nella crosta inferiore si trovano le granuliti a granati, un tipo di roccia metamorfica molto calda che si forma in assenza di acqua; quella superiore è formata da rocce magmatiche, metamorfiche e sedimentarie sovrapposte a formare strati lunghi anche migliaia di chilometri, derivanti dai processi di profonda trasformazione della crosta terrestre.
Queste deformazioni hanno dato luogo a processi di orogenesi alla base della formazione di catene montuose in alcuni casi ancora in atto, come si può notare dall’osservazione di aree cratoniche e fasce orogeniche. Le prime sono formate da scudi e tavolati, ampie pianure leggermente bombate che assomigliano nella forma a uno scudo da difesa, formatesi più di 570 milioni di anni. Composte da rocce ignee cristalline, esse ricoprono circa il 6% dell’intera superficie terrestre. Le fasce orogeniche invece si sono formate in tempi più recenti, negli ultimi 500 milioni di anni, e sono formazioni molto vistose. In alcuni casi, come per le Ande e la catena alpino-himalayana, la crosta non ha ancora raggiunto lo spessore e la stabilità delle aree cratoniche: i fenomeni vulcanici, sismici e di erosione, infatti, sono molto intensi.


GLOSSARIO

Gneiss. Roccia metamorfica più trasformata dello scisto, la cui composizione è simile a quella del granito.

Scisto. Rocce metamorfiche caratterizzate dalla presenza di numerosissime superfici formate da nuovi minerali appiattiti.


PER SAPERNE DI PIÙ

L’isostasia
Come abbiamo visto, la crosta continentale affonda nel mantello. Essa, infatti, essendo più leggera dei materiali sottostanti, affonda tanto più quanto maggiore è il peso degli strati superficiali, che è ovviamente maggiore in corrispondenza delle catene di montagne e minimo in corrispondenza degli oceani, dove le masse superficiali sono costituite d’acqua. Questo fenomeno ci suggerisce che la crosta continentale galleggia sul mantello allo stesso modo di un pezzo di legno sull’acqua: il mantello infatti, non essendo rigido e compatto, permette un certo movimento al di sopra della sua superficie. Esiste quindi una situazione di equilibrio tra la crosta e il mantello, detta «ipostasia»: a seconda della sua densità, ovvero del suo peso, la crosta continentale sporge più o meno dall’acqua. Quando emerge una nuova catena montuosa dalla deformazione di un settore di crosta, al di sotto i materiali della crosta scendono a molti chilometri di profondità, mentre il settore di crosta si inspessisce diventando più pesante. A causa del peso, esso sprofonda fino a quando non riceve una spinta di galleggiamento simile a quella di Archimede, che ne compensa il peso. Così, nelle zone in cui prevale l’erosione delle montagne avviene un innalzamento del blocco interessato per compensare l’alleggerimento: le radici della catena diminuiscono e la crosta acquista la forma e lo spessore medio degli scudi e dei tavolati, ossia 35 chilometri.
Tuttavia, fin dalle prime misure eseguite in sottomarino, è risultato chiaro che vi sono aree caratterizzate da intense anomalie negative che non possono essere giustificate dall’eccesso di peso nelle rocce superficiali: tali anomalie sono causate da uno sprofondamento delle rocce leggere della crosta a profondità eccezionali sotto l’azione di spinte laterali. In queste zone ha probabilmente luogo uno scontro tra le placche oceaniche e quelle continentali, e l’equilibrio statico non esiste, come risulta dall’elevatissima sismicità e dalla presenza di numerosi vulcani.
Per avere un’idea di questo fenomeno, si può osservare la mappa gravimetrica dell’Italia, meglio nota come mappa delle anomalie di Bouguer, che evidenzia chiaramente le caratteristiche fondamentali della struttura profonda. Si osservi, ad esempio, la grande anomalia negativa che caratterizza tutta la regione dell’Appennino settentrionale e della pianura Padana per poi proseguire lungo la costa orientale della Calabria e terminare nel centro della Sicilia.